宋凱敏

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責任公司，山西 長治046000）

0 引言

“四位一體”是我國總結的一套行之有效的防治煤與瓦斯突出事故綜合措施，內容為：突出危險性預測、防治突出措施、防治突出措施效果檢查、安全防護措施。經(jīng)過多年發(fā)展，目前我國大中型煤礦均已安裝較為完善的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，為保證井下安全生產(chǎn)提供了重要基礎。為了實現(xiàn)“實情上報、上報實情”“高靈敏、高可靠、全覆蓋、真數(shù)據(jù)”的監(jiān)測目標，需嚴格執(zhí)行“四位一體”系統(tǒng)傳感器管理規(guī)定。

1 煤礦概況

郭莊煤礦位于山西省屯留縣境內，隸屬于潞安礦業(yè)集團，設計煤炭年產(chǎn)量為60萬t，可采儲量約4 615萬t，開采深度420 m，且開采地質條件良好，經(jīng)過多次技術升級改造，煤礦整體設備水平已經(jīng)實現(xiàn)現(xiàn)代化。為提高井下作業(yè)安全性，相關領導積極引進監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，涉及到了所有危險源。

2 煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)簡介

郭莊煤礦所安裝的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可用于對井下環(huán)境、工況參數(shù)監(jiān)測，包括：甲烷濃度、一氧化碳濃度、風速、負壓、溫度、煙霧、饋電狀態(tài)、風門狀態(tài)、風筒狀態(tài)、局部通風機開停、主通風機開停等，并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制[1]。該系統(tǒng)主要原理圖見下圖1，主要組成如下：

圖1 郭莊煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

1）井上部分。該部分主要由：監(jiān)控主機、環(huán)網(wǎng)交換機、UPS電源、打印機等組成。在地面監(jiān)控系統(tǒng)中心站監(jiān)控主機采用雙機熱備配置，井下監(jiān)控分站上傳的監(jiān)控數(shù)據(jù)同時寫入監(jiān)控主機、備機數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控主備機通過環(huán)網(wǎng)交換機接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，與井下環(huán)網(wǎng)交換機和分站等設備進行通訊，負責整個監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲功能[2]。

2）井下部分。井下傳感器監(jiān)控參數(shù)轉換成數(shù)字信號接入監(jiān)控分站，由監(jiān)控分站通過環(huán)網(wǎng)交換機接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)值到監(jiān)控中心站。各類監(jiān)測傳感器和斷電執(zhí)行器與分站之間為485傳輸制式，采用礦用阻燃屏蔽四芯通訊電纜連接，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)采集上傳及控制斷電等[3]。

3 “四位一體”系統(tǒng)主要傳感器模塊電路設計分析

由“四位一體”監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)原理圖可知各類型傳感器是核心監(jiān)測設備，其靈敏度、可靠度等直接影響著監(jiān)測效果，在此對幾種主要傳感器（系統(tǒng)）模塊電路進行設計分析。

3.1 溫濕度傳感器電路設計

井下采用的溫濕度傳感器為瑞士盛思銳公司所產(chǎn)的SHT15（集溫、濕度為一體），供電電壓2.4～5.5V，工作電流僅為28μA，溫度、濕度分辨率分別為±0.01℃、0.03%RH，具有精度高、功耗低等優(yōu)點[4]。

在電路設計時，會將SHT15與單片機（PIC16F690）通過IC兩線通信方式進行數(shù)據(jù)交換，為保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在DATA腳增設拉電阻，可提高端口驅動能力，并且電源與地腳并接一個電容（0.1μF），可達到去耦效果，具體電路結構設計如圖2所示[5]。

圖2 SHT15電路結構原理圖

3.2 瓦斯傳感器電路設計

瓦斯傳感器是“四位一體”中最重要的傳感器類型，因此對其可靠性有著很高要求，而催化式瓦斯傳感器成本低、結構簡單、受外界環(huán)境影響小，而且在郭莊煤礦應用多年，所以本系統(tǒng)選擇LXK-7型瓦斯傳感器，主要技術參數(shù)見表1。

表1 LXK-7型瓦斯傳感器技術參數(shù)

由于瓦斯傳感器輸出的差分電壓主要是受瓦斯?jié)舛扔绊?，而且分差信號往往較小，因此要設計對應的信號采集放大電路，具體設計原理圖如圖3所示。為了減小整個系統(tǒng)能耗，設計在傳感器供電端連接1個三極管開關電路，即當傳感器節(jié)點休眠時，三極管斷開，可顯著節(jié)省電源功耗[6]。

圖3 LXK-7信號采集放大電路原理圖

3.3 聲光報警系統(tǒng)電路設計

當傳感器監(jiān)測到瓦斯、溫濕度等參數(shù)超標后，便會啟動聲光報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單片機（Bell）引腳控制，平時該單片機為低電平狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況，引腳就會輸出一個高電平，開啟三極管，進而使聲光報警系統(tǒng)啟動，系統(tǒng)原理見下圖4所示[7]。

圖4 聲光報警系統(tǒng)電路原理圖

4 “四位一體”安全監(jiān)測系統(tǒng)管理措施分析

4.1 “四位一體”傳感器移動管理措施分析

“四位一體”安全監(jiān)測系統(tǒng)會隨著工作地點改變而進行不斷移動，而這些電子設備本身精度很高，且“身驕肉貴”，稍有不慎便可能導致傳感器損壞。因此為保證傳感器在移動過程中性能穩(wěn)定，同時避免出現(xiàn)傳感器誤報警事故，郭莊煤礦制定了“四位一體”移動傳感器管理措施，具體如下：

1）傳感器移動前由現(xiàn)場安全員、瓦檢員、跟班隊長共同匯報，向公司生產(chǎn)調度室、安全調度室、通風調度室、監(jiān)控室、自動化部請示（包括所移動傳感器時間、地點、內容、位置等），經(jīng)相關部門同意后方可作業(yè)。

2）傳感器移動時，必須由作業(yè)隊跟班隊長、操作員或兼職監(jiān)控員進行操作，由瓦檢員指定傳感器移動位置，通風部指定吊掛位置，安全員現(xiàn)場監(jiān)管移動過程，確保傳感器在規(guī)定的要求距離范圍內及正確位置上。

3）工作面?zhèn)鞲衅饕褂脤Ｓ梅雷o板固定，航空線盤圈后與接線盒固定于傳感器防護板的背面，嚴禁對電線強拉硬拽，不得出現(xiàn)航空線從接線盒中拉出、與傳感器接頭處拉斷或松動造成傳感器誤報警、斷線等事故。

4）傳感器、接線盒要做好防淋水保護，表面及進氣口煤塵每班進行清理，每班交接班或傳感器移動后應及時檢查航空線與接線盒連接情況，排查結束后由安全員、瓦檢員、跟班隊長向公司調度室、安全調度室、通風調度室、監(jiān)控室、自動化部進行電話匯報閉合。

4.2 “四位一體”傳感器調校管理措施分析

根據(jù)相關規(guī)定：瓦斯（甲烷）傳感器需15 d進行1次現(xiàn)場調校，以保證監(jiān)測準確、斷電可靠，郭莊煤礦制定了“四位一體”傳感器斷電試驗管理措施如下：

1）所有瓦斯（甲烷）傳感器調校工作由當班跟班隊長、安全員、瓦檢員、自動化部調校人員4人共同承擔責任。調校前由調校人員向生產(chǎn)調度室、安全調度室、瓦斯監(jiān)控室、自動化部請示（包括所調校傳感器地點及名稱），經(jīng)同意后方可作業(yè)。

2）調校人員調校時，先觀察傳感器外觀、接線等是否符合標準，如有損傷則應對傳感器或外部連接線進行更換或修復，傳感器調校完畢顯示值穩(wěn)定后，重新用標準氣體對傳感器進行測試，觀察是否顯示穩(wěn)定并與標準氣體值顯示一致，如有誤差重新調校。

3）傳感器調校完畢后，由瓦檢員對比調校前后顯示值是否誤差過大，如有光瓦則利用光瓦與甲烷傳感器顯示值進行比對，沒有則用便攜式甲烷檢測儀與傳感器進行對比，誤差過大時應重新調校，最后將傳感器管理牌填寫完整。

4）調校完畢后，調校人員檢查傳感器所在采掘工作面所有非本質安全型電氣設備是否斷電正常，對管理被控開關的變電所及相關隊組跟班隊長、安全員進行電話驗證是否斷電正常。跟班隊長、安全員、瓦檢員、自動化部調校人員4人共同驗收調校結果，并在甲烷傳感器調校單上簽字確認，確保斷電可靠。

5 結論

郭莊煤礦通過實行嚴格的“四位一體”安全監(jiān)測系統(tǒng)管理措施，真正做到了裝備齊全、數(shù)據(jù)準確、監(jiān)測可靠、處置迅速，切實發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用，而且日常多維護可以有效避免錯報、誤報情況，間接提高了采煤效率，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。