貴州高瓦斯礦井自動化探索與實踐

牛繼振

摘 要：針對高瓦斯礦井帶來的危害進(jìn)行分析，筆者認(rèn)為礦井當(dāng)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(dāng)?shù)V井當(dāng)中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%及以上的時候，就需要進(jìn)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(xiàn)標(biāo)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(jìn)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(xué)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(jìn)，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(dāng)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(jìn)行嚴(yán)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(dāng)濃度達(dá)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(fēng)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(jìn)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(jìn)行下發(fā)。其中中位機CS1、CS2充當(dāng)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(jìn)行應(yīng)答，下位機和外部總線之間進(jìn)行連接，最終實現(xiàn)高瓦斯預(yù)警目標(biāo)。

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(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)控方式設(shè)置水泵和電動閘閥的輪換自動控制功能，進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)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