煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造研究

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摘要：為提高井下安全，以李雅莊煤礦為分析對(duì)象，開(kāi)展了該礦井的安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件優(yōu)化匹配及關(guān)鍵儀器的選型設(shè)計(jì)等工作。實(shí)踐表明，升級(jí)改造后的安全監(jiān)控系統(tǒng)具有更高的控制功能，數(shù)據(jù)計(jì)算能力及安全報(bào)警功能更強(qiáng)，能更好的實(shí)現(xiàn)礦井中安全保護(hù)，達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；安全監(jiān)控系統(tǒng)；升級(jí)改造

1概況

李雅莊煤礦是山西焦煤霍州煤電集團(tuán)下屬的一座國(guó)家一級(jí)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力240萬(wàn)t/a，井田面積30.41km2，許可開(kāi)采煤層為1號(hào)、2號(hào)煤層，現(xiàn)主要開(kāi)采2號(hào)煤層。礦井服務(wù)年限為24a，其中2號(hào)煤層的服務(wù)年限為9.54a。礦井相對(duì)瓦斯涌出量11.2m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量41.9m3/min，回采工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量22.43m3/min，屬高瓦斯礦井。煤層自燃等級(jí)為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，煤塵具有爆炸性。礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜，正常涌水量為160m3/h，最大涌水量為200m3/h。李雅莊煤礦配備了一套完整的煤礦開(kāi)采系統(tǒng)，包括采掘系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、抽放系統(tǒng)、避險(xiǎn)系統(tǒng)及井下安全監(jiān)控系統(tǒng)等。但隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷升級(jí)，李雅莊煤礦原有的安全監(jiān)控系統(tǒng)需要優(yōu)化改造。結(jié)合李雅莊煤礦中現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，在分析該礦井特征基礎(chǔ)上，開(kāi)展了監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵儀器的選型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了更高功能的礦井中安全監(jiān)控需求，對(duì)提高井下煤礦開(kāi)采效率及保障井下作業(yè)安全具有重要意義。

2總體改造設(shè)計(jì)

2.1安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件總體方案

在現(xiàn)有李雅莊煤礦KJ2000N型安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)設(shè)計(jì)改造。新型的KJ2000X安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面中心站、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口、井下分站、井下防爆電源、各種礦用傳感器、礦用機(jī)電控制設(shè)備及KJ2000X安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)終端軟件組成。在現(xiàn)有配置基礎(chǔ)上，新增安裝了監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控備機(jī)、主服務(wù)器、備服務(wù)器、多網(wǎng)融合服務(wù)器，核心交換機(jī)等，將系統(tǒng)井下設(shè)備更換為了工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的架構(gòu)，全新安裝環(huán)網(wǎng)交換機(jī)7臺(tái)、交換機(jī)電池7臺(tái)、監(jiān)控分站37臺(tái)、分站電源35臺(tái)以及傳感器、斷電器等設(shè)備。在礦井中增加了KJ2007G型井下分站、KDW6B隔爆兼本質(zhì)安全型電源、各種涉及安全生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)傳感器、報(bào)警箱和斷電控制器等。井下分站和傳感器安裝在井下具有煤塵、甲烷、一氧化碳等危險(xiǎn)氣體的環(huán)境中，對(duì)煤礦井下的各種安全、生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并傳輸?shù)降孛嬷行恼尽８鞣N數(shù)據(jù)由分站和中心站處理，按要求發(fā)出聲、光報(bào)警和斷電控制信號(hào)。地面中心站是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，安裝在地面計(jì)算機(jī)房，地面中心站經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口采用光纜與井下分站聯(lián)結(jié)通訊。升級(jí)后的KJ2000X井下安全監(jiān)控系統(tǒng)可以更加準(zhǔn)確、全面地了解井下安全情況和生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害事故的早期預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，并能及時(shí)地自動(dòng)處理。生產(chǎn)調(diào)度人員可以掌握井下設(shè)備運(yùn)行情況，準(zhǔn)確地指揮生產(chǎn)。安全監(jiān)控系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

2.2系統(tǒng)硬件部分改造設(shè)計(jì)

KJ2000X系統(tǒng)地面中心站的硬件包括專用數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶機(jī)終端、WINDOWS7兼容網(wǎng)卡、網(wǎng)線、插頭等，同時(shí)配置專用數(shù)據(jù)上傳終端電腦和硬件網(wǎng)絡(luò)防火墻，在確保網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)雙機(jī)上傳。主機(jī)的最低配置為服務(wù)器主頻2.8GHz以上，16G以上的內(nèi)存；監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控備機(jī)為IPC-610工控機(jī)，i7-2600CPU，8G內(nèi)存，1T硬盤，ATX250W電源，DVD-ROM光驅(qū)，2個(gè)COM，1個(gè)LPT，5個(gè)PCI，1個(gè)PCI-E×1，1個(gè)PCI-E×16擴(kuò)展槽位，2個(gè)千兆網(wǎng)口，23.6寸液晶顯示器，帶鍵盤及鼠標(biāo)。聲光報(bào)警器安裝在監(jiān)控中心，與監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、備機(jī)配套使用，報(bào)警聲級(jí)強(qiáng)度在距其1m遠(yuǎn)處不小于80dB(A)。

3監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備選型設(shè)計(jì)

3.1礦用隔爆兼本安型監(jiān)控分站

根據(jù)所安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，選用了KJ2000X-F1礦用隔爆兼本安型監(jiān)控分站，該監(jiān)控分站的射頻電磁場(chǎng)輻射（A）為2級(jí)，浪涌（沖擊）（A）為3級(jí)，電快速瞬變脈沖群（A）3級(jí)，額定電壓為DC28V，工作電流不大于2A。監(jiān)控分站具有4路獨(dú)立RS485通訊接口，傳輸速率9600bps，可連接具有RS485接口的智能傳感器或智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)。監(jiān)控分站對(duì)外提供8路本安電源，供外接傳感器、斷電器工作使用，可以通過(guò)模擬量數(shù)字信號(hào)監(jiān)測(cè)甲烷、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)，還可以通過(guò)開(kāi)關(guān)量數(shù)字信號(hào)監(jiān)測(cè)風(fēng)門開(kāi)關(guān)、設(shè)備開(kāi)/停狀態(tài)等各種開(kāi)關(guān)參數(shù)，具有參數(shù)保存功能，斷電后初始化信息不丟失，重新上電后可以按掉電前的監(jiān)控參數(shù)獨(dú)立工作。使用監(jiān)控分站配接的電源箱可以為安全監(jiān)控設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，系統(tǒng)停電后具有后備電源功能，使配接設(shè)備正常工作4h以上。監(jiān)控分站實(shí)物如圖2所示。

3.2礦用高低濃度甲烷傳感器

為實(shí)現(xiàn)對(duì)井下高濃度甲烷的實(shí)時(shí)檢測(cè)，選用了GJC4/100（A）型煤礦用高低濃甲烷傳感器。該儀器能實(shí)現(xiàn)對(duì)0～100%濃度甲烷的測(cè)定，儀器響應(yīng)時(shí)間小于20s，供電電壓為（9～24）VDC，遙控距離大于5m，輸出信號(hào)為RS4852400bps，防護(hù)等級(jí)IP65，儀器上的零點(diǎn)調(diào)校、靈敏度調(diào)校、報(bào)警點(diǎn)、斷電點(diǎn)、自檢點(diǎn)、485地址均可通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)，具備聲光報(bào)警功能、分級(jí)報(bào)警、軟件標(biāo)校提醒、記錄等功能。

3.3礦用煙霧傳感器

選用了GQL5(A)型礦用煙霧傳感器，采用抗干擾（EMC）技術(shù)設(shè)計(jì)，通過(guò)2級(jí)電磁輻射抗擾度試驗(yàn)。當(dāng)煙霧濃度達(dá)到5%obs/m時(shí)，傳感器應(yīng)動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間不大于20s。采用RS485通訊方式進(jìn)行信號(hào)輸出，工作電壓DC9~24V，工作電流≤50mA，具有聲光報(bào)警功能，儀器抗擾度能力的射頻電磁場(chǎng)輻射（A）為2級(jí)，電快速瞬變脈沖群（A）為3級(jí)，滿足井下煙霧濃度的檢測(cè)及報(bào)警要求。

4結(jié)語(yǔ)

將先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)中，是實(shí)現(xiàn)礦井智能化升級(jí)改造的重要方向。升級(jí)后的李雅莊煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)功能更加全面、抗干擾性更強(qiáng)，選擇的安全監(jiān)控系統(tǒng)儀器設(shè)備檢測(cè)精度更高，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)，防護(hù)等級(jí)提升至了IP65，實(shí)現(xiàn)了井下有線和無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合、監(jiān)測(cè)監(jiān)控與GIS技術(shù)的有機(jī)融合，有效保障了礦井中的作業(yè)安全。

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作者：王永慶 單位：山西焦煤霍州煤電集團(tuán)