井下鉆場智能化鉆桿清點控制系統的研究與應用

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、五采區、八采區等采區均布置有瓦斯抽放鉆場。陳四樓煤礦鉆場傳統上的鉆孔驗收模式采用人工井下現場驗收模式，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、統計起拔出來的鉆桿數量，并且在鉆孔起拔結束后需要二次復驗核對，以確保數據正確。如鉆孔驗收人員不在現場，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量、降低工人功效、延長鉆場施工工期、影響礦井生產計劃安排等問題，甚至造成鉆孔數據失真，給以后的安全生產留下重大隱患。

為了更好地保障陳四樓煤礦井下鉆場鉆孔驗收的規范性、準確性，陳四樓煤礦結合井下現場實際工作需求，研制了一套用于井下鉆場清點鉆桿數量的控制系統，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，對比以往傳統的驗孔方式，鉆桿自動清點用時比傳統驗孔方式縮短了近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據支持。

2 系統組成及工作原理

2.1 系統結構組成

系統主要由攝像機、監控分站、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發送開關量信號，開關量信號經過線纜傳送至KTC158.2 型分站，分站通過設置編程程序，由分站向LED 顯示屏發出動作指令（同步指令），攝像機通過光纖把實時數據以影像的形式傳遞給地面監測監控調度控制中心。

2.2 系統工作原理

將系統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，不發出指令；鉆桿拔出到指定位置，傳感器信號斷開，分站通過設置程序向LED顯示屏發出指令（同步指令），LED 顯示屏通過遞增方式，在拔鉆時依次顯示數字，指示鉆桿實際拔出數量，同時攝像機通過光纖把實時數據以影像的形式傳遞給地面實現雙向監督。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，數據全部清零，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元件示意圖

3 主要關鍵技術特點

3.1 系統由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、靈活度高的設計。在安裝過程中，該模塊化的緊湊系統節省了寶貴的空間，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，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示意圖

3.2 系統各部件及技術功能

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

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

（3）紅外線傳感器，執行元件，實現感應掃描鉆桿通過傳感器時的狀態，給KTC158.2 型分站發送開關量信號。

（4）LED 顯示屏，以遞增的方式顯示鉆桿實時拔出數量，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新意識，給以后的礦井自動化改造、實用性創新思維模式、安全生產打下了堅實基礎。

（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場到達現場時間、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，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）在安全系數上，智能化清點杜絕了弄虛造假現象的發生，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據依據，奠定了礦井安全生產的基石。

（4）在自動化水平上，充分利用了現有裝備和資源，由PLC 進行控制，實現了“區域自動化、局部智能化”，提高了礦井綜合自動化建設水平，實現了自動化技術與煤礦瓦斯治理的有機結合，給以后的煤礦瓦斯治理創新提供了經驗和借鑒。

5 結 語

陳四樓煤礦井下鉆場鉆桿智能化清點控制系統的實踐應用，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；同時充分體現了“區域自動化、局部智能化”的先進理念，為自動化技術與煤礦瓦斯治理提供了更多的借鑒和經驗，為礦井的安全高效生產提供了有力保障。