信息自动化监控技术

在矿井安全生产中的研究与应用

侯立民

  煤炭企业属于资源开采型企业，利用信息自动化监测、监控技术，改造传统产业，建设信息化、现代化矿井，对提升企业安全生产、经营管理水平，提高经济效益，增强企业核心竞争力，具有十分重要的意义。

  梁家煤矿信息化建设于2004年全面展开，历时3年时间，建成了涵盖经营管理、调度指挥、安全监测、生产运输四个方面的几十个系统。在信息自动化建设过程中，我们始终坚持一个原则，就是信息自动化监测监控系统，一定要为矿井安全生产服务，一定要为矿井安全生产保驾护航。

  本文将重点围绕安全监测监控系统、人员定位监测系统、电机车运输信集闭系统、井下皮带集控系统、移动通讯系统等自动化系统，阐述信息自动化监控技术在矿井安全生产中的应用，以及在打造信息安全环境、提高系统运行效能、节约能源方面的一些研究与探索。

  一、通防安全方面

  主要包括安全生产监测监控系统、人员定位监测系统。

  1、安全生产监测监控系统分安全监测、生产监测两部分，通过地面主控机、井下分站、光纤传输主干、分布在采掘工作面机电硐室的各种传感器，实时监测瓦斯、风速、风量、负压、一氧化碳、温度、风门开关等环境参数，监测煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数，汇接管理多个安全生产子系统，实现了与集团公司安全生产监测监控系统的联网运行。实现了对生产设备、生产环境、尤其是有害气体的实时监测，提高了对矿井灾害的预测、预报能力，为安全生产提供了强有力的保障。

  2、井下人员定位监测系统采用无线编码通讯技术，由地面中心站、无线编码发射器、井下数据监测分站、接收探头等设备组成。系统监控主机和安全监测系统共用，一台工作，一台热备用，共安装数据监测分站14台，接收器32台，无线编码发射器2400个，基本实现了井下全员覆盖监测。

  该系统可实时监测井下人员流动、井下人员数量及分布情况。是煤矿安全监测的重要内容，实现了对现场作业人员的实时跟踪监测，在突发事件处理、矿井应急救援、提高快速反应能力方面，发挥着重要作用。

  二、生产运输方面

  主要包括电机车运输信集闭系统、井下皮带集控系统。

  1、电机车运输信集闭系统

  系统井下共安装25套电动转辙机，由地面综合自动化集控中心对井下电机车运输实现远程监控和自动调度，实现了井底车场、运输大巷全线及所有采区车场的电机车运输信集闭控制。

  系统采用全程进车路线一次排定、自动逐段开放、敌对进路区间闭锁、逐段解锁等控制方式，实时监控机车、信号灯、电动转辙机。系统主要功能如下：

  ①基本闭锁功能：包括区间联锁、敌对进路联锁、信号机和电动转辙机联锁等“信、集、闭”的全部功能。

  ②调度功能：系统按调度员给定的运行任务自动指挥列车循环运行，也可随时分进路分车辆进行调度，即实现自动和半自动调度。

  ③控制功能：系统具有集中、自动和手动三种控制方式，电动转辙机可远程自动控制，也可在现场进行电动、手动控制，并且相互间有闭锁。

  该系统是国内第一套基于防爆工业以太环网传输的矿井机车运输信集闭系统，技术水平居国内领先、国际先进水平。自动化监控技术的成功应用，有效保障了电机车运输安全，杜绝了机车追尾、撞车事故，大大提高了机车运输效率。

  2、井下皮带集控系统

  井下胶带机运输系统运行的安全可靠与否，直接影响矿井的经济效益。为提高井下胶带机运输系统的可靠性和安全性，实施井下主运皮带集中监控和综合保护，达到安全高效经济运行，是十分必要的。

  梁家煤矿于2005年底开始进行井下10条主运皮带的集控系统建设，皮带运输集控系统与皮带工业电视系统、井下移动通讯系统一起，构成了一个完整的皮带运输监控网络，实现对整个皮带运输系统的遥测、遥信、遥控，达到提高生产效率，降低事故率，减少故障处理时间，减少现场操作人员，节省电能消耗，提高经济效益之目的。

 ①梁家煤矿井下主运皮带基本情况

  梁家煤矿井下有10条主运皮带：付巷1＃皮带、付巷2＃皮带、付巷3＃皮带、集中皮带、配仓皮带、煤4一采上山皮带、煤4一采上仓皮带、煤4二采上仓皮带、煤4二采上山皮带、西付巷1＃皮带，集控改造前，井下皮带以就地手动操作为主，只实现了简单的皮带保护。

  ②皮带集控技术特点

  梁家煤矿皮带集控系统采用全分布式集散型系统结构，由地面控制主站（上位机）和井下控制分站（PLC）构成，控制主站位于地面集控中心，于06年3月投入使用，控制主站与控制分站之间、控制主站与矿综合自动化平台之间，通过工业以太网联接。PLC负责现场设备的数据采集和控制，在地面集控中心，借助于工业电视监测系统、泄漏移动通讯的配合，实现对整个井下胶带运输系统的集中控制。

  ③皮带集控技术应用研究

  A、皮带综合保护技术研究

  在地面集控中心，利用2台上位控制主机，实现双机在线热备份。

  在井下各个皮带监控地点安装PLC控制分站，PLC采用矿用本安型。各控制分站具有独立的控制功能，利用控制分站对就近的皮带机、给煤机、煤仓煤位等进行控制，可实现单台胶带机、单台给煤机的起动、制动、以及故障急停等控制功能，根据煤仓的煤位控制皮带机、给煤机的开停，同时具备完善的保护和通信信号联络功能。

  控制系统可实现胶带机的跑偏、闭锁、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水等保护功能，并能实时监测皮带速度、煤仓煤位、电机电流等系统运行参数及故障信号。

  控制方式有集控自动、集控手动、就地自动、就地手动、禁起等方式。

  现场PLC控制机通过485总线，以OPC方式，就近与工业环网交换机相连，接入矿井工业以太环网及矿井综合自动化平台，实现与上位控制机的通信联络。

  由于采用工业以太环网传输，大大提高了系统的稳定性、可靠性，也提高了系统通信速度。

  B、皮带顺煤流启动节电技术研究

  梁家矿井下原煤皮带主要有2条主运输线：一条是东付巷1＃皮带→东付巷2＃皮带→集中皮带→配仓皮带；另一条是西付巷1＃皮带→煤4一采上山皮带→煤4一采上仓皮带。

  正常情况下，几条皮带运输线均采用逆煤流启车、顺煤流停车控制方式。但这种方式有一个缺点，就是皮带启动时，由于先启动前方皮带，待后方皮带启动后，煤先上到后方皮带，再上到前方皮带，这样，前面的皮带要空转一段时间。

  经过分析研究，通过对皮带控制程序、流程进行改造，采用顺煤流启车方式，即先启动后方皮带，皮带启动后马上上煤，待煤流到达与前方皮带搭接位置时，立即启动前方皮带，有效解决了前方皮带的空运转问题，大大节约了电能。

  具体分析如下。

  ①东付巷1＃皮带、东付巷2＃皮带是直接搭接，实现顺煤流控制比较有实际意义，东付巷3＃皮带直接运往四采煤仓，流程优化的意义不大。

  ②西付巷1＃皮带与集中皮带、集中皮带与配仓皮带均是直接搭接，该条线实现顺煤流控制比较有实际意义，考虑到配仓皮带较短、电机功率小，节电效果不明显，因此该段只实现西付巷1＃皮带与集中皮带的顺煤流控制。

  ③煤4一采上山皮带与煤4一采上仓皮带是直接搭接，可以实现顺煤流控制。但煤4一采上仓皮带较短，电机功率小，顺煤流控制节电效果不明显，因此不考虑流程优化。

  ④煤4二采上山皮带与煤4二采上仓皮带是直接搭接，也可以实现顺煤流控制。

  ⑤经济效益分析

  东付巷1＃、2＃皮带，西付巷1＃、集中皮带，煤4二采上山皮带、煤4二采上仓皮带顺煤流启动节电费用计算：

  东付巷1＃皮带使用一台电机，功率250 kw，东付巷2＃皮带长960米，带速2.5m/s，付巷2＃皮带从给煤机给煤到煤流上到1＃皮带的时间是384秒，以皮带每天开启10次计算，每天节约时间3840秒（1.06小时），因此，每天可节电250×1.06=265度。

  集中皮带使用4台功率200kw电机，西副巷1＃皮带长960米，带速2.5m/s，西副巷1＃皮带从搭接点上煤到煤流上到集中皮带的时间是304秒，以皮带每天开启10次计算，每天节约时间3040秒（0.84小时），因此，每天可节电200×4×0.84=672度。

  煤4二采上仓皮带使用2台功率200kw电机，煤4二采上山皮带长1045米，带速2.5m/s，煤4二采上山皮带从顺槽皮带搭接点上煤到煤流上到上仓皮带的时间是418秒，以皮带每天开启10次计算，每天节约时间4180秒（1.16小时），因此，每天可节电200×2×1.16=464度。

  经过计算，皮带运输系统实现顺煤流启动、流程再造后，几条皮带运输线每天节电1400度，每年可节约电费25万元。

  三、调度指挥方面

  建设井下无线漏泄通讯系统，敷设漏泄电缆，在井下实现无线通话。极大的方便了井上下人员的联系与沟通，对突发事件的处理起到了重要的作用。

  四、减人提效方面

  人是生产力最关键、最活跃的因素，同时也是煤矿安全生产中最不稳定的因素，减人就是减少危险源。裁减井下岗位工后，在安全方面将产生无法估量的经济效益和社会效益。

  信息化监控技术应用的主要目的，是为矿井安全生产服务，是为了减人提效。

  矿井自动化系统、安全监测系统、工业电视系统、矿井移动通讯系统的密切配合，实现了地面生产系统、井下运输系统、井下变电所等地点的无人值守、电脑远程监控，减掉了岗位工，只保留部分巡检工。

  根据我们粗略计算，信息自动化监控技术的成功应用，地面、井下等作业地点可减少120个岗位工，年经济效益500万元。