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。