煤礦機(jī)械工作環(huán)境應(yīng)急控制設(shè)計(jì)

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摘要：制定了緊急情況應(yīng)急控制的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)計(jì)了煤礦機(jī)械工作環(huán)境的應(yīng)急控制系統(tǒng)，對(duì)氣體含量等技術(shù)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制，包括CH4、CO、CO2和O2，礦井空氣壓力、光線、聲音、溫度、加速度或溫度的變化，同時(shí)分析了有關(guān)子系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)讀取、處理和存儲(chǔ)方面的工作。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械安全環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1煤礦機(jī)械工作環(huán)境應(yīng)急控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

以粉塵爆炸為例的危險(xiǎn)性緊急情況前后控制在煤炭開采領(lǐng)域一直以來受到高度的重視。Shakhtinskaya礦（2004年），Lenin礦（2006年）和Abaiskaya礦（2008年）三起嚴(yán)重事故在哈薩克斯坦奪走了90多名礦工的生命。其他國家也面臨這樣的擔(dān)憂：俄羅斯Ul'yanovskaya和Yubileinaya礦山（2007年）年爆炸后140多人死亡，此外，在中國，每年有數(shù)千名礦工都會(huì)通過空氣和甲烷混合物爆炸而死亡[1-2]。應(yīng)急前后控制系統(tǒng)（PECS）包含礦山的工作運(yùn)行環(huán)境控制和環(huán)境電器設(shè)備控制，設(shè)計(jì)了和飛機(jī)相似的“黑匣子”來進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像的記錄，以此來降低煤礦事故率。PECS的主要目的是在礦山技術(shù)區(qū)域采取、記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)，這對(duì)于事故發(fā)生前后的處理是非常重要的。根據(jù)對(duì)煤礦事故的調(diào)查和長期一線工作的經(jīng)驗(yàn)，以下性能標(biāo)準(zhǔn)是為本文系統(tǒng)開發(fā)的：1）在緊急情況下，自主運(yùn)行模式長期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；2）事故發(fā)生前、事故中和事故后系統(tǒng)可有效運(yùn)行；3）內(nèi)置起動(dòng)器設(shè)備，用于傳輸電氣設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)變量；變電站內(nèi)的低壓電網(wǎng)將應(yīng)急操作條件數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇ECS的中央單元中；4）自動(dòng)切換到斷電狀態(tài)下的備用電池供電，并提升充電電量標(biāo)準(zhǔn)操作條件；5）在PECS的中央控制單元（CCU）的外殼面上分配傳感器，測(cè)量傳播的沖擊波，通過壓力，聲音可靠地確定沖擊波的方向和光參數(shù)；6）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀出。如果可能的話，將傳感器安裝在CCU的防爆外殼內(nèi)；7）PECS的中央控制單元（CCU）安裝在礦區(qū)最危險(xiǎn)的地區(qū)，布置在壁交匯處和通風(fēng)處（在長壁中只需要安裝2個(gè)CCU）；8）連續(xù)記錄非正常情況下的參數(shù)和電氣設(shè)備性能特性。

2煤礦機(jī)械工作環(huán)境應(yīng)急控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PECS、內(nèi)置設(shè)施功率控制單元（FPCU）防爆起動(dòng)器（EPS）、礦井空氣傳感器和低壓配電數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。甲烷濃度超標(biāo)是最常見的礦井爆炸原因，包括有缺陷的電氣設(shè)備，或電動(dòng)火花設(shè)備在違背操作規(guī)定的情況下與開放式外殼一起運(yùn)行。所開發(fā)的系統(tǒng)具有電氣設(shè)備運(yùn)行和礦區(qū)生產(chǎn)并行控制運(yùn)行特點(diǎn)。因此，PECS包括礦區(qū)機(jī)械控制子系統(tǒng)、電氣設(shè)備控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)子系統(tǒng)。電氣設(shè)備控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢查起動(dòng)器和礦場(chǎng)內(nèi)的配電設(shè)備，即電力供應(yīng)或切斷，電纜完整性和非法接入電力設(shè)備。受控制的礦區(qū)參數(shù)為CH4、CO、CO2、H2和O2濃度?；馂?zāi)爆發(fā)通常伴隨著更高的溫度、聲音和沖擊波，因此，子系統(tǒng)提供礦井壓力控制、光控（主要在紅外領(lǐng)域）、聲學(xué)和溫度控制、CCU過驅(qū)動(dòng)和重新定位控制。PECS的中央控制單元（CCU）擁有記錄信息的非法訪問記錄器。礦區(qū)傳感器布置在內(nèi)部CCU，來自礦區(qū)傳感器的數(shù)據(jù)被處理并存儲(chǔ)在CCU中。主體數(shù)據(jù)量巨大，只有當(dāng)前數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)才會(huì)記憶和存儲(chǔ)信息，另外，數(shù)據(jù)在1h周期內(nèi)進(jìn)行循環(huán)替換。在正常運(yùn)行中，電力設(shè)備的當(dāng)前參數(shù)在FPCU中連接到CCU進(jìn)行處理，并記錄任何與換向有關(guān)的事件，即電壓上升或切斷或開啟機(jī)動(dòng)外殼，或者與最新測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的礦井空氣特性的任何變化。電力設(shè)備的緊急狀態(tài)意味著切斷所有電纜的電壓、設(shè)備或啟動(dòng)器開放式外殼供電、立即進(jìn)入防爆設(shè)備啟動(dòng)態(tài)。鑒于上述任何一種情況，PECS本身就會(huì)切換為自我維持供應(yīng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在幾天內(nèi)維持CCU和FPCU的自我持續(xù)運(yùn)行。PECS必須在一次意外幾天之后保持相同的自我持續(xù)運(yùn)作模式。礦區(qū)緊急狀態(tài)參數(shù)由CCU中的專用程序進(jìn)行分析并確定沖擊波最可能發(fā)生的方向或火花源的位置。電力數(shù)據(jù)在事故發(fā)生期間和事故發(fā)生后的設(shè)備運(yùn)行都被處理并存儲(chǔ)在FPCU中。所有單位模塊以最快速度記錄，記錄當(dāng)前時(shí)間并將數(shù)據(jù)保存在非易失性存儲(chǔ)器中并在1h周期內(nèi)更換數(shù)據(jù)[3-4]。當(dāng)相同的記錄模式持續(xù)受到?jīng)_擊，保存在CCU存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可以被讀出是很重要的。PECS設(shè)計(jì)能夠承受甲烷和空氣混合物的爆炸，同時(shí)，PECS機(jī)房必須具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。選用無線數(shù)據(jù)傳輸通道可以達(dá)到這個(gè)效果。感應(yīng)通信通道維持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的電磁場(chǎng)的磁分量，即使設(shè)備在事故發(fā)生后被埋在煤下，也能通過設(shè)備外殼傳輸。無線數(shù)據(jù)傳輸在事故發(fā)生后作為“信標(biāo)”來尋找設(shè)備。在正常采礦條件下，無線數(shù)據(jù)傳輸允許PECS的周期性檢測(cè)到可能的危險(xiǎn)行為。啟動(dòng)器控制發(fā)射器設(shè)備，電壓狀態(tài)快速脫開輔助觸點(diǎn)的位置，通過PECS的中央控制單元（CCU）實(shí)現(xiàn)電流特性的低壓網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程指示。啟動(dòng)器狀態(tài)的遠(yuǎn)程指示使用啟動(dòng)器的電源線供能。PECS存儲(chǔ)子系統(tǒng)積累來自位于CCU內(nèi)部或外部的各種模擬和離散傳感器的數(shù)據(jù)（內(nèi)置防爆外殼）。內(nèi)部傳感器重復(fù)主要的目的是傳感器在爆炸下無法正常工作。電氣和火花安全饋電電路和所有接口通過使用電隔離連接外部傳感器來保證。在子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)操作中，為了在FLASH存儲(chǔ)器中提供足夠的空間，數(shù)據(jù)保存時(shí)間是5min。與世界上已知的控制系統(tǒng)不同，PECS系統(tǒng)通過完成集成，在正常、事故前和事故后模式下控制礦井空氣和電氣設(shè)備檢查礦址設(shè)備的電源，并在所有防爆外殼內(nèi)進(jìn)行檢查并將關(guān)于起動(dòng)器和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸給CCU。PECS在事故中記錄礦井空氣和電氣設(shè)備的特點(diǎn)，并通過有關(guān)壓力、聲音和光線的數(shù)據(jù)確定沖擊波的可能方向。事故發(fā)生后，PECS保持對(duì)該事件幾天內(nèi)的礦區(qū)參數(shù)的控制和記錄，用于防止重復(fù)的火災(zāi)和爆炸。該系統(tǒng)具有通過系統(tǒng)金屬外殼無線感應(yīng)式數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，即可同時(shí)作為事故發(fā)生后發(fā)現(xiàn)CCU的線索。

3結(jié)語

在制定了PECS的基本標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)煤礦電氣設(shè)備和空氣狀況進(jìn)行持續(xù)綜合治理防治系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在緊急情況下，該系統(tǒng)運(yùn)行和記錄在事故和事故后模式中的礦區(qū)參數(shù)。本系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)于現(xiàn)行的煤礦行業(yè)。

參考文獻(xiàn)

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作者：陳夏明 單位：霍州煤電汾河焦煤公司三交河煤礦