礦用局部通風(fēng)機(jī)三級(jí)智能聯(lián)控系統(tǒng)在高瓦斯礦井的應(yīng)用

郭 波

(山西潞安煤炭技術(shù)裝備有限責(zé)任公司 安易電氣公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

礦用局部通風(fēng)機(jī)是煤礦井下掘進(jìn)通風(fēng)和瓦斯排放必不可少的重要設(shè)備，潞安集團(tuán)下屬的余吾煤業(yè)及其他礦井均為高瓦斯礦井，井田范圍大，井下局部通風(fēng)機(jī)數(shù)量多、分布廣，且監(jiān)護(hù)等級(jí)高，一旦發(fā)生雙停，將會(huì)引起礦井瓦斯超限事故，目前高瓦斯礦井普遍采用“六專兩閉鎖”的管理，其中 “專人看管”和“專人維修”要求礦井投入更多的人力和物力參與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)。局部通風(fēng)機(jī)的看護(hù)專業(yè)人員即要掌握礦井供電技術(shù)和礦用防爆開(kāi)關(guān)的操作及運(yùn)行規(guī)范，又需要掌握巷道通風(fēng)安全知識(shí)和自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)，對(duì)于專業(yè)人員的素質(zhì)知識(shí)水平要求較高，但是目前全國(guó)礦井的所有局部通風(fēng)機(jī)看護(hù)人員的學(xué)歷和知識(shí)水平較低，在礦井中出現(xiàn)漏電、短路等供電事故，或者在巷道中出現(xiàn)瓦斯超限等突發(fā)狀況造成井下大面積停電時(shí)，經(jīng)常無(wú)法按照要求正常啟動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)，容易造成瓦斯超限，極大的影響礦井安全。此外，余吾煤業(yè)專業(yè)風(fēng)機(jī)看護(hù)人員需要164人，人力成本較高。

為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套“風(fēng)機(jī)點(diǎn)-井下變電所-地面調(diào)度”三級(jí)智能聯(lián)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)集礦井供電、礦井通風(fēng)及礦井自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為一體的控制系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)在余吾煤業(yè)井下和地面安裝進(jìn)線了工業(yè)性試驗(yàn)，完全滿足礦井安全通風(fēng)和供電要求[1-4]。

1 系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦用局部通風(fēng)機(jī)三級(jí)智能聯(lián)控系統(tǒng)，主要由三級(jí)部分組成，一級(jí)地面調(diào)度中心主要以監(jiān)測(cè)功能為主；二級(jí)變電所控制中心，收集從該采區(qū)所有風(fēng)機(jī)配電點(diǎn)采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)匯總傳至礦用本安計(jì)算機(jī)，由專人監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)采區(qū)集中控制；三級(jí)風(fēng)機(jī)點(diǎn)主要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控掘進(jìn)面的環(huán)境數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)并通過(guò)礦用本安控制箱傳至變電所礦用本安計(jì)算機(jī)，如圖1所示。

圖1 三級(jí)智能聯(lián)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)主要功能

1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)局部通風(fēng)機(jī)的電流、電壓、絕緣值，設(shè)備的停/運(yùn)狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)振動(dòng)及電機(jī)溫度。

2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)區(qū)的環(huán)境參數(shù)：瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)壓。

3)遠(yuǎn)程對(duì)關(guān)聯(lián)設(shè)備(移動(dòng)變電站、雙電源風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)、動(dòng)力開(kāi)關(guān))進(jìn)行分閘、合閘和復(fù)位操作。

4)系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程對(duì)關(guān)聯(lián)設(shè)備參數(shù)(短路電流、過(guò)載系數(shù)、振幅、風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?的上限及下限閾值、單風(fēng)機(jī)雙風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式以及功能投退進(jìn)行修改及下發(fā)。

5)系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程按照規(guī)程人工或自動(dòng)進(jìn)行切換試驗(yàn)、風(fēng)電閉鎖試驗(yàn)、漏電試驗(yàn)等。

6)當(dāng)井下異常出現(xiàn)供電大面積停電，地面操作人員可以按照井下的供風(fēng)需求，各級(jí)關(guān)系的閉鎖等級(jí)，自行選擇啟動(dòng)循序，一鍵送電[5-10]。

2 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

余吾煤業(yè)預(yù)先在南翼五個(gè)采區(qū)安裝該系統(tǒng)，供電系統(tǒng)完全按照“規(guī)程”三專要求運(yùn)行，南翼一采區(qū)供電線路如圖2所示。采區(qū)變電所兩回路專用高壓配電裝置通過(guò)電纜輸送至風(fēng)機(jī)配電點(diǎn)1回專用移變和2回專用移變，1回移變輸電至風(fēng)機(jī)切換開(kāi)關(guān)AI和BI，2回移變輸電至風(fēng)機(jī)切換開(kāi)關(guān)AII和BII。余吾煤業(yè)屬于高瓦斯礦井，掘進(jìn)面安裝四組局部通風(fēng)機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)兩組風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，AI和BII組合、AII和BI組合分別帶兩個(gè)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，每隔五天兩組合進(jìn)行一次切換。

圖2 南翼一采區(qū)供電線路

3 系統(tǒng)通信控制線路設(shè)計(jì)

南翼五個(gè)采區(qū)的通訊控制路線如圖3所示，移變用高壓頭、低壓頭及風(fēng)機(jī)切換、瓦斯傳感器、風(fēng)速傳感器、開(kāi)關(guān)通過(guò)礦用阻燃信號(hào)電纜采用RS485總線方式與控制器進(jìn)行通訊，每個(gè)采區(qū)的兩個(gè)控制器通過(guò)光纖與采區(qū)變電所交換機(jī)通訊并且進(jìn)入環(huán)網(wǎng)，中央變電所的本安計(jì)算機(jī)進(jìn)入環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同交換機(jī)和地面調(diào)度的通訊形成監(jiān)控系統(tǒng)的閉合通訊網(wǎng)絡(luò)。

圖3 南翼采區(qū)通信線路

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備人員配置及權(quán)限設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)是按照“風(fēng)機(jī)配電點(diǎn)—中央變電所—地面調(diào)度”三級(jí)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的，因此人員的配置按照三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行分配。

4.1 風(fēng)機(jī)配電點(diǎn)

對(duì)井下南翼采區(qū)五處局扇風(fēng)機(jī)點(diǎn)，每處局扇風(fēng)機(jī)點(diǎn)各有兩組風(fēng)機(jī)，分別安裝礦用本安控制器2臺(tái)。在采區(qū)變電所各安放礦用本安多光口交換機(jī)2臺(tái)，實(shí)現(xiàn)控制器和交換機(jī)建立數(shù)據(jù)傳輸通道，交換機(jī)根據(jù)現(xiàn)有的環(huán)網(wǎng)分站接口情況，選用以太網(wǎng)電口或光口同KJD18通訊并上傳至地面監(jiān)控中心；開(kāi)關(guān)設(shè)備和傳感器，通過(guò)RS485串口總線向控制器發(fā)送信息。

該點(diǎn)不用專門(mén)設(shè)置風(fēng)機(jī)看護(hù)人員，但是會(huì)根據(jù)各采區(qū)的遠(yuǎn)近暫定安排三個(gè)人進(jìn)行巡邏，該地點(diǎn)所有設(shè)備的狀態(tài)通過(guò)控制器進(jìn)行監(jiān)測(cè)并上傳，巡邏內(nèi)容主要是檢查配電點(diǎn)監(jiān)控線路是否有被壓折的隱患、檢查電氣設(shè)備表面溫度及運(yùn)行參數(shù)、控制器外觀防護(hù)及直流電源工況、傳感器吊掛及外表是否遮蓋等。

4.2 采區(qū)變電所

根據(jù)采區(qū)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量南翼采區(qū)配置一臺(tái)1本安監(jiān)控計(jì)算機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)電口將信息通過(guò)環(huán)網(wǎng)同接入礦用本安多光口交換機(jī)所連接的控制箱進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)在采區(qū)集中控制，完成多層次對(duì)局扇系統(tǒng)的控制。該點(diǎn)要專門(mén)設(shè)置1名經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的技術(shù)人員對(duì)變電所轄區(qū)內(nèi)的各個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并能夠根據(jù)出現(xiàn)事故的預(yù)警的情況分類進(jìn)行操作。

4.3 地面調(diào)度

配備2套局扇監(jiān)控系統(tǒng)軟件，安裝在調(diào)度中心，主備機(jī)之間構(gòu)成冗余，在其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)可切換至另一臺(tái)，故障恢復(fù)后切回至主機(jī)。增強(qiáng)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，系統(tǒng)利用礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)千兆工業(yè)以太環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸有利于礦方自動(dòng)話之間的相互關(guān)聯(lián)性。

主機(jī)正常工作時(shí)，監(jiān)控主機(jī)和備用機(jī)之間能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，若監(jiān)控主機(jī)工作異常時(shí)，備用機(jī)立即執(zhí)行主機(jī)功能，向各本安控制器讀取數(shù)據(jù)指令，并提示用戶當(dāng)前主備機(jī)工作狀態(tài)的故障信息，系統(tǒng)信息可通過(guò)OPC接口接入全礦井自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)web在局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)布。

該點(diǎn)根據(jù)礦方人力資源可以安排1名專業(yè)技術(shù)人員或普通調(diào)度人員，根據(jù)人員的類別進(jìn)行分類授權(quán)，專業(yè)技術(shù)人員以“工程師”身份登錄監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)各種數(shù)據(jù)，可以修改風(fēng)機(jī)起動(dòng)閾值、風(fēng)機(jī)切換時(shí)間閾值、風(fēng)機(jī)前后級(jí)起動(dòng)時(shí)間閾值、電機(jī)溫度報(bào)警閾值，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行一鍵送電、風(fēng)機(jī)切換等操作，普通調(diào)度人員以“監(jiān)測(cè)員”身份登錄，主要是監(jiān)測(cè)各種數(shù)據(jù)、接收各種故障報(bào)警信息。

5 監(jiān)控系統(tǒng)事故應(yīng)急方案

主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種事故設(shè)計(jì)的應(yīng)急預(yù)案，主要有三大類：主回路停電事故、電氣設(shè)備故障分閘事故、監(jiān)控設(shè)備或線路分?jǐn)嗍鹿省?/p>

主回路停電事故：如上述圖2，正常運(yùn)行工況時(shí)，風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)AI和BII供電帶兩臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，當(dāng)1回路斷電后，風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)AI會(huì)自動(dòng)切換至AII，2回路上的風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)運(yùn)行。此時(shí)中央變電所和地面調(diào)度監(jiān)控畫(huà)面斷電開(kāi)關(guān)的顯示顏色變暗并告知開(kāi)關(guān)處于離線狀態(tài)，電壓電流數(shù)據(jù)為0，并且會(huì)有語(yǔ)音持續(xù)報(bào)警直至確定后停止，當(dāng)1回路恢復(fù)供電后，移變高壓頭顯示帶電分閘，低壓頭和風(fēng)機(jī)切換開(kāi)關(guān)無(wú)電，中央變電所或地面調(diào)度可以進(jìn)入“工程師”菜單遠(yuǎn)程切換回AI和BII供電模式。

電氣設(shè)備故障分閘事故：當(dāng)1回路專用高壓配電裝置正常供電，移變高壓頭或低壓頭因漏電、過(guò)流短路等故障分閘時(shí)，中央變電所和地面調(diào)度監(jiān)控畫(huà)面上無(wú)電開(kāi)關(guān)顯示顏色變暗并告知故障類型和分閘狀態(tài)，同樣風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)AI會(huì)自動(dòng)切換至AII，2回路上的風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)運(yùn)行，保證供風(fēng)，這時(shí)中央變電所風(fēng)機(jī)看護(hù)人員應(yīng)及時(shí)安排巡邏人員到現(xiàn)場(chǎng)處理開(kāi)關(guān)故障，帶開(kāi)關(guān)故障解除恢復(fù)AI和BII供電模式。

監(jiān)控設(shè)備或線路分?jǐn)嗍鹿剩喝绻刂葡涔收?，監(jiān)控畫(huà)面監(jiān)控顯示控制箱離線，如果控制箱與各開(kāi)關(guān)線路斷開(kāi)，監(jiān)控畫(huà)面顯示開(kāi)關(guān)保護(hù)器離線，但是不會(huì)造成開(kāi)關(guān)分閘及切換，這時(shí)巡邏人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查排除故障。

6 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)在余吾煤業(yè)南翼采區(qū)五個(gè)工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，并且取得安標(biāo)證書(shū)。試驗(yàn)期間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況及隊(duì)組技術(shù)員的操作要求進(jìn)行一定的優(yōu)化，滿足井下掘進(jìn)面通風(fēng)要求。

礦用局部通風(fēng)機(jī)三級(jí)智能聯(lián)控系統(tǒng)的應(yīng)用將礦井原來(lái)“隊(duì)組分散看護(hù)”變?yōu)椤暗孛?采區(qū)變電所-風(fēng)機(jī)配電點(diǎn)”三級(jí)監(jiān)控，以自動(dòng)化控制代替人為操作，大大降低人為操作失誤的概率；將原來(lái)“專人看管”變?yōu)椤斑h(yuǎn)程監(jiān)控+巡邏看管”，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)變電所內(nèi)專人監(jiān)控所有配電點(diǎn)風(fēng)機(jī)，專業(yè)巡邏隊(duì)伍按計(jì)劃巡視所有風(fēng)機(jī)地點(diǎn)，大大減少風(fēng)機(jī)點(diǎn)專業(yè)看管人員和專業(yè)維修人員的配備，用工數(shù)量明顯減少，余吾煤業(yè)全礦使用該系統(tǒng)將減少三分之二的專業(yè)看護(hù)人員，并且相對(duì)于目前提倡的無(wú)人值守運(yùn)行方式更加符合井下復(fù)雜多變的工況，更能保證掘進(jìn)面安全可靠通風(fēng)。