##煤矿安全避险监测监控、人员定位、通信联络三大系统技术方案

七、技术设计方案 (2)
1、项目背景 (2)
2、系统建设原则 (3)
3、系统设计依据 (4)
4、三大系统建设工程项目简介 (4)
4.1 矿山信息 (4)
4.2 系统项目介绍 (5)
5、系统设计 (5)
5.1 矿山调度指挥中心及环网建设 (6)
5.1.1矿山调度指挥中心设计 (6)
5.1.2工业以太环网平台 (9)
5.1.3安全避险电视墙设计 (20)
5.2 监测监控系统 (35)
5.2.1概述 (35)
5.2.2安全监控系统 (36)
5.2.3视频监控系统 (42)
5.2.4监测监控系统维护 (50)
5.3 人员定位系统 (51)
5.3.1 本质安全的内涵 (51)
5.3.2 本质安全的四要素 (51)
5.3.3 如何加强本质安全型企业建设 (52)
5.3.4 目前存在的问题 (52)
5.3.5 我们的解决方案 (52)
5.3.6 本安模式数字矿山架构图 (52)
5.3.7 系统设计 (54)
5.3.8 平台功能 (55)
5.3.9 井下人员定位 (55)
5.3.10 硬件参数 (80)
5.4 通信联络系统 (81)
5.4.1 概述 (81)
5.4.2 通信联络系统设计 (86)
5.4.3 系统维护 (87)
6、设计方案的优化 (87)
6.1 概述 (87)
6.2 设备使用方案的优化 (87)
6.3 施工方案的优化 (88)
八、工程质量保证措施 (88)
1、工程特点及施工条件 (88)
2、工程质量目标 (89)
3、质量保证体系 (89)
4、工程质量管理办法 (90)
5、工程质量施工保证措施 (92)
九、安全技术措施 (94)
1、安全施工目标 (94)
2、安全生产 (94)
3、文明施工 (96)
4、防火措施 (96)
十、培训、售后服务及响应时间 (97)
1、技术培训 (97)
2、技术支持与服务 (98)
3、售后服务承诺 (100)
十一、优惠条件 (102)
十二、项目组织安排 (102)
十三、工程项目管理 (104)
十四、验收方法及标准 (106)
1、遵循标准 (106)
2、货到现场检验 (106)
3、系统终检 (106)
十五、公司简介 (107)
七、技术设计方案
1、项目背景
矿山安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府和矿山企业一贯高度重视矿山安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。

但近年来矿山各种事故频发，为了保障地下矿山的安全生产，保护矿山职工及周边人民群众的正常生产生活，2010年7月国务院下发了《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》【国发〔2010〕23号】、国务院下发了《国务院安委会办公室关于贯彻落实《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》精神进一步加强非煤矿山安全生产工作的实施意见》【安委办〔2010〕17号】及《金属非金属矿山安全避险六大系统建设规范》中，明确要求金属非金属地下矿山在相应的时限内建设“六大系统”。

安全避险“六大系统”实质作用为最大限度的保障井下作业人员的人身安全。

1.监测监控系统是为了提前发现各种隐患，消除隐患，避免突发事件的发生；
2.井下人员定位系统是在突发事件及随后的应急救援时间段内，可以有效了解
人员分布、流动状态，制定相应的应急救援预案。

在日常生产管理过程中，人员定位系统还可以进行考勤、统计、分析人员工作状态。

3.紧急避险系统是在发生突发事件时，为井下作业人员提供合理的避灾路线和
自救设施并制定合理的应急预案，为不能撤离出井的人员提供避险场所，为应急救援赢得时间，最大限度地提高井下突发事件后作业人员的存活率；
4.“压风自救系统”和“供水施救系统”是为井下作业人员提供生存的环境及
资源，为作业人员延长生命周期的保障系统；
5.通信联络系统可以作为日常井上井下间联络通道，事故情况下实现井上下信
息即时沟通和应急救援的指挥系统。

建设安全避险“六大系统”应结合企业的事情情况，分析企业内可能存在的危害来制定对应的措施。

利用我公司自身在非煤矿山安全信息化领域丰富的建设经验，研发出了《地下矿山安全信息化系统》（“六大系统”）。

结合#########333实际情况编制此设计方案。

2、系统建设原则
可靠性
系统主要技术和产品具有成熟、稳定、实用的特点，可充分满足实际应用、技术开发及信息管理的需要。

保证在井下恶劣环境中，能进行准确的监测。

系统实现7*24小时无间断的运行。

利用工业级以太网稳定、灵活的特点，系统在任何一个节点出现故障时整个系统仍能正常运行。

先进性
使用成熟的先进技术，各项设备选型上应考虑市场上技术支持好、服务力量强，设备性能稳定、扩展性好的产品，确保设计具有先进性及前瞻性。

可扩展性
在系统建设时，应在保证系统在一定时期内的先进性的前提下，设计具有良好扩展性的系统架构，选择具有良好扩展性和升级能力的产品，系统结构模块化，确保整个系统的可扩展性。

兼容性
系统在依托于工业级以太网，提供丰富的接口，确保矿方其他信息化系统可以接入到系统中，最大限度的降低企业成本，避免“信息孤岛”的出现。

高性价比
力求最优的性能价格比，在保证系统高性能的同时尽量减少用户的投资。

3、系统设计依据
安全生产法律法规
●《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）；
●《矿山电力设计规范》（GB50070-2009）；
●《金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范》AQ2031—2011；
●《金属非金属地下矿山人员定位系统建设规范》AQ2032—2011；
●《金属非金属地下矿山通信联络系统建设规范》AQ2036—2011；
计算机工程相关国家标准
●《计算机软件需求说明书编制指南》GB9385-88
●《计算机软件开发规范》GB8566-88
●《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-92
●《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
●《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
●《无屏蔽双绞线系统现场测试传输性能规范》EIA/TIATSB67
●《质量管理体系标准》GB/T 19000-2000(ISO9000：2000)
●《微功率（短距离）无线电设备的技术要求——通用要求》
其他
●#########333#########333科技有限公司执行内部规范
●#########333提供的矿山资料
●产品生产国家规范和标准
4、三大系统建设工程项目简介
4.1 矿山信息
#########333有限公司成立于2010年
产开发等多元产业为一体的现代企业集团。

前身#########333有限公司成立于2007年，并多次被评为#########333省“安全生产先进单位”
“功勋企业”。

#########333有限公司是#########333下属公司，位于苍山县临枣交界处，矿址座落在矿产资源丰富的苍山县鲁城乡境内。

东临素称“#########333南菜园”的蔬菜之乡——向城镇，西临枣庄市中区。

公司地理位置优越，处于鲁南苏北重要的交通枢纽，南临206国道，东西距京沪和京福高速公路各40公里，东距石臼港120公里，西依京沪铁路枣庄站20公里，交通便利。

4.2 系统项目介绍
#########333“监测监控、人员定位和通信联络”三大系统建设工程项目建设起始于全国上下重视安全生产的大背景之下，2010年7月19日国务院《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》，通知中明确要求金属非金属地下矿山企业必须于2013年底前建成安全避险“六大系统”。

2010年10月9日，国家安全监督管理总局发布《金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”安装使用和监督检查暂行规定》，2011年9月1日，国家安全监督管理总局发布《金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”建设规范》。

以上文件的发布，表明了国家建设安全“六大系统”的决心和恒心，为“六大系统”的建设提供了法律依据。

#########333现有-15米中段、-70米中段两个中段。

井下安全避险“三大系统（井下监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统）”建设要求对-15、-70中段的监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统等系统进行设计，包括设备和材料采购、指导安装、调试、培训、交付建设单位使用，一年现场服务。

系统电缆和光缆敷设应符合GB16423-2006中6.5.2的相关规定，系统中的设备设施应取得矿用产品安全标志。

各系统的端口、接口、线路要有余度，以备升级、扩展、移动时使用。

5、系统设计
本章节重点描述#########333“监测监控、人员定位和通信联络”三大系统建设工程项目设计内容的国家规范要求、设计实现内容、系统维护要求、系统设计内容。

5.1 矿山调度指挥中心及环网建设
根据信息化矿山的初步设计，矿山调度中心是安全避险“六大系统”的信息集散地，集指挥、控制于一身。

借助大屏幕投影显示系统、视频监控系统等，在矿山调度中心可实现对各个监控子系统的集中监视、监控。

监测监控系统数据中心是综合监测监控中心的核心设施，是安全避险“六大系统”的最终表现形式、监控终端及信息中转站。

#########333统一的网络传输平台是保证整个系统的基础，工业以太网平台主要作用是为矿区提供一个安全可靠、容量大、功能强、便于维护、稳定可靠的传输网，以保证各种业务的稳定传输；包括建立满足矿区数据及流媒体业务需求的数据交换网络，建立满足矿区生产、生活的图像业务网络，为矿区的安全生产、人身安全、应急救援提供可靠有效的通信保证。

矿山调度中心是矿区安全避险“六大系统”的业务主要承载平台，网络平台的规划、建设决定了网络的运行质量和发展，是安全避险“六大系统”的重要组成部分。

#########333矿山调度中心及环网建设包括数据中心、地面网络、井下环网、大屏系统、有线调度与WIFI无线通讯统一调度平台、综合软件平台等。

5.1.1矿山调度指挥中心设计
5.1.1.1拓扑结构
本矿山调度中心网络构成基础为1000M工业以太网，整体网络初步设计为1台地面千兆核心环网交换机、2台24路网络交换机、2台井下千兆环网交换机、5台监控主机、1套UPS电源、1套综合监控平台、1套机柜、1台激光打印机。

矿山调度中心的拓扑结构如下图所示：
5.1.1.2主要设备配置
综合监控平台
多网合一系统平台，与人员定位子系统、视频监控子系统、安全监控子系统基于实时数据库无缝集成，充分考虑安全避险综合监控平台与矿山其它系统（如选矿视频监视系统）的联接。

监控主机
多台监控主机均连接在控制网络，监控主机互为冗余的可靠系统，它们具有相同的功能。

但从安全的角度来讲，操作员必须经过授权的方式进入该监控主机来实现一定的操作和控制。

数据交换机
根据需要，可选用存储-转发交换方式的快速以太网交换机，背板带宽要宽，
传输速率快并具有10/100/1000M自适应功能。

5.1.1.3系统主要功能
实现对“六大系统”的集中监控
系统是基于网络的集中监控系统，在网络数据中心可实现对网络中各个子系统的集中监控。

网络数据中心网络为双服务器1000M以太网。

各监控主机功能相同，可用于对系统中各子系统进行监测与控制，实际使用时可互为备用。

综合显示功能
能实时显示各安全监测系统、视频监测系统、人员定位系统等相关设施及所有信息状况；当被测参数超限、保护动作改变后出语音、文字告警提示。

扫描周期可短至1秒。

故障自诊断功能
可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出。

故障自动切换时间<20秒。

打印功能
能实时或按时间段打印安全监测系统、视频监测系统、人员定位系统等相关系统的实时监测数据。

数据统计、汇总
对数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示并能打印输出。

网络功能
与其它集控系统(如：管理系统)组成网络并纳入全矿计算机局域网，供矿调度指挥中心、矿领导及有关部门随时掌握井下各系统工作情况。

掉电保护
为防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控，采用UPS供电，保证系统不断运行。

UPS能够为系统提供不低于2小时的连续供电。

5.1.2工业以太环网平台
5.1.2.1网络设备的选型
本方案将采用基于以太网TCP/IP的工业以太网技术，传输介质采用层绞式矿用铠装光纤，网络结构采用基于光纤工业以太网的环形架构。

技术选择
现代矿井的各类监测监控系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备，为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，并将各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上。

为保证良好的兼容性和可扩充性，建议使用以太网TCP/IP技术作为整个系统的通信标准。

如有其他类型的通信格式，如RS232，RS485或其他专用通信接口等等，均可通过协议网关转换为以太网信息包，在IP网络上进行传送。

以太网TCP/IP技术具有以下的优势：
随着企业的发展、各种新技术的应用，可以预见，对网络的带宽要求也会越来越高，比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备信息数据采集等都需要进行大量数据的传输。

以太网技术具有相当高的数据传输速率(目前已有成功案例应用于井下工业环境下的以太网交换机)，能提供足够的带宽；
能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；
支持交互式和开放的数据存取技术；
沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；
允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。

以太网早期存在不确定性和实时性能欠佳的问题，已通过智能交换机的使用、主动切换功能的实现、优先权的引入等，基本上得到了解决。

通过提高数据传输速率，仔细地选择网络的拓扑结构、设置服务质量（QOS）等，从而保证数据传输的准确性和实时性。

因此，本方案选择工业以太环网组网技术作为安全避险“六大系统”网的技术选型。

网络产品的选型
由于工业环境（如煤矿、铁矿、铅锌矿等行业）的特殊性，普通交换机在抗干扰性能、电磁兼容性、可靠性、可用性、MTBF等方面不能完全适应工业环境的要求，且不能形成高速冗余环路的连接方式，使用寿命也会大大降低。

因而必须采用工业级的以太网交换机，本方案采用MOXA系列工业以太网交换机。

MOXA工业级交换机特点：
专注点MOXA解决方案专业细节
元器件的工业级及军品级别工业级甚至军品
级
MOXA的工业级交换机在元器件的选用中采用了工业级甚至军品
级，与其他品牌的交换机相比，MOXA工业级器件都经过了严格
的挑选和前期测试，具有良好的抗干扰性，具有防潮、防雷、
防静电、防干扰、防震、防尘等功能，所有选用的工业级设备
的电子电路板都有防潮涂层，外壳都选用工业金属材料，或者
添加了金属材料的塑料件，防护等级高，所有通讯接口都采用
抗静电设计工业级元器件性能更加稳定，因此，在恶劣环境下
具有商业级芯片或元器件所不具备的高可靠性。

低电压供
电、人员安全及防火措施24VDC
在设备的工作电压上，MOXA的工业级交换机产品采用24VDC供
电，而商用级交换机采用220VAC，因此相比之下，MOXA的工业
级交换机具有更低的功耗和更高的安全性。

同时，由于许多工
业现场安装设备的空间狭小，施工及维护人员极易直接接触到
网络设备的供电部分，而36V以下的电压为操作人员的安全提
供了重要保障。

同时，MOXA的工业级交换机在从包括印刷电路板采用通过94v0
防火标准的Fr2材料作为PCB直至采用阻燃增强工业塑料外壳
等细节都十分重视设备的阻燃措施，这使得交换机无论是在任
何地方都表现出出色的防火能力。

电源冗余提供双重保护双电源，且针对
供电故障提供
100ms快速现场
及远程报警
MOXA的工业级交换机采用冗余双电源供电，当其中一路电源出
现故障时，另外一路电源仍然能够保障交换机的正常工作，并
会在100ms之内将电源故障进行警报，以使得维修人员及时维
修。

双电源系统带来的不间断的供电为网络的持久联通提供了
双重保障。

安装方式DIN导轨安装或
壁挂式安装
MOXA工业级交换机的安装方式为DIN导轨安装或壁挂式安装，
而商用级交换机主要为桌面型和机架型，导轨和壁挂安装意味
着更小的体积和更坚固的安放，导轨及螺钉能够适应更狭小的
空间及更复杂的现场应用环境。

工作温度的严苛要求-10~60℃/宽温
-40~75℃
MOXA的工业级交换机的工作温度一般为-10~60℃，宽温产品工
作温度为-40~75℃，而商用级交换机为0~45℃，普通的交换机
经不起大范围的温度波动以及严寒和高温，而MOXA的工业级交
换机则经过了恶劣温度条件的考验，例如在青藏铁路线的视频
监控网中；在宝钢、鞍钢酷热的高炉旁和热轧车间中，MOXA产
品方能满足严苛的温度要求。

湿度防护
之一：高湿度防护、耐5~95%
工业现场中的设备往往会在常年的高湿度环境下工作，而急剧
变化的温差往往还会给设备带来凝露，如不经过特殊的处理，
电路板、元器件的老化速度非常快，焊点、接头的腐蚀现象严
腐蚀性与抗老化性重，直接后果是网络的不稳定通信、甚至是无法通信；设备的寿命也会显著缩短。

MOXA的工业级交换机工作在湿度为5~95%的环境中，即使是常年的高湿度环境也不会对其有任何影响，这得益于在设计过程中选用高可靠性元器件以及对包括PCB及焊点在内的电路进行防潮涂层的喷涂还有对各关键接口部位采用纯金电镀的高成本制作。

另外，位于美国的MOXA工业以太网交换机研究所的材料学科学家们也一直致力于工业耐腐蚀材料的研究并将大量的研究成果应用于MOXA的产品。

湿度防护之二：高干
燥性防护与静电防护5~95%
户外干燥的环境下极易出现低湿度空气，而这往往是最易被大
家忽视的地方。

MOXA的工业级交换机不仅仅能够适用于高湿度
环境，对于极度干燥的自然条件。

干燥所引起的最大问题就是
静电，这样的环境中，如不经过特殊设计，设备的元器件被静
电击穿的概率大幅上升，并且对于静电的防护比对于潮湿的防
护更难，需要例如在芯片生产时就采用绝缘性能更好及厚度更
厚的绝缘材料等更多的投入才能够达到较高的静电防护级别，
因此直到现在，只有极少的厂家能够保证自己的产品在5~95%
的湿度环境中长时间工作，而另外的产品则更多的选择了
10~95%的工作环境，而这一点，经常只会被资深专家或被有着
多年现场经验的工程专家所注意。

MOXA的科学家们针对极度干燥环境下的静电击穿问题进行了大
量的研究，金属是导体，因导体的漏放电流大，会损坏器件；
另外由于绝缘材料容易产生摩擦起电，所以也不能采用。

MOXA
采用使用防静电材料：金属是导体，因导体的漏放电流大，会
损坏器件；另外由于绝缘材料容易产生摩擦起电，所以不能采
用金属或绝缘材料作防静电材料。

而是采用表面电阻l×105
Ω·cm以下的所谓静电导体，以及表面电阻1×105-1×108
Ω·cm的静电亚导体作为防静电材料。

例如常用的静电防护材
料是在橡胶中混入导电碳黑来实现的，将表面电阻控制在1×
106Ω·cm以下。

在泄漏与接地技术方面：MOXA的工业交换机
对可能产生或已经产生静电的部位进行接地，提供静电释放通
道。

采用埋大地线的方法建立“独立”地线。

使地线与大地之
间的电阻＜10Ω，(参见GBJl79或SJ／T10694—1996)。

采用
静电屏蔽—对易产生静电的设备可采用屏蔽罩(笼)，并将屏蔽
罩（笼）有效接地。

在制造工艺上，为了在电子产品制造中尽
量少的产生静电，控制静电荷积聚，对已经存在的静电积聚迅
速消除掉，即时释放。

这些细节在保证MOXA的工业交换机能够
经受得起长时间湿度为5%的极度干燥气候考验的同时，也使得
工程师在进行设备安装时再也不必小心翼翼的对待交换机的
“娇嫩”部分。

而采用MOXA工业交换机，无论在设备安装或是
使用过程中都无需担心静电击穿，因此在MOXA的包装上，您再
也看不见以下两个您曾经熟悉的静电警告标志：。

无风扇设
计带来的高稳定性无需风扇
在复杂的工业环境中，例如钢厂、矿冶以及隧道密闭环境中，
大量金属性粉尘、腐蚀性粉尘等都严重威胁着设备的正常运转。

在冷却方式上，MOXA工业级交换机的无需风扇为网络交换机的
稳定性和长无故障时间提供了重要保障，风扇意味着机械转动，
有机械转动则意味着不可能具有高的无故障时间。

同时，风扇
的转动会导致灰尘的大量进入，会加速元器件的老化并影响设
备的散热。

无风扇的设计不仅仅是设备内部结构上的改进，它
需要在满足数据交换速度的前提下，处理芯片具有更低的功耗，
芯片内部程序具有更高的执行效率，因此无风扇设计体现的是
整体技术水平。

365天×24小时连续运行的能力是工业生产能
够得以不间断进行的必要条件，无风扇结构所带来的超长平均
无故障时间意味着更简单的后期维护以及更低的售后成本。

强电磁环境中的电磁兼容性EN61000-4-2
(ESD)
EN61000-4-3
(RS)
EN61000-4-4
(EFT)
EN61000-4-5
(Surge)
EN61000-4-6
(CS)
FCC Part 15,
CISPR
(EN55022)
class A（EMC，
工业环境）
工业现场中往往包含着大量大功率电机的运转、密集的高压线
路，电磁波反射及散射严重。

而这些强电磁干扰会对信息网络
中传输的数据产生严重的干扰。

而MOXA的科学家们对于这些问
题，开展了大量的针对性研究，并取得了大量具有说服力的第
三方认证以及用户的认可。

MOXA的工业级交换机针对这些复杂的工业环境中的电磁环境，
在电路的EMC设计、元器件选择、电路互连与EMC、滤波、屏
蔽、浪涌抑制技术、PCB布线、ESD（静电放电）防护技术、电
子设备的EMI抑制、电源线谐波发射抑制、电压波动和闪变发
射抑制、PCB的EMC设计与布线技术等方面进行了大量的研究
工作，因此MOXA产品在电磁兼容方面的高性能是其他品牌无法
比拟的。

MOXA的工业级交换机通过了EN61000-4-2
(ESD)EN61000-4-3，(RS)EN61000-4-4，(EFT)EN61000-4-5
(Surge)EN61000-4-6，(CS)FCC Part 15，CISPR (EN55022) class
A（EMC，工业环境）等一系列电磁兼容方面的认证。

EMC包括
EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份，所谓EMI电磁干扰，
乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统
的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周
围电磁环境影响的能力。

电源线谐波发射（基于IEC/EN
61000-3-2）、电源电压波动和闪变（基于IEC/EN 61000-3-3）、
抗扰度测试（针对所有测试的通用原理）、静电放电抗扰度（基
于IEC/EN 61000-4-2）、微波暗室中的射频辐射抗扰度（基于
IEC/EN 61000-4-3）、电快速瞬变脉冲群抗扰度（基于IEC/EN
61000-4-4）、浪涌抗扰度（基于IEC/EN 61000-4-5）、传导射
频抗扰度（基于IEC/EN 61000-4-6）。

在工业现场严重的电磁干扰情况下，再加上千兆级的高速数据
交换，如交通信设备不经过专门针对工业现场的电磁兼容设计，
即使仍然能够勉强通信，但由于高速信号的完整性无法得到保
障，因此会明显表现出连接的不稳定性（大量的数据丢包或传
输速率的骤降）。