礦井設備監控保障安全生產

　　1井下設備監控

　　1KJ50型PROMOS監控系統

　　煤礦井下尤其是采區工作面，是一個復雜并且存在瓦斯和煤塵爆炸危險的環境，與其相適應的電控系統應該具有適用于各種控制任務的通用型、高性能、高可靠性的特點，但是早期的繼電控制系統等電控系統難以達到上述要求。為此，鄭州煤炭設計研究院和兗州礦業（集團）公司常州科學技術開發研究所將KJ50型PROMOS監控系統應用于永城煤電集團陳四樓煤礦北四采區順槽伸縮膠帶、下山膠帶的控制與保護以及采掘設備、順槽膠帶、下山膠帶、給煤機的集中控制，較好地滿足了生產管理和設計安裝的需要。

　　該系統是德國本布羅電子有限公司自動化技術的成果。它是由控制器、輔助控制器、控制接口、控制轉換接口、耦合器、智能I/O部件、具有智能I/O部件的系列擴音電話、礦用直流穩壓電源、線路終端和系統配套的其他裝置（各種開關、奧妙、按鈕、傳感器、電控閥、總線等）組成的。

　　陳四樓煤礦的井下現場應用結果表明該監控系統具有以下主要特點：①系統有較強的適用性和可擴展性，可以組成不同的控制規模，其邏輯控制方式可以通過軟件編程來實現，使復雜的邏輯控制變得簡單易行。②系統中的許多裝置均為智能部件，能對輸入的數據進行預處理，然后傳送給控制器再處理，并且以匯報的方式與控制器進行通信，實際上是一種小型的數據集散控制系統。③系統中的產品采用簡便快捷的直插式插接件相連，使系統在惡劣的環境中也能快速準確地安裝和更換。④系統中有獨立的語音通信線，使系統在可以延伸的地方都可以進行語音通信。⑤系統中有特定的安全保障回路，與控制回路相連使用，可使系統控制安全可靠。

　　2煤礦工作面綜合監測與故障診斷系統誕生

　　由中國礦業大學和兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦合作完成的“煤礦工作面綜合監測與故障診斷系統”，總體技術達到了國際先進水平，對于保障煤礦工作面的安全生產有著極其重要的意義，已經由專家通過了技術鑒定。

　　此項研究課題是為了適應煤礦高產高效綜放工作面生產技術的發展而提出來的。該系統由地面主機、井下中心站、9個監測子系統及相應的井上、井下通信網絡等幾個部分組成，具有前后部輸送機和泵站工況參數的監測、乳化液配比的監測、支架支護質量和頂板壓力的監測與系統分析、頂板離層的自動檢測、巷道變形的監測、工作面各主要設備的開停監測及開機率統計等功能。該系統的技術特點主要體現在：實現了頂板離層在線實時監測，為分析離層與采動影響的關系提供了可靠的監測手段；大屏幕本安計算機用于煤礦井下工作面工況監測系統，提高了計算機技術在煤礦生產中的應用水平；實現了乳化液泵站的多參數實時監測，并為濃度調整提供了依據實現了工作面支護質量與頂板壓力專家系統在線分析和工作面主要設備的故障在線監測。

　　此項成果在興隆莊煤礦實施國家攻關項目的5318高產高效綜合機械化放頂煤工作面中投入使用。實踐表明：該系統結構合理，技術先進，運行可靠，監測內容較全面，數據分析能力強，為綜放工作面大功率設備的安全運行提供了較為全面的監測保障，并且取得了較可觀的經濟效益與社會效益。專家們指出：這項成果的開發和應用成功，對于我國開采設備大型化和自動化水平較高的一礦一面（或兩面）的高產高效礦井有著良好的推廣應用前景。
　3濟二礦監測井下設備保安全

　　兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦安裝的KJ95型礦井安全生產監測系統，能夠全面監測井下的生產工作環境和部分生產設備的運轉情況，當監測數值超過安全生產規定值時及時報警。

　　該系統由服務器、交換機及用戶端組成，在井下安裝了18臺瓦斯傳感器、9臺風速傳感器、4臺一氧化碳傳感器、4臺溫度傳感器和2臺負壓傳感器。經過幾年的使用，最近又對原系統進行了升級改造。系統對井下的膠帶運行狀況、架空載人裝置的運行狀況、風門開關、溫度、負壓、局扇開停、一氧化碳和瓦斯濃度等環境參數通過傳感器進行監測，數據通過礦局域網直接傳送到服務器，由服務器對收集的數據進行加工分析，出具圖形、報表等，提供的工礦監測圖十分形象的在桌面上供用戶使用。此系統通過礦局域網實現了全礦聯網，礦領導、各科室及區隊都能看到相關的數據。

　　4綜掘工作面可視控制系統誕生

　　由兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦與天津天寧礦用電子設備廠共同研制的綜掘工作面可視控制系統，是一種集通話、控制、檢測、保護于一身的控制和通訊系統，可對其3km范圍以內的設備運行進行集中控制和動態檢測。

　　在井下使用的時候，只要在每個控制點配置1臺電源、擴音電話和電纜，就可實現通話和預警；配置控制器、智能輸入輸出及各種傳感器，就可對設備的運行進行控制。控制器帶有彩色大屏幕液晶顯示器，是控制系統的核心。智能輸入輸出作為每一部帶式輸送機或者刮板輸送機的就地控制分站，帶有4路輸入和4路輸出，輸出節點用于控制電機的啟停，輸入節點用于接入保護傳感器和就地啟停按鈕。

　　在按照現場的要求配置以后，系統便可以完成以下的主要功能：①順序起動和停機。通過控制器上的啟車按鍵和停車按鍵，可以實現刮板輸送機、帶式輸送機的逆煤流方向順序啟動和順煤流方向順序停機。啟動之前有語言報警，而且啟動的時間間隔是可調的。②緊急停車。在遇到緊急情況的時候，按下掘進工作面沿線的任意一臺擴音電話上的閉鎖按鈕，就能夠實現掘進工作面所有被控制設備的立即停機。③就地單啟、單停。在每一臺被控制的設備附近均設置了單啟、單停按鈕。當控制器的“工作方式選擇”被設定為“就地”方式的時候，只要按下該按鈕，就可以對此臺設備單獨實行啟動和停機。④設備保護。每一臺設備均帶有堆煤保護，帶式輸送機還帶有跑偏、煙霧、溫度、速度等保護。⑤沿線通話、報警。沿線的每一臺電話均能和其它的電話進行通話，設備每次起動之前都有語言報警，提高了設備運行的安全性，避免了各種惡性事故的發生。

　　5基于GIS系統的煤礦安全監測監控系統

　　兗州礦業（集團）公司青龍煤礦的煤層瓦斯含量高、涌出量大，嚴重威脅礦工的生命安全。為了做到防患與未然，他們建立了一套基于GIS系統的煤礦安全監測監控系統，使得礦井的安全管理直觀快捷，有效地減少了事故隱患。

　　礦井信息與空間位置信息有著密切的關系，因此他們在煤礦的信息化建設中引入了能夠把空間位置與屬性數據信息結合在一起的軟件平臺。該系統采用了Maplnfo的Java4.5產品，利用它完善的地圖操作功能以及定位、地圖導航、專題圖和各種統計分析功能實現了可視化的生產調度、安全調度和安全監控等功能。能夠任意選擇顯示目標煤礦和相應煤礦的采掘工程圖，隨意查詢游覽采掘工程圖和其它生產關系圖透明疊加進行空間分析；能夠直接在圖上測量距離，直接在數字采掘工程圖越界位置編制警告督辦令，并通過網絡及時下發。其中的安全監控子功能包括在線檢測、瓦斯超限、曲線分析、全局監測、數據查詢、歷史曲線分析和郵件處理等功能。

　　它可以以圖形方式實時監測單個煤礦的全部傳感器工作情況以及井下設備的工作狀態。在圖上能夠看到每個傳感器當時的瓦斯濃度大小和設備的開停狀態，具有瓦斯超限有鈴聲報警和通訊中斷有相應顯示。通風系統提供實時的風速、風量、風向和變化趨勢等相關數據的處理、分析功能，能夠實時顯示和查詢監控所采集數據，并能自動做出超限報警。曲線分析可以對煤礦的瓦斯情況進行實時數據、分鐘數據、小時數據查詢并且可以生成針對一個瓦斯傳感器的部分數據的圖形曲線。由子系統提供實時的瓦斯濃度和變化趨勢等相關數據的處理、分析，系統依據所采集數據自動生成相應的專題圖，并做出超限警報提示。

6Profibus-DP總線在煤礦設備監控系統的應用

　　最近，山東科技大學成功地將Profibus-DP總線技術應用于兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦東風井廣場的壓風機、扇風機和水泵監控系統，對于保障煤礦的安全生產及保持設備的高效、經濟運行具有十分重要的意義。

　　Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，用于工業自動化日益廣泛。它有3個兼容版本，其中Profibus-DP總線是一種高速（數據傳輸速率可達12Mbit/s）的經濟的設備級網絡，主要用于現場控制器與分散I/O之間的通信。此系統有1臺Profibus-DP主站、3臺Profibus-DP從站及其現場的通風機、空壓機、9及各種變送器組成。

　　主站設在主監控室中，從站設在每個監控設備的現場，由Profibus-DP總線將所有從站設備連接起來。主站采用工控機作為上位機，通過現場總線接口卡與現場總線相連，使工控機與現場總線網絡連接為能完成組態、運行、操作等功能的完整的控制網絡系統。從站1監控4臺300kW空壓機的運行，從站2監控風井廣場5臺水泵的運行，從站3監控風井2臺通風機及風井風壓、瓦斯、粉塵等參數。在此監控系統中，因為3臺從站距離主站都比較遠，因此在每一個從站現場還設計有人機界面，通過液晶觸摸屏可以顯示現場設備的詳細運行參數，也可以控制每一個從站相應設備的運行。該型設備集中監控系統采用Profibus-DP現場總線實現分布式控制，迄今為止已經在現場穩定運行了1a以上。興隆莊煤礦的運行實踐證明，采用這種總線技術提高了系統的穩定性和可靠性，抗干擾能力強，降低了系統的成本。

　　7礦井機車運輸監控系統

　　由兗州礦業（集團）公司南屯煤礦和合肥工業大學共同研制的KJ15A礦井機車運輸監控系統技術先進、適應性強、工作可靠、操作維護方便，具有較大的推廣應用價值。

　　該系統主要由地面調度站、遠地控制分站和測控現場三部分組成。其中，地面調度站有主控計算機、顯示設備、打印機、管理計算機和智能通訊器等設備；遠地控制分站有隔爆電源箱和控制分站；測控現場有軌道計軸器、井下收發訊機、動態信號機和電動轉轍機等設備。KJ15A系統所用的工控網絡是多層總線星型混合結構的二級網絡。主控室設在地面，主控機采用研華系列工控機，從主控室引出4根網路通訊電纜直至井下。控制分站安裝在巷道井壁上，采用自行研制的專用工業控制計算機。每根網路通訊電纜上可掛接15臺控制分站。控制分站是由高檔工業控制微型機組成的專用現場智能分站，直接管理傳感設備和執行設備。每臺控制分站都配有專用電源箱，可以管理4個測控點。每個測控點包括1對計軸傳感器、1臺收訊機、1臺信號機和1臺電動轉轍機。

　　此項成果引入了智能控制技術，探索出一系列柔性調度算法，解決了動態目標跟蹤中前向不定性和后向不定性、行車路徑的動態鏈接、信號聯鎖關系的自動判定、設備損壞時拓撲結構的自適應重組等問題，以任務和任務串的調度方式增強了傳統的進路調度方式，實現了自動化調度。成功地將軌道計軸器投入使用，能適應各種機車，并能檢測車速、運行方向和車皮數等信息。開發了重演軟件，能夠在選定的時間內以隨意的速度重現運輸過程。井下設備采用積木式結構，能夠適應不同規模的礦井，基本系統安裝后，用戶還能方便地自行對系統進行擴充改造。

　　8煤礦井下架線電機車直流牽引網絡監控系統

　　兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦根據煤礦井下直流供電的特性以及井下電機車運輸的特點，研制出井下架線電機車直流牽引網絡監控系統，不僅保證了直流牽引網絡的正常供電，而且在故障后能快速復電，提高了電機車的運輸效率，處于國內領先水平。

　　該系統在操作臺可以集中對現場各開關進行操作；與各個分區開關之間也可以單獨操作控制，互不閉鎖；各開關現場也可就地操作。直流550V架線為串行供電方式，分區開關660V工作電源亦為串行供電控制，上一級開關控制下一級開關，操作臺與各分區開關采用編碼方式進行通訊。向架線供電時，操作臺首先對系統進行掃描，依次發出各個開關的編碼，各分區開關接到各自的編碼指令后，將分區開關的工況信息返回到操作臺進行分析，并做出相應的顯示，各種指示燈亮，分區開關正常的直流接觸器閉合運行，架線有電。故障燈亮，直流接觸器不能閉合，架線無電，應檢查排除故障。出現現場開關人為或故障斷電，操作臺顯示各類故障，可在調度室直接對某一分區開關直接復電。因機車運行接地、短路或人為故意斷電即可進行迅速恢復，避免了逐個去人查找的麻煩。

　　其特點如下：①采用新型霍爾元件傳感器，實現對直流電流采樣，信號經單片機處理后實現各種保護。開關具有開門閉鎖功能，檢修開關時就地和遠控都不能操作，保證了檢修時的安全。②具有直流漏電閉鎖功能。在分區開關閉合前對架空線直流550v線路的絕緣性能進行檢測。如線路絕緣值低于設定標準值，漏電閉鎖電路動作，使分區開關無法閉合，起到線路保護作用。線路絕緣值大于設定絕緣值，漏電閉鎖電路不動作，使分區開關正常閉合供電?？紤]到漏電閉鎖電路的重要性，還設計了漏電閉鎖電路自身檢測用的漏電閉鎖電路試驗電路，以檢驗其可靠性。
9中厚煤層高產高效面支架位態與支護質量監測

　　兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦23上01綜采工作面煤層厚度中厚偏薄，斷層發育。他們實施以支架頂梁仰角、俯角、平衡千斤頂以及煤壁片幫和端面冒頂等為監測內容的支架位態與支護質量監測，確保了支架合理的位態和支護質量。

　　監測分析表明，支架頂梁的仰俯范圍在-1°~9°，平均為3.7°。這樣，即使工作面在過斷層和采高變化較大時，支架仍能保持良好位態。可見頂梁基本處于水平狀態，與頂板接觸良好，有利于發揮立柱的支撐作用。統計結果表明，頂梁和掩護梁最大角度為174.5°，最小角度為146°，平均值為159.37°，樣本標準差為6.94°。根據平衡千斤頂的設計尺寸和行程得知，支架頂梁與掩護梁夾角的設計最大值為199.225°，最小值為134.528°，平均為167.23°。因此，支架支護過程中頂梁與掩護梁的夾角處于合理的范圍之內。上述分析表明，從平衡千斤頂的工作狀態角度講，支架處于良好的工作狀態，能夠適應工作面采高變化的實際情況，對頂板具有良好的支護作用。

　　為了分析平衡千斤頂的受力分布狀況以確定其合理的受力范圍，對于工作面所采集的壓力數據也進行了統計分析。在采高較小的情況下，頂板的運動比較平穩；平衡千斤頂能夠根據頂板的運動情況調節頂梁的受力中心，使之能較好地發揮對頂板的支撐作用；由于傾斜方向上重力的影響，工作面不同部位上覆巖層的運動有所不同，著在平衡千斤頂的增阻分布中得到了明顯的體現，說明平衡千斤頂能夠根據工作面不同壓力條件自動調節支架的工作狀態，使支架在整體上保持協調一致的同時還能適應工作面內部壓力沿傾斜方向的變化。

　　2地面設備監控

　　1地面排矸多媒體機車監控系統

　　兗州礦業（集團）公司東灘煤礦選用的地面排矸多媒體機車監控系統，不僅保證機車速度而且保障運輸安全，較好地解決了機車在運輸車場的通過能力問題，創造了顯著的效益。

　　該系統由室內集控設備和現場信號設備組成。其中，控制機車運行的信號設備均設在現場，有電動轉轍機、信號機、傳感器和攝像儀，轉轍機可以改變機車的行車方向，信號機指示機車的開停，傳感器跟蹤監測機車位置，攝像儀監視車場列車占道情況；室內設備由操作控制臺、繼電器柜、電源柜、防雷柜以及大屏幕顯示器等組成。系統主機984-385控制軟件采用模塊化結構，整個程序分為兩個程序段。在第一個程序段中，系統清零、傳感器短路狀態檢測程序、進路狀態控制程序都是整個軟件核心部分。該程序控制進路查詢、占用、解鎖間的轉換、信號機開放和一些提示信號以及轉轍機的自動控制信號。第二程序段含送進路和解鎖進路程序、電動轉轍機控制與報警程序以及數據傳送程序。

　　該系統有著以下功能特點：采用美國具有國際先進水平的可編程控制器作為系統控制主機，可實現程控方式、集中控制、手動操作三種控制方式；圖象監視洗矸倉、選矸倉、道口及翻籠工作情況，顯示機車車號、列車位置、進路占用、信號顯示、轉轍機岔尖位置等信息；信號機燈泡斷絲、轉轍機岔尖不到位、傳感器電氣故障實現聲光報警；機車闖紅燈時，闖紅燈地帶紅光帶閃爍；統計洗矸倉、選矸倉、井口及翻籠處矸石車數，根據生產需要打印車輛調度管理的各種數據；留有與礦聯網及井下機車監控系統聯網接口；首次應用的間隙鐵軌道傳感器具有防震、防水和防砸等功能，性能穩定可靠。

　　2煤倉煤位新型傳輸顯示系統誕生

　　兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦的工業電視監控系統已經從地面發展到了井下，但是礦井上下的煤倉煤位由于環境因素和技術限制，一直沒有納入網絡化管理，調度系統無法了解煤倉的儲煤情況。為此，他們在中國礦業大學的協助下，將選煤廠的1個原煤倉、2個矸石倉和3個井下煤倉納入了調度監測系統，實現了煤倉煤位的自動監控，減少了膠帶輸送機的停機、開機和待機時間，為煤炭洗選和外運銷售決策提供了科學的依據。

　　該系統是由選煤廠分站、井下分站和礦調度室主機三個部分組成的。相對于礦局域網而言，它既自成一個系統，又是一個二記分布子系統。其中，選煤廠分站完成對高為30m的原煤倉和矸石倉煤位的測量及就地顯示，并將這些信息遠傳至礦調度室主機。由于地面傳輸干擾較小，從節省投資考慮，采用屏蔽雙絞線傳輸和Bitbus總線協議糾錯，傳輸誤碼率低于10-6，保證了數據傳輸的可靠性。井下分站完成對高25m煤倉煤位的測量、就地顯示和低位、高位報警以及將測量信號轉換為光信號，以便于光纖傳輸。礦調度室主機完成對信息采集、驅動顯示分站、向局域網傳送信息等功能。

　　該系統的測量范圍為0～35m，測量精度小于量程的0.5%，顯示精度為0.1m。選煤廠、礦井上下及礦調度室之間的信號采用光纖傳輸，抗干擾性強。選煤廠調度室和井下集控室設有數字顯示儀表，顯示器為按鍵式4位20.3高發光二極管顯示器，基本誤差為0.5%，分辨率為0.01，模擬變送電流為4～20mA（負載電阻為500Ω，使操作工對煤倉煤位的確切位置一目了然。

　　此項成果替代了以前的高低煤位兩種顯示，在礦調度室主機上設有數字顯示和柱狀圖顯示，既直觀又美觀。此外，還充分考慮到今后系統的擴展需求，留有15個倉位傳輸接口，以便將選煤廠18個煤倉全部都納入該系統，組成獨立的煤倉煤位傳輸顯示網。

　　3興隆莊選煤廠工況監視系統效果好

　　由兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦選煤廠和中國礦業大學信息與電氣工程學院共同完成的“興隆莊選煤廠工況監視系統”項目，達到了國內的先進水平，已經通過了專家的技術鑒定。

　　興隆莊選煤廠工況監視系統可以分為1個大系統和5個子系統，其主要的設備選用了中國礦業大學信息與電氣工程學院研究生產的“KJ28煤礦井上、井下光纖工業電視監視系統”系列產品。各個子系統內部的電視圖象均采用同軸電纜進行傳輸，子系統與子系統之間、子系統與大系統之間的數據和圖象則全部采用光纜進行傳輸。整個系統總共安裝了35套攝像儀，因此可以在選煤廠的4個技術操作室和精煤運輸系統設置眾多的圖象集中監視點，實現了由每個子系統各自進行監視、廠調度室和有關廠領導辦公室可進行全部圖象定點監視或者循環監視，并且還能夠用于監視運煤列車的整個裝運過程及車皮的清潔狀況等。

　　經過精心安裝和調試以后，此系統正式投入運行，據統計至少替代了原先由60名崗位司機所承擔的工作量。迄今為止，該系統已經運行了幾年，運行實際有力地表明：興隆莊煤礦選煤廠的工業電視監視系統運行可靠、圖象清晰穩定、操作控制靈活方便，系統的功能與技術指標均達到了設計的要求。

　　專家們認為，此項成果將使我國采礦行業選礦廠的技術水平在現代化的道路上又向前邁進了一大步，具有相當的推廣價值，可以在條件相類似的選礦廠進行應用。

　　4鮑店礦光纖工業電視系統通過技術鑒定

　　由兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦和中國礦業大學聯合研制的KJ28光纖工業電視系統已經通過了專家的技術鑒定。

　　據了解，KJ28光纖工業電視系統主要是由礦井井下光纖電視和地面辦公自動化兩大部分組成的，能夠實現對煤礦井下主要生產環節、主要設備的全天候監視和狀態數據的監測等。應用實踐表明：現場的圖像可以經過光纖傳送到地面的調度室與有關領導的辦公室，20余個終端設備具有AV、TV信號切換的功能，操作方便，控制靈活可靠，完全能夠獨立地完成定點、循環或者選擇性地觀看全部各種圖像。

　　專家們指出：即使在煤礦井下相當有限的照明條件下，通過該系統傳輸出來的圖像仍然質量穩定、清晰、無干擾，使得礦領導和調度人員能夠直觀、及時地了解到礦井井下各個采煤工作面的煤炭生產、運輸、提升等情況，對于保障煤礦啊安全生產和科學地進行調度指揮起到了重要的作用，具有很高的推廣價值。