礦井安全監控系統升級研究

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摘要：結合王坡煤礦礦井安全監控系統在使用中存在的問題，進行礦井安全監控系統的優化升級改造設計。改造后系統運行良好，提高了數據準確性和系統運行可靠性，提升了自動化及遠程控制水平，滿足了王坡煤礦安全監控需求。

關鍵詞：安全監控系統；升級改造；安全生產

1概況

王坡煤礦的建設規模300萬t/a大型礦井，井田面積25.35km2，綜合機械化放頂煤開采，建有配套的洗選廠和鐵路專用線。依據山西省國土資源廳許可，批準開采3號、9～15號煤層，屬高瓦斯礦井，現開采3號煤層，3號煤層開采深度標高807—400m。礦井采用分區通風方式，機械抽出式通風方法。上寺頭回風立井配備2臺FBCDZ型對旋式軸流通風機。礦井設計一井一面，采用斜井開拓，共布置6個井筒，包括原有的主斜井、副斜井、上寺頭回風立井、塔里進風立井、塔里回風立井，新建行人斜井。

2現有安全監控系統

2.1系統分析。王坡煤礦當前采用的是一套KJ90N型安全監控系統，該系統主干網采用工業以太環網傳輸，傳感器采用頻率或電流信號輸出，部分在用傳感器具備IP65防護等級和抗干擾能力。系統目前安裝監控分站47臺、開關量傳感器200余臺、模擬量傳感器300余臺、斷電儀60余臺，監控內容為瓦斯、風速、一氧化碳以及瓦斯抽放管路中的流量、溫度、負壓、濃度、設備開停等模擬量和開關量等。現有安全監控系統如圖1所示。2.2存在問題。2.2.1未實現數字化傳輸。現有KJ90N型安全監控系統模擬量傳感器到分站之間的傳輸方式采用的是頻率型傳輸，不能快速、精準的將模擬量信號轉換為相應的數字信號，信號傳輸失真及受干擾性嚴重。2.2.2抗電磁干擾能力弱。現有安全監控系統及組成設備抗電磁干擾能力差。設備運行過程中，當變頻設備啟動時，發現模擬量傳感器存在數值有冒大、偽數據的現象，未達到安全監控系統及組成設備采用抗干擾（EMC）技術設計要求。檢測數據不準確會給系統及人員反饋錯誤信息，容易造成誤判，影響礦井安全生產。2.2.3傳感器技術及裝備不全。當前安全監控系統層級過多，且受于設計局限，未使用激光等全量程傳感器，沒有自診斷型傳感器、無線傳感器，沒有多參數傳感器。根據王坡煤礦現場作業需求，在采區回風巷、總回風巷瓦斯傳感器要使用激光、紅外等全量程傳感器，回風隅角要采用無線傳感器。

3安全監控系統升級改造

3.1總體改造方案設計。結合前文分析，對王坡煤礦安全監控系統進行優化改造設計。改造采用KJ90X煤礦安全監控系統，該系統采用分布式處理模式，能充分發揮各部分設備的性能優勢，結構簡潔，可操作性強，便于系統的日常維護及管理。系統主干連接為樹型結構，安裝擴展簡單。改造后的安全監控系統如圖2所示。3.2多系統應急聯動改造。KJ90X安全監控平臺應急聯動采用用戶配置應急聯動預案，預案觸發后自動或管理員確認方式下發命令，子系統接收到命令后自動執行。用戶可以對聯動預案進行管理，可增加、刪除、修改，也可設置聯動觸發條件、聯動的系統及聯動的方式，是否是自動執行。3.3關鍵部件優化選型設計。3.3.1礦用溫度傳感器選型設計。選用GWP200型礦用溫度傳感器，測量范圍-30～200℃，最大工作電流100mA，工作電壓范圍為9～25.0VDC，采用了RS485總線通訊，傳輸速率2400bps，具有IP65的防護等級，滿足王坡煤礦溫度檢測要求。3.3.2開停傳感器選型設計。選用GKT0.5L型開停傳感器，用于監測煤礦井下機電設備（如風機、水泵、局扇、采煤機、運輸機、提升機等）開停狀態，可以將檢測到的設備開停狀況轉換成各種標準信號并傳送給礦井生產安全監測系統，實現礦井機電設備開停狀態自動監測、控制。該傳感器工作電壓9.0～25.0VDC，工作電流≤70mA，采用了RS485數字通信，最大傳輸距離2km，滿足井下使用需求。3.3.3液位傳感器選型設計。選用KGU9901型液位傳感器，該設備是一種全密封潛入式擴散硅測量儀表，能對井下水倉、中央泵房和工業水塔水位（包含液體液位）等水位信號進行實時檢測。測量范圍在0～10m，工作電壓9～25VDC，采用了IP65防護等級，利用RS485進行通訊，滿足井下水位檢測要求。

4結語

為驗證改造后的煤礦安全監控系統綜合性能，在王坡煤礦進行了半年的運行測試。結果表明，整套新系統運行良好，系統中模擬量傳感器到分站數據傳輸實現了數字化傳輸，各分站及傳感器通過了浪涌、靜電、群脈沖及輻射等抗干擾測試。實現了系統的5級分級報警，能根據顏色區別級別；傳感器的報警響度為80dB，聲光報警頻率可實現4級，能用不同頻率進行區分。改造后的系統綜合性能達到了預期效果。據估算，改造后安全監控系統能使礦井設備故障率同比降低60%左右，設備故障的維修時間縮短60%以上，降低了人員的勞動強度，提高了井下作業安全性。

作者:張飛飛 單位:山西天地王坡煤業有限公司