牛繼振
摘 要:針對高瓦斯礦井帶來的危害進行分析,筆者認為礦井當中如果瓦斯?jié)舛冗^高,不但對礦井中的工作人員生命安全帶來威脅,同時還對礦井中使用的機械設(shè)備帶來一定的危害。當?shù)V井當中的瓦斯?jié)舛冗_到0.5%及以上的時候,就需要進行預(yù)警和處置。對此,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化系統(tǒng)的可行性,希望通過對這些內(nèi)容的探索與研究,能夠為高瓦斯礦井的安全管理、增加效益提供一定幫助。
關(guān)鍵詞:高瓦斯礦井;自動化探索;數(shù)據(jù)采集
中圖分類號:TD712.6 文獻標識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)20-0201-02
1 貴州高瓦斯礦瓦斯突出機理
礦井回踩和掘進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,這時的煤壁強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,或者煤層圍巖的強度出現(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。當煤和瓦斯突出之前,會產(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瓦斯的預(yù)防,需對現(xiàn)場進行嚴密監(jiān)控,隨時做好防范措施,因此井下瓦斯在0.5%及以上時要實現(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^高,會導(dǎo)致空氣中氧氣含量降低,從而導(dǎo)致工作人員窒息。當濃度達到5~16%的時候,遇明火會燃燒和爆炸,這就會引發(fā)人員傷亡,同時也導(dǎo)致通風系統(tǒng)、機電設(shè)備損壞。瓦斯氣體中含有大量腐蝕性物質(zhì),自動化設(shè)備長期處于高瓦斯環(huán)境下,會加速設(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,會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體,從而對人員以及自動化設(shè)備等帶來極大的危害。
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)使用內(nèi)部總線以及不同中位機(CS1、CS2)之間進行連接,同時CS1和CS2兩者使用外部總線以及智能傳輸輸入和輸下位機之間相互連接。此后使用上位機和中位機通信,促使信息采集工作以及相應(yīng)控制指令進行下發(fā)。其中中位機CS1、CS2充當中轉(zhuǎn)站功能,可以促使上位機所發(fā)出的指令向下位機中傳輸,然后對下位機中的信息進行應(yīng)答,下位機和外部總線之間進行連接,最終實現(xiàn)高瓦斯預(yù)警目標。
4 貴州高瓦斯礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)、自動排水系統(tǒng)、皮帶機集控系統(tǒng)實踐與探索
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RS485總線接入電力通訊分站,并通過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,通過礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實時監(jiān)控各變電所電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在各監(jiān)控點安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機,同時在35kV變電所部署1臺工控機,通過礦井工業(yè)電視系統(tǒng)平臺,在35kV控制指揮中心實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的實時視頻監(jiān)控。
在井下中央變電所、五中臨時變電所內(nèi)增加相應(yīng)的監(jiān)控分站,將各變電所內(nèi)高防開關(guān)、變壓器、饋電開關(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),實現(xiàn)在機電集中監(jiān)控中心內(nèi)對井下變電所內(nèi)電氣設(shè)備的遠程控制和實時數(shù)據(jù)監(jiān)測,并可在井下出現(xiàn)掉電等情況時,能在地面控制室用以最短的時間恢復(fù)供電。
統(tǒng)一井下中央變電所、二采變電所、五中配電點、一采二中配電點綜保裝置型號,增加電通訊單元,通過以太網(wǎng)就近接入中央變電所和二采變電所環(huán)網(wǎng)交換機,電力監(jiān)控分站對采集到的信息進行處理后通過工業(yè)以太網(wǎng)集中上傳到系統(tǒng)主機,通過后臺系統(tǒng)主機對各個變電所的高壓開關(guān)柜實現(xiàn)遠程遙測、遙控、遙信、遙調(diào)等功能。系統(tǒng)具備電量管理、報表、停送電權(quán)限管理。
4.2 自動化排水系統(tǒng)
系統(tǒng)在每個泵房設(shè)置一臺礦用隔爆兼本質(zhì)安全型可編程控制箱,作為泵房的主控制器。系統(tǒng)前端通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集,傳感器包括流量計、水位傳感器、真空壓力表、壓力傳感器、流量開關(guān)、溫度傳感器;本地采用就地控制箱用于單臺設(shè)備的啟動、停止,在緊急故障和檢修時使用。分為集中-就地轉(zhuǎn)換按鈕,操作原則“集中服從就地”。聲光信號箱用于事故報警及設(shè)備起、停警示。
為了有效防止因為備用泵和電氣設(shè)備或者備用管路的長期應(yīng)用,從而導(dǎo)致電機以及電氣設(shè)備潮濕,從而導(dǎo)致其他故障沒有被及時發(fā)現(xiàn),如果要投入備用泵,難以及時投入,從而對礦井帶來影響。對于系統(tǒng)集控、遠控方式設(shè)置水泵和電動閘閥的輪換自動控制功能,進而實現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動。在不同水泵房內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控站,使用光纖和地面監(jiān)控中心之間進行聯(lián)網(wǎng),然后使用一臺上位機,促使水平泵房的集中監(jiān)控得以實現(xiàn)。
集控方式主要是指自動集中控制,以超聲液位為依據(jù),對超聲液位儀進行連續(xù)監(jiān)測,了解水倉以及吸水井水位的具體情況,自動開停水泵以及閥門,對泵臺數(shù)進行自動確定,這就能夠促使水泵自動輪轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)。其中上位機顯示的分界面中,能夠?qū)ζ奖梅恐兴煤透郊木唧w工作情況進行顯示。
4.3 皮帶機集控系統(tǒng)
青龍煤礦將二采下山輔助皮帶、101皮帶、主井皮帶、二采下山皮帶保護系統(tǒng)改造為集中控制系統(tǒng),實現(xiàn)皮帶集中控制,將集中控制系統(tǒng)上位機放置于機電控制中心,機電集中控制中心值班人員可以根據(jù)井下生產(chǎn)情況,通過上位機啟、停相應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng);再將地面動篩車間集控室改與礦井井下皮帶運輸系統(tǒng)接合,形成礦井皮帶機運輸系統(tǒng)。在集控室設(shè)置一上位機平臺,實現(xiàn)圖形監(jiān)控、動態(tài)圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)采集管理、狀態(tài)趨勢圖、自診斷、報警等諸多功能,并提供多種數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與傳播。實現(xiàn)自動控制功能,可與主煤流設(shè)備實現(xiàn)逆煤流起動,順煤流停車聯(lián)鎖功能。
5 結(jié)束語
以貴州能化青龍煤礦為例,該礦通過系統(tǒng)自動化升級改造,目前實現(xiàn)了瓦斯超標預(yù)警、供電系統(tǒng)自動化、排水系統(tǒng)自動化、皮帶機集控系統(tǒng)自動化等,井下變電所、排水泵房均實現(xiàn)了無人值守、地面監(jiān)控功能,為礦井安全、高效發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。通過對這些自動化項目的探索與實踐,為在高瓦斯礦井實現(xiàn)自動化、智能化提供了可行性的理論與實踐資料,為云貴川等高瓦斯礦井的安全、高效發(fā)展指引了方向。
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收稿日期:2018-6-8