局扇無(wú)人值守系統(tǒng)在麥捷煤礦中的應(yīng)用

趙 俊

(山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)麥捷煤業(yè)有限公司，山西 壽陽(yáng) 045400)

山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)麥捷煤業(yè)有限公司核定生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a，井田面積8.023 6 km2，批準(zhǔn)開(kāi)采8號(hào)、9號(hào)、15號(hào)煤層，截至2020年12月31日，全井田累計(jì)查明資源儲(chǔ)量11 919.6萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量4 852.4萬(wàn)t。礦井采用斜井、立井混合開(kāi)拓，目前已實(shí)現(xiàn)局扇通風(fēng)機(jī)無(wú)人值守。

局扇通風(fēng)機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)礦用防爆軸流風(fēng)機(jī)將巷道空氣壓入掘進(jìn)工作面，可降低有害氣體的濃度，達(dá)到保證人員及設(shè)備安全生產(chǎn)的目的。隨著機(jī)電自動(dòng)化水平的不斷提高，局扇風(fēng)機(jī)的供電、控制都實(shí)現(xiàn)了冗余配置和故障自動(dòng)切換功能，為無(wú)人值守提供了有力的技術(shù)支持。而要達(dá)到完全無(wú)人值守，不僅需要建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且要建立多級(jí)管控模式和巡檢制度、應(yīng)急管理制度等。

1 三級(jí)管控方案設(shè)計(jì)

1) 在每個(gè)盤(pán)區(qū)配置1套監(jiān)控系統(tǒng)，安裝1臺(tái)設(shè)備集控箱和2臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)z像儀、1臺(tái)聲光語(yǔ)音報(bào)警器，完成對(duì)移變高、低壓側(cè)和組合開(kāi)關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)組合開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程操控，并通過(guò)攝像儀實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，通過(guò)聲光報(bào)警提示附近工作人員或巡檢人員設(shè)備故障及應(yīng)急報(bào)警。

2) 建立1個(gè)井下集中管控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)掘進(jìn)面局扇自控系統(tǒng)及設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)管，方便井下監(jiān)控及巡檢人員對(duì)所有設(shè)備的實(shí)時(shí)管控，不需要到2個(gè)盤(pán)區(qū)巡查，只需建立定時(shí)巡檢制度即可。井下管控中心可以有效提高效率及應(yīng)急處置能力，防止工業(yè)網(wǎng)絡(luò)或地面機(jī)房故障影響現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的感知。集中管控機(jī)房配置在井下適當(dāng)?shù)奈恢?如其中1個(gè)掘進(jìn)面或者離各盤(pán)區(qū)相對(duì)較近的機(jī)房或硐室)。

3) 集中管控機(jī)房通過(guò)與工業(yè)環(huán)網(wǎng)對(duì)接，將各盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳地面調(diào)度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控和監(jiān)測(cè)，從而完成三級(jí)管控機(jī)制。

地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并可以在授權(quán)狀態(tài)下遠(yuǎn)程集控風(fēng)機(jī)啟停；井下集中管控機(jī)房實(shí)現(xiàn)對(duì)各盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)的監(jiān)控，平時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，應(yīng)急情況下可以在集中管控機(jī)房對(duì)各風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作狀態(tài)干預(yù)；盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到對(duì)移變、組合開(kāi)關(guān)、環(huán)境傳感器、視頻畫(huà)面的采集與傳輸，并實(shí)現(xiàn)控制信令的下達(dá)，見(jiàn)圖1。

2 主要單元功能介紹

2.1 盤(pán)區(qū)數(shù)據(jù)采集單元

1) 盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)配電硐室配置ZPS127-K隔爆型數(shù)據(jù)監(jiān)控箱，通過(guò)TCP/IP協(xié)議經(jīng)內(nèi)部交換機(jī)接口采集兩路視頻信息。

2) 數(shù)據(jù)監(jiān)控箱配置8路串口服務(wù)器，通過(guò)RS485或modbus協(xié)議，采集移變高壓側(cè)和低壓側(cè)的電壓、電流、故障、狀態(tài)及溫度等信息。

3) 數(shù)據(jù)監(jiān)控箱通過(guò)modbus協(xié)議采集組合開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和報(bào)警信息，并通過(guò)PLC 輸出點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)組合開(kāi)關(guān)的啟停運(yùn)行控制。

4) 數(shù)據(jù)監(jiān)控箱通過(guò)配置模擬量輸入接口，采集巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速信息。

5) 組合開(kāi)關(guān)在得到運(yùn)行命令后，進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)監(jiān)控箱只監(jiān)不控。

6) 數(shù)據(jù)監(jiān)控箱通過(guò)內(nèi)部交換機(jī)與集中管控機(jī)房本安交換機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳與組網(wǎng)。

7) 配置聲光報(bào)警設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或需要應(yīng)急警告的情況下，通過(guò)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，該設(shè)備與系統(tǒng)故障信號(hào)連鎖。

2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻信息通過(guò)兩組攝像頭，采集掘進(jìn)工作面上兩組移變和綜合開(kāi)關(guān)的環(huán)境狀態(tài)，然后通過(guò)以太網(wǎng)接口將兩路視頻信息傳輸?shù)骄录泄芸貦C(jī)房，實(shí)現(xiàn)在隔爆計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控，并通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)上傳地面。視頻系統(tǒng)具有如下功能：

1) 具備單畫(huà)面、多畫(huà)面和全屏等多種顯示方式，其顯示位置可進(jìn)行人為選擇；

2) 具備錄像功能，通過(guò)隔爆計(jì)算機(jī)對(duì)錄像畫(huà)面存儲(chǔ)，周期為1周；

3) 具備視頻實(shí)時(shí)調(diào)閱功能，方便巡檢人員對(duì)各盤(pán)區(qū)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖1 局扇無(wú)人值守設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2.3 井下集中管控中心

井下集中管控中心配置于方便人員到達(dá)，或者離所有盤(pán)區(qū)較近的硐室，較易接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，從而方便巡檢人員在集中管控中心對(duì)盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)的集中管控。配置的隔爆計(jì)算機(jī)完成如下功能：

1) 各盤(pán)區(qū)機(jī)房視頻畫(huà)面的調(diào)閱；

2) 各盤(pán)區(qū)局扇風(fēng)機(jī)組態(tài)畫(huà)面的建立，通過(guò)組態(tài)畫(huà)面，可以實(shí)時(shí)查閱各臺(tái)局扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、移變的參數(shù)、組合開(kāi)關(guān)的參數(shù)，并可以通過(guò)該軟件系統(tǒng)下達(dá)局扇風(fēng)機(jī)啟停命令和倒機(jī)命令；

3) 組態(tài)畫(huà)面集成報(bào)警信息，在關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，計(jì)算機(jī)界面彈出報(bào)警信息，并通過(guò)聲光報(bào)警器進(jìn)行告警，提示值班人員盡快處理；

4) 具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及視頻存儲(chǔ)功能，具備數(shù)據(jù)記錄及分析功能；記錄基礎(chǔ)信息、操作信息、合閘次數(shù)及故障信息等信息，并能根據(jù)這些信息提示設(shè)備狀態(tài)并提前預(yù)警；

5) 視頻畫(huà)面集成圖像分析技術(shù)，當(dāng)有人員進(jìn)入時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行提示，可通過(guò)聲光報(bào)警裝置進(jìn)行告警。

2.4 地面調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控

地面調(diào)度中心通過(guò)配置上位工控機(jī)及組態(tài)軟件，可以實(shí)現(xiàn)井下隔爆計(jì)算機(jī)的一切功能，并可以通過(guò)大屏顯示系統(tǒng)完整的顯示各盤(pán)區(qū)掘進(jìn)面的視頻、數(shù)據(jù)、狀態(tài)、人員等參數(shù)，為統(tǒng)一調(diào)度和遠(yuǎn)程指揮提供第一手資料。平時(shí)狀態(tài)，調(diào)度中心只監(jiān)不控，當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，地面調(diào)度中心可以對(duì)局扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處置及救災(zāi)等目的。

由于整個(gè)系統(tǒng)是三級(jí)管控機(jī)制設(shè)計(jì)，因此，地面出現(xiàn)故障及停電、斷網(wǎng)等因素時(shí)，對(duì)井下局扇風(fēng)機(jī)的無(wú)人值守系統(tǒng)不造成影響，由井下集中管控中心或者現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行應(yīng)急操作。

2.5 無(wú)人值守巡檢制度的建立

局扇風(fēng)機(jī)關(guān)乎煤礦的安全生產(chǎn)要害，無(wú)人值守系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，與管理制度是息息相關(guān)的，管理制度包括巡檢制度、應(yīng)急制度、人員管理制度、責(zé)任審批制度、系統(tǒng)維護(hù)制度等相關(guān)配套管理。因此，在制度制定時(shí)需要考慮以下問(wèn)題：

1) 巡檢制度如何做到高效和完備，是考慮按日巡檢還是按班巡檢，如果井下集中管控中心配置在崗人員，建議按生產(chǎn)班巡檢；如果井下集中管控中心不設(shè)長(zhǎng)期在崗人員，建議按班巡檢，6個(gè)盤(pán)區(qū)每班配置1名巡檢人員即可。這樣可以大量節(jié)約在崗人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)減人提效，并建立領(lǐng)導(dǎo)隨機(jī)巡檢制度，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行違章管理。

2) 應(yīng)急制度需要對(duì)各盤(pán)區(qū)局扇機(jī)房突發(fā)情況進(jìn)行深入、細(xì)致的分析和制度的規(guī)劃，對(duì)應(yīng)急流程建立明確的人員、路線(xiàn)、設(shè)備保證制度，對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行權(quán)責(zé)的明確界定，以保證應(yīng)急事件發(fā)生通過(guò)技術(shù)手段、人員保障手段、事故應(yīng)對(duì)手段等將系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。

3) 人員管理制度是保證現(xiàn)場(chǎng)不設(shè)固定崗位的情況下，礦負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)人員、巡檢人員、應(yīng)急支持人員的在班、在責(zé)、在線(xiàn)的管理。

4) 責(zé)任審批制度是保證在系統(tǒng)出現(xiàn)應(yīng)急狀態(tài)，或者設(shè)備需要遠(yuǎn)程集控的情況下有領(lǐng)導(dǎo)人員負(fù)責(zé)和審批，并對(duì)應(yīng)急處理、審批結(jié)果進(jìn)行負(fù)責(zé)。

系統(tǒng)核心設(shè)備技術(shù)參數(shù)及數(shù)量配置見(jiàn)表1。

3 局扇無(wú)人值守系統(tǒng)應(yīng)用成效對(duì)比分析

1) 改造前后運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)對(duì)比。升級(jí)前6個(gè)局扇控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，地面調(diào)度只能監(jiān)測(cè)到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)井下監(jiān)控分站，依靠安裝在每個(gè)局扇動(dòng)力電纜上的開(kāi)停傳感器采集狀態(tài)，局扇設(shè)備上的溫度、振動(dòng)等設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)無(wú)法采集。而且原有舊系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制和遠(yuǎn)程控制，所有設(shè)備的啟停全部由井下值班司機(jī)就地操作。設(shè)備定子超溫、振動(dòng)超限等沒(méi)有保護(hù)。

改造后，通過(guò)增加現(xiàn)場(chǎng)就地采集箱以及相關(guān)傳感器、視頻監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控分站等設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，每個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)通過(guò)井下環(huán)網(wǎng)又集群在一起構(gòu)成礦井局扇無(wú)人值守系統(tǒng)。新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了每臺(tái)局扇設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、局扇組合開(kāi)關(guān)運(yùn)行參數(shù)、照明綜保運(yùn)行參數(shù)等運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集；設(shè)備局扇運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；在地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程啟停、切換局扇設(shè)備；局扇故障自動(dòng)切換、故障報(bào)警等。另外通過(guò)增加防爆攝像頭，對(duì)井下關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

通過(guò)此次改造，實(shí)現(xiàn)了寺河礦井下6個(gè)局扇的無(wú)人值守控制，對(duì)局扇風(fēng)機(jī)的供電、控制都實(shí)現(xiàn)了冗余配置和故障自動(dòng)切換功能，為煤礦井下生產(chǎn)安全提供了可靠的技術(shù)保障，帶來(lái)了巨大的安全效益。

2) 改造前后人員對(duì)比。改造前2個(gè)盤(pán)區(qū)6個(gè)局扇每班配置1名值班司機(jī)，3班共計(jì)需要18名局扇值班司機(jī)，另外每天需要配置2人檢修工，6個(gè)盤(pán)區(qū)共計(jì)12人。每天共計(jì)需要30名工人運(yùn)行、維護(hù)系統(tǒng)。改造后，每個(gè)盤(pán)區(qū)每班需要留守1名局扇巡檢人員，兩個(gè)盤(pán)區(qū)每天共計(jì)需要6人，而且這6名巡檢人員可由原來(lái)的檢修工替代，另外加上2名替崗人員。每天共計(jì)需要8名工人運(yùn)行、維修新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)減員22名。

4 結(jié) 語(yǔ)

局扇無(wú)人值守系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了局扇設(shè)備的集中管控，遠(yuǎn)程調(diào)度和人員巡檢相結(jié)合的機(jī)制能夠?qū)⒌V工從井下高溫度、高濕度、高噪聲的工作環(huán)境中解放出來(lái)，是改善安全生產(chǎn)條件、節(jié)約人工成本的主要途徑之一，為井下安全生產(chǎn)與減人提效了技術(shù)支撐。