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1、 “一通三防”信息化建设与创新实践 一、 “一通三防”信息化创新建设前的基本情况（一）“一通三防”信息化建设的起源和发展历程坤升公司是全省挂号的高瓦斯矿井，自1990年矿井鉴定为高瓦斯矿井以来，瓦斯涌出量逐年增加，瓦斯绝对涌出量和相对涌出量连续多年居全省第一，2006年，矿井瓦斯涌出量虽为近五年来最低的一年，但相对瓦斯涌出量和绝对瓦斯涌出量仍分别达到21.54m3/min、25.967m3/t，治理瓦斯工作成为“一通三防”管理的重点和难点。从80年代开始，以瓦斯监测技术为代表的“一通三防”信息化技术的应用和推广，使传统的“一通三防”管理手段和方法人为影响因素大、监测内容单调、方法落后、可靠性差
2、等缺点越来越凸显出来，研究新的管理技术和方法很有必要。针对以上情况，坤升公司较早就介入“一通三防”信息化建设与应用，1988年5月，投资23万元，建立了第一套瓦斯监控系统（MJC100A型煤矿集中监控系统），开始对矿井瓦斯进行实时监测，随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和应用，矿井监测系统由单一的甲烷监测和就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关量监测模拟调度发展起来，不断发展和完善，逐步从MJC-100A、KJ-2逐步发展到KJ95监控系统，直至目前使用的KJ76监控系统，功能也更加完善和强大。以KJ76监控系统作为平台，“一通三防”信息化建设蓬勃开展起来。(二)改造创新
3、前的信息化水平坤升公司原有的“一通三防”信息化工作主要依托山东瑞安特公司生产的KJ76监测系统实现。1、KJ76矿井监控系统组成坤升公司使用的KJ76矿井监控系统是一个基于网络化的监测监控系统，可以实现灵活组合的联网监测功能。其主要由监测终端、监控主机（中心站）、通信接口装置、井下分站、传感器等组成。系统结构如图1所示。图1 KJ76监控系统图2、监控系统的主要参数系统容量：128 台分站设备。传输速率：分站与接口速率：1200/2400 bps主机与接口速率：19,200 bps巡检周期：30 s （典型值0.25 秒/分站）分站容量： 16路输入端口（模拟量/开关量），8路输出控制端口。传
4、输方式：RS485 （异步半双工）传输电缆芯线：2芯传输距离地面接口到分站信号传输距离：20 km；分站到传感器之间信号传输距离：2 kmKJ33型分站输入容量：16个测点（模拟量或开关量或累计量）输出容量： 8路开关量输出模拟量传感器信号：200-1000HZ及其它非标准制式频率信号。开关量传感器信号：0-5MA或无电位接点。供电：地面为AC220井下设备为：AC127V，380V，660V3、监测系统实现的主要功能（1）实时监测瓦斯、风速、负压、温度、风门开关等环境参数；实时监测监控风压、机电设备开停等生产参数。（2）对所有监测监控数据进行实时处理后分类存储，并提供二级和三级数据库存储备份
5、，监测数据永久保存。（3）系统提供多种诊断功能，包括系统的通信传输状况、传感器、分站故障分类统计等监测系统的自身故障诊断；（4）系统具有动态模拟图显示、实时监测表、柱状图、实时曲线、报表统计、定制报表、历史曲线、当地远程报警等功能，对所有数据和报表都提供打印输出功能。（5）系统具有良好的网络功能，可以通过电话线、局域网、互联网等多种形式，方便的进行全局、全市、全省范围的联网。系统也可根据用户定制联网需求，提供输出交换监测数据。（6）系统具有后台查询网站和局域网专用监控软件，信息查询灵活方便。4、配套硬件使用情况坤升公司在通防科监控室安装KJ76监控系统一套对矿井以瓦斯为主的参数进行时时监控，与
6、kj76监控系统配套的主要传感器在册使用情况如下：（1）瓦斯监测传感器在册：105个，使用84个，备用21个。（2）设备监测传感器在册：85个，使用58个，备用27个。（3）风门开关监测传感器在册：5个，使用3个，备用2个。（4）风速监测传感器在册：5个，使用5个。（5）负压监测传感器在册：3个，使用2个，备用1个。（6）风筒风量传感器在册：30个，使用22个，备用9个。（7）电源箱在册：62套，使用50套，备用12套。（8）压力传感器在册：2套,使用2套。5、配套软件使用情况KJ76监控主机软件系统主要由主机监控软件、动态模拟图、历史曲线、统计报表、环境监测报表、网络通信、电话语音报警等功能
7、模块组成。KJ76监控主机软件系统各模块可执行程序皆位于主机软件程序目录下，各模块主要功能用途如下：（1）主机监控软件：主机监控程序，完成分站配置、分站通信、环境数据实时监测、传感器故障及报警监测、断复电控制、数据存储等功能。（2）动态模拟图：提供全图形界面的实时数据监测功能，能够以文字、颜色变化、图形动画等各种动态形式，在矿井模拟布局图上定位显示实时环境监测数据。（3）历史曲线：提供以曲线方式查询环境监测历史数据，同时支持多个模拟量和开关量查询显示。（4）统计报表：提供以报表方式统计环境监测数据，支持按日期和班次查询，并能够预览打印和自动打印输出。（5）环境监测报表：提供以用户定制报表方式查
8、询环境监测数据，支持按日期和班次查询，并能够预览打印和自动打印输出。（6）网络通信：实现监控系统远程联网和远程监测的软件模块，支持电话拨号、局域网和互联网络远程数据传输。（7）网络通信：通过利用语音卡模块，将本地监测报警信息以语音方式拨打指定电话，并能够接收电话信息查询请求。6、发挥的主要作用十多年来，“一通三防”信息化建设使矿井尝到了甜头，安全监控系统多次预知险情，化险为安，先后预报各类瓦斯报警2772次，断电2830多小时，为领导及“一通三防”人员在第一时间掌握现场瓦斯变化情况，及时采取措施，排除险情提供了可靠的依据，发挥了极其重要的作用。二、“一通三防”信息化建设急待解决的问题经过十几年
9、的建设和经营，坤升公司的“一通三防”信息化建设虽然取得了较大的成绩，但通过近几年的应用发现，仍停留在一个较低层次，主要依赖KJ76监测系统，虽然系统软硬件水平有较大的改善，监测质量明显提高，监测内容更加丰富，但它故障率较高、稳定性差、监测数据单一，以及使用过程中暴露出来的诸多问题，亟需要完善和提高，同时信息化建设必须根据“一通三防”工作的发展，不断扩大其外延和内涵，努力适应安全生产需要。（一）监测内容的增多，但只能以瓦斯为主 作为高瓦斯矿井，2005年之前，公司与KJ76监控系统只有一台主机、一台备机，即只有一个显示窗口，只能监测瓦斯为主的各类数据，在查看其他监测数据时，必须关闭已开的监测窗口
10、，既繁琐，又不能全面显示实际所监测的各类数据，很容易顾此失彼，造成除瓦斯外监测数据即使有异常变化，却往往不能及时发现。（二）监测系统故障研究 1、数据传输故障 KJ76监控系统虽然是整体比较稳定和可靠，但在生产实际中，监测数据传输缓慢，经常中断数据传输的问题经常发生，究其原因，主要有三个，一个是公司监控系统负荷较大，监测线路过长、运行分站数量过多。二是电源箱中板质量不稳定，易损坏。三是因监测线路使用普通橡胶电缆，容易受其他电磁场的干扰。 2、容易出现各类误报警在KJ76监控系统使用过程中，我们发现监控系统误报警频率较高，据20032005年统计，每年的误报警次数累计超过700次，其中绝大多数误
11、报警，通过模拟曲线可以直观的加以判断，但仍有很多，引起了不必要的慌乱，造成主机发送错误信息，导致引发不必要的恐慌和生产现场自动断电，从而严重干扰了正常的生产经营。3、屡次发生雷击事故 坤升公司的KJ76监控系统，在监测距离公司2KM的四台提风机运行状况时，由于监测线路位于地面，曾经在雨季出现两次，整个监控系统被雷电击毁，导致整个安全监控系统瘫痪的严重事件，直接导致矿井的“眼睛”失明，大量数据发生不可逆性的丢失，尽管事后采取了各种防范和补救措施，但地面监测部分的监测电缆作为导体，依然会成为雷电入侵的载体，安全隐患依然存在。4、瓦斯传感器经常损坏瓦斯传感器在采掘工作面使用过程中，由于放炮等原因，需
12、要经常来回拉动，同时放炮引起的剧烈震动产生的冲击波以及飞起的石块等，都可能造成传感器外壳或元件受损，使传感器无法进行正常监测的问题，也比较突出，导致出现监测系统出现“真空”。5、报警告知范围小，问题发现不及时我们注意到监控系统是安全可靠的，但受人为因素的影响，往往出现语音报警，也不容易发现。原因主要有两个：一是监控系统只具有语音报警功能，一旦监测人员由于精力不集中或不在现场，别人无法掌握监控告警信息。二是监测人员不可能每班8个小时都盯着监控屏幕，一旦注意力不集中，瓦斯浓度升高报警，不易发现。（三）防尘设施管理困难、使用不正常，需要利用信息化解决矿井KJ76监测系统是一个良好的平台，信息化建设和
13、创新只有围绕它展开，才有生命力。作为“一通三防”管理重要部分，综合防尘工作一直是工作管理的一个薄弱点，特别是防尘水幕等防尘设施的使用很不正常，员工害怕水淋，往往动不动就人为的将防尘水幕的把手关闭了，造成防尘设施形同虚设。如果去掉防尘水幕的把手，必将造成防尘水幕长期喷雾，在多数情况下，既浪费了大量防尘水，又容易造成积水泛滥，现场条件恶化，如果能够实现水幕的自动化控制，将会成功解决这一问题。（四）“一通三防”人员联系困难 矿井井下安装了大量的调度电话，但每个工作人员不可能都守在电话旁，遇到紧急情况，井上下的通讯联系就成为一个急待解决的难题。正常的工作联系也受到很大的限制，只能靠人员来回面对面的传递
14、各类信息，作为高瓦斯矿井，时间就是生命，提前得到有关信息，可能保障的就是矿井的安危。瓦斯员、放炮员、监测工等“一通三防”方面的重要岗位如果使用上现代化的井下通讯工具，可使“一通三防”管理工作上一个新台阶。（五）局部通风机监控手段落后近年来，供电线路故障引发的掘进工作面局部通风机停风事故时有发生，给矿井安全生产和人员安危造成严重威胁，若不能及时发现和排除，很容易酿成瓦斯爆炸或窒息事故，尽管高瓦斯矿井掘进工作面供风做到了“三专两闭锁”，但受人为、技术、管理等因素的影响，监控过程中停风现象仍屡见不鲜。公司在原来的局部通风机监测监控中使用风筒传感器，它适用于煤矿井下各作业场所中，可以连续监测局部通风机
15、（抽排风机）供风风筒有风无风状态，风筒一旦停风时，可以立即切断工作面及回风流生产线电源，并向监测系统发出开关信号。 风筒传感器的工作原理是：干簧管在磁场中当磁铁强度达到一定强度时，其中一组触片与原来吸合的触片脱开、与另一触片吸合，当干簧管脱离强磁场时，又恢复原来的状态，利用这一原理可对风筒有风无风进行监控，并将信号通过电缆传送至计算机监控系统。 安装时，将风筒传感器通过其吊环吊到巷道顶部，再将支架套到风筒上，传感器的常开节点，通过12V电源接到分站的相应输入端口上，由分站自动分析判断风筒供风状态，并实现无风断电功能。安装方法如图2所示：图2 风筒传感器安装方法示意图原有的安设风筒传感器监控局部通风机供风状况的情况存在较大的缺陷。尽管通风管理人员可以从监测屏幕上准确知道井下哪个地点局部通风机停风，并立即处理，却也只能事后预防，不能提前监督，特别是局部通风机单回路供电的状态不能及时发现和排除。三、近年来“一通三防”信息化创新实践从2005年1月开始，公司在“一通三防”信息化建设方面加大了人力物力投入，通过2年多的不懈努力，“一通三防”信息化水平有了质的飞跃，不仅新技术、新工艺推广应用方面取得了可喜的成果，在理论研究创新，实践应用创新方面也有所突破，使信息化建设向着监测与控制并重、就地自动控制、远程人为控制、灾害预防、信息共享、多参数、多媒体、
