居來提·艾買提

摘要：在西北某煤礦現(xiàn)已存在的安全監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過對該煤礦新增15號煤層開采時安全監(jiān)測需求的分析，提出適應(yīng)于本礦的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，以便對煤礦監(jiān)測全面化、決策指揮信息化，為數(shù)字化礦山提供有利支持。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計;信息化

中圖分類號：TD823? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

鑒于煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，其生產(chǎn)過程的安全性也就顯得尤為重要，采掘工作面、運輸、通風(fēng)、排水及供配電系統(tǒng)等，無論是哪一系統(tǒng)出了問題都會釀成事故，甚至重大事故。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)能實時、準(zhǔn)確地反映井下環(huán)境狀況，并能在生產(chǎn)過程中和瓦斯、有害性氣體等參數(shù)超限時發(fā)出聲光報警，同時切斷相關(guān)設(shè)備電源，預(yù)防事故發(fā)生。

1? ? 礦井生產(chǎn)系統(tǒng)概述

西北某煤礦礦井生產(chǎn)能力為0.45 Mt/a，礦井采用斜井開拓方式，即主斜井、副斜井及回風(fēng)斜井。設(shè)計根據(jù)礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀，投產(chǎn)二采區(qū)，準(zhǔn)備三采區(qū)，以一個綜采工作面和兩個煤巷掘進(jìn)工作面（綜掘）和一個巖巷掘進(jìn)工作面（綜掘）保產(chǎn)和接替。礦井屬于煤與瓦斯突出礦井，煤層自燃，煤塵無爆炸危險性等。井下煤炭采用帶式輸送機(jī)的運輸;考慮壓風(fēng)自救系統(tǒng)，工業(yè)場地建壓風(fēng)機(jī)房向井下供風(fēng);礦井采用抽出式通風(fēng)方式，主、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng);工業(yè)場地建瓦斯抽采站，考慮高低負(fù)壓抽放兩套系統(tǒng);礦井工業(yè)場地建10 kV變電所，井下設(shè)中央變電所、采區(qū)變電所。

2? ? 西北某煤礦改擴(kuò)建后安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

KJ823X型礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主干網(wǎng)，分站至主干網(wǎng)之間均采用工業(yè)以太網(wǎng);傳感器至分站的有線傳輸采用總線。

礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式控制、多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合、即插即用、斷線續(xù)傳、電磁兼容、設(shè)備故障診斷等技術(shù)，提高了安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性[1]。

2.2 系統(tǒng)的組成及其主要功能

2.2.1系統(tǒng)的組成

礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由兩臺監(jiān)控主機(jī)、多系統(tǒng)融合服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控分站、傳感器、執(zhí)行器、電源等組成。

（1）地面中心站

多系統(tǒng)融合平臺實現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控多元融合和信息共享。研華工控機(jī)兩臺，雙機(jī)熱備自動切換，連續(xù)運行。安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件、短信報警平臺、GIS圖形顯示軟件、聯(lián)網(wǎng)上傳軟件、聲光報警裝置;雙回路供電并配備不小于4 h在線不間斷電源1臺，確保系統(tǒng)的可靠運行。地面中心站設(shè)在礦井辦公樓調(diào)度室內(nèi)，實行24 h值班制度，設(shè)有錄音電話，聯(lián)網(wǎng)主機(jī)裝備有防火墻。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸

系統(tǒng)主干網(wǎng)為千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。地面中心站配備核心交換機(jī)，自帶4個千兆接口和8個百兆光接口;井下選用礦用本安型環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，給交換機(jī)配置1臺獨立的礦用隔爆兼本安型穩(wěn)壓直流電源，礦用本安型交換機(jī)自帶3個千兆接口、4個百兆光口和3個百兆電接口。環(huán)網(wǎng)交換機(jī)之間采用單模光纖連接，最大傳輸距離可達(dá)到20 km。井上、井下傳輸網(wǎng)絡(luò)采用單條光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，形成一個環(huán)路。

（3）分站

本礦井選用KJ823-F型監(jiān)控分站20臺，主要實現(xiàn)對各類傳感器的數(shù)據(jù)采集、實時處理、存儲、顯示、控制以及與地面監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信?？瑟毩⑹褂?，實現(xiàn)甲烷斷電儀和甲烷風(fēng)電閉鎖裝置的全部功能。分站使用礦用隔爆兼本安型電源箱作為供電電源，當(dāng)系統(tǒng)因井下發(fā)生事故而使系統(tǒng)癱瘓時，仍可從分站調(diào)出事故前后有關(guān)參數(shù)的變化情況供事故分析用。

本礦井監(jiān)控分站采用KDW660型礦用隔爆兼本安型電源箱供電，其備用電池保證4 h以上的供電容量，分站電源箱輸入電源電壓AC127 V～660 V，頻率50 Hz。

3? ? 井下安全監(jiān)測監(jiān)控點的設(shè)置

3.1 甲烷傳感器的設(shè)置

（1）井下采區(qū)配備有一個回采工作面，回采工作面甲烷傳感器的設(shè)置

安裝位置：工作面上隅角設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T0）1臺;工作面（回風(fēng)順槽距回采面10 m內(nèi)）設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T1）及聲光報警器各1臺;工作面回風(fēng)巷（距回風(fēng)口10～15 m處）設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T2）1臺;根據(jù)回風(fēng)巷的長度在工作面回風(fēng)巷道中部設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T2）1臺;工作面進(jìn)風(fēng)巷（順槽距回采面10m內(nèi)）設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T3）1臺，（順槽距進(jìn)風(fēng)巷10～15 m內(nèi)）設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T4）1臺;采煤機(jī)上設(shè)機(jī)載式瓦斯斷電控制儀（T9）1臺。

（2）井下采區(qū)配備有兩個掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)工作面甲烷傳感器的設(shè)置

安裝位置：掘進(jìn)面（距掘進(jìn)頭5 m內(nèi)）設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T1）及聲光報警器各1臺;掘進(jìn)面回風(fēng)流中（距回風(fēng)巷道口10～15 m處）設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T2）1臺。掘進(jìn)機(jī)上設(shè)機(jī)載式瓦斯斷電控制儀（T9）1臺。掘進(jìn)工作面的進(jìn)風(fēng)分風(fēng)口處設(shè)置高低濃度甲烷傳感器（T11）1臺。

（3）+1400 m回風(fēng)大巷、回風(fēng)斜井分別設(shè)置高低濃度甲烷傳感器及聲光報警器各1臺，其報警值為≥0.75% CH4。

（4）二采區(qū)水倉、井底水倉入水口分別設(shè)置高低濃度甲烷傳感器各1臺，其報警值≥0.5% CH4。

（5）井下煤倉上方設(shè)置高低濃度甲烷傳感器及聲光報警器各1臺，其報警值≥1.5% CH4、斷電值≥1.5% CH4、斷電范圍：煤倉附近的各類運輸設(shè)備及其他非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，復(fù)電值<1.5% CH4。

（6）蓄電池電機(jī)車上設(shè)便攜式瓦斯報警儀，其報警值為≥0.5% CH4。

（7）安裝方式：甲烷傳感器應(yīng)垂直懸掛，距頂板（頂梁）不得大于300 mm，距巷壁不得小于200 mm。應(yīng)安裝維護(hù)方便，不影響行人和行車。

3.2 其他傳感器的設(shè)置

（1）回風(fēng)斜井通風(fēng)機(jī)引風(fēng)道設(shè)負(fù)壓傳感器1臺，超限時報警。

（2）設(shè)備開停傳感器

開停傳感器安裝在井下需要監(jiān)測的機(jī)電設(shè)備設(shè)置處，用以監(jiān)測各機(jī)電設(shè)備的開、停狀態(tài)，保證機(jī)電設(shè)備的正常運行。開停傳感器鎖固吊掛于被測電纜上。

主通風(fēng)機(jī)設(shè)置4臺設(shè)備開停傳感器;地面壓風(fēng)機(jī)設(shè)置3臺設(shè)備開停傳感器;掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)設(shè)置8臺設(shè)備開停傳感器;主排水泵設(shè)置5臺設(shè)備開停傳感器;二采區(qū)排水泵設(shè)置5臺設(shè)備開停傳感器。

（3）對井下主要風(fēng)門設(shè)風(fēng)門開關(guān)傳感器，風(fēng)門開關(guān)6組，每組風(fēng)門開關(guān)設(shè)聲光報警器1臺。當(dāng)兩道風(fēng)門同時打開時，發(fā)出聲光報警信號。

（4）主排水泵房，二采區(qū)排水泵房主、副水倉各設(shè)水位傳感器1臺。

（5）風(fēng)速傳感器

副斜井、+1400 m回風(fēng)大巷分別設(shè)置風(fēng)速傳感器1臺，風(fēng)速傳感器報警值>8 m/s。采煤工作面進(jìn)、回風(fēng)巷分別設(shè)置風(fēng)速傳感器各1臺;掘進(jìn)工作面分別設(shè)置風(fēng)速傳感器1臺。采煤工作面、煤巷和半煤巖巷的掘進(jìn)工作面風(fēng)速傳感器報警值<0.25 m/s或>4 m/s。巖巷的掘進(jìn)工作面風(fēng)速傳感器報警值<0.15 m/s或>4 m/s。

主斜井設(shè)置風(fēng)速傳感器1臺，風(fēng)速傳感器報警值>4 m/s。局部通風(fēng)機(jī)安裝地點到回風(fēng)口間的巷道中設(shè)置風(fēng)速傳感器1臺，風(fēng)速傳感器報警值<0.25 m/s煤巷、<0.15 m/s巖巷。當(dāng)風(fēng)速低于或超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定值時，應(yīng)發(fā)出聲光報警信號。

（6）掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒末端各設(shè)置風(fēng)筒傳感器1臺。風(fēng)筒風(fēng)量低于規(guī)定值時，分站輸出控制信號切斷供風(fēng)區(qū)域被控設(shè)備動力電源并閉鎖。

（7）綜采工作面及掘進(jìn)工作面回風(fēng)、煤倉上口各設(shè)置粉塵濃度傳感器1臺。

（8）溫度傳感器

井下變電所、排水泵房均設(shè)溫度傳感器1臺，其報警值為34 ℃。采煤工作面設(shè)溫度傳感器1臺，距工作面小于10 m處。溫度傳感器應(yīng)垂直懸掛，距頂板（頂梁）不得大于300 mm，距巷壁不得小于200 mm，并應(yīng)安裝維護(hù)方便，不影響行人和行車。

（9）各膠帶機(jī)滾筒下風(fēng)側(cè)10 m～15 m處設(shè)煙霧傳感器和聲光報警器各1臺。

（10）一氧化碳傳感器

各膠帶機(jī)滾筒下風(fēng)側(cè)10～15 m處設(shè)一氧化碳傳感器1臺，報警濃度為0.0024% CO。采煤工作面設(shè)一氧化碳傳感器1臺;采區(qū)回風(fēng)巷、一翼回風(fēng)巷和總回風(fēng)巷分別設(shè)一氧化碳傳感器1臺。一氧化碳傳感器應(yīng)垂直懸掛，距頂板（頂梁）不得大于300 mm，距巷壁不得小于200 mm，并應(yīng)安裝維護(hù)方便，不影響行人和行車。

（11）井下遠(yuǎn)程饋電斷電器

井下遠(yuǎn)程饋電斷電器，具備斷電控制器及饋電狀態(tài)傳感器功能。饋電狀態(tài)傳感器安裝在井下被控電氣設(shè)備開關(guān)負(fù)荷側(cè)，用以監(jiān)測被控設(shè)備是否被可靠地斷電，從而向監(jiān)控系統(tǒng)反饋其斷電控制執(zhí)行情況。回采工作面及其進(jìn)、回風(fēng)巷饋電總開關(guān)處，順槽膠帶機(jī)啟動器處，+1400 m運輸大巷膠帶機(jī)、掘進(jìn)工作面饋電開關(guān)等處均設(shè)置井下遠(yuǎn)程饋電斷電器。

4? ? 結(jié)語

煤礦礦井的安全監(jiān)控系統(tǒng)對于煤礦的安全生產(chǎn)及管理水平的提高具有十分重要的作用，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計又是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，設(shè)計人員必須熟悉相關(guān)規(guī)程規(guī)范、安全標(biāo)準(zhǔn)及政策法規(guī)的要求，對本專業(yè)知識更得熟練掌握。只有這樣，才能順利地完成煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，確保安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠充分有效地發(fā)揮其功能，從而提高煤礦生產(chǎn)運行過程的安全性[2]。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙彥平.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J].煤炭技術(shù)，2012（7）：92-94.

[2] 李繼林.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].煤炭技術(shù)，2008，27（11）：3-5.