洗選廠瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

王冰濤

(晉城煤業(yè)集團 成莊礦，山西 晉城 048021)

洗選廠瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

王冰濤

(晉城煤業(yè)集團 成莊礦，山西 晉城 048021)

針對礦井安全生產(chǎn)中瓦斯監(jiān)測監(jiān)控的重要性，介紹了成莊礦洗選廠瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成和維護工作，并根據(jù)不同區(qū)域、不同瓦斯?jié)舛葘ν咚挂准蹍^(qū)域設(shè)備進行了優(yōu)化控制改造，組建了一套安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。通過改造成莊礦洗選廠實現(xiàn)了瓦斯系統(tǒng)實時監(jiān)控，取得了明顯的經(jīng)濟和社會效益。瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用對企業(yè)安全生產(chǎn)，防范瓦斯、火災(zāi)等事故，提高洗選廠管理水平具有重大意義。

洗選廠；瓦斯監(jiān)測；瓦斯監(jiān)控；維護

成莊礦是一座設(shè)計處理能力為4 Mt/a的特大型現(xiàn)代化礦井。經(jīng)過改造擴建，目前原煤處理能力為8.3Mt/a，并建有配套的洗選廠。礦井瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)中最嚴重的危害之一，從每年的事故統(tǒng)計中來看，煤礦發(fā)生特大事故絕大多數(shù)是由于瓦斯爆炸引發(fā)的，占特大事故的70%左右[1]。因此在煤礦生產(chǎn)過程中，如果對瓦斯認識不足、控制不當或管理不到位，很可能造成災(zāi)難性事故。洗煤廠精煤倉瓦斯燃燒(爆炸)已有先例，通化礦務(wù)局八道江煤礦洗煤廠1990年冬因煤倉積塵需清理，在接入白熾燈照明線路送電瞬間發(fā)生瓦斯爆炸[2]。晉煤集團寺河礦煤場、煤倉在2002年4月、8月相續(xù)發(fā)生了瓦斯燃燒事故[3]。相關(guān)數(shù)據(jù)和案例統(tǒng)計表明原煤進入洗煤廠后，還將不斷釋放吸附狀態(tài)的瓦斯[4]。煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是防止煤礦瓦斯事故的重要科技手段之一，它在預(yù)防瓦斯事故中起到了積極作用，提高了安全監(jiān)管的技術(shù)水平[5]。洗選加工環(huán)節(jié)瓦斯易集聚，為防止瓦斯超限引發(fā)瓦斯事故，根據(jù)相關(guān)要求成莊礦洗煤廠在煤倉上、下口安裝了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并對瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行了研究和優(yōu)化改造，為洗選廠的安全生產(chǎn)提供保障。

1 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)組成

成莊礦洗選廠瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是加拿大康斯培克控制有限公司研制的森透里昂800型系統(tǒng)，由集控室設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備傳感器及報警斷電設(shè)備構(gòu)成。集控室設(shè)備可實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，將監(jiān)控設(shè)備及傳感器采集到的各類數(shù)據(jù)進行處理、顯示，又對監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令；數(shù)據(jù)通訊設(shè)備是溝通集控室設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備及傳感器的橋梁，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳送；監(jiān)控設(shè)備接收集控室設(shè)備的控制指令，并完成各種控制功能，也可采集現(xiàn)場開關(guān)量、模擬量數(shù)據(jù)，并發(fā)送到集控室設(shè)備；傳感器主要用于采集現(xiàn)場的各類物理量，并將其變成電信號發(fā)送到集控室設(shè)備。

1.1 集控室設(shè)備

集控室設(shè)備主要由監(jiān)控主機、備用機、服務(wù)機、打印機、干線驅(qū)動器、主備熱切換器、UPS電源、避雷器、計算機軟件和遠程終端等部分組成。

1.1.1 主機、備用機

主機、備用機主要功能是采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、顯示通訊狀態(tài)、判斷報警、顯示報警匯總表、打印報警數(shù)據(jù)等，同時也將采集到的數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器。當主機故障時，通過主備熱切換器將備用機自動接入系統(tǒng)使用(也可手動切換)，以確保監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

本系統(tǒng)主機、備用機采用工業(yè)控制計算機，除標準配置外，另配有2塊功能卡，一個是BLUEHEAT卡(具有8個串口輸出的多用戶卡)，主要用于向干線發(fā)出咨詢信號，接收由干線發(fā)出的應(yīng)答信號，完成數(shù)據(jù)的采集及控制命令的傳遞；另一個是網(wǎng)卡，通過它將中心站的計算聯(lián)網(wǎng)。

1.1.2 服務(wù)機

服務(wù)機接收來自主機的數(shù)據(jù)，并以動態(tài)圖的形式及動態(tài)數(shù)據(jù)的方式進行顯示，同時將文件存儲到硬盤中。

1.1.3 主備熱切換器

主備熱切換器可以實現(xiàn)監(jiān)控主機和備用機之間的自動及手動切換。當調(diào)至自動切換檔時，主機出現(xiàn)故障時，主備熱切換器可以在2分鐘內(nèi)自動切換到備用機工作，以保證安全檢測系統(tǒng)的正常運行；打開主備熱切換器的復(fù)位按鈕，系統(tǒng)則切換回主機工作。當調(diào)至手動切換檔時，可以人為進行主機和備用機之間的操作切換。

1.1.4 干線驅(qū)動器

干線驅(qū)動器將主備機8通道多用戶卡串行口發(fā)出的RS-232信號轉(zhuǎn)換為適合遠距離傳輸?shù)幕鶐盘?，以實現(xiàn)運距離通訊。

1.2 數(shù)據(jù)通訊設(shè)備

系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊設(shè)備由干線擴展器、本案接線盒、干線電纜和備用電源箱等部分組成。

計算機與P5020B干線驅(qū)動器的連接參數(shù)如下：

(1)傳輸方式：串口RS232。

(2)信號傳輸波特率：4 800 bps。

(3)傳輸信號參數(shù)：峰值電壓6 V～12 V；峰值電流≤40 mA。

(4)最大傳輸距離：5 m。

P5000干線擴展器與P5000干線擴展器、傳感器、監(jiān)控器的連接參數(shù)如下：

(1)傳輸方式：主從式。

(2) 信號傳輸波特率：4 800 bps。

(3)傳輸信號參數(shù)：峰值電壓6 V～12 V；峰值電流≤170 mA。

(4)最大傳輸距離：2 km。

1.2.1 干線擴展器

擴展器由各單元電路組成，其各單元相互關(guān)系和原理如圖1所示。擴展器接收干線驅(qū)動器發(fā)出的信號，并將信號放大后向本級擴展器的傳感器或下一級擴展器傳輸，同時接收由傳感器或下一級擴展器返回的信號并將信號整形放大傳輸給干線驅(qū)動器[6]。

圖1 干線傳輸電氣原理方框圖

1.2.2 備用電源箱

備用電源與P5000干線擴展器內(nèi)非本安直流穩(wěn)壓電源板P1168B并聯(lián)。當P5000干線擴展器由電網(wǎng)供電時，P1168B直流電源給蓄電池充電；停電時，備用電池將作為備用電源向P5000供電，以保持P5000擴展器的正常工作。當備用電池電壓下降至19 V～22 V 時，P5000干線擴展器內(nèi)P1168B直流穩(wěn)壓電源板切斷蓄電池，繼續(xù)放電。備用電源電氣原理圖如圖2所示。

圖2 備用電源電氣原理方框圖

1.3 系統(tǒng)報警和斷電

瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了就地、遠程報警及斷電功能，并可以根據(jù)洗選廠實際情況進行選擇。

1.3.1 就地報警、斷電

甲烷傳感器本身帶有聲光報警器和斷電信號輸出功能，當甲烷濃度超過一定限額時，自動實現(xiàn)聲光報警、斷電。

1.3.2 遠程報警和斷電

系統(tǒng)通過集控室設(shè)備可以進行遠距離報警，當干線上的監(jiān)控器或傳感器檢測的數(shù)據(jù)達到報警或斷電值時，在集控室發(fā)出報警信號，并通過本安干線驅(qū)動器發(fā)出斷電指令，以實現(xiàn)相應(yīng)斷電器的斷電(需要時序進行控制)。

2 瓦斯監(jiān)測設(shè)備的維護

瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程中，時常出現(xiàn)不通訊、傳感器顯示最大值、死機、誤報等現(xiàn)象。現(xiàn)將故障現(xiàn)象、事故原因以及采取措施匯總?cè)缦拢?/p>

2.1 案例1

故障現(xiàn)象：2011年4月外運車間監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)間斷性的不通訊、誤報問題，瓦斯傳感器顯示值突變，同時有部分傳感器顯示最大值后，出現(xiàn)死機、無法恢復(fù)正常的故障。

故障原因及分析：當發(fā)生故障后，首先檢查了電源系統(tǒng)，電源顯示正常；經(jīng)過排查、分析，發(fā)現(xiàn)當544、542膠帶機運行時，瓦斯監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，其余時間運行穩(wěn)定；檢查設(shè)備布置情況時，發(fā)現(xiàn)干線擴展器距離配電室只有5 m左右，并且配電室有兩臺544、542膠帶機電機驅(qū)動變頻器，因此分析故障原因可能是在變頻器運行時產(chǎn)生的電磁輻射影響了干線擴展器通訊板，從而發(fā)生通訊和顯示異常的現(xiàn)象。

采取措施：將干線擴展器移到相距50米以外的1#圓筒倉下，遠離配電室；將纜線橋架內(nèi)的監(jiān)測線與動力電纜分開布置；監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備使用專門接地，并做到阻值低于2 Ω。

2.2 案例2

故障現(xiàn)象：2011年5月塊倉上口位置傳感器時常出現(xiàn)不通訊的問題，將干線擴展器通訊板斷開電源，再恢復(fù)電源，通訊恢復(fù)正常，有時隔5秒鐘左右自動恢復(fù)正常。

故障原因及分析：塊倉上口瓦斯監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備供電電源與501膠帶機電機驅(qū)動變頻器供電電源使用同一段母線，變頻器運行時，造成電網(wǎng)諧波增大，影響到監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備供電電源的穩(wěn)定。

采取措施：在監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備供電電源上增加凈化電源，以提高供電質(zhì)量；凈化電源穩(wěn)定度高，效率也較高，輸出電壓波形失真度較小，可靠性高，且具有隔離干擾的功能。

2.3 案例3

故障現(xiàn)象：干線擴展器周期性出現(xiàn)不通訊，每隔4個月出現(xiàn)一次故障。

故障原因及分析：長時間通電運行，監(jiān)測監(jiān)控部分零部件可能出現(xiàn)散熱不良，灰塵集聚的問題，從而造成部分元件短路，性能下降。

采取措施：每季度干線擴展器徹底斷電30分鐘；每季度對干線擴展器檢修一次。

3 現(xiàn)場設(shè)備控制

煤炭企業(yè)附屬洗(選)煤廠瓦斯管理規(guī)定煤倉上部側(cè)面應(yīng)留設(shè)通風(fēng)口，實現(xiàn)煤倉內(nèi)自然通風(fēng)，通風(fēng)口數(shù)量和大小根據(jù)煤倉直徑和瓦斯釋放量確定，同時在煤倉上部安設(shè)抽風(fēng)機，以便在自然通風(fēng)治理瓦斯困難時，開啟風(fēng)機處理倉內(nèi)瓦斯[7]。AQ1029-2007管理規(guī)范也要求井下煤倉、地面選煤廠煤倉上方應(yīng)設(shè)有甲烷傳感器[8]。山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司企業(yè)標準Q/JM J 1.0044—2013《甲烷傳感器設(shè)置規(guī)范》要求洗煤廠煤倉甲烷傳感器設(shè)置地點、報警值、斷電值、斷電范圍應(yīng)符合表1的規(guī)定[9]。根據(jù)相關(guān)文件要求成莊礦洗煤廠在煤倉上口開設(shè)了通風(fēng)口進行自然通風(fēng)，全廠煤倉上下口共安裝5.5 kW抽風(fēng)機35臺，瓦斯探頭32個。由現(xiàn)場測量的瓦斯數(shù)據(jù)可知，不同煤種瓦斯的釋放量不同，不同地點瓦斯聚集情況不同，因此對瓦斯易聚集區(qū)域的設(shè)備進行優(yōu)化控制改造，既保障了生產(chǎn)安全、防范了瓦斯事故，又實現(xiàn)了效益最大化。

表1 洗煤廠、煤倉甲烷傳感器設(shè)置情況表

3.1 煤倉下口設(shè)備控制

煤倉下口瓦斯在給煤機運行過程中釋放出來，除一部分被抽風(fēng)機抽出倉外，另一部分隨煤流釋放在煤倉下口[10]。瓦斯控制點設(shè)置為：當瓦斯?jié)舛菴H4≥0.8%時，系統(tǒng)報警；當瓦斯?jié)舛菴H4≥1.5%時，系統(tǒng)斷電。煤倉下口設(shè)備示意圖如圖3。

圖3 煤倉下口設(shè)備示意圖

結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)可知，當給煤機運行給煤過程時，出現(xiàn)瓦斯釋放現(xiàn)象，經(jīng)過對監(jiān)測監(jiān)控主機瓦斯傳感器時序進行改編，設(shè)定為當瓦斯?jié)舛菴H4≥0.6%時，觸發(fā)時序，輸出控制點，停止給煤機給煤，遏止瓦斯釋放，從而有效控制瓦斯釋放，避免瓦斯報警、斷電現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 塊倉上口設(shè)備控制

塊倉上口設(shè)備運行方式如圖4(a)所示，從圖中可以看出，共計16個塊倉，利用10臺5.5 kW抽風(fēng)機不間斷運行，排出塊倉內(nèi)的瓦斯，瓦斯控制點設(shè)置為：當瓦斯?jié)舛菴H4≥0.8%時，系統(tǒng)報警；當瓦斯?jié)舛菴H4≥1.5%時，系統(tǒng)斷電。

結(jié)合多年的瓦斯數(shù)據(jù)可知，塊倉瓦斯?jié)舛纫话鉉H4<0.1%，近3年內(nèi)沒有發(fā)生瓦斯檢測監(jiān)控系統(tǒng)報警、斷電的現(xiàn)象(除瓦斯傳感器故障誤報3次)，經(jīng)過現(xiàn)場試驗和改造，改造后的設(shè)備示意圖

圖4 塊倉上口設(shè)備示意圖

如圖圖4(b)所示，從圖中可以看出，風(fēng)機撤為1臺，并對監(jiān)測監(jiān)控主機瓦斯傳感器時序進行改編，改編后瓦斯控制點設(shè)置：當瓦斯?jié)舛菴H4≥0.6%時，觸發(fā)時序，輸出控制點，自動開啟抽風(fēng)機，排放煤倉內(nèi)瓦斯；當瓦斯?jié)舛菴H4<0.6%時，風(fēng)機延時10分鐘后自動停止運行。經(jīng)過優(yōu)化改造，瓦斯?jié)舛鹊玫搅擞行У目刂疲瑫r減少了設(shè)備數(shù)量，取得了良好的經(jīng)濟效益。

3.3 末倉上口設(shè)備控制

末倉上口設(shè)備運行方式如圖5所示，每個末倉配有2臺5.5 kW的抽風(fēng)機，一臺不間斷運行，一臺備用，瓦斯控制點設(shè)置為：瓦斯?jié)舛菴H4≥0.8%，系統(tǒng)報警，瓦斯?jié)舛菴H4≥1.5%，系統(tǒng)斷電。

圖5 末倉上口設(shè)備示意圖

結(jié)合多年瓦斯數(shù)據(jù)可知，近3年內(nèi)末倉瓦斯?jié)舛瘸^報警值，發(fā)生瓦斯超限報警8次，斷電2次，2010年7月進行了3天停風(fēng)試驗，將兩臺風(fēng)機停止運行，并記錄數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)分析可知，累計40次出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸^0.8%的現(xiàn)象，最大值為0.901%，因此有必要對監(jiān)測監(jiān)控主機瓦斯傳感器時序進行改編，改編后瓦斯控制點設(shè)置為：當瓦斯?jié)舛菴H4≥0.6%時，觸發(fā)時序，輸出控制點，自動開啟備用風(fēng)機，兩臺抽風(fēng)機同時運行，排放煤倉內(nèi)瓦斯；當瓦斯?jié)舛菴H4<0.6%時，備用風(fēng)機延時10 min后自動停止運行。通過改造后，瓦斯?jié)舛鹊玫搅擞行Э刂?，避免了瓦斯報警和斷電現(xiàn)象的發(fā)生。

4 經(jīng)濟效益

成莊礦洗選廠塊倉改造后，系統(tǒng)運行良好，每年可節(jié)約電費、創(chuàng)造效益約365(天)×24(小時)×8(臺)×5.5(kW)×1(元)=38.544萬元，成莊礦洗選廠瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造的成功，減少了風(fēng)機維護費用、人工檢修費用、瓦斯斷電處罰費用、瓦斯惡性事故處理費用等，減少煤塵排放，凈化了環(huán)境，解決了洗選廠安全生產(chǎn)的現(xiàn)實問題。

5 結(jié)語

成莊礦洗選廠通過對日常數(shù)據(jù)監(jiān)測，從實際出發(fā)，不斷優(yōu)化監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)，減少了瓦斯強制排放抽風(fēng)機數(shù)量，并建立了一套自動控制生產(chǎn)設(shè)備和瓦斯排放的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的成功改造，將瓦斯報警值、斷電值降低到了企業(yè)規(guī)定值以下，提高了安全生產(chǎn)保障，不僅為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，也是國家安全生產(chǎn)管理的需要，對瓦斯有效管理的研究具有很重要的意義。由于煤炭生產(chǎn)企業(yè)地理環(huán)境都不盡相同，各企業(yè)應(yīng)根據(jù)實際情況不斷研究，采取相應(yīng)的方法措施，實現(xiàn)瓦斯的有效控制。

[1] 李鶴鵬，賈進章.安全系統(tǒng)工程在煤礦中的應(yīng)用與研究[J].煤炭技術(shù)，2009，28(1)：4-6.

[2] 馮 杰，劉杰修，陳 杰，等. 洗煤廠精煤倉瓦斯燃燒淺析[J].煤礦安全，2006(3)：52-53.

[3] 晉城煤業(yè)集團.事故案例選編[M].2009(9)：2-1.

[4] 王國華. 原煤倉瓦斯治理技術(shù)研究[J].工程技術(shù)，2013，56(13):56-60.

[5] 王立廷，白小宗. 瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技，2011(5)：4-8.

[6] 森透里昂800型安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)使用說明書[Z].

[7] 煤炭企業(yè)附屬洗(選)煤廠瓦斯管理規(guī)定[S].

[8] 孫繼平.AQ 1029-2007《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》修訂意見[J].工礦自動化，2016(3)：6-12.

[9] Q/JM J 1.0044-2013甲烷傳感器設(shè)置規(guī)范[S].

[10] 張春平.淺談高瓦斯礦井選煤廠煤倉瓦斯治理新途徑[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011，21(1)：226-228.

Application and study of the gas monitoring and control system in coal preparation plant

WANG Bing-tao

(Chengzhuang Coal Mine of Jincheng Coal Group, Jincheng, Shanxi 048021, China)

Following an elaboration on the importance of gas monitoring and control for safety operation in coal mine, the paper presents an introduction to the make-up of the gas monitoring and control system developed for use in Chengzhuang Mine Coal Preparation Plant aw well as the maintenance work involved. After the renovation directed toward the optimum control of the equipment operating in different zones where gas varies in concentration or is prone to accumulate, a gas monitoring and troll system is developed. The realization of real-time monitoring and control of gas in the plant has yield noticeable economic and social benefit for the plant. The successful application of the system is of vital importance for plant safety operation, prevention and control of gas and fire hazards and enhancement of level of management in coal preparation plant.

coal preparation plant; gas monitoring; gas control; maintenance

1001-3571(2016)06-0081-05

TD712

A

2016-10-05

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.021

王冰濤(1977—)，男，山西省晉城市人，工程師，主要從事機電管理工作。

E-mail：15635678695@163.com Tel：15635678695

王冰濤. 洗選廠瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J]. 選煤技術(shù)，2016(6)：81-85.