關(guān)于基于煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

霍峰

【摘 要】安全是煤炭生產(chǎn)的頭等大事，而且安全保障對(duì)于煤炭的生產(chǎn)起著重要的支撐及推動(dòng)作用，近年來(lái)，煤礦安全逐漸成為了國(guó)家及現(xiàn)代煤礦企業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。為了有效預(yù)防各種煤礦井下作業(yè)安全事故的發(fā)生，煤礦企業(yè)紛紛實(shí)施了井下作業(yè)的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并將其作為有效預(yù)防井下作業(yè)安全生產(chǎn)事故的重要措施之一。本文分別對(duì)于煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及依據(jù)、系統(tǒng)的分類及組成以及系統(tǒng)的選型及布置進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】煤礦；安全；監(jiān)測(cè)監(jiān)控；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方案

0.引言

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并與煤礦井下作業(yè)的實(shí)際情況有效結(jié)合而建立的一套集信息采集、傳輸、管理、控制等為一體的綜合信息管理系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，煤礦的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸由對(duì)單一參數(shù)的監(jiān)測(cè)發(fā)展為多參數(shù)單方面的監(jiān)控系統(tǒng)。

1.煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及依據(jù)

1.1設(shè)計(jì)的原則

設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)煤礦井的實(shí)際情況，比如煤礦井的井田范圍、井型、服務(wù)年限、煤層的厚度、傾角、頂板及底板情況、礦井通風(fēng)方式及井田開(kāi)拓方式、采煤區(qū)的布置及采煤方法、采煤及掘進(jìn)工作面的布置及生產(chǎn)情況，以及礦井的瓦斯、粉塵、自然發(fā)火、地壓、水等的情況，而選擇不同的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方法。

1.2設(shè)計(jì)依據(jù)

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要嚴(yán)格依據(jù)國(guó)家的相關(guān)法規(guī)進(jìn)行，比如《煤礦安全規(guī)程》及相關(guān)煤礦安全生產(chǎn)法規(guī)、《礦井通風(fēng)安全裝備標(biāo)準(zhǔn)》、《礦井通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)裝置使用管理規(guī)定》以及有關(guān)煤礦的安全裝備產(chǎn)品手冊(cè)等。

2.煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分類及組成

2.1系統(tǒng)的分類

由于煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)控目的、使用環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的不同而有不同的分類，比如按照監(jiān)測(cè)監(jiān)控的目的可以將其分為軌道運(yùn)輸監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、提升運(yùn)輸監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、排水監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、煤與瓦斯突出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

2.2系統(tǒng)的組成

煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要組成部分有：傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源控制箱、監(jiān)控分站、主站、主機(jī)、打印機(jī)、多屏幕、模擬盤、LYS電源、網(wǎng)絡(luò)接口電及接線盒等。

2.3系統(tǒng)的功能

概括地說(shuō)，礦井的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要有：監(jiān)測(cè)礦井狀態(tài)（包括整個(gè)礦井系統(tǒng)的各種狀態(tài)參數(shù)）、礦井參數(shù)超限報(bào)警及自動(dòng)控制、手動(dòng)遙控?cái)嚯娂巴姟⒆詸z、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、列表顯示、模擬量實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線顯示、統(tǒng)計(jì)分析、短信報(bào)警及檢測(cè)等。

3.監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的選型及布置

3.1系統(tǒng)選型的原則

一般煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、地面中心站、井下分站及通信電纜等組成，在對(duì)這幾部分進(jìn)行選擇應(yīng)遵循以下的原則：（1）瓦斯傳感器的類型一般有傳統(tǒng)的黑白元件與紅外線兩種，黑白元件的瓦斯傳感器雖然價(jià)格便宜，但是壽命短而且量程有限；紅外傳感器使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、量程長(zhǎng)、耐沖擊，適宜在高瓦斯的礦井使用，且在使用過(guò)程中為避免灰塵影響應(yīng)定期更換探頭過(guò)濾器；（2）斷電方式的選擇：一般選用智能型傳感器中心分站控制斷電及就地?cái)嚯婋p重方式，配置用于斷電的控制單元來(lái)就地?cái)嚯?；?）地面中心站應(yīng)選用最新配置的工控機(jī)；（4）井下分站的選擇：對(duì)于高瓦斯礦井，應(yīng)選用本安型的井下分站；而對(duì)于低瓦斯礦井則可選用隔爆型分站；（5）通信選擇：通信方式的選擇可選用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式，其采用了數(shù)字通信的方式，可根據(jù)使用地點(diǎn)的不同而選用多種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)；通信協(xié)議可采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的護(hù)尋址，并與管理信息網(wǎng)進(jìn)行無(wú)縫連接。

3.2系統(tǒng)設(shè)備的布置

3.2.1傳感器的布置要點(diǎn)及工作面?zhèn)鞲衅鞯牟贾?/p>

傳感器的布置要點(diǎn)：

在布置傳感器時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書進(jìn)行操作。比如，根據(jù)甲烷由于密度小而上方甲烷濃度較大的特點(diǎn)，將甲烷傳感器安置在粉塵較小的環(huán)境，且距離煤壁、頂板及巷道側(cè)壁的距離大于3米；溫度傳感器布置在巷道中隨意的位置或煤壁溫度偏高處；風(fēng)速傳感器布置在巷徑、風(fēng)速均勻且溫度相對(duì)較低的環(huán)境，且進(jìn)風(fēng)口距離巷道頂部2米左右。

工作面?zhèn)鞲衅鞯牟贾茫?/p>

采煤工作面甲烷傳感器的布置：在進(jìn)行布置采煤工作面甲烷傳感器時(shí)，必須在低瓦斯、高瓦斯及煤與瓦斯突出的礦井的回風(fēng)巷及工作面均設(shè)置甲烷傳感器；當(dāng)采煤工作面采用串聯(lián)通風(fēng)時(shí)，必須在被串聯(lián)的工作面設(shè)置甲烷傳感器；采煤機(jī)則需設(shè)置便攜式的甲烷檢測(cè)報(bào)警儀或者機(jī)載式的甲烷斷電儀。

長(zhǎng)壁采煤工作面甲烷傳感器的布置：對(duì)于U型采煤工作面甲烷傳感器的設(shè)置，在低瓦斯、高瓦斯及煤與瓦斯突出的礦井均需設(shè)置甲烷傳感器，甲烷傳感器的類型根據(jù)工作面的實(shí)際情況而定。

用兩條巷道回風(fēng)的采煤工作面甲烷傳感器的布置：甲烷傳感器的設(shè)置方式與U型采煤工作面的方式一致，在工作面混合回風(fēng)流處及采用三條巷道回風(fēng)的工作面，設(shè)置另一個(gè)甲烷傳感器；而采用三條巷道回風(fēng)的采煤工作面與采用第二條回風(fēng)巷甲烷傳感器的設(shè)置與第二條相同。

在專用排瓦斯巷的采煤工作面設(shè)置甲烷傳感器，瓦斯與煤和瓦斯探井采煤的工作面回風(fēng)巷的長(zhǎng)度大于1000米，則在回風(fēng)巷中不可增設(shè)甲烷傳感器。

非長(zhǎng)壁甲烷傳感器的設(shè)置可按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，但是在低瓦斯礦井的采煤工作面至少設(shè)置一個(gè)傳感器，高瓦斯采煤工作面至少設(shè)置2個(gè)甲烷傳感器。

掘進(jìn)工作面在進(jìn)行地面甲烷傳感器的設(shè)置時(shí)，應(yīng)該在瓦斯礦井的煤巷、半煤巖巷及瓦斯涌出的巖巷進(jìn)行甲烷傳感器的設(shè)置；高瓦斯及煤與瓦斯突出的礦井設(shè)置甲烷傳感器。

在進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的布置時(shí)，均要設(shè)置機(jī)載式的甲烷斷電儀或者便攜式的甲烷檢測(cè)報(bào)警儀。

3.2.2電纜的選用及使用方法

一般根據(jù)井筒之間的距離選用電纜，距離較長(zhǎng)的可選用MHY32主輸電纜，距離較短者可選用MHYBV鋼絲愷裝井筒電纜，并將電纜延到較干燥通風(fēng)的環(huán)境，且用絕緣膠布帶封固線頭；當(dāng)井下的巷道呈現(xiàn)出斜坡或平巷時(shí)，選用MHY32主傳輸電纜；監(jiān)控分站的出線部門則選用MHYVR的通信電纜。另外，電纜使用時(shí)注意提升井筒的電纜放到位之后將其固定到井壁，以免由于長(zhǎng)時(shí)間垂掛而拉斷電纜線。

3.2.3調(diào)度監(jiān)控室的布置

地板鋪設(shè)時(shí)應(yīng)選用“抗靜電材料”；各種電線電纜尤其是信號(hào)傳輸電纜嚴(yán)謹(jǐn)擰絞在一起；現(xiàn)場(chǎng)220伏的線路布線須先出草圖；整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)單點(diǎn)接地，即地線從機(jī)房引出連接到室外地線坑，而不與其他設(shè)備共用地線。

3.2.4系統(tǒng)接地裝置施工

于距離建筑物底部3米多的地方挖2米見(jiàn)方的土坑，底部均勻撒上6-8千克的工業(yè)用鹽，并在其上鋪設(shè)銅絲網(wǎng)，然后埋土30多厘米厚澆水，最上方則可保留60-80厘米的土，最后將系統(tǒng)的地線與地線坑引線相連接。

4.煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)需要根據(jù)煤礦井的實(shí)際情況選擇合適的監(jiān)控設(shè)備，比如某礦井根據(jù)自身?xiàng)l件選擇了KJ95N型的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了時(shí)分制分布式的結(jié)構(gòu)，主要由地面中心站、網(wǎng)絡(luò)終端、通信接口、圖形工作站、系統(tǒng)監(jiān)控分站以及各種傳感器及控制執(zhí)行器等組成，是一種集礦井的安全監(jiān)控、生產(chǎn)工況監(jiān)控、多種檢測(cè)子系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)信息管理為一體的綜合性煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性、功能性及實(shí)用性，已經(jīng)在煤炭行業(yè)進(jìn)行了大量的推廣及應(yīng)用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]李小孩.煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技與企業(yè)，2012，23（15）：112-115.

[2]李波.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D].北京郵電大學(xué).碩士論文，2009.