山西煤炭运销集团保安煤业有限公司
KJ95N煤矿安全监控系统
升 级 改 造 方 案
中国煤炭科工集团常州研究院有限公司 天地（常州）自动化股份有限公司
2017年3月
目 录
1 背景 ........................................................................................................................... 4
1.1 国家要求 ......................................................................................................... 4 1.2 煤矿在用系统现状 ......................................................................................... 8 2 升级改造技术方案 ................................................................................................. 12
2.1 升级改造原则及依据 ................................................................................... 12
2.1.1 安全监控系统升级改造原则 ......................................................... 12 2.1.2 安全监控系统升级改造依据 ......................................................... 13 2.2 KJ95N煤矿安全监控系统升级改造完成情况 ............................................ 15
2.2.1 KJ95N煤矿安全监控系统简介 ...................................................... 15 2.2.2 KJ95N煤矿安全监控系统组成及工作原理 .................................. 16 2.2.3 KJ95N煤矿安全监控系统功能及性能指标 .................................. 18 2.2.4 KJ95N煤矿安全监控系统系统特点 .............................................. 20 2.2.5 KJ95N煤矿安全监控系统关键技术 .............................................. 21 2.2.6 KJ95N煤矿安全监控系统升级改造完成情况 .............................. 23 2.2.7 KJ95N煤矿安全监控系统关键设备升级情况 .............................. 27
3 升级改造需求 ......................................................................................................... 36
3.1 改造范围 ....................................................................................................... 36 3.2 煤矿安全监控系统升级改造系统需求 ....................................................... 37 4 升级改造实施方案 ................................................................................................. 37
4.1 环网改造 ....................................................................................................... 37 4.2 分站改造 ....................................................................................................... 39 4.3 电源改造 ....................................................................................................... 41 4.4 传感器改造 ................................................................................................... 43
5 费用预算 ................................................................................................................. 44 附录一 关键设备及指标 ............................................................. 错误!未定义书签。
1 背景
1.1 国家要求
针对目前国内煤矿安全监控系统存在的问题，2016年12月29日国家煤矿安监局印发了《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的通知-煤安监函〔2016〕5号，通知要求：“大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统升级改造工作应在2018年底前完成；其他矿井应在“十三五”末完成”。
煤矿安全监控系统升级改造技术方案所要求的升级改造主要内容包括： （1） 传输数字化
在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展。
（2） 增强抗电磁干扰能力
安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。
试验条件：形成完整的系统架构，组成设备的类型齐全；至少一台分站达到满载要求；交换机及接口的每个电口至少带载一台设备。
试验加载方法：系统中不同类型组成设备均分别进行试验；试验在系统正常工作状态下进行，即系统传感、传输、显示、控制、执行的功能正常。
（3） 推广应用先进传感技术及装备
推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。
突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。建议加装粉尘监测设备。
（4） 提升传感器的防护等级
将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。 （5） 完善报警、断电等控制功能
系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。
推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。
完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。 推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。 （6） 支持多网、多系统融合
实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。
多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。
（7） 格式规范化
系统主干网应采用工业以太网。
分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网。
模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。
系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。 （8） 增加自诊断、自评估功能
实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容至少应包括：
1) 传感器、控制器的设置及定义； 2) 模拟量传感器维护、定期未标校提醒；
3) 模拟量传感器、控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态； 4) 中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。
（9） 加强数据应用分析
安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容：
1) 伪数据标注及异常数据分析； 2) 瓦斯涌出、火灾等的预测预警；
3) 大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等； 4) 可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。 （10） 应急联动
在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
（11） 提升系统性能指标
1) 系统巡检周期不超过20s； 2) 异地断电时间不超过40s；
3) 备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要
求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换； 4) 具有双机热备自动切换功能； 5) 模拟量传输处理误差不超过0.5%；
6) 分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管
理，分别为2km、3km、6km。
（12） 增加加密存储要求
为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。
（13） 方便用户使用、维护、培训 软件界面友好，方便调用，强化帮助功能。
根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求，我单位新一代KJ95N煤矿安全监控系统的各类设备及监控软件均由天地（常州）自动化股份有限公司研制、生产。系统具有容量大、速度快、更稳定、更可靠、更安全、融合深、改造成本低、安装维护使用方便等鲜明特点，在关键技术及功能、性能指标上处于行业领先地位。完全满足了《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》中所提出的传输数字化、抗电磁干扰、逻辑报警、分级报警、区域断电、自诊断、自评估功能等要求，部分性能及功能指标高于国家升级改造要求和同行业水平。
1.2 煤矿在用系统现状
山西煤炭运销集团保安煤业有限公司位于郊区旧街乡境内，石太铁路和太旧高速公路从井田南部区外通过，距太旧高速公路3公里,距阳泉市区25公里,交通条件较为便利。
保安煤业有限公司是山西煤炭运销集团阳泉郊区公司投资兴建的现代化矿井。位于郊区旧街乡境内，是阳泉市\"百项重点工程\"之一。批准井田面积14平方公里，地质储量1.866亿吨，可采储量1.02亿吨。主采8#、9#、15#煤层。批准生产能力为90万吨/年，矿井服务年限为84年。工业厂区占地面积为13公顷。煤种为优质无烟煤，可广泛用于电力、冶金、化工等行业。矿井从2005年5月正式开工建设，一期工程设计生产能力90万吨/年，年销售收入7亿元，创利税2.1亿元。到2012年二期工程达到生产能力150万吨，到2015年三期工程将实现生产能力210万吨。
经过各大系统建设，保安煤矿已建设完成煤矿安全监控系统，具体情况如下：
（1）环网情况：
保安煤矿于2011年建成监测监控系统专用工业以太环网，目前已经运行6年。网络以单模光纤为主要传输介质,建成井下一个相对独立的环形网络。
环网采用东土交换机做为内核，其中，井下换机共计4台，型号为：KJJ135，分别布置在井下中央变电所、上仓皮带机头、15#煤轨道巷第一配电室、采区变电所。地面1台,分布在调度机房。
（2）安全监测监控系统
保安煤矿于2006年安装并使用天地（常州）自动化股份有限公司的KJ95N安全监测监控系统，系统设备主要布置于总回风、顺槽、地面、变电所、设备列车、高抽巷、采区变电所、皮带巷、锅炉房、瓦斯抽放泵站及避难硐室等区域。目前运行情况基本稳定，该系统的设备安装情况如下：
1）监测监控主备机及服务器： 3台研华610L CPU E5200，配置为硬盘总
容量：500G，操作系统：windows XP，内存总容量：2G，显存：集成显卡，处理器：其他.
2）分站及电源：共32套，具体安装位置为：上仓皮带机头、15106回风
顺槽、15#煤皮带巷、地面风机房分站、中央变电所、15105进风顺槽、15106进风顺槽、15105高抽巷、15108进风顺槽、15#煤皮带机头、15#煤采区变电所、15107高抽巷、15110进风顺槽、15106进风顺槽、15#煤轨道巷、燃气锅炉房、井底永久避难硐室、15103高抽巷、瓦斯抽放泵站、二采区变电所、5#煤仓上口、15107进风顺槽、15#煤轨道巷第二变电所、15109进风顺槽等。 3）传感器：
高低浓度甲烷传感器63台，低瓦斯传感器6台，矿用一氧化碳传感器27台，温度传感器12台，矿用风速传感器11台，双向风速传感器4台，矿用风筒风量开关传感器8台，矿用风门开闭状态传感器17台，矿用氧气传感器3台，矿用红外二氧化碳传感器6台，矿用负压传感器2台，硫化氢传感器1台，烟雾传感器13台，远程控制开关33台，机电设备开停传感器46台，声光报警器14台等。
目前保安煤矿使用KJ95N煤矿安全监控系统，系统累计运行10年，系统总体使用稳定，能够满足煤矿的安全需要，但与《煤矿安全监控系统升级改造方案》要求相比尚存在如下不足：
传感器能够适用于采掘工作面应用场所，防护等级已达IP65要求，但取证时未按IP65等级要求进行检验；
（1） 系统具有预警、报警功能，但未达到升级改造方案所要求的多级要求；
（2） 系统可接入瓦斯抽放、矿井压力监测、采空区监测等系统，但多网、多系统融合程度低，未实现井下多系统设备共缆通信，即井下设备级数据融合； （3） 部分性能指标不满足升级改造要求：
1) 异地断电时间为2倍巡检周期，在煤与瓦斯突出等极端情况下不能快速
断电，无法满足煤矿安全生产要求；
2) 备用电源能维持断电后正常供电时间2h，不满足4h的指标要求； 3) 模拟量传输处理误差不超过1%，不满足不超过0.5%的指标要求。 （4） 无加密存储功能。
（5） 系统可靠性、稳定性有待提高
a) 传感器性能不稳定
井下环境恶劣，湿度及粉尘大，甚至伴有腐蚀性气体，导致传感器电路、感应元件、接插件等容易氧化，接触不良，造成工作不可靠。传感器在进水、受到振动和猛烈撞击时，输出数据会发生失真。井下狭小空间，存在复杂的强电场、磁场干扰源，导致部分传感器出现误报甚至不能工作。目前采用的传感技术落后，甲烷、一氧化碳等环境参数传感器仍采用催化、电化学技术，导致寿命短、工作稳定性差，且存在零点漂移。部分传感器元件一致性差，检测易受干扰气体影响，测量精度低。
b) 传感器供电不稳定
AQ 6201-2006规定甲烷传感器到分站的传输距离不得小于2 km。随着工作面推进距离的增大，现场需要甲烷传感器到分站的本质安全供电距离已经超过6 km，距离远、线路上的压降及干扰增大，造成传感器无法正常启动，且存在频繁复位等现象。
c) 传输线路易受干扰
传感器与分站之间采用200~1000 Hz模拟信号单向无校验传输方式，抗干扰能力弱，易受传输线路干扰，且无法分辨。目前大多数安全监控系统的矿用传感器和分站的抗干扰设计考虑不充分，未从接口防护、布线方式等方面进行
抗干扰设计和严格试验，且在技术方面，抗干扰设计与本质安全设计相互矛盾，这是目前传输线路易受干扰的内因。
安全监控系统具有测点多、分布广、传输距离长等特点，传感器到分站的距离从几十米到数千米不等，极易受到外部信号的干扰，主要包括：在井下狭小的空间内，本质安全型传感器弱电信号线与动力电缆多为平行铺设，形成一个耦合回路；大型电气设备启动和停止时会产生浪涌干扰；井下变频设备、大功率设备工作时会释放强烈的电磁干扰，这些外部干扰会对信号传输造成较大影响，导致系统极易产生误报警，严重时通信中断，设备无法工作。
d) 系统建设成本高
传感器与分站之间采用200~1000 Hz模拟信号，由于信号不能复用，所以每个传感器必须通过一条独立的电缆与分站进行信号传输，由于传感器的数量多，因此系统建设所需要的电缆数量大，增加了系统的建设成本。
e) 设备外壳防护等级低
目前大部分传感器外壳防护等级仍为IP54，无法满足采掘工作面等恶劣环境使用要求。
（6） 系统硬件设备功能需要增加、指标需要提高。
a) 系统内各设备的抗干扰能力不足，需通过以下试验：地面设备3级静电
抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。 b) 电源产品的备用电源能维持断电后正常供电时间需要增加到4h。 （7） 系统软件功能不完善
a) 不能进行自诊断、自评估，不能进行伪数据标注及异常数据分析 系统不具备自诊断、自评估功能，无法自动检测并提示系统运行中出现的问题。如：设备通信故障、设备内部故障、传感器探头故障、电源带载能力不足、数据库连接异常、软件通信异常等故障信息。而且也不能及时提醒用户对传感器进行标校、维护。
b) 数据安全性较低
数据库存储数据为明文存储，无法有效防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据。
c) 图形展示功能较为简单
不可导入CAD监控系统设备布置图，进行等比例井下巷道图形显示。 不具备煤与瓦斯突出报警
系统不能进行实时煤与瓦斯突出危险性的诊断与预测，不能对掘进工作面应力变化、煤层瓦斯含量变化、煤的物理力学性质变化实时显示并预测预警，不能对瓦斯涌出量进行预测。
（8） 无井下融合功能，数据综合利用不足
a) 监控系统目前仅实现单系统运行，无法实现与井下人员定位、矿井压
力、瓦斯抽放等系统设备的井下数据融合，各系统需单独布线，重复设置井下分站、电源，电缆敷设工作量大、建设成本高，安装、维护复杂。
b) 在紧急、危险情况下，不能与应急广播、人员定位、电力监测等系统进
行应急联动；
c) 系统没有实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS
技术的有机融合。
总之，目前保安煤矿在用安全监控系统不能满足《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求，需进行升级改造。
2 升级改造技术方案
2.1 升级改造原则及依据
2.1.1 安全监控系统升级改造原则
KJ95N煤矿安全监控系统本着架构简单、稳定可靠、低成本、低维护为出发点，以高水准、高质量、高性能价格比为目标，根据国家升级改造要求、煤矿实际使用需求和未来发展趋势进行设计，保护用户投资。 （1） 整体性原则
安全监控系统升级改造是一个系统性的工程，上至井上的系统主机，下至井下的传感器、执行器，各个设备在系统内相互配合、协调工作，从而完成系统的功能及指标，同时需要考虑整个矿井的安全类监测系统在地面、井下的数据融合，即升级改造要有全局意识，要遵循整体性原则。 （2） 先进性原则
系统构成采用简单、成熟，具有国内外先进水平，并符合国际发展趋势的技术、软件产品和设备，并且系统应遵守国内、国际上的规范、标准，以保证系统具有较长的生命力和扩展能力。 （3） 针对性原则
此次监控系统升级改造的内容较多，在满足国家升级改造方案及相关标准要求的前提下，不同的系统提出了高于国家标准的性能指标，完成了多于国家标准的功能，高的指标、丰富的功能，是针对不同的需求而设计的，煤矿现场的升级改造需要针对自身的需求，有选择性的升级附加功能及指标。 （4） 有效性原则
监控系统升级改造是为了提高安全监测监控新技术、新装备在煤矿现场的应用范围，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需要，所以升级改造后的监控系统要确保有效，提高其在煤矿安全生产过程中的作用，确保监测准确、控制可靠，在保证系统有效性的同时，保证升级改造投资的有效性。 （5） 易操作性原则
针对煤矿工作人员的技术特点，提供先进且易于维护的人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等快速工具。
2.1.2 安全监控系统升级改造依据
➢ 《煤矿安全规程》现行2016版
➢ 国家煤矿安监局关于印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的
通知 煤安监函〔2016〕5号
➢ 《煤矿安全监控系统通用技术要求》AQ6201-2006
➢ 《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》AQ1029-2007 ➢ 国家安全监管总局办公厅关于印发《煤矿安全生产在线监测联网备查
系统通用技术要求和数据采集标准（试行）》的通知 安监总厅规划（2016）138号
➢ 《国家安全监管总局国家矿井安监局关于建设完善矿井井下安全避险
“六大系统”的通知》（安监总煤装〔2010〕146号文件） ➢ 《煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器》AQ6203-2006 ➢ 《瓦斯抽放用热导式高浓度甲烷传感器》AQ6204-2006 ➢ 《煤矿用电化学式一氧化碳传感器》AQ6205-2006 ➢ 《煤矿用高低浓度甲烷传感器》AQ6206-2006
➢ 《煤矿安全生产监控系统通用技术条件》MT/T1004-2006 ➢ 《煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》MT/T1008-2006 ➢ 《煤矿用信息传输装置》MT/T899-2000 ➢ 《矿用分站》MT/T1005-2006 ➢ 《矿用信号转换器》MT/T1006-2006 ➢ 《矿用信息传输接口》MT/T1007-2006 ➢ 《煤矿监控系统线路避雷器》MT/T1032-2007 ➢ 《矿用光纤接、分线盒》MT/T1033-2007 ➢ 《矿用网络交换机》MT/T1081-2008 ➢ 《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
➢ 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012
➢ 《电子计算机机房设计规范》GB50174-2008 ➢ 《电子计算机场地通用规范》GB/T2887-2000 ➢ 《计算机软件开发规范》GB8566-2007 ➢ 《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005
➢ 《煤炭工业矿井监测监控系统装备配置标准》GB50581-2010 ➢ 《矿井建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》AQ1055－2008 ➢ 《综合布线系统工程设计规范》GB50311-2007 ➢ 《综合布线系统工程验收规范》GB50312-2007 ➢ 《光纤总规范》GB-T15972.1～5-1998
➢ 《爆炸性环境电气设备通用要求》GB3836.1-2010
➢ 《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》GB 3836.1-2010
➢ 《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》GB 3836.4-2010 ➢ 《矿井通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》MT209-1990 ➢ 《矿井井下紧急避险系统建设管理暂行规定》 ➢ 《全国工业产品生产许可》
➢ 《计算机信息系统集成企业资质认证》 ➢ 《中华人民共和国制造计量器具许可》
2.2 KJ95N煤矿安全监控系统升级改造完成情况
2.2.1 KJ95N煤矿安全监控系统简介
KJ95N煤矿安全监控系统满足《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》、新版AQ6201《煤矿安全监控系统通用技术要求》及相关行业标准。系统基于工业以太环网+现场总线通信架构，采用分布式控制、多系统数据融合、即插即用、断线续传、电磁兼容、设备故障诊断等技术，对原有系统进行性能及功能大幅提升，部分指标超过升级改造要求及同行业水平。升级改造后，系统容量
大、速度快、更稳定、更可靠、融合深、改造成本低，安装、维护、使用方便，适应于各类煤矿安装使用。
2.2.2 KJ95N煤矿安全监控系统组成及工作原理
KJ95N煤矿安全监控系统系统组成框图如上图所示，系统采用工业以太环网+现场总线架构，系统由监控系统主备机、多系统融合服务器、交换机、监控分站、传感器、执行器、电源等组成。
监控系统主备机为监控系统数据采集、处理、分析、显示、存储、打印中心，提供为保证系统正常运行所必须的有关配置、设备管理功能，提供实时数据、报警、断电、馈电异常、通信状态等信息查看，历史数据、报表、报警记录、故障记录、断电记录等信息查询、打印，系统及设备故障诊断、标校提醒、GIS图形展示、瓦斯涌出量预测、火灾预测预警等功能；
多系统融合服务器提供地面级多系统融合功能，可融合人员定位、IP广播、工业电视、电力监测等系统，并进行多系统综合数据分析应用、多系统联动，提供多系统融合信息Web访问服务，实时数据查看，历史数据、曲线的查询与打印等；
交换机提供系统网络通信组网及通信接入功能，可直接接入以太网接口分站、RS485接口分站，完成分站至上位机间、分站至分站间的数据传输，为系统快速异地断电的核心设备。
监控分站为煤矿安全监控系统井下区域数据采集中心，对分站下级传感器、执行器、电源等设备进行管理，实时监测煤矿井下环境及工况参数，对数据进行打包上传，可根据自身逻辑进行工作，当检测到有环境或工况参数异常时，发出断电或报警指令，进行断电或报警，以保证煤矿井下安全。为提高系统数据完整性，监控分站具有断线续传功能，当监测到系统主备机通信中断时对所监测数据进行存储，待主备机通信恢复后将数据上传至地面主机。
传感器为系统检测环境及工况状态装置，可检测单个或多个环境及工况参数，通过RS485接口将数据实时上传至监控分站，传感器具有分级报警功能，超过报警门限时可发出不同级别声光报警。
执行器为系统断电、报警执行装置，可通过RS485、开入口接收监控分站、系统主机、传感器及其他装置所发出的指令进行断电、声光报警、洒水等操作，主要有：断电器、声光报警器、洒水装置等。
电源为系统交换机、监控分站、传感器、执行器等设备进行供电，提供本安电源输出，并具有充、放电电压、电流，充放电状态等监测功能，通过RS485接口将数据实时传输至监控分站、地面主机，并具有远程充放电维护功能。
系统的各组成设备正常安装后，传感器、执行器、电源等设备通过即插即用的方式，将编码的设备信息数据发送至分站及业务主机，完成设备的即插即用，通过地面软件简单操作，即可完成设备配置投入工作。
系统本安交换机、监控分站具有数据路由功能，监控分站在无系统主机参与下可实现相互间的互联互通，当有瓦斯超限时，监控分站可直接通知被控分站进行断电，从而实现井下分布式控制，在监控系统主备机故障情况下，监控系统仍可实现井下断电，保证煤矿井下安全。
为提高监控系统响应速度，监控分站及传感器设备对所监测数据进行分级处理，优先上传报警、断电等紧急、重要数据，从而实现系统快速响应及本地、异地断电。监控分站通信链路为不同业务系统提供不同信道，实现环境监测、人员定位、矿井压力、瓦斯抽放等不同业务系统传感执行设备、无线接入器等装置的共缆通信和井下设备级数据融合，监控分站直接或通过网关设备间
接将不同系统的数据发送至地面不同的系统主机，完成分站过程数据上传，不同的业务主机根据用户需求将数据转化为信息进行展示。
当井下设备发生非通信中断故障时，系统分站、传感器、执行器、电源能够对自身故障判断并进行描述，通过故障诊断事件发送至地面主机，主机对故障信息进行展示，并对用户进行提醒，完成远程故障诊断。
2.2.3 KJ95N煤矿安全监控系统功能及性能指标 2.2.3.1 KJ95N煤矿安全监控系统性能指标
（1） 不低于AQ6201-新版《煤矿安全监控系统通用技术要求》性能要求； （2） 系统容量：255台分站； （3） 系统最大测点数量：8160； （4） 系统巡检周期指标：不大于10S； （5） 本地断电时间：不大于2S； （6） 异地断电时间：不大于5S；
（7） 分站存储能力：不小于24小时数据量； （8） 抗干扰能力：
a) 通过3级静电抗扰度试验（评价A） b) 通过2级电磁辐射抗扰度试验（评价A） c) 通过3级脉冲群抗扰度试验（评价A） d) 通过3级浪涌（冲击）抗扰度试验（评价A）
2.2.3.2 KJ95N煤矿安全监控系统功能指标
（1） 不低于AQ6201-新版《煤矿安全监控系统通用技术要求》功能要求； （2） 具有传感器、电源、执行器的即插即用功能，有新设备接入时，系统自动识别所接设备类型，用户仅需配置设备安装地点及断电关系即可使用，简化操作；
（3） 具有在线标校功能，可在传感器、地面软件设置或取消传感器标校状态，系统软件自动标识、记录传感器标校状态，从而在减少因标校操作产生误
报警的情况下，减少标校窗口时间，提高标校效率，缩短监控时段盲区；
（4） 具有分级报警功能，根据瓦斯浓度大小、主扇停风、同一区域多处报警等异常情况，并结合报警持续时间，将监控系统报警分为：初级报警（蓝色报警）、一级报警（黄色报警）、二级报警（橙色报警）、三级报警(红色报警)，并针对不同的报警级别，通知不同用户，实现报警信息分级响应；
（5） 具有数据加密功能，采用同态加密、SHA256、SHA512、DES、RSA等混合加密算法，实现对监控系统配置信息、历史数据的高效、安全加密和存储，保证监控系统数据安全；
（6） 具有短信通知功能，可在紧急情况下，根据信息严重程度，自动通知不同专业、不同级别领导，实现分级、快速响应；
（7） 具有大容量数据存储功能，采用大容量数据库实现密采数据存储； （8） 具有GIS图形、矢量图形展示功能；
（9） 具有电源管理功能，可实现智能电源的远程实时在线监测，以及远程手动、自动充放电管理；
（10） 具有自定义报表功能，可根据实际情况灵活自定义报表，并进行查询打印；
（11） 具有煤与瓦斯突出预报警功能、瓦斯涌出量预测功能；
（12） 具有在用监控系统达标检测功能，通过构建矿井模型，自动检测矿井传感器漏装，报警、断电、复电门限设置错误等隐患，并进行报警；
（13） 具有Web发布功能，实现具有浏览器的实时及历史的数据、报警、曲线查看功能；
（14） 具有移动信息发布功能，可在安卓系统下实时查看监控系统报警、断电、故障、实时数据等信息；
（15） 具有OPC、文本文件等联网上传接口，可实现与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据；
（16） 具有瓦斯抽放功能，可查询瓦斯抽放管道实时数据，可查询抽放管路日报、月报、年报；
（17） 具有多系统融合功能，在矿方按照接入系统提供人员定位、IP广播、
视频监测、提升监控、皮带集控、水泵监测、电力监测等系统接入数据情况下，可实现多系统接入及联动；
2.2.4 KJ95N煤矿安全监控系统系统特点
（1） 分布式控制：系统采用分布式智能控制策略，实现主机故障情况下的本地、异地断电，保证井下安全；
（2） 更快的响应速度：系统采用基于事件主动上传的通信机制，同时将事件进行分级、分类，优先上传断电、报警等事件，提高传输效率和系统响应速度，减少异地断电和手动控制时间；
（3） 设备智能识别：系统可对传感器、电源、执行器等设备进行智能识别，即实现设备的即插即用，可智能识别设备型号、类型、量程等信息，通过简单配置即可实现设备的快速安装及正常工作；
（4） 设备级数据融合：采用综合分站，可实现环境监测、人员定位、矿压监测、瓦斯抽放等系统传感器、执行器、接收器设备的共缆通信，实现井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护；
（5） 地面信息融合：实现电力监测、无线通信、应急广播、矿井提升等系统的地面信息融合，并将各业务系统数据通过图形显示系统实现“一矿一图”信息显示，即在一张图上实现不同业务系统的综合显示，从而方便煤矿用户更直观、便捷的了解井下情况，并实现井下联动报警、应急救援与指挥等；
（6） 分体式传感器设计：传感器采用先进的“二次仪表+变送器”设计理念和模块化设计方法，实现二次仪表重复利用及变送器智能识别，从而提高设备利用率，降低传感器更换、维护成本，实现传感器快速更换，减少系统维护工作量；
（7） 分级报警：实现系统软件和传感器两级分级报警，报警门限可设置； （8） 数字化传输：系统模拟量传感器、断电器及开关量传感器（除风门）的数字化传输，提高系统抗干扰能力；
（9） 更高的抗电磁干扰能力：系统通过：3级静电抗扰度试验（评价A），2级电磁辐射抗扰度试验（评价A），3级脉冲群抗扰度试验（评价A），3级浪涌（冲击）抗扰度试验（评价A），高于监控系统升级改造技术指标要求，提高系
统可靠性，保证系统稳定工作；
（10） 自诊断、自评估：系统具有自诊断、自评估功能，自动检测并提示系统运行中出现的分站、电源、传感器、系统软件等异常信息及处理方法，通知系统维护人员及时处理，保证系统正常运行；
（11） 更高的防护及安全等级：传感器防护等级提高到IP65，设备防爆形式提高到ia；
（12） 传感器在线标校：系统可实现井下现场在线标校，就地设置、取消传感器标校状态，提高标校效率，缩短监控时段盲区，提高井下标校作业安全性，减少误报警；
（13） 智能电源在线管理：实现电源工作状态、工作参数的远程智能检测，可远程、定期维护放电，提高电池使用寿命；
（14） 更高的数据安全性：为提高监控系统数据安全，系统对历史数据进行高效、可靠的加密存储，以防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据；
（15） 煤与瓦斯突出报警：系统具有煤与瓦斯突出预报警功能，通过数据挖掘技术实现非接触式连续实时煤与瓦斯突出危险性的诊断与预测；能实时显示对掘进工作面应力变化、煤层瓦斯含量变化、煤的物理力学性质变化并预测预警；具有瓦斯涌出量预测功能。
2.2.5 KJ95N煤矿安全监控系统关键技术
天地（常州）自动化股份有限公司在国内最先开展煤矿安全监控系统的设计与研发工作，早在1983年即承担国家“六五”科技攻关项目KJ1型矿井环境与生产监控系统的设计与研发工作，KJ1在1986年9月20日在平顶山矿务局通过部级鉴定，鉴定结果指出该系统是符合我国国情的第一套环境与工况监测兼备的监控系统。后期通过七五、八五、十二五科技攻关，公司先后设计研发了KJ2、KJ7、KJ95、KJ95N等型号煤矿安全监控系统。通过承担国家“十一五”科技支撑计划项目（2009BAK54B05）《煤矿安全高可靠性监控系统关键技术研究》，研究攻关了监控系统伪数据滤除、监测数据异常识别、危险区域程度分级判定、瓦斯涌出趋势研究、异构监控系统数据挖掘、设备的抗电磁
干扰等技术，并逐步引入到新一代煤矿安全监控系统中，进一步提升了KJ95N煤矿安全监控系统的稳定性和可靠性。近三年来通过科研攻关取得一系列关键技术及装备，主要有：
名称 类型 状态 简介 提出了一种矿用安全监控系统的瓦斯传感器一种矿用安全监控系统的瓦斯传感器的在线调校方法 发明 已授权 的在线调校方法，可就地设置或者取消瓦斯传感器标校状态，并实时传输至地面计算机，并在监控系统瓦斯历史曲线中进行标注，从而缩短监控时段盲区，提高井下作业安全性并减少误报警。 利用矿井工作面不同生产工序预测瓦斯涌出量的方法 发明 已受理 提出一种利用矿井工作面不同生产工序预测瓦斯涌出量的方法，该方法利用工作面的采煤机或者掘进机相应的开停传感器的信号值进行瓦斯涌出量预测，使预测更准确。 提出一种利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工发明 已受理 作面生产工序的方法，通过计算瓦斯浓度时间序列值的相邻浓度点的斜率值的方法来识别工作面的生产工序，具有较强的实用性。 提出一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法 发明 已授权 法，该方法利用实时风速、瓦斯浓度、巷道截面积等信息，计算实时瓦斯涌出量，从而进一步计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标。 一种小风速掘进工作面的瓦斯涌出量的计算方法 发明 已授权 提出了一种小风速掘进工作面的瓦斯涌出量的计算方法该计算方法实用性较好、误差较小、计算精度较高，且可实时动态计算小风速掘进工作面的瓦斯涌出量。 提出了一种在煤矿安全监控系统基础上预测煤与瓦斯突出的预测方法 煤与瓦斯突出的方法，该方法接触式预测法发明 已授权 和非接触式连续预测法的优点于一体，提高了预测的可靠性和可信度，且具有较强的自适应能力。 利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法
提出了一种监测煤矿监控系统中的瓦斯量监监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法 发明 已授权 测信息异常的方法，利用同一巷道工作面不同位置瓦斯间的逻辑关系，判断瓦斯浓度异常。通过这一技术，不仅可以发现煤矿监控系统使用中不按规定使用的情况，也可以发现煤矿生产系统出现异常的情况。 煤矿井下综合数据采集分站 提出了一种煤矿井下综合数据采集分站，可发明 已受理 接入不同系统的不同传感器设备，真正实现煤矿井下数据采集的“一网一站”。 提出了一种煤矿井下多系统数据采集传输方法及装置，通过矿井多种业务系统的终端分别采集矿井不同业务系统的原始数据，对所一种煤矿井下多系统数据采集传输方法及装置 发明 已受理 述原始数据进行封装，生成数据信息后，发送至综合数据采集分站，进一步将信息发送至地面业务主机。该方法实现了系统设备及传输线缆的共享，既简化了煤矿井下多种独立拓扑结构的系统平台建设复杂度，避免重复劳动，又使得井下现场设备布置简单有序，同时降低了多种系统建设的成本。 2.2.6 KJ95N煤矿安全监控系统升级改造完成情况
KJ95N煤矿安全监控系统与国家升级改造要求相比，主要完成情况如下表所示：
监控系统升级改造技术要求 1、传输数字化 在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展。 KJ95N煤矿安全监控系统升级情况 （1） 模拟量传感器数字化传输（RS485），开关量传感器：开停、远动开关、烟雾等也实现数字化传输（RS485）。 （2） KJ95N煤矿安全监控系统采用主动上传和分布式控制，数字化传输机制更完善； 2、增强抗电磁干扰能力 安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。 试验条件：形成完整的系统架构，组成设备的类型齐全；至少一台分站达到满载要求；交换机及接口的每个电口至少带载一台设备。 试验加载方法：系统中不同类型组成设备均分别进行试验；试验在系统正常工作状态下进行，即系统传感、传输、显示、控制、执行的功能正常。 3、推广应用先进传感技术及装备 推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。 突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。建议加装粉尘监测设备。 4、提升传感器的防护等级 将采掘面传感器的防护等级由
KJ95N煤矿安全监控系统通过检验机构EMC相关检验，满足以下抗电磁干扰能力： （1） 通过3级静电放电抗扰度试验； （2） 通过3级射频电磁场辐射抗扰度试验； （3） 通过2级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验； （4） 通过3级浪涌（冲击）抗扰度试验。 注：以上检验内容评价等级均为A，高于国家升级改造技术要求。 （1） 具有激光甲烷、红外甲烷等新型传感器，设备稳定、可靠； （2） 具有多参数传感器； （3） 所有数字传感器均具有自诊断功能； （4） 具有无线传感器。 所有传感器防护等级均由IP54提升到IP65，并且进行了二次仪表统一设计，变送器
IP54提升到IP65。 5、完善报警、断电等控制功能 系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。 推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。 完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。 推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。 6、支持多网、多系统融合 实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。 多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。 7、格式规范化 系统主干网应采用工业以太网。 分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网。 模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-
小型化设计，安装、使用、维护更方便。 （1） 具备分级报警、逻辑报警以及区域断电功能； （2） 系统传感器可实现井下就地分级报警，报警、断电、复电门限可通过系统软件远程设置，软件与传感器门限配置一致。 （1） 地面级融合，可实现人员定位、IP广播、电力监测、车辆监测、视频监测、矿井提升等三十余种业务系统数据融合，并在此基础上进行综合数据利用及多系统联动； （2） 井下设备级数据融合，可实现环境监测、人员定位、矿压监测、瓦斯抽放等系统传感器、执行器、接收器设备的共缆通信，即井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护工作量； （3） 井下采用WaveMesh、Zigbee技术，实现采煤工作面回风隅角等位置的无线监测； （4） 采用WebGIS进行图形展示。 （1） 系统主干网采用工业以太网； （2） 分站具有以太网接口、RS485、CAN通信接口； （3） 模拟量传感器、开关量传感器至分站采用RS485传输； （4） 系统支持联网并按要求数据格式上传。
Fi、RFID。 系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。 8、增加自诊断、自评估功能 实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容至少应包括： （1）传感器、控制器的设置及定义； （2）模拟量传感器维护、定期未标校提醒； （3）模拟量传感器、控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态； （4）中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。 9、加强数据应用分析 安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容： （1）伪数据标注及异常数据分析； （2）瓦斯涌出、火灾等的预测预警； （3）大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等； （4）可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。 10、应急联动 在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。 11、提升系统性能指标 （1）系统巡检周期不超过20s； （2）异地断电时间不超过40s； （3）备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要在系统融合的基础上可实现应急联动功能，在紧急情况下可自动与应急广播、人员定位等系统实现应急联动。 （1） 系统具有监控系统系统达标检查功能，可对传感器漏装，报警、断电、复电门限设置错误进行诊断、报警； （2） 系统具有传感器定期未标校提醒和标校超时提醒功能； （3） 系统具有分站、传感器、电源箱、控制器自诊断功能，可检测设备软硬件故障、通信故障等； （4） 中心站软件具有双机热备异常、数据存储异常、通信异常等自诊断功能。 （1） 具有瓦斯误报警数据分析及标注功能； （2） 具有瓦斯涌出量预测预警、火灾预测预警、煤与瓦斯突出预报警等功能，实现综合数据分析； （3） 基于多系统融合平台，对所融合系统进行有效的大数据分析； （4） 具有与煤矿安全监控系统检查分析工具对接接口。 升级改造后KJ95N煤矿安全监控系统性能指标如下： （1） 系统巡检周期不超过10s； （2） 异地断电时间不超过5s； （3） 备用电源能维持断电后正常供电时间由
求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换； 2h提升到4h； （4） 具有双机热备自动切换功能； （4）具有双机热备自动切换功能； （5） 模拟量传输处理误差不超过0.5%； （5）模拟量传输处理误差不超过（6） 分站的最大远程本安供电距离不低于距离0.5%； 为6Km（单台传感器24V供电，采用0.52mm直（6）分站的最大远程本安供电距径电缆，除高低浓度和粉尘传感器）。 离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km。 12、增加加密存储要求 为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。 13、方便用户使用、维护、培训 采用同态加密、SHA256、SHA512、DES、RSA等混合加密算法，提高了监控系统数据安全，系统对数据传输、历史数据进行高效、可靠的加密存储，以防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据。 （1） 界面和功能进行全面优化，简化操作； 软件界面友好，方便调用，强化帮（2） 完善的自定义界面，方面用户按需要展示； 助功能。 （3） 系统传感器、电源、执行器等设备可实现即插即用功能，简化设备注册操作。 2.2.7 KJ95N煤矿安全监控系统关键设备升级情况 2.2.7.1 分站升级改造情况
（1） 分站升级改造内容
为满足监控系统升级改造需要求，同时能够节约煤矿改造成本。改进KJF16B分站延用原KJF16B分站不锈钢外壳、塑料外壳、液晶及按键板，主要对主板进行了如下改进：
1) 保留频率量/开关量端口，使之能够接入频率型、开关量型传感器，兼
容煤矿现有的部分传感器设备，降低改造成本；
2) 增加RS485、CAN、以太网网络传输接口，满足分站到传感器、分站到
上位机不同传输方式的数字化传输要求；
3) 多种传输接口的设计，满足不同接口类型、不同系统子设备的接入，实
现井下多网、多系统的融合；
4) 采用电源、通信端口多重保护设计，提高分站EMC抗干扰能力；
5) 采用高性能ARM Cortex M3处理器和实时嵌入式操作系统，分站处理
能力更强，以满足多系统融合处理要求；
6) 增加大容量Flash存储器，实现分站断线续传功能，保证监控系统数据
完整性。
具体指标参数对比如下：
技术参数 频率采集口 开关量采集口 开关量输出口 RS485 CAN 以太网电口 电源输入口 大容量存储 操作系统 原KJF16B 8 8 8 2 无 无 3 无 无 改进KJF16B 4 4 4 5 2 1 5 128M 嵌入式操作系统 （2） 改进分站实现的功能及特点
1) 分站支持井下多网、多系统融合功能。分站采用嵌入式操作系统处理平
台，实现井下人员定位、监测监控、瓦斯抽放、矿井压力等系统设备的共缆传输，并将采集的数据进行统一处理、控制、打包上传至不同业务系统主机。
2) 分站抗干扰EMC等级提高，通过了2级电磁辐射抗扰度试验，3级脉
冲群抗扰度试验，3级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级均为A。 3) 实现与传感器的数字化传输。分站具备4路RS485通信接口可接入24
个数字型传感器（可为单参数或多参数传感器），实现分站到传感器的数字化传输。
4) 分站具备故障自诊断功能。分站在上电、运行过程中，能够记录及诊断
自身的复位状态、运行状态、故障状态，并实时将采集的状态上传至上位机，对分站故障进行精确定位，减轻系统维护工作量。
5) 具备以太网通信、RS485通信功能，实现分站与上位机、分站与分站间
的数据快速交互。
6) 分站能够智能识别所接数字式传感器类型，只需简单配置即可投入运
行，简化操作。
7) 分站的防爆型式由Exib提升至Exia。
8) 分站具有4路频率量输入、4路开关量输入、4路开关量输出接口，能
够兼容频率、开关量输入/输出型传感器的接入，节省煤矿升级改造的成本。
9) 具有断线续传功能，可连续存储24小时数据，保证系统数据完整性。 10) 具有远程在线升级功能，可通过以太网接口远程快速更新分站程序，方
便分站远程维护；
2.2.7.2 传输设备升级改造情况
1) 改变原虚拟串口方式，实现以太网套接字通信，对交换机及传输接口等
设备通信状态检测更精确；
2) 具有分站通信调度管理功能，实现系统分布式控制，在主机故障下实现
快速异地断电；
3) 总线型主传输设备通过了电磁辐射2级、群脉冲3级、浪涌3级的抗干
扰EMC 试验（评价等级为A）。
4) 具有多系统业务数据路由控制功能，实现不同业务系统的数据分发。 5) 具有自诊断功能，自动统计、记录通信过程中的异常情况，方便系统及
设备日常维护。
2.2.7.3 电源升级改造情况
为满足监控系统升级改造需要求，采用国内领先的恒流截止、瞬态抑制、能量环流等先进技术，对监控系统用电源KDW65、KDW65A、KDW16A、电源本安保护电路进行改进，实现了18.5V/1300mA的本安输出，增加了电源的带载能力，有效保证了传感器供电的可靠性。 （1） 电源升级改造内容
1) 升级改造的电源包括：KDW65、KDW65A、KDW16A、KDY660/18B
等；
2) EMC：通过抗静电3级、电磁辐射2级、群脉冲3级、浪涌3级的
EMC试验，评价等级为A，满足监控系统升级改造对EMC的要求； 3) 供电时间：电池容量为16AH/24V，后备电池供电时间不小于4小时，
满足监控系统升级改造对供电时间的要求；
4) 供电距离：24V电源供电单个传感器的供电距离可达6km（直径
0.52mm电缆，除高低浓和粉尘），满足监控系统升级改造对传感器供电距离的要求；
5) 实时远程智能管理：具有后备电池的远程充放电管理，可实现电源状态
信息的远程实时显示，满足监控系统升级改造对电源箱具备通信网络的工作状态显示的要求；
（2） 监控系统用电源的特点
1) 带载能力强：18V/1300mA的本安电流显著提高了电源的带载能力； 2) 支持本机显示：支持电源状态信息的本机实时显示；
3) 实现故障诊断：实现本安故障、电池容量不足故障报警，当电池完整放
电容量不足2h时可提示用户更换电池；
4) 支持宽电压自适应输入：支持AC127V-AC660V的自适应输入，无需人
工调整；
5) 支持即插即用：上位机可自动识别不同种类电源，无需上位机配置； 6) 模块化设计：本安电源板采用模块化设计，方便现场维护及升级； 7) 电源板采用贴隔爆外壳侧壁散热的方式，有效保证了整机工作的可靠
性；
2.2.7.4 传感器升级改造情况
为满足监控系统升级改造要求，对监控系统用传感器进行了以下多个方面的升级：传感器实现数字化（风门开关除外）；外壳防护等级由IP54提升至
IP65；EMC抗干扰等级提高至抗电磁辐射2级、群脉冲3级、浪涌3级；防爆形式由Exib /Exdib升级为Exia /Exdia；传感器传输距离提升至6Km；增加欠压、故障、断线、重启等自诊断功能；实现智能识别，即插即用，具体情况如下：
（1） RS845数字化传输：
模拟量传感器均实现数字化传输，同时开停传感器、远动控制开关等开关量设备也实现数字化传输；有效避免倍频发生，提升抗干扰能力，并能传递故障、断线、标校状态等传感器自诊断信息。 （2） 防护等级由IP54提升至IP65：
监控系统用传感器外壳防护等级全面提升至IP65。 （3） 抗干扰性能提升：
通过2级电磁辐射抗扰度试验，3级脉冲群抗扰度试验，3级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级均为A。
（4） 防爆形式由Exib/Exd ib提升至Exia/Exd ia：
防爆形式提升后，传感器安全等级更高，能够适用于0区和1区等危险区域。根据GB3836.14-2000《爆炸性气体环境用电气设备 》第14部分危险场所分类的规定，爆炸性气体连续出现或长时间存在场所为0区，正常运行时有可能出现爆炸性气体环境的场所为1区。采掘工作面场所在无瓦斯情况下，属于1区危险区域，当井下瓦斯达到一定浓度时将变成0区域，所以升级后的传感器，更适合于煤矿井下采掘工作面等，存在瓦斯超限情况的易爆场所。 （5） 采用电源软启动、低功耗设计：
降低传感器启动电流，提高电源模块转换效率，提高传感器传输距离及电源带载能力。
（6） 具有ID唯一码：
传感器具有唯一ID码标识，实现对传感器设备整个生命周期管理，便于管理维护和问题跟踪。 （7） 即插即用功能：
传感器接入系统时主动上传相关配置信息，实现传感器设备即插即用功能。
（8） 故障诊断：
传感器具有故障诊断功能，实现欠压、探头故障、通信故障、二次仪表或传感器重启、变送器断线等的诊断及实时上传，便于及时发现处理问题。 （9） 通用二次仪表设计：
传感器采用二次仪表+变送器组成，二次仪表可接入并自动识别不同气体传感变送器。
（10） 变送器小型化：
变送器采用小型化模块化设计，更换、维护更方便。 （11） 数据分级上传：
传感器在报警、断电等危险情况可优先上传，实现快速报警、断电。 （12） 具有分级报警功能：
传感器可根据主控软件配置的分级报警策略，实现就地分级报警功能。 （13） RS485和频率输出复用：
RS485与频率输出接口复用，采用遥控器设置实现自动切换，无需开盖，使用方便。
（14） 具有就地断电输出接口：
可根据主控软件配置的断电策略，就地发出断电信号。 （15） 多参数传感器具有组合监测功能：
单台传感器即可实现瓦斯、一氧化碳、温度等多种参数的监测和数字化上传。
2.2.7.5 系统软件升级改造情况
为满足监控系统升级改造需要求，系统软件完善了多级报警、增加了数据加密等功能，同时增加了多项方便用户使用的功能，具体如下：
（1） 简单方便的设备搜索功能
软件提供智能搜索功能，能够自动搜索当前网络上存在的智能网关和网络分站等设备，供用户选择并自动进行初步的配置，节省配置时间，大大提高配置准确性。
（2） 灵活便捷的逻辑报警模型
为用户提供多种常用的逻辑报警模型，可有效帮助用户更加直观的进行逻辑运算，监控某些特殊逻辑量的运行状况。 （3） 增加分级报警功能
完善当前监控系统的报警机制，提供分级报警功能，实现分级报警、分级响应。
（4） 提供常用传感器安装配置，简化配置操作
根据AQ1029标准，软件预制了常用的传感器安装地点及其报警、断电、复电门限参数，用户只需选择对应安装地点，系统自动完成报警和断电值配置，节省系统配置工作量。 （5） 智能即插即用识别
系统软件支持传感器、电源、执行器等设备的即插即用智能识别功能，能够自动识别新接入分站上传感器、电源、执行器等设备，并自动弹出配置界面供用户配置和保存，界面简洁明了、使用简单方便，可以一键将传感器接入到监控系统中来，节省配置时间，保证配置准确性。 （6） 断线续传功能
分站同上位机软件通信中断后，分站会自动将采集到的数据进行断线存储，在上位机软件恢复同分站的正常通信后，自动或手动读取分站存储的数据，并在上位机上进行存储，保证系统数据完整性，提高了监控系统的整体可靠性和稳定性。
（7） 安全可靠的数据加密功能
系统提供了高效的数据加/解密功能，系统各种配置、实时数据、历史数据等密文存储、明文展示，从而有效阻止非法篡改或删除关键数据（如：瓦斯断电、瓦斯超限等）的行为，保护系统数据的安全性、完整性和准确性。 （8） 灵活强大的自定义报表功能
系统内置了AQ6201所规定的所有报表，同时提供自定义报表功能，用户可根据自身需求自定义各种报表。针对煤矿用户的报表使用习惯和需求，进一步改进了报表制作和显示机制，极大减轻用户配置报表模板工作量，同时对报表引擎进行优化，极大的提升了报表的查询、显示效率。报 （9） 个性化实时数据显示主界面
系统主界面在按传感器类型显示测点实时数据的基础上，提供便捷的自定义设置界面，供用户将重点关心的传感器测点进行集中显示，方便用户对比查看；主界面实时数据表格的显示样式灵活、多变，用户可根据自身需求进行设置。
（10） 实时监测值大容量存储
系统对采集到的模拟量、开关量等数据进行实时存储，可实现超大容量的数据存储，密采数据的查询不再受7天时间范围限制。 （11） 丰富、实用的曲线展示功能
系统具有丰富的实时曲线、历史曲线展示功能；提供模拟量实时曲线、模拟量同屏同坐标曲线、开关量柱状图状态图曲线、模拟量开关量组合显示曲线、模拟量开关量密采曲线等；模拟量提供历史数据最大值、平均值、最小值、监测值曲线显示；开关量提供历史数据阶梯线、状态图、柱状图显示。可精确还原查询时间内的历史配置信息，可个性化的设置曲线显示颜色，并提供报警值/解报值、断电值、复电值、标校阴影的绘制。曲线种类丰富、效果直观生动、功能实用、操作方便。 （12） 准确的标校提醒
系统对超过指定标校周期未进行标校操作，以及未能在设定时间内结束标校操作的传感器进行及时提醒，并提供操作方便、准确实时的手动标校控制。
（13） 电源远程实时管理
系统提供电源实时动态展示、远程控制功能，包括动态展示电源各路输出参数及状态、供电时间、工作模式、电池组电压、远程电池维护放电、远程维护充放电等功能。 （14） 语音合成报警
系统提供语音合成声光报警功能，直接将文字合成为语音进行播报，报警信息更精确。 （15） 用户权限管理
系统管理员进行系统权限分级管理；灵活配置不同等级用户角色，并分配系统服务端和Web客户端系统操作权限；配置系统用户信息，包括：账号、角色、密码、头像等。 （16） 导入CAD功能
图形显示可通过Web方式进行浏览，支持CAD格式的电子矿图的导入，导入后可分层显示各类图形。
（17） 方便、快捷的移动端信息展示
系统可通过手持设备实时查询多系统融合平台中的实时数据、报警、故障等实时信息，可在移动端浏览系统图形及工业电视画面，也可以查询系统的历史数据、历史曲线等。
（18） 丰富、易用的Web展示功能
Web发布实现了报警、故障、数据的实时监测，并提供历史数据、历史曲线、统计图表、图形等展示功能，可以免客户端浏览监控系统。 （19） 自诊断自评估
依据公司制定的统一的远程诊断基础信息编码规范，实现了设备、模块及系统各层级的故障数据采集及诊断功能。 （20） 多系统融合
系统融合模块通过专有数据接口与IP广播系统、人员定位系统、视频监控系统、电力监控系统以及其他设备监测系统形成互联互通的神经网络（工业环
网），系统融合模块作为决策的大脑，依据特征层分析处理的结果，最终执行相关的动作，比如特征分析的结果为某工作面瓦斯超过安全上限，此时融合模块发出提醒指令，指令通过神经网络到达各个终端，在广播终端播放语音提醒周边人员该工作面瓦斯超过安全上限，处于该区域的人员定位卡收到报警信息，提醒该区域的作业人员尽快撤离此区域，视频监控系统切换到该区域，使地面调度人员能够及时掌握该区域更直观的现状，如果此时特征分析的结果进一步恶化，分析结果驱动系统融合系统发出对该区域进行断电操作，此时处于神经网络的电力监控系统将响应指令要求，通过开关进行断电。 （21） 在用煤矿安全监控系统在线达标检测功能
软件能够根据用户所配置煤矿基本信息，智能判断不符合AQ6201标准的煤矿配置并进行报警，并将详细信息单独列出提示用户，防止因为人为疏忽原因导致煤矿安全监控系统出现安全漏洞，比如传感器漏装，报警、断电、复电门限设置不正常等。 （22） 瓦斯预报警功能
以煤矿安全监控系统监测的瓦斯、风筒风量数据以及掘进工作面防突检测参数为基础，实时动态预测掘进工作面煤与瓦斯突出的危险性；并根据现有瓦斯监测数据和风量数据，超前预测综采工作面区域内各单点传感器瓦斯浓度值范围和平均瓦斯涌出量范围。
3 升级改造需求
3.1 改造范围
根据保安煤矿的实际情况、系统特点及工作量安排，本着经济、稳定、总体规划、充分利用现有系统的设备、分步实施最终实现平滑过渡的原则，建议分步进行系统的升级改造，结合的自身的条件和特点，采用新旧两套系统并行运行的方式进行升级改造。对不同的区域，逐一在规定时间内完成升级改造。
实施计划：首先完成地面分站、电源、传感器的更换工作,然后对井下设备进行升级改造。
第一步：为了不影响老安全监测系统的运行，在地面监控室利用新主备机等搭建一套新安全监控系统平台，两套软件系统并行运行。同时安装服务器操作系统、数据库、监控系统软件。新系统上传软件，并将数据上传至集团公司。
第二步：更换井下井上原有监测监控系统光端机及数据接口的RS485模块，调试智能网关。
第三步：增加井下4台光端机，并分别接入环网交换机中，调试智能网关。
第四步：分阶段、分主次、分重点进行分站与电源、传感器的更换，把现有分站中的传感器接入到新分站中，对不能满足数字化的传感器进行更换。优先把不上传区域的分站及传感器（如避难硐室）进行改造，接入新系统。在进行分站、电源、传感器的升级改造时，对每台设备均要进行测试之后才可进行安装。
第五步：逐步把现有传感器分站接入到新系统中，实现新老系统的平滑过渡。
3.2 煤矿安全监控系统升级改造系统需求
通过调研交流，保安煤矿安全监控系统升级改造需求如下：
（1） 保安煤矿目前采用天地（常州）自动化股份有限公司KJ95N煤矿安全监控系统，故在本次升级改造中，本着节省煤矿资金投入，提升系统性能原则，要求对煤矿部分设备进行升级改造，继续使用；
（2） 为满足要求需更换上位机安全监控系统软件及存储数据库； （3） 目前煤矿井下已建成工业以太环网，为满足要求需升级现有3台光端机的RS485模块。
（4） 增加井下4台光端机，并分别接入环网交换机中。
4 升级改造实施方案
4.1 环网改造
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求：系统主干网应采用工业以太网。分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网。模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。目前保安煤矿已经建成井下工业以太网，主要设备包括：地面1台核心交换机、井下4台KJJ135接入交换机，该环网已经能够满足监控系统升级改造需求。
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求：系统巡检周期不超过20s，异地断电时间不超过40s。目前，保安煤矿主要采用天地（常州）自动化股份有限公司MT8000数据接口、KTG2A矿用本安光端机，为进一步提高系统巡检周期，减少异地断电时间，需对本矿正在使用的网络设备进行升级，由串口服务器升级至智能网关。目前主要涉及的设备及其安装位置、信息有：
设备安装位置 设备型号 生产厂家 升级改造方式 将原有的RS485模调度机房 MT8000 天地（常州） 块升级为智能网关 将原有的RS485模井底永久避难硐室 KTG2A 天地（常州） 块升级为智能网关 将原有的RS485模15107综采设备列车 KTG2A 天地（常州） 块升级为智能网关 将原有的RS485模15106综采设备列车 KTG2A 天地（常州） 块升级为智能网关 新增 新增 新增 中央变电所 上仓皮带机头 15#煤轨道巷第一配电室 KTG2A KTG2A KTG2A 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州）
采区变电所 KTG2A 天地（常州） 新增 4.2 分站改造
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求：1）在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展；2）分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网；3）分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km。目前保安煤矿主要采用KJF16B通用监控分站，为节省煤矿升级改造成本，拟对矿井目前正在使用的分站进行主板升级，以解决当前分站数字端口不足，无以太网接口的问题。
分站安装位置 上仓皮带机头 15106回风顺槽 15#煤皮带巷 地面风机房分站 中央变电所 15109进风顺槽口 15109高抽巷斜石门 15106回风顺槽、15108进KJF16B 风顺槽 15#煤皮带机头 15#煤采区变电所 15107高抽巷 KJF16B KJF16B KJF16B 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 RS485 RS485 RS485 升级分站主板 RS485 分站型号 KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B 升级改造方式 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 通信方式 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485
15110进风顺槽 15109进风顺槽 15106进风顺槽 15106进风顺槽 7#煤仓上口 15107进风顺槽 15#煤皮带巷 燃气锅炉房 井底永久避难硐室第一分KJF16B 站 地面风机房分站 井底永久避难硐室第二分KJF16B 站 15110进风顺槽 上仓皮带机头 瓦斯抽放泵站 二采区变电所 5#煤仓上口 15#煤皮带巷 15111进风顺槽 15#煤轨道巷第二变电所 KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 升级分站主板 RS485 KJF16B 升级分站主板 RS485 升级分站主板 RS485 KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B KJF16B 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 升级分站主板 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485
15111进风顺槽 15103高抽巷 KJF16B KJF16B 升级分站主板 升级分站主板 RS485 RS485 4.3 电源改造
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求：备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换。目前保安煤矿主要采用KDW65 隔爆兼本安型多路电源进行供电，供电续航能力只有2h,不满足4h要求，为满足要求，需采用更换整机及更换电源主板、电池组方式实现。具体清单如下：
电源安装位置 所供电设备 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 电源型号 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 生产厂家 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 升级改造方式 更换电池组及电源主板 更换电池组及电源主板 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 井底永久避难硐室 15107综采设备列车 15106综采设备列车 中央变电所 上仓皮带机头 15#煤轨道巷第一配电室 采区变电所 上仓皮带机头 15106回风顺槽 15#煤皮带巷 地面风机房分站 中央变电所
15109进风顺槽口 15109高抽巷斜石门 15106回风顺槽、15108监控分站 KDW65 天地（常州） 更换电源整机 监控分站 监控分站 KDW65 KDW65 天地（常州） 天地（常州） 更换电源整机 更换电源整机 进风顺槽 15#煤皮带机头 15#煤采区变电所 15107高抽巷 15110进风顺槽 15109进风顺槽 15106进风顺槽 15106进风顺槽 7#煤仓上口 15107进风顺槽 15#煤皮带巷 燃气锅炉房 井底永久避难硐室第一监控分站 KDW65 天地（常州） 更换电源整机 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 分站 地面风机房分站 井底永久避难硐室第二监控分站 KDW65 天地（常州） 更换电源整机 监控分站 KDW65 天地（常州） 更换电源整机 分站 15110进风顺槽 监控分站 KDW65 天地（常州） 更换电源整机
上仓皮带机头 瓦斯抽放泵站 二采区变电所 5#煤仓上口 15#煤皮带巷 15111进风顺槽 15#煤轨道巷第二变电所 15111进风顺槽 15103高抽巷 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 监控分站 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 KDW65 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 天地（常州） 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 更换电源整机 4.4 传感器改造
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求：1）在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展。2）安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。3）推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。4）提升传感器的防护等级，将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。目前保安煤矿主要采用天地（常州）传感器，仍主要采用频率制传输，无法满足传输数字化要求。
天地（常州）自动化股份有限公司传感器已通过EMC实验，且所有模拟量传感器、开停传感器、执行器均具有数字传输接口，对于2015年以后生产的KGA5矿用一氧化碳传感器、KGQ9矿用二氧化碳传感器、GJG100H红外甲烷传感器、KGQ7矿用氧气传感器、KGJ16B低浓度甲烷传感器、KGJ23高低浓
度甲烷传感器；GFY15矿用风速传感器、GFY15(A) 矿用双向风速传感器、GFT20矿用风筒风量传感器，均可进行设备升级，升级后可满足除IP65以外的升级改造要求。故对于保安煤矿，目前正在使用高低浓度甲烷传感器可进行设备升级改造；于煤矿正在使用低瓦斯传感器、一氧化碳传感器、矿用红外二氧化碳传感器、矿用氧气传感器、硫化氢传感器采用更换整机方式，实现升级改造。具体情况如下：
序号 1 2 3 传感器名称 高低浓度甲烷传感器 低瓦斯传感器 矿用一氧化碳传感器 型号 KGJ23 KGJ16B KGA5 在用传感器数量 80 6 27 可升级数80 6 27 需新购置数量 5
费用预算
设备名称 天地自动化煤矿安全生产综TD-KJ-AQJK-KJ95N 合监控系统软件 V1.0 I5主板，16G内存，1G独显，512G台 固态硬盘 2 套 1 型号规格 单位 数量 序号 1 2 安全监控系统主机 3 服务器 4 数据库 SQL SERVER 2012 标准版（5用户） Windows 2012 server 中文标准版（5台 套 1 2 5 服务器操作系统 套 用户） 1 6 监控主机操作系统 WIN10 专业版 64位 套 2
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