王 飛

（霍州煤電集團辛置煤礦， 山西 霍州 031412）

引言

隨著對煤礦資源的大量開采，保障井下作業(yè)的安全性，便成為了政府及企業(yè)重點關注的方向，而實時對井下瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測成為整個礦井安全化生產的關鍵點之一。當井下瓦斯?jié)舛冗^大時，若無法及時檢測，極易發(fā)生瓦斯爆炸[1]。而當前雖在井下建立了瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)，卻無法滿足煤礦開采規(guī)模的逐步擴大需求，所監(jiān)控范圍也相對較小，加上井下環(huán)境的惡性性、復雜性、電磁干擾性相對較大，導致監(jiān)控系統(tǒng)所檢測的瓦斯?jié)舛刃盘栞^差，系統(tǒng)總體處理能力也嚴重偏弱，對于復雜信號，更是無法準確識別，高瓦斯?jié)舛鹊穆﹫?、誤報異常，將給礦井的安全生產構成嚴重影響[2]。為此，煤礦企業(yè)應建立一套完整的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)。

1 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

整套瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)包括設備層、交換層和信息層，其中，設備層選用了KG970 型瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、KGF15 型風速傳感器、GW50 型溫度傳感器等部件，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的底層部分，主要通過分布的各類傳感器，對井下瓦斯?jié)舛?、溫度等進行檢測，并將采集的模擬量、開關量等信號進行前期處理后，發(fā)送至交換層中的監(jiān)控分站進行分析處理[3-4]。而交換層則主要設計了監(jiān)控分站、光端機、交換機、服務器、光纖等部件，負責接收設備層輸入的檢測信號進行數(shù)據(jù)的運算、處理及判斷，保證其他各部件的持續(xù)供電等功能。是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心層。信息層是監(jiān)控系統(tǒng)的頂層部分，設計了計算機服務器、路由器、監(jiān)控中心等部分，與交換層之間采用了RS485 進行數(shù)據(jù)傳輸，可將分析處理后的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)方式，在計算機顯示界面中進行實時的顯示及分析，當瓦斯?jié)舛瘸^安全預警值時，監(jiān)控中心將會發(fā)出安全報警提示，且在顯示界面中將當前的瓦斯?jié)舛戎导拔ｋU區(qū)域進行報警顯示，同時，自動切斷井下供電電網(wǎng)。在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，設備層交換層主要安裝在井下復雜環(huán)境，在運行過程中最易出現(xiàn)線路破損、線路老化、數(shù)據(jù)信號的電磁干擾等問題，部件的故障率相對較高，維修及安全防護壓力相對較大。整個監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架圖如圖1 所示。

2 監(jiān)控系統(tǒng)關鍵分系統(tǒng)設計

2.1 甲烷傳感器選型設計

甲烷傳感器是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，主要負責通過自身內部的檢測算法，對井下的瓦斯?jié)舛冗M行檢測，所采集數(shù)據(jù)經過A/D 信號轉換后，傳輸至交換層監(jiān)測分站進行分析處理，再傳輸至監(jiān)控終端上，形成礦井中實時的瓦斯?jié)舛茸兓瘮?shù)據(jù)及曲線[5]。為此，選用了市場上成熟的KG970 型煤礦專用甲烷傳感器，其工作電壓為6～24 V，對甲烷的檢測精度在0～3%范圍內，有效傳輸距離達到了2.5 km，瓦斯?jié)舛葯z測時間為200 Hz 以上，具有較好的防爆隔爆功能，穩(wěn)定性相對較強，其實物圖如圖2 所示。

圖1 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖

圖2 KG970 型煤礦專用甲烷傳感器

2.2 監(jiān)控分站設計

該監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控分站實現(xiàn)這接收設備層檢測信息，并對信息進行分析處理，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的信號處理中心。在該分站設計中，采用了12 路開關量和模擬量信號輸入，2 路累計量信號及數(shù)字量信號輸入[6]。而分站中的電源箱則選用了KDF 型隔爆防爆電源箱，AC220 V 工作電壓平臺和多路的500 mA及350 mA 電流信號輸出，可滿足在不少于2 h 的正常工作時間，且能保證3 km 范圍內的持續(xù)供電。另外，該電源箱中通過轉換后輸出了DC24 V 和DC12 V 的直流電壓，可為設備層的各類傳感器提供合理的工作電壓平臺。井下監(jiān)控分站的實物圖如圖3 所示。

2.3 系統(tǒng)及信號加載點設計

在整套監(jiān)控系統(tǒng)中，工控主機選用了Windows7系統(tǒng)，運行內存達到了4 GB，物理內存為500 GB，能較好地保證監(jiān)控系統(tǒng)具有更快的運行及響應速度。同時，在信號傳輸方面，采用了RS485 通信接口，傳輸速率為2 400 bit/s，可實現(xiàn)主機及監(jiān)控分站之間的雙向實時通訊，顯示屏分辨率達到了1 920×1 080，所有監(jiān)控及故障信息可通過此顯示屏進行實時顯示。另外，該監(jiān)控系統(tǒng)中的信號加載采用了DG1000型的信號發(fā)送器，所發(fā)出信號為正弦的6 mA 電流信號，加載在瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯碾姌蜉敵龆?，并對井下瓦斯?jié)舛葌鞲衅髯陨淼倪\行情況進行實時檢測，實現(xiàn)上機位對整套監(jiān)控系統(tǒng)的智能化控制。

圖3 井下監(jiān)控分鐘實物圖

3 應用效果評價

在完成該瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)基礎上，將其在某煤礦進行了現(xiàn)場應用測試，測試周期為6 個月，主要是將該監(jiān)控系統(tǒng)中的各類傳感器安裝于礦井中，而監(jiān)控中心則安裝于監(jiān)控室。在測試過程中，該監(jiān)控系統(tǒng)運行良好，對井下瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)據(jù)檢測迅速，能準確的將數(shù)值通過顯示界面進行顯示，并能將瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)據(jù)變化情況繪制為動態(tài)變化曲線；同時，特意檢測了井下瓦斯?jié)舛瘸邎缶闆r，此時該監(jiān)控系統(tǒng)能在顯示界面中及時發(fā)出相應的聲光報警提示，并將井下瓦斯?jié)舛冗^高的分布區(qū)域進行了顯示提示，達到了井下瓦斯?jié)舛葘崟r監(jiān)控及報警的目的。該監(jiān)控系統(tǒng)的應用，不僅提高了井下作業(yè)效率，也保證了井下瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩秶鷥?，有效避免了井下出現(xiàn)瓦斯?jié)舛嚷﹫蟆⒄`報的異常情況發(fā)生，實現(xiàn)了井下自動化監(jiān)控管理水平。