礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王晉宏

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽(yáng)煤礦分公司，山西晉城 048003）

煤炭資源在開采過程中，由于井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，隨時(shí)面臨瓦斯、粉塵、水火及頂板災(zāi)害事故。井下采掘作業(yè)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控對(duì)于保障礦井安全生產(chǎn)有著積極的作用，不僅可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)事故隱患，還有助于煤炭開采效率的提升[1]。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要具備“監(jiān)測(cè)”和“控制”功能，集傳感、通信、遠(yuǎn)程控制為一體，具有多設(shè)備、多型號(hào)、多端口的龐大特點(diǎn)[2]。監(jiān)控系統(tǒng)作為煤礦六大系統(tǒng)之一，所連接設(shè)備眾多，傳統(tǒng)的連接電纜需要用到較多的中繼器，在增加硬件投入成本的同時(shí)，降低了信息的傳輸效率。因此利用無(wú)線信號(hào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳播的監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造勢(shì)在必行。

1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)的組成及監(jiān)控對(duì)象

目前煤礦常用的監(jiān)控系統(tǒng)大多采用分頻信號(hào)模擬，視頻、音頻、數(shù)據(jù)等信息相互獨(dú)立，通過各自的頻段模擬錄入系統(tǒng)分析。如圖1所示，由于信號(hào)處理為各個(gè)獨(dú)立設(shè)備，所以信號(hào)傳遞效率較低[3]。

圖1 傳統(tǒng)礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元示意圖

礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過信息自動(dòng)化的傳輸，完成安全監(jiān)控、通信控制、生產(chǎn)調(diào)度等任務(wù)，為保證系統(tǒng)以太網(wǎng)平臺(tái)的安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備的生產(chǎn)商需要擁有煤安認(rèn)證資質(zhì)。監(jiān)控系統(tǒng)的有效建立可以對(duì)礦井生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為事故的預(yù)防及應(yīng)急處理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐作用[4]。

在構(gòu)成方面，監(jiān)控系統(tǒng)主要由生產(chǎn)調(diào)度中心、自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、顯示系統(tǒng)、人機(jī)定位系統(tǒng)四部分構(gòu)成，其中生產(chǎn)調(diào)度中心作為是監(jiān)控系統(tǒng)心臟，是完成調(diào)度指揮執(zhí)令的核心平臺(tái)。調(diào)度生產(chǎn)中心可分為硬件和軟件系統(tǒng)，硬件包括如圖2所示的各類傳感器、監(jiān)視器，軟件則為對(duì)采掘工作面、各個(gè)巷道通過以太網(wǎng)及軟件的數(shù)據(jù)分析。硬件設(shè)施將信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而方便管理人員實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦井機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的掌握，有效預(yù)防和處理各種事故災(zāi)害。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集示意圖

由于井下生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，并且存在瓦斯、粉塵等有毒有害氣體，因此選用的監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備必須具備故障閉鎖功能。設(shè)備正常運(yùn)行期間保持自動(dòng)閉鎖，一旦有故障發(fā)生可以在第一時(shí)間自動(dòng)斷電。

2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)與布置

由于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在信號(hào)傳遞不及時(shí)、設(shè)備雜亂、單一組成單元使用頻率低的情況，筆者通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的查閱發(fā)現(xiàn)，光線網(wǎng)絡(luò)傳輸具有延遲短、耐用性強(qiáng)、反應(yīng)靈敏得多特點(diǎn)，可以在遇到突發(fā)情況及時(shí)報(bào)警，可以很好地彌補(bǔ)本礦原監(jiān)控系統(tǒng)的不足。

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

新型KJ83N型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用FSK方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，擁有先進(jìn)的通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)及圖形圖象處理技術(shù)，并結(jié)合大陽(yáng)煤礦煤層地質(zhì)特點(diǎn)，針對(duì)性地升級(jí)了對(duì)有毒有害、環(huán)境溫濕度及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、通風(fēng)設(shè)備等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自助分析，相應(yīng)地調(diào)整電氣設(shè)備的工作狀態(tài)。

在3306回風(fēng)順槽口對(duì)面的三采區(qū)軌膠聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)設(shè)置3306 工作面分站KJ83N(A)-F，采用不間斷電源KDW660/21B，1臺(tái)設(shè)備開停傳感器GKT5L、1臺(tái)聲光報(bào)警器KXB(A)、3臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)KDG1/127。

2.2 有毒有害氣體傳感器的布置

氣體傳感器主要用于對(duì)CH4、CO及粉塵的監(jiān)測(cè)，所有傳感器的安裝如圖3所示。傳感器在安裝方面均應(yīng)做到垂直懸掛，距頂板或頂梁不大于300mm，距巷道側(cè)煤壁不小于200mm。

圖3 3306工作面監(jiān)測(cè)傳感器布置示意圖

（1）甲烷傳感器。在3306 工作面設(shè)有3 個(gè)GJC4(B)型CH4監(jiān)測(cè)傳感器，記作T1、T2、T3，三部甲烷傳感器全部與監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，獨(dú)立安裝有轉(zhuǎn)述電氣設(shè)備的電源，總電源安裝于3306 運(yùn)輸順槽鉆場(chǎng)機(jī)電設(shè)備下風(fēng)側(cè)小于10m 處。三部甲烷傳感器安裝如表1所示。

表1 甲烷監(jiān)測(cè)傳感器安設(shè)表

（2）CO傳感器。CO傳感器共安裝有3個(gè)，記作T4-T6，安裝情況如下：T4：安裝位置：距3306回風(fēng)順槽10～15m處，報(bào)警點(diǎn)不小于24ppm。T5：一氧化碳傳感器，安裝位置：皮帶滾筒下風(fēng)側(cè)10～15m 處，報(bào)警點(diǎn)不小于24ppm。T6：一氧化碳傳感器，安裝位置：3306 運(yùn)輸順槽鉆場(chǎng)機(jī)電設(shè)備下風(fēng)側(cè)小于10m 處，報(bào)警點(diǎn)不小于24ppm。

（3）粉塵傳感器。粉塵傳感器1 臺(tái)，記作T7，安裝在3306回風(fēng)順槽回風(fēng)口10～15m處設(shè)置粉塵傳感器，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到4mg/m3時(shí)傳感器進(jìn)行報(bào)警。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器

（1）溫度傳感器。溫度傳感器記作T8，安裝在3306回風(fēng)順槽回風(fēng)口15m處，為方便清理維修，盡量避免遮擋物，當(dāng)溫度超過26℃時(shí)發(fā)出警報(bào)。

（2）煙霧傳感器。煙霧傳感器記作T9，安裝在3306 運(yùn)輸順槽膠帶輸送機(jī)滾筒下風(fēng)側(cè)15m 處，有煙霧出現(xiàn)則立即報(bào)警。

（3）皮帶監(jiān)測(cè)傳感器。皮帶秤主要用于對(duì)工作面煤炭產(chǎn)量的監(jiān)測(cè)，此次升級(jí)的電子皮帶監(jiān)測(cè)傳感器記作T10，將運(yùn)用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對(duì)3306 工作面煤炭產(chǎn)量實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2.4 監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理辦法

KJ83N 型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控分站的設(shè)置應(yīng)以易檢性、易測(cè)性為原則，安置于專用硐室中，同時(shí)保障硐室中無(wú)滲水出現(xiàn)、無(wú)其他電磁設(shè)備干擾。監(jiān)控分站的安設(shè)做支架保護(hù)，支架高度距巷道底板300mm 為宜。在系統(tǒng)的管理方面主要應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：①如遇監(jiān)測(cè)分站突發(fā)停電時(shí)，監(jiān)測(cè)分站的備用供電設(shè)備需保證2h 內(nèi)的穩(wěn)定供電；②有關(guān)監(jiān)控分站的設(shè)備需在地面完成調(diào)校測(cè)試，在穩(wěn)定運(yùn)行1～2d 后再投入井下使用；③傳感器需專人維護(hù)并進(jìn)行定期調(diào)校；④所有校準(zhǔn)資料需技術(shù)人員做好書面記錄，以備核查；⑤監(jiān)控設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)需對(duì)事故原件進(jìn)行檢修，如有必要?jiǎng)t需更換原件，在更換完成后還需重新調(diào)校；⑥監(jiān)測(cè)分站在使用期間應(yīng)保證帶電設(shè)備的外部清潔，并保持干燥，避免碰撞損傷；⑦瓦檢員負(fù)責(zé)瓦檢區(qū)域內(nèi)所有監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況的巡查和觀察。如發(fā)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)誤差大于允許誤差、設(shè)備損壞等異常情況，立即匯報(bào)礦調(diào)度和信息中心，并做好記錄備查；⑧采煤機(jī)司機(jī)負(fù)責(zé)采煤機(jī)機(jī)載斷電儀的維護(hù)與檢測(cè)，當(dāng)機(jī)載斷電儀與便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀讀數(shù)誤差大于允許誤差時(shí)，要以讀數(shù)最大者為依據(jù)采取安全措施，并在時(shí)候?qū)φ`差源進(jìn)行分析。

3 人員定位系統(tǒng)

分別在3306運(yùn)輸順槽、軌道順槽、回風(fēng)順槽與三采區(qū)膠帶巷岔口處布置KT154-F5無(wú)線基站，3306工作面共設(shè)置11 臺(tái)讀卡分站（3306 運(yùn)輸順槽4 臺(tái)、軌道順槽4臺(tái)和回風(fēng)巷順槽3臺(tái)），KT154-F5無(wú)線基站信號(hào)均來(lái)自于四采區(qū)西風(fēng)井變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，KJ681-F讀卡分站的信號(hào)、電源均來(lái)自于KT154-F5 無(wú)線基站，精確查詢統(tǒng)計(jì)所有作業(yè)點(diǎn)人員分布情況。還具備井下應(yīng)急情況呼叫功能，當(dāng)員工在井下發(fā)生緊急情況，可通過隨身攜帶的射頻卡呼叫調(diào)度中心，調(diào)度中心可以通過發(fā)送指令，呼叫井下員工，增強(qiáng)了抗災(zāi)預(yù)警能力，讀卡分站型號(hào)與位置見表2。

表2 定位設(shè)備安置點(diǎn)

4 監(jiān)控效果

在3306 工作面的回采過程中，KJ83N 型監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用為資源的安全開采提供了穩(wěn)定的保障，回采期間未有警報(bào)、故障的發(fā)生，通訊效率提升了40%。通過監(jiān)視掌握所有設(shè)備及系統(tǒng)所處實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與處理，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，在第一時(shí)間找出故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

在礦井生產(chǎn)活動(dòng)中，安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平日益提升，為礦山的安全工作提供了更加有效的保障作用。通過J83N 型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在大陽(yáng)煤礦的實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)可以做到運(yùn)行可靠、快速，并將井下的安全監(jiān)控、通信系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度等功能綜合為一體，順利地完成了3306 工作面的回采工作的要求。筆者認(rèn)為，對(duì)智能監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行信號(hào)網(wǎng)絡(luò)化的傳輸升級(jí)將會(huì)是礦山監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)的主要發(fā)展方向，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)的必經(jīng)之路。