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        井下鉆場智能化鉆桿清點控制系統(tǒng)的研究與應用

        2020-12-16 07:42:34張新龍
        山東煤炭科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:四樓鉆場清點

        張新龍

        (河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦,河南 永城 476600)

        1 工程概況

        陳四樓煤礦自2015 年升級為煤與瓦斯突出礦井后,更加致力于井下瓦斯的治理工作,在陳四樓煤礦井下十采區(qū)、五采區(qū)、八采區(qū)等采區(qū)均布置有瓦斯抽放鉆場。陳四樓煤礦鉆場傳統(tǒng)上的鉆孔驗收模式采用人工井下現(xiàn)場驗收模式,在鉆場鉆孔需要驗收時,需要井下驗孔人員在起拔鉆時一根根地查、統(tǒng)計起拔出來的鉆桿數(shù)量,并且在鉆孔起拔結(jié)束后需要二次復驗核對,以確保數(shù)據(jù)正確。如鉆孔驗收人員不在現(xiàn)場,還需等待鉆孔驗收人員到達后方可進行鉆孔驗收,極其費時費力。如果驗孔人員或施工人員精力不集中、弄虛作假,極易造成重復清點鉆桿數(shù)量、降低工人功效、延長鉆場施工工期、影響礦井生產(chǎn)計劃安排等問題,甚至造成鉆孔數(shù)據(jù)失真,給以后的安全生產(chǎn)留下重大隱患。

        為了更好地保障陳四樓煤礦井下鉆場鉆孔驗收的規(guī)范性、準確性,陳四樓煤礦結(jié)合井下現(xiàn)場實際工作需求,研制了一套用于井下鉆場清點鉆桿數(shù)量的控制系統(tǒng),并在陳四樓煤礦井下多個鉆場進行了實際應用和效果檢驗。通過在井下鉆場實際應用后,對比以往傳統(tǒng)的驗孔方式,鉆桿自動清點用時比傳統(tǒng)驗孔方式縮短了近30%的時間,較大程度地降低了驗孔人員的工作強度,而且避免了重復清點鉆桿的可能性,保證了鉆桿施工深度的準確性和真實性,給陳四樓煤礦瓦斯治理工作提供了強有力的保障和數(shù)據(jù)支持。

        2 系統(tǒng)組成及工作原理

        2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

        系統(tǒng)主要由攝像機、監(jiān)控分站、紅外線傳感器、LED 顯示屏等各部件組成。GHW-5 型紅外線傳感器通過感應掃描鉆桿狀態(tài)發(fā)送開關(guān)量信號,開關(guān)量信號經(jīng)過線纜傳送至KTC158.2 型分站,分站通過設(shè)置編程程序,由分站向LED 顯示屏發(fā)出動作指令(同步指令),攝像機通過光纖把實時數(shù)據(jù)以影像的形式傳遞給地面監(jiān)測監(jiān)控調(diào)度控制中心。

        2.2 系統(tǒng)工作原理

        將系統(tǒng)安裝布置在煤礦井下鉆場,當鉆場鉆孔施工完畢后需要進行起鉆驗收,驗孔人員把紅外線傳感器固定在鉆機軌道上,通過掃描感應鉆桿給分站發(fā)出指令。當鉆桿未拔到指定位置時,紅外線傳感器處于“開”量,不發(fā)出指令;鉆桿拔出到指定位置,傳感器信號斷開,分站通過設(shè)置程序向LED顯示屏發(fā)出指令(同步指令),LED 顯示屏通過遞增方式,在拔鉆時依次顯示數(shù)字,指示鉆桿實際拔出數(shù)量,同時攝像機通過光纖把實時數(shù)據(jù)以影像的形式傳遞給地面實現(xiàn)雙向監(jiān)督。當鉆桿全部取出后,需要下一次清點鉆桿時,按動KTC158.2 型分站外接復位按鈕,數(shù)據(jù)全部清零,為下一次鉆桿驗收做好準備。如圖1 所示。

        圖1 陳四樓煤礦井下鉆場鉆桿清點控制系統(tǒng)元件示意圖

        3 主要關(guān)鍵技術(shù)特點

        3.1 系統(tǒng)由PLC 可編程控制器控制

        PLC 可編程控制器選用西門子S7-1200PLC,具有可擴展性強、靈活度高的設(shè)計。在安裝過程中,該模塊化的緊湊系統(tǒng)節(jié)省了寶貴的空間,提供了最高效率和最大靈活性。其邏輯控制方式可通過軟件的編程來實現(xiàn),使復雜的控制邏輯變得簡單易行。陳四樓煤礦井下鉆場鉆桿清點控制系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

        圖2 陳四樓煤礦井下鉆場鉆桿清點控制系統(tǒng)示意圖

        3.2 系統(tǒng)各部件及技術(shù)功能

        (1)攝像機,安裝在煤礦井下鉆場,便于地面調(diào)度人員實時掌控鉆場的施工進度和監(jiān)督鉆孔驗收是否存在弄虛造假現(xiàn)象。其所有視頻信號通過光纖傳送至地面監(jiān)測監(jiān)控顯示屏上。

        (2)監(jiān)控分站,安裝在煤礦井下鉆場,接受執(zhí)行元件紅外線傳感器的開關(guān)量信號,并對開關(guān)量信號進行處理與分析,發(fā)送機器識別編碼信號給LED 顯示屏(同步)。

        (3)紅外線傳感器,執(zhí)行元件,實現(xiàn)感應掃描鉆桿通過傳感器時的狀態(tài),給KTC158.2 型分站發(fā)送開關(guān)量信號。

        (4)LED 顯示屏,以遞增的方式顯示鉆桿實時拔出數(shù)量,便于驗收人實時掌握鉆桿拔出情況做好驗收驗孔工作。

        4 應用效果

        (1)在人員行為上,井下鉆場鉆桿智能化清點控制系統(tǒng)的應用,有效杜絕了驗收人員或施工人員弄虛造假、虛報瞞報鉆孔施工工作量,確保了鉆孔施工深度的準確性。井下鉆場鉆桿智能化清點控制系統(tǒng)的應用,不僅打破了職工舊有的工作模式,同時還提高了職工創(chuàng)新意識,給以后的礦井自動化改造、實用性創(chuàng)新思維模式、安全生產(chǎn)打下了堅實基礎(chǔ)。

        (2)在工作效率上,以起拔100 m 的鉆孔為例,人工驗收鉆孔時,鉆桿拔出時間需要30 min,驗收人員驗收鉆桿數(shù)量需要10 min,驗收人員二次核對10 min,共需50 min。如再加上鉆場驗收人員未在現(xiàn)場到達現(xiàn)場時間、驗收人員精力不集中二次核對錯誤需重新核對時間,所需時間遠遠大于50 min。而采用智能化鉆場鉆桿清點控制系統(tǒng),只需在鉆桿起拔時用時5 min 安裝好儀器,鉆桿起拔時間為30 min,共需35 min。(50-35)/50=30%,提高效率最少30%。

        (3)在安全系數(shù)上,智能化清點杜絕了弄虛造假現(xiàn)象的發(fā)生,為礦井的綜合瓦斯治理、抽采達標提供了強有力的保障和數(shù)據(jù)依據(jù),奠定了礦井安全生產(chǎn)的基石。

        (4)在自動化水平上,充分利用了現(xiàn)有裝備和資源,由PLC 進行控制,實現(xiàn)了“區(qū)域自動化、局部智能化”,提高了礦井綜合自動化建設(shè)水平,實現(xiàn)了自動化技術(shù)與煤礦瓦斯治理的有機結(jié)合,給以后的煤礦瓦斯治理創(chuàng)新提供了經(jīng)驗和借鑒。

        5 結(jié) 語

        陳四樓煤礦井下鉆場鉆桿智能化清點控制系統(tǒng)的實踐應用,使驗收人員從枯燥、繁復的工作中釋放出來,極大程度地提高了鉆場施工效率和安全系數(shù);同時充分體現(xiàn)了“區(qū)域自動化、局部智能化”的先進理念,為自動化技術(shù)與煤礦瓦斯治理提供了更多的借鑒和經(jīng)驗,為礦井的安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

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