郭庄煤矿井下安全监控系统的升级改造研究

2020-04-07宋凯敏庞旭朝

山东煤炭科技 2020年3期

宋凯敏庞旭朝丁栋

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司，山西长治 047400）

随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，为进一步加强安全生产监督管理，有效降低煤矿井下综采作业过程中的事故，目前各煤矿均设置有专门的井下综采安全监测控制系统，用于对井下综采作业环境进行监测、预警，极大地提升了煤矿井下的安全生产水平和安全生产管理效率，煤矿监测监控系统在瓦斯灾害的防治中也起到越来越重要的作用[1]。郭庄煤业井下安全生产监控系统投入使用时间较长，因此目前在实际生产中存在着自动化程度低、可靠性差、误报警频次高的问题，给煤矿井下的安全生产造成了较大的安全隐患。因此郭庄煤业引入了一套新煤矿安全监控系统，专门应用于煤矿井下环境参数、工况参数的监测与控制，从而实现对煤矿井下各类设备和环境的不间断监测，确保第一时间发现井下的生产异常，自动对井下的工作状态等进行监控和数据分析、记录，有效提升煤矿井下的综采作业效率和安全性，减少井下安全监控人员数量，实现井下安全、高效的管理。

1 安全监控系统整体结构

郭庄煤业的矿井安全监控系统的整体结构如图1所示，其主要包括接口部分、网络系统和上层的集成应用平台[2]。将位于煤矿井下的各个监控分站通过标准化接口接入到安全监控系统内部，实现对各个监控分站和单元的统一管控。该安全监控系统的核心在于监控分站通讯系统及各个监控分站传感器部分。监控分站通讯系统是网络连接的核心，用于将各监控分站监测到的数据实时解算、传输和转化，最终以图表、曲线等形式显示在上层应用分站的监控中心内，便于监控人员对井下各个监控分站处的状态进行掌握和调控，及时对异常进行预警。监控分站主要是对该单元内的各类监控传感器进行管控、数据信号的初步分析，是安全监控系统的基础。

图1 安全监控系统结构示意图

2 监控分站通讯系统改造方案

郭庄煤矿现使用的分站为KJF86N(08/16)型分站，该通讯分站和各类传感器设备之间的数据通信使用频率/电流模式。为了满足RS485智能传感器的接入需求，要求设备在煤矿井下复杂电磁环境下的抗干扰性要强，能够确保数据信息的稳定传输。同时顺应国家新监控系统要求，该矿已将井下部分区域的KJF86N(08/16)型分站逐步升级为KJ306-F（16）矿用智能型本安型分站。分站与传感器通信共16路，采用8路频率/电流模式、8路数字信号通讯模式[3]。根据郭庄煤业现有井下设备运行、监测要求，现分站准备升级KJ306-F（16）H矿用全智能型本安型分站，用于进一步提升各类传感器设备在井下复杂环境下的监测数据的通讯可靠性要求，使控制人员能够在地面实现对各传感器和设备的远程控制、数据提取、修改，提升监控系统整体的数据存储、传输和抗干扰性，有效降低监控过程中出现的误报现象。监控分站通讯系统升级前后结构对比如图2所示。

图2 监控分站通讯系统升级前后结构对比

KJ306-F(16)H 矿用本安型分站为针对煤矿井下特殊环境研发的成果，采用基于工业现场总线的数据传输技术，多路总线通过对数据的多重效验，提高分站与智能设备、分站与传输设备之间的传输可靠性。为了确保该分站在使用过程中的可靠性，需要与隔爆兼本质安全电源作为一个整体使用。本安电源用于为系统内各个传感器提供稳定、可靠的安全电源，确保各监控设备在运行过程中的稳定性。

3 瓦斯监测传感系统升级改造方案

郭庄矿现有的瓦斯传感器在使用过程中无法对低浓度瓦斯进行有效监测，对突发的瓦斯浓度剧增无有效的反应时间，且监测传感系统对监测信息的传递方式滞后，无法满足井下安全生产需求。因此本次升级改造时采用了一种新的甲烷传感器[4]，其结构如图3所示。

图3 新瓦斯传感器结构示意图

该瓦斯传感器能够满足各种工况下的瓦斯浓度自动监控需求，同时能够将监测到的瓦斯浓度值转换为对应的电信号，通过数据传输系统传递给信息中心，能直接将监控的瓦斯浓度值显示出来，还具有超限声光报警等功能。该传感器采用了新型单片微机和高集成数字化电路，具有集成度高、可靠性好的优点，便于维修与调试且增加了传感器断电控制功能，并可任意设定断电点，实现了一机多用。