关键字：多系统融合；煤矿安全监控；研发。
1项目背景和目标
1.1项目背景
国家煤矿安全监察局发布煤矿安全监控系统升级改造要求
国家煤矿安全监察局（以下简称国家煤监局）2016年12月29日发布通知，颁布煤安监函〔2016〕5号《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（以下简称“5号文”），要求各矿井在2020年必须完成升级改造。其目的一是促进安全监测监控新技术新装备的推广应用，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；二是促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高煤矿安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用；三是支持安全监管监察，促进煤矿企业合理有效使用安全监控系统，充分发挥安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用，提升井下日常安全生产技术保障水平。
其中“5号文”共计13条整改技术要求，涉及硬件、软件及系统整体三个方面，内容如下图所示：
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当前集团的安全监控业务现状迫使各矿井要进行升级改造
通过对原神华集团下属56对矿井煤矿安全监控系统进行调研、分析，发现没有一家系统能完全满足“5号文”要求，具体总结如下：一是系统老旧，可靠性不高，其中有11个矿的系统已超过10年，且很多传感器、分站等设备抗干扰能力差，易冒大数，监测数据不准确，存在安全隐患；二是厂商多，运维被动，成本高企，全集团共涉及12家厂商20多个型号的系统，各系统封闭、厂家服务主动性差，协调难度大对应的运维和后续采购都很复杂，工作量大、成本高；三是数据使用效能低，很多系统仅应用于实时监测和报警，历史实时数据及其他系统（GIS、人员定位、广播等）的融合没有涉及，更无大数据分析。鉴于以上问题，为了确保集团各煤矿的安全生产，即使国家没有出台相应文件，安全监控系统也必须要升级换代。
煤矿安全监控系统升级改造工作是集团落实发展战略的必然要求
原神华集团在煤炭板块提出了建设“安全、绿色、智能、高效”智能矿山战略，其中安全排在首位。集团高度重视煤矿安全监控系统的升级改造工作，在国家煤监局下达文件后即成立了以分管领导为组长、集团信息管理部、安全监察局、煤炭生产部、生产指挥中心和神华信息技术有限公司（以下简称信息公司）为组员的领导小组和项目组。随后，项目组邀请了国内外专家认真解读“5号文”，并进行了详细讨论和研究，集团最后决定研究多系统融合的煤矿安全监控系统，要求以成熟电厂DCS理念，解决现有各类系统独立设立分站、系统独立纵向分别部署造成的信息壁垒，设计考虑多系统融合，预留与其它系统的接口。技术设计要以安全监管总局的要求为基线，立足中国神华战略发展、行业转型升级，邀请信息技术、自动化、生产安全领域的专家，共同制定高标准、高起点的技术方案和具体的指标参数。新系统严格依照集团信息化管控的“六统一”和信息化建设“五集中”管建模式建设。
2017年12月14日集团召开专题会议研究多系统融合的煤矿安全监控系统研发项目立项事宜，会议要求该项目由煤炭生产部牵头，安全监察局、生产指挥中心、信息管理部参与，项目直接委托信息公司承担建设。
2工作内容
2.1项目组织范围
项目组织范围包括集团煤炭生产部、安全监察局、生产指挥中心、信息管理部、神东煤炭集团公司，实施范围包括神东煤炭集团公司下属两个试点生产矿井。
2.2项目研发工作内容
项目一阶段研发满足“5号文”要求的安全监控系统，制定集团标准规范，完成系统在试点矿井的建设部署。项目二阶段研发多系统融合的煤矿安全监控系统（包括人员定位、应急广播、无线通讯），完成系统在试点矿井的建设部署，通过综合智能分站实现系统深度融合；同时完成安全监控集团端软件研发。
研发内容如下图描述：
2.2.1项目一阶段研发工作内容
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2.2.1.1标准规范研究与编制
标准规范将对安全监控系统功能、指标参数进行约束，包括分站标准、配接设备标准、通讯协议标准、联网技术标准、软件标准。标准规范将对业务系统的融合方式、融合业务有相应的约束，形成高标准、高起点的指标参数，以标准规范促进多系统融合，打破信息壁垒，实现数据共享。
2.2.1.2安全监控系统
安全监控系统需按照“5号文”、AQ6201要求，实现对模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能。用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、负压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。
2.2.1.3MA认证
MA（煤安）认证工作将以安全监控系统获得安标国家矿用产品安全标志中心颁发的矿用产品安全标志为最终目标，包括系统设备配套及联调认证、硬件设备防爆合格证、硬件设备生产许可证、硬件设备的MA认证证书。
送审过程包含以下几个步骤：申报阶段、技审检验阶段、资料审定阶段、技审检验确认阶段、综合审查阶段。
项目一期安标认证的成果如下所述：
（1）激光甲烷传感器：防爆合格证、生产许可证、MA认证证书。
（2）安全监控分站：防爆合格证、生产许可证、MA认证证书。
（3）安全监控系统：MA认证证书。
2.2.1.4试点矿井建设
试点矿井建设包含两大部分，第一部分为建设方案设计、第二部分为现场安装部署。
2.2.1.4.1建设方案设计
通过调研试点矿基本情况和在用安全监控、人员定位、应急广播、无线通讯系统，并结合多系统融合的煤矿安全监控系统，形成总体设计方案。该方案包括：试点矿井实施计划、需要安装的分站等设备数量和型号、设备的安装位置、需要的配件情况、是否有可以利旧的设备等。
2.2.1.4.2安装部署
在试点矿进行安装部署的工作主要包括三部分，分别为地面中心站软件及服务器硬件部署、井下安全监控分站安装及供电电源部署、工业环网设备及配套设备（传感器、执行器等）部署。
1)地面中心站软件及服务器硬件部署
根据试点矿机房情况，进行服务器的部署及地面中心软件的安装。
2)井下安全监控分站安装及供电电源部署
在煤矿井下主变电所、大巷、配电硐室、综采工作面、掘进工作面安装安全监控分站及电源设备。
3)工业环网设备及配套设备（传感器、执行器等）部署
煤矿井下采用以太环网进行设备的连接。如果煤矿已具有以太环网，安全监控分站通过光缆连接到已有的以太环网；如果煤矿未建设以太环网，则需新建设以太环网，承载煤矿安全监控系统主干通讯功能，安全监控分站通过光缆连接到新建的以太环网。井下以太环网采用光纤作为传输介质，光缆分别从两个井筒敷设进入井下。
2.2.2项目二阶段研发工作内容
项目二阶段研发工作内容包括如下：
1.多系统融合的煤矿安全监控系统研发
a)综合智能分站研发
b)配套软件研发（人员定位、应急广播）
c)安全监控集团端软件研发
2.多系统融合的煤矿安全监控系统MA认证
3.试点矿井建设
2.2.2.1多系统融合的煤矿安全监控系统
多系统融合的煤矿安全监控系统应涵盖安全监控、人员定位、应急广播、无线通讯功能，有效实现多系统之间的有机融合，实现井下设备自定位、应急联动等业务功能，进而提升煤矿安全监控水平，实现安全监测信息的深度分析和综合利用。在项目一阶段安全监控系统基础上，遵循标准规范进行多系统融合的煤矿安全监控系统建设。
2.2.2.1.1综合智能分站
综合智能分站研发是集成安全监控、人员定位、应急广播、无线通讯于一体的一站式解决方案，实现井下多系统统一接入、统一承载和管理，实现多系统的深度融合，为现有的生产指挥提供支撑平台。在满足安全监控、人员定位、应急广播各自系统功能实现的基础上，探索运用DCS理念，实现井下分站所处区域内的各系统应急联动功能。
2.2.2.1.2配套软件
配套软件主要目的是为了满足综合智能分站的煤安认证工作而进行的井上软件研发，包括支持人员定位、应急广播的功能，具有管理、设置、展示等相关功能。
人员定位软件
人员定位需实现监测井下人员位置，具有携卡人员出/入井时刻、重点区域出/入时刻、限制区域出/入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、储存、查询、报警、管理等功能，并具有带班跟踪，呼叫呼救报警、超时报警、轨迹查询、轨迹回放、报表统计等功能。
应急广播软件
应急广播实现在矿井生产安全事故的紧急情况下，通过调度指挥中心调度安排，由井下广播终端定点、定区域或全体广播，帮助井下生产人员及时到达指定安全地点，辅助生产人员安全撤离、减少人员伤亡、减少煤矿安全事故。
安全监控集团端软件研发
安全监控集团端满足集团公司对下属矿井的安全监测管理，实现对安全监控数据实时监测、报警监测、GIS展示、数据分析、查询统计、系统管理。
2.2.2.2MA认证
项目二期的安标送审策略为：在项目一期已送审的安监系统基础上增加综合智能分站，扩大系统功能、提高系统性能。送审过程包含以下几个步骤：申报阶段、技审检验阶段、资料审定阶段、技审检验确认阶段、综合审查阶段。
（1）综合智能分站：防爆合格证、生产许可证、MA认证证书。
（2）多系统融合的煤矿安全监控系统：MA认证证书。
2.2.2.3试点矿井建设
在以综合智能分站为核心的安全监控系统研发完成后，根据试点矿建设方案，对现有人员定位系统、应急广播系统、无线通信系统进行替换。
具体包含以下工作内容：在现有分站内增加人员定位、应急广播、无线通讯模块，补充单独的人员定位、应急广播和无线通讯分站，现场安装天线、应急广播音箱等配件。通过这些安装部署，系统将在分站级实现融合、系统联动。
3工作方法
多系统融合的煤矿安全监控系统研发与试点项目为产品研发项目，工作任务包括软件研发、硬件研发部分，根据各部分的特点分别采用不同的工作方法。
3.1软件研发方法论
软件研发采用迭代增量式开发模式，每个迭代对应一组子目标及交付物(或部分)的实现，每个迭代包括四个阶段，：
需求&计划：相应增量的需求分析和计划
设计&开发：相应增量的概要设计、详细设计、开发
测试&完善：相应增量的集成测试、系统测试、修改BUG、逐步完善
试运行&审核：相应增量的上线试运行和用户审核，视完整程度一半在演示环境进行，最后一个迭代需要在生产环境进行。
每个增量均实现某几个功能模块，沿核心框架、主要功能、扩展功能的顺序，分两个增量（即两个迭代）来实现。
3.2硬件设备开发方法论
安全监控系统硬件设备的开发包括分站和激光甲烷传感器两大部分。硬件开发包含的阶段有：项目启动、需求分析、系统设计、硬件开发、系统测试、开发实现、试点运行与MA认证。项目启动：确定项目目标、工作范围、人力资源投入、进度计划等。需求分析：需求调研。系统设计：概要设计。硬件开发：硬件原理设计、电路设计等。测试阶段：系统测试。开发实现：样机生产。试点运行与MA认证：试点项目实施应用、设备送审认证。
3.3工作组织
多系统融合的煤矿安全监控系统研发与试点项目由煤炭生产部牵头，安全监察局、生产指挥中心、信息管理部参与，项目直接委托信息公司承担建设。
项目涉及井上软件系统、井下硬件设备的部分，将由信息公司与国电科技环保集团有限公司（以下简称国电科环）根据自身的优势，联合进行开发工作，成立统一的组织按照项目目标进行整体架构设计、计划整合、进度跟踪。项目研发、施工整体工作由信息公司作为总体承担单位，负责项目整体的按期交付，以及项目中井上软件部分研发、试点实施；硬件研发和生产委托国电科环集团下属保定龙源电气公司完成。保定龙源电气公司作为整个系统（含软硬件）申请煤炭安全认证的主体。
4 结束语
该项目以集团“创新、效益、安全、绿色、廉洁、幸福”六项核心理念为指导，研发出一多系统融合的煤矿安全监控系统，支撑集团煤矿安全监控系统升级改造，既满足国家煤监局改造要求，又助力集团煤矿数字化、自动化、智能化水平全面提升，引领行业进步。
参考文献
[1]AQ 6201-2006.煤矿安全监控系统通用技术要求[S]. 2006
[2]煤矿安全监控多系统融合平台[J]. 闫兆振.工矿自动化.2017(02)
[3]煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究[J]. 汪丛笑.工矿自动化.2017(02)
[4]煤矿井下安全监控多系统融合方法研究[J].齐笑笑郭佑民齐金平.工矿自动化.2018(12)
论文作者:李志
论文发表刊物:《城镇建设》2019年24期
论文发表时间:2020/1/16
标签：系统论文; 监控系统论文; 煤矿安全论文; 项目论文; 井下论文; 分站论文; 矿井论文; 《城镇建设》2019年24期论文;