甲烷风电闭锁在矿用分站中的设计与实现.pdf

甲烷风电闭锁在矿用分站中的设计与实现周海坤(煤炭科学研究总院 抚顺分院,辽宁 抚顺113122)摘 要:通过对MT631煤矿用风电甲烷闭锁装置通用技术条件和AQ6201煤矿安全监控系统通用技术要求的分析,及对两个标准关于甲烷风电闭锁功能的对比和煤矿安全规程(2004版)第三章通风与安全监控的理解,研究设计了KJF2000矿井安全生产综合监控系统井下分站,实现了甲烷风电闭锁功能,指出了现阶段监控系统存在的问题。关键词:甲烷风电闭锁;监控系统;分站;安全生产中图分类号:TD76 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2008)02-0064-031 标准对照1996年煤炭部颁布的MT 631煤矿用风电甲烷闭锁装置通用技术条件 标准中,针对风电闭锁、瓦斯电闭锁和甲烷风电闭锁功能主要提出了10条要求;煤矿安全规程(2004版)第三章通风与安全监控和AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求 对风电闭锁、瓦斯电闭锁和甲烷风电闭锁功能,提出了9条要求。主要变化有三点:(1)断电值和断电区域的变化。新AQ标准明确了“掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时,声光报警、切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁”,改变了MT631中“工作面回风流与全风压风流混合处甲烷浓度达到1.5%时,切断回风区域内的动力电源并闭锁”的要求。(2)明确自动解锁风机电源的瓦斯浓度。包括MT631在内的老的标准,只规定了“局部通风机停止运转,停风区域中甲烷浓度达到3.0%时闭锁装置应能闭锁局部通风机的电源”,而没有明确甲烷浓度降到多少时,自动解锁,通常设定为 3%CH4时自动解锁。AQ6201中明确规定了“当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5%CH4时,自动解锁”。(3)增加开关量声光报警。通常我们将甲烷风电闭锁装置或是安全监控分站,所配接的甲烷传感器的声光报警,可以等同于装置或是分站系统声光报警。但是由于新AQ标准中,明确提出“局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时,声光报警”,这就要求甲烷风电闭锁装置或是安全监控分站本身必需具有声光报警或可以外接声光报警器,来实现在设备开停传感器或风筒风量开关异常时的声光报警功能。2 分站概述及硬件设计KJF2000矿井安全生产监控系统基本分站型号为KJFT-2(B)属隔爆兼本安结构,供电电源为AC660 V/380 V、50 VA;有3路本安电源输出,参数是DC 21V/370 mA,本安外接电缆的最大长度2 km;通信采用FSK频移键控调制解调方式,分站到地面接口的最大传输距离为15 km,传输电缆二芯无极性;后备电源为2 Ah镍氢电池组,可保证交流电停电后分站工作2 h以上。分站具有4路模拟量输入,为频率型2001 000Hz,见图1。4路开关量输入,为无源接点或有源图1 模拟量输入采集电路(0/+5 mA5 mA/0/+5 mA)状态型,还可直接接AC36 V型信号;5路控制量输出,其中4路为继电器接点输出(可更改为常闭接点输出),见图2;1路为报警信号输出(+5 mA/0)见图3。分站地址码开关用于设定分站的物理编号,不允许重复,以16进制形式设定,在KJF2000系统中,中心站的寻址范围为64个分站,相应的地址码为46煤 矿 安 全(Total 399)技术经验图2 控制量输出电路图3 控制报警输出电路00H40H,因此地址码的7和8在正常工作中必需设定在OFF状态。新AQ标准自2006年颁布实施以来,要求矿用安全监控分站必需具备甲烷风电闭锁功能,并且分站与地面中心站失去联系时,能够独立工作,完成除通信、异地断电等以外的所有功能。这就要求分站在设计时,除了考虑通用监测监控以外,还必需能够方便的转换成为甲烷风电闭锁分站。所以我们作如下约定,当分站地址码的8位设定在ON状态时,分站将实现甲烷风电闭锁功能。为方便现场用户的理解和使用,我们将模拟量A、开关量K和控制量J作如表1约定:表1 模拟量、开关量、控制量对应区域序号通道号区域备注1模拟量A1监测掘进工作面甲烷浓度2模拟量A2监测工作面回风甲烷浓度3模拟量A3监测窜联风或入风甲烷浓度4模拟量A4其它模拟量监测不参与断电5开关量K1其它开关量监测6开关量K2监测局部通风机运转工况7开关量K3本安开关量形式的专用解锁开关8开关量K4监测风桶风量工况9控制量J1掘进工作面全部非本安电源10控制量J2工作面回风全部非本安电源11控制量J3串联通风区域的全部非本安电源12控制量J4局部通风机供电开关跳线至CB处13控制量J5(BJ)接声光报警器 分站板内有一固化用户服务程序的89C52。程序利用CPU、WATCHDOG、24C02、MS M7512B控制电路等硬件资源,实现了井下分站的智能化。3 软件约定及设计开发分站软件程序包括主程序和通信程序两大部分。通信部分(包括数据块接收子程序,数据块发送子程序)采用中断方式,担负着井下分站与地面中心站的信息交换任务,本文不在阐述此部分。主程序对井下各类传感器的数据进行实时采集,并进行运算处理;对所配接的执行机构发出控制命令;还包括分站与中心站联系中断时,分站对实时采集到的数据进行运算处理、进行实时控制(如断电、报警、闭锁等)。主要包括初始化模块、数据采集模块、运算显示模块、控制执行模块和甲烷风电闭锁模块等。主程序中包含甲烷风电闭锁模块的部分程序框图见图4。图4 分站实现甲烷风电闭锁功能的程序框图 根据硬件电路,我们可以知道:报警输出“1”对应声光报警,“0”对应解除声光报警;为简化声光报56技术经验 煤 矿 安 全(2008-02)警的控制输出,我们用1个字节地址8位来表述BJ信号,约定当BJ为“0”时,解除声光报警,当BJ不为“0”时,声光报警(见表2)。表2 声光报警控制输出D7D6D5D4D3D2D1D0000BJ4BJ3BJ2BJ1BJ0/K4K2A3A2A1 另外,J1、J2、J3输出“1”对应接点断开(即断电),输出“0”对应接点闭合(即允许复电);J4输出因跳线至CB处,“1”对应接点闭合(即解锁状态),“0”对应接点断开(即闭锁状态)。4 实现甲烷风电闭锁功能(1)掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时声光报警;掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5%CH4时,切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当掘进工作面甲烷浓度低于1.0%CH4时,自动解锁。(2)掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时声光报警;同时切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0%CH4时,自动解锁。(3)当串联掘进工作面入风流中的甲烷浓度达到或超过0.5%CH4时声光报警;同时切断被串联掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当被串联掘进工作面入风流中的甲烷浓度低于0.5%CH4时,自动解锁。(4)局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时,声光报警,同时切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当局部通风机或风筒恢复正常工作时,自动解锁。(5)局部通风机停止运转,掘进工作面或回风流中的甲烷浓度大于3%CH4时,应对局部通风机进行闭锁使之不能起动,只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁;当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5%CH4时,自动解锁。(6)与闭锁控制有关的设备(含分站、电源、甲烷传感器、断电控制器等)故障或断电时,声光报警、切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;与闭锁控制有关的设备接通电源1 min内,应继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源。当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。5 现场应用中存在的问题甲烷风电闭锁功能在煤矿井下应用以来,大大减少了煤矿安全事故尤其是瓦斯爆炸事故的发生。现阶段存在的主要问题是:(1)由于我国大多数掘进巷道的断面较小,甲烷风电闭锁配备的风筒风量开关装置,在井下安装使用不方便,在由停风到送风的过程中极易损坏。现场大多数应用只是涉及到局部通风机的开停或是两部局部通风机的关联,也就是熟称的单风机闭锁或双风机闭锁。(2)煤矿安全规程规定掘进工作面甲烷传感器安设在距离掘进工作面35 m处,在现场实际生产中,经常会出现工作面甲烷传感器延线或是风筒延伸不及时。会造成因风筒直吹、实测的瓦斯浓度偏低的情况;另外,如果工作面甲烷传感器延线不及时,会使测出的工作面甲烷浓度和回风甲烷浓度相互差别不大的情况。通过合理优化和设计,KJF2000监控系统系列分站在保证兼容性的前提下,方便快捷地实现了甲烷风电闭锁功能,完全符合煤矿安全规程和相关标准的要求。从现场使用情况讲,也可方便地改为单风机或双风机闭锁。笔者认为,煤矿安全生产首先要从根本上加强管理、严格遵守各项规章制度,并运用好安全监测监控系统或是甲烷风电闭锁等安全生产管理的辅助手段。随着近些年安全监测监控系统在全国所有煤矿的推广应用,作为系统和安全监测监控分站必需具有的甲烷风电闭锁功能,将随着手段的不断完善,在煤矿安全生产中发挥更大的作用。作者简介:周海坤(1976-),1998年毕业于山东矿业学院机械电子工程专业,本科,工程师,现在煤炭科学研究总院抚顺分院安全仪器仪表中心工作,研究方向:安全测控与仪表。(收稿日期:2007-10-10;责任编辑:金丽华)66煤 矿 安 全(Total 399)技术经验