煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)超長(zhǎng)距離傳輸

王存喜

0 引言

礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是一種自動(dòng)采集資料，處理資料并進(jìn)行控制的系統(tǒng)，具有及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)、可靠的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了人員檢測(cè)瓦斯等氣體有疏漏的不足，用于保障礦井安全。但隨著煤層開采的不斷深入，掘進(jìn)巷道越來(lái)越長(zhǎng)，給監(jiān)控信號(hào)傳輸帶來(lái)了難題。

1 同發(fā)東周窯公司安全監(jiān)控系統(tǒng)概況

同煤集團(tuán)同發(fā)公司使用的是常州天地KJ95N 型安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微機(jī)網(wǎng)絡(luò)為中心，運(yùn)行于Win2000/XP/2003 系列Windows 平臺(tái)，采用了通訊、網(wǎng)絡(luò)、圖形處理、數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息等技術(shù)。主要是監(jiān)測(cè)監(jiān)控瓦斯、風(fēng)速、溫度、負(fù)壓、CO、O2、煙霧、風(fēng)門開關(guān)、主扇、局扇、風(fēng)機(jī)開停等環(huán)境參數(shù)，以及電流、電壓、水倉(cāng)水位、煤倉(cāng)煤位、箕斗計(jì)數(shù)、各機(jī)電設(shè)備開停和饋電、斷電狀態(tài)等生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)。中心站主機(jī)通過地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)接入5 臺(tái)井下交換機(jī)，形成工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸。全井共裝設(shè)監(jiān)控分站27 臺(tái)，CH4傳感器76 臺(tái)、風(fēng)機(jī)開停傳感器60 臺(tái)、CO 傳感器8臺(tái)、風(fēng)速傳感器5 臺(tái)、負(fù)壓傳感器1 臺(tái)、溫度傳感器5 臺(tái)、斷電儀15 臺(tái)，對(duì)采掘工作面進(jìn)行覆蓋。

2 信號(hào)超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)研究及應(yīng)用

根據(jù)《AQ1029-2007》 標(biāo)準(zhǔn)要求，8202 工作面上隅角切頂線煤幫處安裝1 臺(tái)CH4傳感器、1 臺(tái)O2傳感器、1 臺(tái)CO 傳感器，在距8202 工作面10 m 處安裝1 臺(tái)CH4傳感器。8202 面現(xiàn)有信號(hào)電纜1 條，按照常規(guī)方法需要再鋪設(shè)信號(hào)電纜3 條才可以實(shí)現(xiàn)以上傳感器的正常安裝使用（見圖1）。8202 回風(fēng)巷總長(zhǎng)2 040 m，需使用電纜6 000 m，且工作量非常大。AQ 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定系統(tǒng)分站至傳感器的長(zhǎng)度不小于1 500 m。由于8202 巷道長(zhǎng)度大于2 000 m，遠(yuǎn)超監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)定設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的1 500 m，導(dǎo)致工作面的CH4傳感器供電不足，工作不穩(wěn)定。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在只接一個(gè)負(fù)載的情況下，信號(hào)電纜的末端電壓僅為9 V，與額定電壓的21 V 相差甚大。這就導(dǎo)致工作面?zhèn)鞲衅髋紶栵@示不正常，傳輸不穩(wěn)定，有誤報(bào)警情況發(fā)生。按照常規(guī)的解決辦法：①需要更換大直徑信號(hào)傳輸電纜或增加多條信號(hào)傳輸電纜，但是傳輸效果仍然不太理想，同時(shí)也增大了工作強(qiáng)度及維護(hù)難度，經(jīng)濟(jì)投入也會(huì)增大；②在巷道內(nèi)增加監(jiān)控分站，縮短分站到傳感器的傳輸距離(見第23 頁(yè)圖2）。這種方法的最大弊端是在實(shí)現(xiàn)瓦電閉鎖時(shí)會(huì)把分站本身通電也斷掉。因?yàn)榫C采工作斷電范圍是：工作面及回風(fēng)巷內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，增加的分站用電也取至巷道內(nèi)的動(dòng)力電源，所以也在被斷電范圍內(nèi)。因此，瓦電閉鎖時(shí)分站也會(huì)斷電，如果備用電池出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致工作面?zhèn)鞲衅鞑荒苷９ぷ鳎瑹o(wú)法把井下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬷行恼?，如有氣體超限或異常也不能及時(shí)采取應(yīng)急措施，就會(huì)給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患，所以這兩種方法都不是很理想。

圖1 8202 工作面原始分站、傳感器接法示意

圖2 增加分站示意

為解決信號(hào)電纜距離超長(zhǎng)導(dǎo)致傳感器信號(hào)衰減嚴(yán)重這一難題，經(jīng)過多次的入井研究、實(shí)驗(yàn)室里模擬試驗(yàn)、論證，最終完美解決：利用1 條4 芯信號(hào)電纜專做供電，1 條4 芯電纜分開來(lái)專做信號(hào)，把原先的“信電一體”分開傳輸。因?yàn)? 根4 芯電纜按正常接法需接入分站模擬量口的電源正、負(fù)和信號(hào)正、負(fù)端，所以1 根4 芯電纜只能接入1 臺(tái)傳感器，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求工作面最少要安裝4 臺(tái)各類傳感器，所以要采用“信電分離”法，這樣既保障了長(zhǎng)距離供電問題，又用最少的電纜接入最大量的傳感器。

具體操作方法和工作原理：首先敷設(shè)兩根4 芯信號(hào)電纜（1×4×7×0.52），1 根電纜4 芯并為2 芯，一端接入分站的電源正負(fù)端子，另一端接入工作面三通接線盒1（這就相當(dāng)于增加了電纜截面，使電纜阻值降低，末端電壓升高，滿足傳感器的工作電壓）；另一根電纜一端4 芯分別接入分站的4 個(gè)模擬量口，另一端接入工作面三通接線盒2（這樣就使4 芯電纜得到充分利用，可以接入4 臺(tái)傳感器）。三通接線盒1、2 出線后分別進(jìn)入四通接線盒1、2，最后接入傳感器（見圖3、表1）。

圖3 信電分離示意

表1 改進(jìn)前后8202 工作面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)變化

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：①保障了長(zhǎng)距離供電信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定；②節(jié)省了分站及電纜設(shè)備的投入；③線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，日常維護(hù)方便，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度；④為安全生產(chǎn)提供了保障。

3 效果及經(jīng)濟(jì)效益

改用“信電分離”的方法：利用1 條4 芯信號(hào)電纜專做供電，1 條4 芯電纜專做信號(hào)，把原先的“信電一體”分開傳輸，只需用2 條信號(hào)電纜，使用電纜4 000 m 就可以完成任務(wù)。

本項(xiàng)目節(jié)約資金約10 萬(wàn)元。同發(fā)公司采掘面順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度均在2 000 m 以上，如果全部使用“信電分離”的方法，可以節(jié)約的資金數(shù)目不可估量。“信電分離”有效解決了超長(zhǎng)傳輸供電不足導(dǎo)致傳感器不能正常工作的難題，為保障礦井安全生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。