貴州高瓦斯礦井自動(dòng)化探索與實(shí)踐

牛繼振

摘 要：針對(duì)高瓦斯礦井帶來(lái)的危害進(jìn)行分析，筆者認(rèn)為礦井當(dāng)中如果瓦斯?jié)舛冗^(guò)高，不但對(duì)礦井中的工作人員生命安全帶來(lái)威脅，同時(shí)還對(duì)礦井中使用的機(jī)械設(shè)備帶來(lái)一定的危害。當(dāng)?shù)V井當(dāng)中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%及以上的時(shí)候，就需要進(jìn)行預(yù)警和處置。對(duì)此，以貴州高瓦斯礦井為例，分析了在高瓦斯礦井中使用的自動(dòng)化系統(tǒng)的可行性，希望通過(guò)對(duì)這些內(nèi)容的探索與研究，能夠?yàn)楦咄咚沟V井的安全管理、增加效益提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：高瓦斯礦井；自動(dòng)化探索；數(shù)據(jù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）20-0201-02

1 貴州高瓦斯礦瓦斯突出機(jī)理

礦井回踩和掘進(jìn)工作面前方的煤層中，形成極限應(yīng)力狀態(tài)，在這一區(qū)域內(nèi)部，煤層的完整性遭到破壞，但是其和圍巖之間在力學(xué)上還保持著一定的聯(lián)系。煤層的穩(wěn)定性主要是從內(nèi)向外逐漸下降的，透氣性逐漸增加，游離瓦斯的含量逐漸上升。從而形成沿著巷軸的方向瓦斯壓力梯度，這時(shí)的煤壁強(qiáng)度始終處于一種即將崩潰的狀態(tài)下，如果工作面瞬間向前推進(jìn)，或者煤層圍巖的強(qiáng)度出現(xiàn)變化，煤層壓力突然降低或者增加，促使其處于極限應(yīng)力狀態(tài)下，突然會(huì)發(fā)出巨響和沖擊力，并且突出釋放高瓦斯，出現(xiàn)膨脹的瓦斯流。當(dāng)煤和瓦斯突出之前，會(huì)產(chǎn)生一定的如煤體以及支架的壓力。因此，高瓦斯礦井需加大對(duì)瓦斯的預(yù)防，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，隨時(shí)做好防范措施，因此井下瓦斯在0.5%及以上時(shí)要實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

2 高瓦斯礦井的危害

首先，礦井中瓦斯?jié)舛冗^(guò)高，會(huì)導(dǎo)致空氣中氧氣含量降低，從而導(dǎo)致工作人員窒息。當(dāng)濃度達(dá)到5～16%的時(shí)候，遇明火會(huì)燃燒和爆炸，這就會(huì)引發(fā)人員傷亡，同時(shí)也導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備損壞。瓦斯氣體中含有大量腐蝕性物質(zhì)，自動(dòng)化設(shè)備長(zhǎng)期處于高瓦斯環(huán)境下，會(huì)加速設(shè)備的損壞，從而縮短設(shè)備使用壽命。高瓦斯氣體爆炸之后，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，從而對(duì)人員以及自動(dòng)化設(shè)備等帶來(lái)極大的危害。

3 瓦斯預(yù)警系統(tǒng)

KTC101集控系統(tǒng)主要使用的是總線和外部總線的雙總線模型。KTC101的CPU模塊，（上位機(jī)）使用內(nèi)部總線以及不同中位機(jī)（CS1、CS2）之間進(jìn)行連接，同時(shí)CS1和CS2兩者使用外部總線以及智能傳輸輸入和輸下位機(jī)之間相互連接。此后使用上位機(jī)和中位機(jī)通信，促使信息采集工作以及相應(yīng)控制指令進(jìn)行下發(fā)。其中中位機(jī)CS1、CS2充當(dāng)中轉(zhuǎn)站功能，可以促使上位機(jī)所發(fā)出的指令向下位機(jī)中傳輸，然后對(duì)下位機(jī)中的信息進(jìn)行應(yīng)答，下位機(jī)和外部總線之間進(jìn)行連接，最終實(shí)現(xiàn)高瓦斯預(yù)警目標(biāo)。

4 貴州高瓦斯礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)排水系統(tǒng)、皮帶機(jī)集控系統(tǒng)實(shí)踐與探索

4.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)組成

以貴州青龍煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)為例，系統(tǒng)主要由高低壓綜合保護(hù)裝置、電力通訊分站、地面監(jiān)控系統(tǒng)等部分構(gòu)成。井下各變電所高低壓綜保裝置通過(guò)RS485總線接入電力通訊分站，并通過(guò)該通訊分站接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)。在35kV變電所部署2臺(tái)監(jiān)控終端，并采取主備模式安裝1套電力監(jiān)控軟件，通過(guò)礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各變電所電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在各監(jiān)控點(diǎn)安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，同時(shí)在35kV變電所部署1臺(tái)工控機(jī)，通過(guò)礦井工業(yè)電視系統(tǒng)平臺(tái)，在35kV控制指揮中心實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

在井下中央變電所、五中臨時(shí)變電所內(nèi)增加相應(yīng)的監(jiān)控分站，將各變電所內(nèi)高防開(kāi)關(guān)、變壓器、饋電開(kāi)關(guān)通訊、控制形成井下變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)，并接入地面機(jī)電系統(tǒng)監(jiān)控中，與現(xiàn)有的地面35kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)形成礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在機(jī)電集中監(jiān)控中心內(nèi)對(duì)井下變電所內(nèi)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并可在井下出現(xiàn)掉電等情況時(shí)，能在地面控制室用以最短的時(shí)間恢復(fù)供電。

統(tǒng)一井下中央變電所、二采變電所、五中配電點(diǎn)、一采二中配電點(diǎn)綜保裝置型號(hào)，增加電通訊單元，通過(guò)以太網(wǎng)就近接入中央變電所和二采變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，電力監(jiān)控分站對(duì)采集到的信息進(jìn)行處理后通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)集中上傳到系統(tǒng)主機(jī)，通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)對(duì)各個(gè)變電所的高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)等功能。系統(tǒng)具備電量管理、報(bào)表、停送電權(quán)限管理。

4.2 自動(dòng)化排水系統(tǒng)

系統(tǒng)在每個(gè)泵房設(shè)置一臺(tái)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱，作為泵房的主控制器。系統(tǒng)前端通過(guò)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳感器包括流量計(jì)、水位傳感器、真空壓力表、壓力傳感器、流量開(kāi)關(guān)、溫度傳感器；本地采用就地控制箱用于單臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)、停止，在緊急故障和檢修時(shí)使用。分為集中-就地轉(zhuǎn)換按鈕，操作原則“集中服從就地”。聲光信號(hào)箱用于事故報(bào)警及設(shè)備起、停警示。

為了有效防止因?yàn)閭溆帽煤碗姎庠O(shè)備或者備用管路的長(zhǎng)期應(yīng)用，從而導(dǎo)致電機(jī)以及電氣設(shè)備潮濕，從而導(dǎo)致其他故障沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果要投入備用泵，難以及時(shí)投入，從而對(duì)礦井帶來(lái)影響。對(duì)于系統(tǒng)集控、遠(yuǎn)控方式設(shè)置水泵和電動(dòng)閘閥的輪換自動(dòng)控制功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動(dòng)。在不同水泵房?jī)?nèi)設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控站，使用光纖和地面監(jiān)控中心之間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，然后使用一臺(tái)上位機(jī)，促使水平泵房的集中監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)。

集控方式主要是指自動(dòng)集中控制，以超聲液位為依據(jù)，對(duì)超聲液位儀進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，了解水倉(cāng)以及吸水井水位的具體情況，自動(dòng)開(kāi)停水泵以及閥門(mén)，對(duì)泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行自動(dòng)確定，這就能夠促使水泵自動(dòng)輪轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)。其中上位機(jī)顯示的分界面中，能夠?qū)ζ奖梅恐兴煤透郊木唧w工作情況進(jìn)行顯示。

4.3 皮帶機(jī)集控系統(tǒng)

青龍煤礦將二采下山輔助皮帶、101皮帶、主井皮帶、二采下山皮帶保護(hù)系統(tǒng)改造為集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)皮帶集中控制，將集中控制系統(tǒng)上位機(jī)放置于機(jī)電控制中心，機(jī)電集中控制中心值班人員可以根據(jù)井下生產(chǎn)情況，通過(guò)上位機(jī)啟、停相應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)；再將地面動(dòng)篩車(chē)間集控室改與礦井井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)接合，形成礦井皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。在集控室設(shè)置一上位機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖形監(jiān)控、動(dòng)態(tài)圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)采集管理、狀態(tài)趨勢(shì)圖、自診斷、報(bào)警等諸多功能，并提供多種數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與傳播。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，可與主煤流設(shè)備實(shí)現(xiàn)逆煤流起動(dòng)，順煤流停車(chē)聯(lián)鎖功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

以貴州能化青龍煤礦為例，該礦通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造，目前實(shí)現(xiàn)了瓦斯超標(biāo)預(yù)警、供電系統(tǒng)自動(dòng)化、排水系統(tǒng)自動(dòng)化、皮帶機(jī)集控系統(tǒng)自動(dòng)化等，井下變電所、排水泵房均實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、地面監(jiān)控功能，為礦井安全、高效發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)這些自動(dòng)化項(xiàng)目的探索與實(shí)踐，為在高瓦斯礦井實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化提供了可行性的理論與實(shí)踐資料，為云貴川等高瓦斯礦井的安全、高效發(fā)展指引了方向。

參考文獻(xiàn)

[1]王翰鋒.高瓦斯礦井零超限瓦斯防治體系的研究與實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（05）：145～150.

[2]寇彥飛，楊潔明，寇子明.基于安全節(jié)能的礦井自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2016，48（01）：31～34.

[3]崔志芳，袁大小.采煤機(jī)牽引速度與瓦斯?jié)舛鹊穆?lián)動(dòng)控制[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014，30（01）：132+152.

[4]車(chē)永軍，王成真，杜利宏.煤礦井下中央水泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采，2013，18（05）：28～31+37.

[5]周如祿.礦井水凈化處理自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012，37（S1）：202～206.

收稿日期：2018-6-8