矿用局部通风机三级智能联控系统在高瓦斯矿井的应用

郭 波

(山西潞安煤炭技术装备有限责任公司 安易电气公司，山西 长治 046000)

矿用局部通风机是煤矿井下掘进通风和瓦斯排放必不可少的重要设备，潞安集团下属的余吾煤业及其他矿井均为高瓦斯矿井，井田范围大，井下局部通风机数量多、分布广，且监护等级高，一旦发生双停，将会引起矿井瓦斯超限事故，目前高瓦斯矿井普遍采用“六专两闭锁”的管理，其中 “专人看管”和“专人维修”要求矿井投入更多的人力和物力参与风机的运行和维护。局部通风机的看护专业人员即要掌握矿井供电技术和矿用防爆开关的操作及运行规范，又需要掌握巷道通风安全知识和自动化监控技术，对于专业人员的素质知识水平要求较高，但是目前全国矿井的所有局部通风机看护人员的学历和知识水平较低，在矿井中出现漏电、短路等供电事故，或者在巷道中出现瓦斯超限等突发状况造成井下大面积停电时，经常无法按照要求正常启动局部通风机，容易造成瓦斯超限，极大的影响矿井安全。此外，余吾煤业专业风机看护人员需要164人，人力成本较高。

为解决上述问题，设计了一套“风机点-井下变电所-地面调度”三级智能联控系统，该系统集矿井供电、矿井通风及矿井自动化监测为一体的控制系统，并且该系统在余吾煤业井下和地面安装进线了工业性试验，完全满足矿井安全通风和供电要求[1-4]。

1 系统整体功能设计

1.1 系统结构

矿用局部通风机三级智能联控系统，主要由三级部分组成，一级地面调度中心主要以监测功能为主；二级变电所控制中心，收集从该采区所有风机配电点采集过来的数据汇总传至矿用本安计算机，由专人监控，实现对采区集中控制；三级风机点主要现场监控掘进面的环境数据及设备状态并通过矿用本安控制箱传至变电所矿用本安计算机，如图1所示。

图1 三级智能联控系统结构

1.2 系统主要功能

1)实时监测局部通风机的电流、电压、绝缘值，设备的停/运状态、局部通风机振动及电机温度。

2)实时监测通风区的环境参数：瓦斯浓度、风量、风压。

3)远程对关联设备(移动变电站、双电源风机开关、动力开关)进行分闸、合闸和复位操作。

4)系统能够远程对关联设备参数(短路电流、过载系数、振幅、风量、瓦斯浓度)的上限及下限阈值、单风机双风机运行模式以及功能投退进行修改及下发。

5)系统能够远程按照规程人工或自动进行切换试验、风电闭锁试验、漏电试验等。

6)当井下异常出现供电大面积停电，地面操作人员可以按照井下的供风需求，各级关系的闭锁等级，自行选择启动循序，一键送电[5-10]。

2 供电系统设计

余吾煤业预先在南翼五个采区安装该系统，供电系统完全按照“规程”三专要求运行，南翼一采区供电线路如图2所示。采区变电所两回路专用高压配电装置通过电缆输送至风机配电点1回专用移变和2回专用移变，1回移变输电至风机切换开关AI和BI，2回移变输电至风机切换开关AII和BII。余吾煤业属于高瓦斯矿井，掘进面安装四组局部通风机，正常运行时两组风机同时运行，AI和BII组合、AII和BI组合分别带两个局部通风机运行，每隔五天两组合进行一次切换。

图2 南翼一采区供电线路

3 系统通信控制线路设计

南翼五个采区的通讯控制路线如图3所示，移变用高压头、低压头及风机切换、瓦斯传感器、风速传感器、开关通过矿用阻燃信号电缆采用RS485总线方式与控制器进行通讯，每个采区的两个控制器通过光纤与采区变电所交换机通讯并且进入环网，中央变电所的本安计算机进入环网实现同交换机和地面调度的通讯形成监控系统的闭合通讯网络。

图3 南翼采区通信线路

4 监控系统设备人员配置及权限设计

监控系统是按照“风机配电点—中央变电所—地面调度”三级监控实现的，因此人员的配置按照三个地点进行分配。

4.1 风机配电点

对井下南翼采区五处局扇风机点，每处局扇风机点各有两组风机，分别安装矿用本安控制器2台。在采区变电所各安放矿用本安多光口交换机2台，实现控制器和交换机建立数据传输通道，交换机根据现有的环网分站接口情况，选用以太网电口或光口同KJD18通讯并上传至地面监控中心；开关设备和传感器，通过RS485串口总线向控制器发送信息。

该点不用专门设置风机看护人员，但是会根据各采区的远近暂定安排三个人进行巡逻，该地点所有设备的状态通过控制器进行监测并上传，巡逻内容主要是检查配电点监控线路是否有被压折的隐患、检查电气设备表面温度及运行参数、控制器外观防护及直流电源工况、传感器吊挂及外表是否遮盖等。

4.2 采区变电所

根据采区监控点数量南翼采区配置一台1本安监控计算机，通过以太网电口将信息通过环网同接入矿用本安多光口交换机所连接的控制箱进行通讯，实现在采区集中控制，完成多层次对局扇系统的控制。该点要专门设置1名经过培训的技术人员对变电所辖区内的各个风机点进行监测，并能够根据出现事故的预警的情况分类进行操作。

4.3 地面调度

配备2套局扇监控系统软件，安装在调度中心，主备机之间构成冗余，在其中一台出现故障时可切换至另一台，故障恢复后切回至主机。增强自动化系统的稳定性和安全性，系统利用矿井综合自动化系统千兆工业以太环形网络传输平台进行数据传输有利于矿方自动话之间的相互关联性。

主机正常工作时，监控主机和备用机之间能进行数据交换，若监控主机工作异常时，备用机立即执行主机功能，向各本安控制器读取数据指令，并提示用户当前主备机工作状态的故障信息，系统信息可通过OPC接口接入全矿井自动化系统，通过web在局域网内发布。

该点根据矿方人力资源可以安排1名专业技术人员或普通调度人员，根据人员的类别进行分类授权，专业技术人员以“工程师”身份登录监控系统可以监测各种数据，可以修改风机起动阈值、风机切换时间阈值、风机前后级起动时间阈值、电机温度报警阈值，可以远程进行一键送电、风机切换等操作，普通调度人员以“监测员”身份登录，主要是监测各种数据、接收各种故障报警信息。

5 监控系统事故应急方案

主要根据现场出现的各种事故设计的应急预案，主要有三大类：主回路停电事故、电气设备故障分闸事故、监控设备或线路分断事故。

主回路停电事故：如上述图2，正常运行工况时，风机开关AI和BII供电带两台风机运行，当1回路断电后，风机开关AI会自动切换至AII，2回路上的风机开关运行。此时中央变电所和地面调度监控画面断电开关的显示颜色变暗并告知开关处于离线状态，电压电流数据为0，并且会有语音持续报警直至确定后停止，当1回路恢复供电后，移变高压头显示带电分闸，低压头和风机切换开关无电，中央变电所或地面调度可以进入“工程师”菜单远程切换回AI和BII供电模式。

电气设备故障分闸事故：当1回路专用高压配电装置正常供电，移变高压头或低压头因漏电、过流短路等故障分闸时，中央变电所和地面调度监控画面上无电开关显示颜色变暗并告知故障类型和分闸状态，同样风机开关AI会自动切换至AII，2回路上的风机开关运行，保证供风，这时中央变电所风机看护人员应及时安排巡逻人员到现场处理开关故障，带开关故障解除恢复AI和BII供电模式。

监控设备或线路分断事故：如果控制箱故障，监控画面监控显示控制箱离线，如果控制箱与各开关线路断开，监控画面显示开关保护器离线，但是不会造成开关分闸及切换，这时巡逻人员到现场检查排除故障。

6 结 语

该系统在余吾煤业南翼采区五个工作面进行了工业性试验，并且取得安标证书。试验期间根据现场工况及队组技术员的操作要求进行一定的优化，满足井下掘进面通风要求。

矿用局部通风机三级智能联控系统的应用将矿井原来“队组分散看护”变为“地面-采区变电所-风机配电点”三级监控，以自动化控制代替人为操作，大大降低人为操作失误的概率；将原来“专人看管”变为“远程监控+巡逻看管”，风机运行时变电所内专人监控所有配电点风机，专业巡逻队伍按计划巡视所有风机地点，大大减少风机点专业看管人员和专业维修人员的配备，用工数量明显减少，余吾煤业全矿使用该系统将减少三分之二的专业看护人员，并且相对于目前提倡的无人值守运行方式更加符合井下复杂多变的工况，更能保证掘进面安全可靠通风。