关键词: 监测
近年来, 对矿井生产系统安全的监测国内外先后研制出多种类型的计算机监测系统, 产品换代很快, 尤其是通道部分和井上部分的换代更为迅速。煤矿安全监测系统要有很高的可靠性来源于井下设备, 尤其传感器及其连接电缆的可靠性最为重要。
1 煤矿安全监控系统的功能
煤矿安全监控有很多种, 有人员定位、瓦斯检测、温度检测、负压检测等, 都是煤矿安全生产的重要监控要素。
一个系统主要是由上位机 (监控中心) 和下位机 (工作站) 两部分组成。监控中心配备有监控主机和打印机, 主机通过传输接口与各分站和传感器通信, 用来实现地面中心站监控主机与井下分站之间的信息传输, 实现煤矿实时数据的采集、实时数据显示、报警显示、历史数据查询、通讯状态监控、实时趋势曲线和历史趋势曲线的绘制及形成各类报表, 完成对煤矿环境的监测。监控分站及电源是监控系统的核心设备之一, 数据传输装置是系统的一个重要部分[1]。
2 煤矿安全监控系统的开发应用分析
煤矿安全监控系统可以对矿井安全生产的各种环境及生产工况进行监测, 如甲烷、一氧化碳、温度、负压、速度、压力、电流、电压、功率以及煤位采集、显示、存储、报警、打印等;以KJ4系统为例[1]。
KJ4是以微机为中心的煤矿安全、生产监测系统。该系统由地面中心站、调制解调器、井下工作站、各种矿用传感器、矿用机电控制设备和矿用安全、生产监测软件组成。井下工作站、各种矿用传感器和矿用机电控制设备安装在煤矿井下具有粉尘、有害气体的危险环境中, 对煤矿井下环境、火灾、通风设施、运输安全状况等各方面的安全生产信息进行实时监测与数据预处理, 根据中心站预先给定的限值去控制报警与断电, 并将安全生产信息传送到地面中心站。各种信息经中心站再次分析加后, 显示给地面工作人员, 并可将某些必要的控制信息传送给井下分站, 对井下设备实施控制, 从而能够准确、全面地掌握环境情况, 达到对灾害事故早期预测、预报以及对事故进行必要的处理。
2.1 安全监控分站
安全监控分站是安全监控监测系统的核心, 负责采集和处理现场生产环境和设备状态等方面的安全监控数据, 并能实时地控制设备。同时它也是传输系统的关键设施, 各种数据都要通过它与地面中心站进行通讯。
井下分站与电源箱一起安装在井下, 分站置于电源箱上部, 用4条螺栓将它们连接在一起。若相互独立时, 最远距离不超过1.5 m。
尽管监控系统井下分站形式多样, 但基本上具备了如下功能:
(1) 开机自检和本机初始化功能;
(2) 通信测试功能;
(3) 分站设程控功能 (实现断点仪功能、风电瓦斯闭锁功能、瓦斯管道监测功能和一般的环境监测功能等) ;
(4) 死机自复位功能且通知中心站;
(5) 接收地面中心站初始化本分站参数设置功能 (如传感器配接通道号、量程、断电点、断电点、报警上限和报警下限等) ;
(6) 分站自动识别配接传感器类型 (电压型、电流型或频率型等) ;
(7) 分站本身具备超限报警功能;
(8) 分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作功能和异地断电功能。
2.2 分站之间的拓扑结构
井下网络采用树型拓扑结构, 如图所示。安装灵活, 可靠性高, 一般工业监控系统电缆敷设的自由度较大, 可根据设备、电缆沟、电杆的位置选择星形、环形、树形、总线形等结构。而矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设, 挂在巷道壁上。由于巷道为分支结构, 且分支长度可达数千米。因此, 为便于系统安装维护, 节约传输电缆, 降低系统成本, 宜采用树形结构[4]。
2.3 传感器的安装
煤矿安全监控的主要内容包括对井下CH4、CO、O2、CO等气体浓度的检测, 对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度等环境参数的检测, 对生产设备运行状态的监测、监控等。煤矿安全监测主要通过检测仪器来实现, 一个简单的检测仪器通常由传感器、信号变换电路及电源等部分构成。
传感器主要由敏感元件、转换器件、测量及变换电路和电源等组成。
不同传感器的组成、工作原理以及安装说明都有所不同, 如瓦斯传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、风速传感器、开关量传感器[3]。
传感器的安装也是非常重要的, 在井下设备中, 瓦斯传感器是一种常用设备, 在入井安装前, 应在井上至少送电48h, 观察其零点漂移, 并每隔一定时间 (如1h) 给传感器送一次氧 (如20%CH4) 考核其批示精度和报警情况, 经考核无误后的传感器方可下井。
为了保证传感器的正确使用, 可以参照煤炭工业部对瓦斯传感器的安装方法、地点及位置的明确规定和说明。
在井下重点地点 (如采掘工作面) 安装的瓦斯传感器除符合有关规定外, 还有必要地这些地点的设备实行严格的电气闭锁或断电控制。为此, 应注意:无论是电气闭锁或断电控制, 其主要对象是电气开关;井下分站或传感器供电的形式。尽量选用127V或36V供电。
2.4 井下传输电缆的安装
井下传输电缆是信息通道的重要组成部分, 其质量 (包括安装质量) 好坏直接影响系统的整体可靠性。因此, 电缆的敷设连接是很重要的。传输电缆在敷设时应充分注意远离动力电缆 (至少应有30cm) , 如果在架线电机车运输巷道敷设电缆时, 为了防止架线的强电的干扰, 需要选用屏蔽电缆, 其屏蔽层必须在井上机房的终端处良好接地。只有这样才能有效地保证高信号/噪声比, 使信号能得到高质量传输。
为了保证安全, 入井的传输电缆应采取严格措施与井上其他电源隔离, 保持与其他室内电缆有一定的距离。如果入井电缆端加有安全栅或其他隔离措施时, 绝对不能随意解除或不用。煤矿安全监控系统应用环境复杂, 检测对象复杂, 做好每一个环节的都是非常重要的。
3 煤矿安全监控系统开发的意义
对煤矿的安全监控很有必要, 对企业的发展很有现实意义, 随着科学的发展, 不仅能实现监测监控, 而且在软件技术上应研究开发能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家决策方案。同时系统应用软件应向网络化发展, 按统一的格式向外提供监测数据;对建立瓦斯灾害预警技术的研究等等。
总之, 随着煤炭事业的发展, 煤矿安全监控系统也会更进一步的开发和应用。
摘要:煤矿安全已经成为煤矿生产的一个首要问题, 做好煤矿安全监控, 提供煤矿生产安全保证, 安装煤矿安全监控系统已成为煤矿的一项重要任务。
关键词:煤矿安全监控,传感器,分站,拓扑结构
参考文献
[1] 石健.煤矿井下人员定位系统监控子系统[D].优秀硕士论文数据库, 2003年山东科技大学:1~88.
[2] 蒋玉华.高性能遥控瓦斯传感器的研制[J].煤矿安全, 2005 (4) :6~9.
[3] KGA1一氧化碳传感器使用说明书, 山西阳光煤矿监控设备制造有限公司:1~14.
[4] JET2000煤矿安全生产监控系统资料汇编, 太原计算机研究所:95~168.
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