梅花井煤矿长距离单巷安全监控系统DC24V供电技术探索与实践

张杰文

摘要：为解决当前梅花井煤矿长距离单巷掘进过程中无法全部对巷道内全部非本质安全型设备进行断电的问题，通过分析当前煤矿安全监控系统无法实现远距离供电问题的原因，结合当前梅花井煤矿现有安全监控系统供电及巷道实际布局方式，提出将电压等级提升至24V并通过降低线缆电阻的方式，并通过111801工作面现场实践研究，结果表明这种方案具有实际操作价值，认为方案可行，简便高效;并探讨安全监控系统远距离供电对矿井安全生产的实践意义。

Abstract： In order to solve the problem that all non-intrinsically safe equipment in the roadway cannot be powered off during the long-distance single-drilling process in Meihuajing Coal Mine， the cause that the current coal mine safety monitoring system cannot realize the long-distance power supply problem is analyzed. Combining with the Meihuajing Coal Mine's existing safety monitoring system power supply and actual layout of the roadway， the way of increasing the voltage level to 24V and reducing the cable resistance is proposed. And through the field practice research of 111801 working face， the results show that this scheme has practical operating value， the scheme is considered feasible， simple and efficient. And the practical significance of long-distance power supply of safety monitoring system for mine safety production is discussed.

关键词：安全监控系统;远距离供电;解决方案;实践意义

0  引言

梅花井煤矿安全监控系统与国内大部分矿井一致，主要采用18V直流供电方式对传感器进行供电;当掘进工作面超过2000m时，由于巷道内传感器较多，线缆压降导致迎头传感器无法全部拖动，需在巷道中部单独加装供电电源进行升压供电;遇到甲烷超限时，系统会将整个巷道内电源断掉，迎头传感器只能依靠巷道中部后备电源供电，由于距离过长，且电池供电能力有限，存在安全运行风险[1]。

1  现状分析

梅花井煤矿作为宁东能源化工基地的主力矿井，根据国家相关要求在井下建设了安全监控系统;根据《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029—2019）要求，目前安全监控系统在各掘进工作面迎头及后巷100m范围内共安装甲烷、粉尘、风筒开停、一氧化碳、烟雾、温度共六台传感器;根据国家及企业标准要求，在采煤工作面回风巷上隅角区域安装甲烷、氧气传感器，在采煤工作面回风巷工作面区域安装甲烷、温度、一氧化碳、粉尘共四组传感器[1]。

矿井井形大，采掘工作面距离长，部分采煤工作面距离达到了5000m，迎头传感器無法实现巷口18V长距离分站一次拖动;针对采煤工作面情况，当前梅花井煤矿与国内大部分煤矿一样，主要采用以下两种方式解决：

一是从机巷设备列车安装分站及后备电源，通过采煤工作面架间敷设监测线缆，将采煤工作面回风巷内上隅角及工作面区域的传感器进行拖动，由于监测线缆受到采煤过程中频繁移架影响，导致断线频繁，系统故障频发;管理难度极大。

二是在巷口配电点安装后备电源及分站，负责安全监控系统2000m以内传感器拖动，同时在超过2000m的巷道中部加设专用电源进行二次供电，并敷设长距离线缆进行拖动。

2  安全监控系统实现远距离一次供电问题的原因

2.1 国家针对煤矿管理的行业法规要求

根据《煤矿安全规程》（2016版）第四百六十二条“在总回风巷、专用回风巷道及机械提升的进风斜井中不应敷设电力电缆的要求;采煤工作面回风巷内不应安装电缆及电气设备。当前梅花井煤矿采煤工作面回风流长度大部分在3000m以上，部分采煤工作面长度甚至达到了5000m;第二种传感器拖动方式与国家法规相冲突;在极端情况下，工作面出现甲烷等有害气体超限，巷道内正在使用的电气设备具有引爆甲烷气体的风险。

2.2 巷道掘进方式的转变

随着矿井掘进方式的改变，现有工作面的掘进方式正在由过去的主运输巷+辅助运输巷双巷掘进方式改变为单主运巷掘进方式，长距离掘进巷道和采煤工作面回风巷道内的“安全监控系统长距离一次供电实现传感器拖动解决方案”显得尤为重要。

2.3 国家对煤矿安全监控系统远距离供电的标注要求

根据国家煤矿安全监察局印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）第十一条第六款“分站的最大远程本案供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km”要求，现有安全监控系统具备长距离传输功能，但是与生产厂家沟通时发现，他们所谓的长距离供电是一根电缆拖动一台传感器，并且在地面进行测试实现了6km信号传输，井下目前还没有成熟的解决方案，如果采用一根线缆进行拖动，将会导致线缆敷设量成倍增加，且不利于现场维护，不符合现场实际。

目前各煤矿针对安全监控系统长距离供电的问题，主要采用在中部加设电源和分站的二次供电方式进行解决，这种方式显然与国家规定相违背，并且没有较好的解决方案，导致当前安全监控系统针对长距离工作面传感器运行方式与国家规程违背;许多煤矿都在迫切希望能够通过一种方案解决。

3  解决方案实践

根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）升级改造要求，当前安全监控系统是可以实现6km拖动，这说明6km传输RS485监测数据是没有任何问题（通过实际测试安全监控系统可以实现RS485信号传输），只是因为长距离传输过程中压降导致迎头传感器无法拖动;围绕问题解决的突破点在于提高线缆长距离传输后的电压满足传感器拖动要求;当前系统主要采用常规的18V电压进行拖动，通过井下试验，现有传感器在满负荷情况只能传输2000m;当输出功率一定的情况下，电压越低，电流就会越高;根据功率计算公式P=I*I*R的关系，在线缆传输的过程中电流越高浪费的无效功率也就越多，这是导致无法进行长距离传输的根本原因。

解决问题的突破点是围绕提高电压、降低电阻的办法进行解决，但是《煤矿安全监控系统通用技术标准》（AQ-6201-2006）第4.4.2.3“由外部本安电源供电的设备一般应能在9-24V范围内正常工作”的要求，现有电源最高只能提供24V电源输出。针对当前情况，梅花井煤矿通过选用天地常州自动化股份有限公司的24V、04mA的KDW65B电源，并对电缆信号进行选型，共提出了四种解决方案，具体如下：

3.1 常规线缆接线拖动法

分站输出一路24V电源，0.4mA电流，采用MHYV1*4*7/0.52电缆进行4700m地面传输测试，两芯电缆提供24电源，可以实现激光甲烷传感器、一氧化碳、烟雾一根线缆拖动;但是更换为普通催化甲烷传感器就无法拖动;更换为粉尘传感器+催化甲烷传感器可以拖动，但是增加到第三个传感器时，无法拖动;采用常规线缆接线拖动法，迎头需敷设3根监测线缆，虽比单根线缆拖动有所减少，但是现场维护量依然不变。

3.2 增大电流拖动法

分站输出24V电源，0.8mA电流，采用MHYV1*4*7/0.52电缆进行4700m地面传输测试，两芯电缆提供24V电源，可以拖动甲烷、一氧化碳、烟雾、一氧化碳四个传感器;较第一种方案有所提升，但是效果不明显;无效功率较第一种方案提高一倍;同时0.8mA电流与国家标准相违背，无法实施。

3.3 两正加一负电压拖动法

分站输出2路24V电源、0.4mA电流，使用1*6*7/0.52电缆进行4700m地面测试，两芯电缆提供2个正极，1芯电缆提供负极，2芯负责RS485信号进行传输，可以拖动甲烷、一氧化碳、烟雾、一氧化碳四个传感器;整个工作面拖动6台传感器须另外敷设1根1*4*7/0.52线路;此种拖动效果较差;同时不利于维护工作;主要原因为电源负极线缆直径限制，整个线缆的电阻与一正一负一致，现场无法实施。

3.4 线路并联电压拖动法

分站输出1路24V电源、0.4mA电流，使用1*6*7/0.52电缆进行4700m地面测试;其中2芯电缆提供正极，2芯电缆提供负极，2芯负责RS485信号进行传输，通过测试可以一次性拖动甲烷、一氧化碳、烟雾、一氧化碳、粉尘、风速共6个传感器，并且传感器运行稳定，无频繁断线现象;此种方案可以满足长距离工作面迎头所有传感器一次性拖动的要求。

4  原因分析

通过分析，2000m以内能够拖动，主要是线纜传输距离短，电流在一定的情况下，电阻相对较小，线缆无效功较小，工作面迎头的传感器可以一次性拖动;那么针对长距离工作面，就要从降低电阻、提高电压两个方面进行测试，在电压24V恒定的情况下，在满足迎头传感器工作电流的基础上，降低线缆电阻，在现有的情况下，提高线缆的横截面积，是降低的电阻的最简单而且是最有效的方式。

通过计算，具体数据如下：MHYV1*4*7/0.52电缆的负责供电的电缆芯横截面积为：0.21cm2;MHYV1*6*7/0.52电缆的负责供电的电缆芯横截面积为：0.42cm2;那么在电缆采购时只要负责供电的芯线电缆横截面积满足要求，即可解决当前的问题。

5  意义

此次安全监控系统长距离供电方案的选定并在1118101工作面回风巷测试成功，解决了当前困扰国内煤矿长距离掘进想解决而一直未能解决的老大难问题，使得矿井4000m及以上巷道的断电及迎头传感器一次性拖动变为现实;

国内许多煤矿均在探索单主运输巷掘进方式进行采煤工作面布置，这种方式可以大幅度降低巷道维护成本，由于受到安全监控系统无法一次性拖动及其他因素影响，国内许多矿井未大面积应用实施;此次安全监控系统长距离供电方案的测试成功打破了现有单巷道长距离掘进无法实现巷道内所有设备一次性断电的突出问题;实际使用意义重大。

此次国家煤监局下发的《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）第十条第六款分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km的标准要求;梅花井煤矿的实际测试成功，为推动标准落地及实际应用提供了实践支撑。

参考文献：

[1]高春矿.煤矿安全监控系统现状与发展前景[J].煤炭技术，2004（11）.

[2]开辉.运输监视及安全监控系统在矿井的应用[J].价值工程，2019，38（19）：211-214.

[3]袁冠文.上海潘广路～逸仙路电力隧道综合监控系统设计[J].价值工程，2019，38（24）：268-271.