矿井设备监控保障安全生产

　　1井下设备监控

　　1KJ50型PROMOS监控系统

　　煤矿井下尤其是采区工作面，是一个复杂并且存在瓦斯和煤尘爆炸危险的环境，与其相适应的电控系统应该具有适用于各种控制任务的通用型、高性能、高可靠性的特点，但是早期的继电控制系统等电控系统难以达到上述要求。为此，郑州煤炭设计研究院和兖州矿业（集团）公司常州科学技术开发研究所将KJ50型PROMOS监控系统应用于永城煤电集团陈四楼煤矿北四采区顺槽伸缩胶带、下山胶带的控制与保护以及采掘设备、顺槽胶带、下山胶带、给煤机的集中控制，较好地满足了生产管理和设计安装的需要。

　　该系统是德国本布罗电子有限公司自动化技术的成果。它是由控制器、辅助控制器、控制接口、控制转换接口、耦合器、智能I/O部件、具有智能I/O部件的系列扩音电话、矿用直流稳压电源、线路终端和系统配套的其他装置（各种开关、奥妙、按钮、传感器、电控阀、总线等）组成的。

　　陈四楼煤矿的井下现场应用结果表明该监控系统具有以下主要特点：①系统有较强的适用性和可扩展性，可以组成不同的控制规模，其逻辑控制方式可以通过软件编程来实现，使复杂的逻辑控制变得简单易行。②系统中的许多装置均为智能部件，能对输入的数据进行预处理，然后传送给控制器再处理，并且以汇报的方式与控制器进行通信，实际上是一种小型的数据集散控制系统。③系统中的产品采用简便快捷的直插式插接件相连，使系统在恶劣的环境中也能快速准确地安装和更换。④系统中有独立的语音通信线，使系统在可以延伸的地方都可以进行语音通信。⑤系统中有特定的安全保障回路，与控制回路相连使用，可使系统控制安全可靠。

　　2煤矿工作面综合监测与故障诊断系统诞生

　　由中国矿业大学和兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿合作完成的“煤矿工作面综合监测与故障诊断系统”，总体技术达到了国际先进水平，对于保障煤矿工作面的安全生产有着极其重要的意义，已经由专家通过了技术鉴定。

　　此项研究课题是为了适应煤矿高产高效综放工作面生产技术的发展而提出来的。该系统由地面主机、井下中心站、9个监测子系统及相应的井上、井下通信网络等几个部分组成，具有前后部输送机和泵站工况参数的监测、乳化液配比的监测、支架支护质量和顶板压力的监测与系统分析、顶板离层的自动检测、巷道变形的监测、工作面各主要设备的开停监测及开机率统计等功能。该系统的技术特点主要体现在：实现了顶板离层在线实时监测，为分析离层与采动影响的关系提供了可靠的监测手段；大屏幕本安计算机用于煤矿井下工作面工况监测系统，提高了计算机技术在煤矿生产中的应用水平；实现了乳化液泵站的多参数实时监测，并为浓度调整提供了依据实现了工作面支护质量与顶板压力专家系统在线分析和工作面主要设备的故障在线监测。

　　此项成果在兴隆庄煤矿实施国家攻关项目的5318高产高效综合机械化放顶煤工作面中投入使用。实践表明：该系统结构合理，技术先进，运行可靠，监测内容较全面，数据分析能力强，为综放工作面大功率设备的安全运行提供了较为全面的监测保障，并且取得了较可观的经济效益与社会效益。专家们指出：这项成果的开发和应用成功，对于我国开采设备大型化和自动化水平较高的一矿一面（或两面）的高产高效矿井有着良好的推广应用前景。
　3济二矿监测井下设备保安全

　　兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿安装的KJ95型矿井安全生产监测系统，能够全面监测井下的生产工作环境和部分生产设备的运转情况，当监测数值超过安全生产规定值时及时报警。

　　该系统由服务器、交换机及用户端组成，在井下安装了18台瓦斯传感器、9台风速传感器、4台一氧化碳传感器、4台温度传感器和2台负压传感器。经过几年的使用，最近又对原系统进行了升级改造。系统对井下的胶带运行状况、架空载人装置的运行状况、风门开关、温度、负压、局扇开停、一氧化碳和瓦斯浓度等环境参数通过传感器进行监测，数据通过矿局域网直接传送到服务器，由服务器对收集的数据进行加工分析，出具图形、报表等，提供的工矿监测图十分形象的在桌面上供用户使用。此系统通过矿局域网实现了全矿联网，矿领导、各科室及区队都能看到相关的数据。

　　4综掘工作面可视控制系统诞生

　　由兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿与天津天宁矿用电子设备厂共同研制的综掘工作面可视控制系统，是一种集通话、控制、检测、保护于一身的控制和通讯系统，可对其3km范围以内的设备运行进行集中控制和动态检测。

　　在井下使用的时候，只要在每个控制点配置1台电源、扩音电话和电缆，就可实现通话和预警；配置控制器、智能输入输出及各种传感器，就可对设备的运行进行控制。控制器带有彩色大屏幕液晶显示器，是控制系统的核心。智能输入输出作为每一部带式输送机或者刮板输送机的就地控制分站，带有4路输入和4路输出，输出节点用于控制电机的启停，输入节点用于接入保护传感器和就地启停按钮。

　　在按照现场的要求配置以后，系统便可以完成以下的主要功能：①顺序起动和停机。通过控制器上的启车按键和停车按键，可以实现刮板输送机、带式输送机的逆煤流方向顺序启动和顺煤流方向顺序停机。启动之前有语言报警，而且启动的时间间隔是可调的。②紧急停车。在遇到紧急情况的时候，按下掘进工作面沿线的任意一台扩音电话上的闭锁按钮，就能够实现掘进工作面所有被控制设备的立即停机。③就地单启、单停。在每一台被控制的设备附近均设置了单启、单停按钮。当控制器的“工作方式选择”被设定为“就地”方式的时候，只要按下该按钮，就可以对此台设备单独实行启动和停机。④设备保护。每一台设备均带有堆煤保护，带式输送机还带有跑偏、烟雾、温度、速度等保护。⑤沿线通话、报警。沿线的每一台电话均能和其它的电话进行通话，设备每次起动之前都有语言报警，提高了设备运行的安全性，避免了各种恶性事故的发生。

　　5基于GIS系统的煤矿安全监测监控系统

　　兖州矿业（集团）公司青龙煤矿的煤层瓦斯含量高、涌出量大，严重威胁矿工的生命安全。为了做到防患与未然，他们建立了一套基于GIS系统的煤矿安全监测监控系统，使得矿井的安全管理直观快捷，有效地减少了事故隐患。

　　矿井信息与空间位置信息有着密切的关系，因此他们在煤矿的信息化建设中引入了能够把空间位置与属性数据信息结合在一起的软件平台。该系统采用了Maplnfo的Java4.5产品，利用它完善的地图操作功能以及定位、地图导航、专题图和各种统计分析功能实现了可视化的生产调度、安全调度和安全监控等功能。能够任意选择显示目标煤矿和相应煤矿的采掘工程图，随意查询游览采掘工程图和其它生产关系图透明叠加进行空间分析；能够直接在图上测量距离，直接在数字采掘工程图越界位置编制警告督办令，并通过网络及时下发。其中的安全监控子功能包括在线检测、瓦斯超限、曲线分析、全局监测、数据查询、历史曲线分析和邮件处理等功能。

　　它可以以图形方式实时监测单个煤矿的全部传感器工作情况以及井下设备的工作状态。在图上能够看到每个传感器当时的瓦斯浓度大小和设备的开停状态，具有瓦斯超限有铃声报警和通讯中断有相应显示。通风系统提供实时的风速、风量、风向和变化趋势等相关数据的处理、分析功能，能够实时显示和查询监控所采集数据，并能自动做出超限报警。曲线分析可以对煤矿的瓦斯情况进行实时数据、分钟数据、小时数据查询并且可以生成针对一个瓦斯传感器的部分数据的图形曲线。由子系统提供实时的瓦斯浓度和变化趋势等相关数据的处理、分析，系统依据所采集数据自动生成相应的专题图，并做出超限警报提示。

6Profibus-DP总线在煤矿设备监控系统的应用

　　最近，山东科技大学成功地将Profibus-DP总线技术应用于兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿东风井广场的压风机、扇风机和水泵监控系统，对于保障煤矿的安全生产及保持设备的高效、经济运行具有十分重要的意义。

　　Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，用于工业自动化日益广泛。它有3个兼容版本，其中Profibus-DP总线是一种高速（数据传输速率可达12Mbit/s）的经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信。此系统有1台Profibus-DP主站、3台Profibus-DP从站及其现场的通风机、空压机、9及各种变送器组成。

　　主站设在主监控室中，从站设在每个监控设备的现场，由Profibus-DP总线将所有从站设备连接起来。主站采用工控机作为上位机，通过现场总线接口卡与现场总线相连，使工控机与现场总线网络连接为能完成组态、运行、操作等功能的完整的控制网络系统。从站1监控4台300kW空压机的运行，从站2监控风井广场5台水泵的运行，从站3监控风井2台通风机及风井风压、瓦斯、粉尘等参数。在此监控系统中，因为3台从站距离主站都比较远，因此在每一个从站现场还设计有人机界面，通过液晶触摸屏可以显示现场设备的详细运行参数，也可以控制每一个从站相应设备的运行。该型设备集中监控系统采用Profibus-DP现场总线实现分布式控制，迄今为止已经在现场稳定运行了1a以上。兴隆庄煤矿的运行实践证明，采用这种总线技术提高了系统的稳定性和可靠性，抗干扰能力强，降低了系统的成本。

　　7矿井机车运输监控系统

　　由兖州矿业（集团）公司南屯煤矿和合肥工业大学共同研制的KJ15A矿井机车运输监控系统技术先进、适应性强、工作可靠、操作维护方便，具有较大的推广应用价值。

　　该系统主要由地面调度站、远地控制分站和测控现场三部分组成。其中，地面调度站有主控计算机、显示设备、打印机、管理计算机和智能通讯器等设备；远地控制分站有隔爆电源箱和控制分站；测控现场有轨道计轴器、井下收发讯机、动态信号机和电动转辙机等设备。KJ15A系统所用的工控网络是多层总线星型混合结构的二级网络。主控室设在地面，主控机采用研华系列工控机，从主控室引出4根网路通讯电缆直至井下。控制分站安装在巷道井壁上，采用自行研制的专用工业控制计算机。每根网路通讯电缆上可挂接15台控制分站。控制分站是由高档工业控制微型机组成的专用现场智能分站，直接管理传感设备和执行设备。每台控制分站都配有专用电源箱，可以管理4个测控点。每个测控点包括1对计轴传感器、1台收讯机、1台信号机和1台电动转辙机。

　　此项成果引入了智能控制技术，探索出一系列柔性调度算法，解决了动态目标跟踪中前向不定性和后向不定性、行车路径的动态链接、信号联锁关系的自动判定、设备损坏时拓扑结构的自适应重组等问题，以任务和任务串的调度方式增强了传统的进路调度方式，实现了自动化调度。成功地将轨道计轴器投入使用，能适应各种机车，并能检测车速、运行方向和车皮数等信息。开发了重演软件，能够在选定的时间内以随意的速度重现运输过程。井下设备采用积木式结构，能够适应不同规模的矿井，基本系统安装后，用户还能方便地自行对系统进行扩充改造。

　　8煤矿井下架线电机车直流牵引网络监控系统

　　兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿根据煤矿井下直流供电的特性以及井下电机车运输的特点，研制出井下架线电机车直流牵引网络监控系统，不仅保证了直流牵引网络的正常供电，而且在故障后能快速复电，提高了电机车的运输效率，处于国内领先水平。

　　该系统在操作台可以集中对现场各开关进行操作；与各个分区开关之间也可以单独操作控制，互不闭锁；各开关现场也可就地操作。直流550V架线为串行供电方式，分区开关660V工作电源亦为串行供电控制，上一级开关控制下一级开关，操作台与各分区开关采用编码方式进行通讯。向架线供电时，操作台首先对系统进行扫描，依次发出各个开关的编码，各分区开关接到各自的编码指令后，将分区开关的工况信息返回到操作台进行分析，并做出相应的显示，各种指示灯亮，分区开关正常的直流接触器闭合运行，架线有电。故障灯亮，直流接触器不能闭合，架线无电，应检查排除故障。出现现场开关人为或故障断电，操作台显示各类故障，可在调度室直接对某一分区开关直接复电。因机车运行接地、短路或人为故意断电即可进行迅速恢复，避免了逐个去人查找的麻烦。

　　其特点如下：①采用新型霍尔元件传感器，实现对直流电流采样，信号经单片机处理后实现各种保护。开关具有开门闭锁功能，检修开关时就地和远控都不能操作，保证了检修时的安全。②具有直流漏电闭锁功能。在分区开关闭合前对架空线直流550v线路的绝缘性能进行检测。如线路绝缘值低于设定标准值，漏电闭锁电路动作，使分区开关无法闭合，起到线路保护作用。线路绝缘值大于设定绝缘值，漏电闭锁电路不动作，使分区开关正常闭合供电。考虑到漏电闭锁电路的重要性，还设计了漏电闭锁电路自身检测用的漏电闭锁电路试验电路，以检验其可靠性。
9中厚煤层高产高效面支架位态与支护质量监测

　　兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿23上01综采工作面煤层厚度中厚偏薄，断层发育。他们实施以支架顶梁仰角、俯角、平衡千斤顶以及煤壁片帮和端面冒顶等为监测内容的支架位态与支护质量监测，确保了支架合理的位态和支护质量。

　　监测分析表明，支架顶梁的仰俯范围在-1°~9°，平均为3.7°。这样，即使工作面在过断层和采高变化较大时，支架仍能保持良好位态。可见顶梁基本处于水平状态，与顶板接触良好，有利于发挥立柱的支撑作用。统计结果表明，顶梁和掩护梁最大角度为174.5°，最小角度为146°，平均值为159.37°，样本标准差为6.94°。根据平衡千斤顶的设计尺寸和行程得知，支架顶梁与掩护梁夹角的设计最大值为199.225°，最小值为134.528°，平均为167.23°。因此，支架支护过程中顶梁与掩护梁的夹角处于合理的范围之内。上述分析表明，从平衡千斤顶的工作状态角度讲，支架处于良好的工作状态，能够适应工作面采高变化的实际情况，对顶板具有良好的支护作用。

　　为了分析平衡千斤顶的受力分布状况以确定其合理的受力范围，对于工作面所采集的压力数据也进行了统计分析。在采高较小的情况下，顶板的运动比较平稳；平衡千斤顶能够根据顶板的运动情况调节顶梁的受力中心，使之能较好地发挥对顶板的支撑作用；由于倾斜方向上重力的影响，工作面不同部位上覆岩层的运动有所不同，着在平衡千斤顶的增阻分布中得到了明显的体现，说明平衡千斤顶能够根据工作面不同压力条件自动调节支架的工作状态，使支架在整体上保持协调一致的同时还能适应工作面内部压力沿倾斜方向的变化。

　　2地面设备监控

　　1地面排矸多媒体机车监控系统

　　兖州矿业（集团）公司东滩煤矿选用的地面排矸多媒体机车监控系统，不仅保证机车速度而且保障运输安全，较好地解决了机车在运输车场的通过能力问题，创造了显著的效益。

　　该系统由室内集控设备和现场信号设备组成。其中，控制机车运行的信号设备均设在现场，有电动转辙机、信号机、传感器和摄像仪，转辙机可以改变机车的行车方向，信号机指示机车的开停，传感器跟踪监测机车位置，摄像仪监视车场列车占道情况；室内设备由操作控制台、继电器柜、电源柜、防雷柜以及大屏幕显示器等组成。系统主机984-385控制软件采用模块化结构，整个程序分为两个程序段。在第一个程序段中，系统清零、传感器短路状态检测程序、进路状态控制程序都是整个软件核心部分。该程序控制进路查询、占用、解锁间的转换、信号机开放和一些提示信号以及转辙机的自动控制信号。第二程序段含送进路和解锁进路程序、电动转辙机控制与报警程序以及数据传送程序。

　　该系统有着以下功能特点：采用美国具有国际先进水平的可编程控制器作为系统控制主机，可实现程控方式、集中控制、手动操作三种控制方式；图象监视洗矸仓、选矸仓、道口及翻笼工作情况，显示机车车号、列车位置、进路占用、信号显示、转辙机岔尖位置等信息；信号机灯泡断丝、转辙机岔尖不到位、传感器电气故障实现声光报警；机车闯红灯时，闯红灯地带红光带闪烁；统计洗矸仓、选矸仓、井口及翻笼处矸石车数，根据生产需要打印车辆调度管理的各种数据；留有与矿联网及井下机车监控系统联网接口；首次应用的间隙铁轨道传感器具有防震、防水和防砸等功能，性能稳定可靠。

　　2煤仓煤位新型传输显示系统诞生

　　兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿的工业电视监控系统已经从地面发展到了井下，但是矿井上下的煤仓煤位由于环境因素和技术限制，一直没有纳入网络化管理，调度系统无法了解煤仓的储煤情况。为此，他们在中国矿业大学的协助下，将选煤厂的1个原煤仓、2个矸石仓和3个井下煤仓纳入了调度监测系统，实现了煤仓煤位的自动监控，减少了胶带输送机的停机、开机和待机时间，为煤炭洗选和外运销售决策提供了科学的依据。

　　该系统是由选煤厂分站、井下分站和矿调度室主机三个部分组成的。相对于矿局域网而言，它既自成一个系统，又是一个二记分布子系统。其中，选煤厂分站完成对高为30m的原煤仓和矸石仓煤位的测量及就地显示，并将这些信息远传至矿调度室主机。由于地面传输干扰较小，从节省投资考虑，采用屏蔽双绞线传输和Bitbus总线协议纠错，传输误码率低于10-6，保证了数据传输的可靠性。井下分站完成对高25m煤仓煤位的测量、就地显示和低位、高位报警以及将测量信号转换为光信号，以便于光纤传输。矿调度室主机完成对信息采集、驱动显示分站、向局域网传送信息等功能。

　　该系统的测量范围为0～35m，测量精度小于量程的0.5%，显示精度为0.1m。选煤厂、矿井上下及矿调度室之间的信号采用光纤传输，抗干扰性强。选煤厂调度室和井下集控室设有数字显示仪表，显示器为按键式4位20.3高发光二极管显示器，基本误差为0.5%，分辨率为0.01，模拟变送电流为4～20mA（负载电阻为500Ω，使操作工对煤仓煤位的确切位置一目了然。

　　此项成果替代了以前的高低煤位两种显示，在矿调度室主机上设有数字显示和柱状图显示，既直观又美观。此外，还充分考虑到今后系统的扩展需求，留有15个仓位传输接口，以便将选煤厂18个煤仓全部都纳入该系统，组成独立的煤仓煤位传输显示网。

　　3兴隆庄选煤厂工况监视系统效果好

　　由兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿选煤厂和中国矿业大学信息与电气工程学院共同完成的“兴隆庄选煤厂工况监视系统”项目，达到了国内的先进水平，已经通过了专家的技术鉴定。

　　兴隆庄选煤厂工况监视系统可以分为1个大系统和5个子系统，其主要的设备选用了中国矿业大学信息与电气工程学院研究生产的“KJ28煤矿井上、井下光纤工业电视监视系统”系列产品。各个子系统内部的电视图象均采用同轴电缆进行传输，子系统与子系统之间、子系统与大系统之间的数据和图象则全部采用光缆进行传输。整个系统总共安装了35套摄像仪，因此可以在选煤厂的4个技术操作室和精煤运输系统设置众多的图象集中监视点，实现了由每个子系统各自进行监视、厂调度室和有关厂领导办公室可进行全部图象定点监视或者循环监视，并且还能够用于监视运煤列车的整个装运过程及车皮的清洁状况等。

　　经过精心安装和调试以后，此系统正式投入运行，据统计至少替代了原先由60名岗位司机所承担的工作量。迄今为止，该系统已经运行了几年，运行实际有力地表明：兴隆庄煤矿选煤厂的工业电视监视系统运行可靠、图象清晰稳定、操作控制灵活方便，系统的功能与技术指标均达到了设计的要求。

　　专家们认为，此项成果将使我国采矿行业选矿厂的技术水平在现代化的道路上又向前迈进了一大步，具有相当的推广价值，可以在条件相类似的选矿厂进行应用。

　　4鲍店矿光纤工业电视系统通过技术鉴定

　　由兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿和中国矿业大学联合研制的KJ28光纤工业电视系统已经通过了专家的技术鉴定。

　　据了解，KJ28光纤工业电视系统主要是由矿井井下光纤电视和地面办公自动化两大部分组成的，能够实现对煤矿井下主要生产环节、主要设备的全天候监视和状态数据的监测等。应用实践表明：现场的图像可以经过光纤传送到地面的调度室与有关领导的办公室，20余个终端设备具有AV、TV信号切换的功能，操作方便，控制灵活可靠，完全能够独立地完成定点、循环或者选择性地观看全部各种图像。

　　专家们指出：即使在煤矿井下相当有限的照明条件下，通过该系统传输出来的图像仍然质量稳定、清晰、无干扰，使得矿领导和调度人员能够直观、及时地了解到矿井井下各个采煤工作面的煤炭生产、运输、提升等情况，对于保障煤矿啊安全生产和科学地进行调度指挥起到了重要的作用，具有很高的推广价值。