车载无线甲烷断电控制装置的研制

介绍了一种基于红外甲烷检测技术和无线通信技术的车载甲烷断电控制装置的系统组成、硬件电路设计及软件设计。该装置能实现刨煤机附近瓦斯浓度的在线监控,将瓦斯浓度和断电信号通过无线通信的方式发送到分站,最终将数据传输到煤矿现有监控系统,解决了煤矿工作面刨煤机附近瓦斯在线监控和数据传输的问题。     

安全监控系统瓦斯电闭锁检测装置设计

煤矿安全监控系统多采用基于CAN总线的多主通信机制或基于RS485总线的主从通信机制,通过截取甲烷超限报文时刻和断电器断电报文时刻来计算断电时间。由于不同厂家监控系统通信机制、通信协议各不相同,无法设计统一的瓦斯电闭锁检测方法和装置。并且目前针对缩短瓦斯电闭锁断电时间的研究较多,但在瓦斯电闭锁检测方面的研究很少。针对上述问题,基于传感器通信切换和模拟传感器报文发送的检测方法设计了一种安全监控系统瓦斯电闭锁检测装置。传感器通信切换方法不受通信协议和总线形式的限制,检测时采用同一厂家传感器、分站、断电器和安全监控软件,不需要知晓通信协议。该方法操作简单,且不需要厂家配合,适用于采用主从通信机制的瓦斯电闭锁检测。模拟传感器报文发送方法由检测装置模拟甲烷传感器发送报文与分站通信,不需要知晓通信协议,不需要考虑通信机制问题,报文由厂家提供,按照报文发送顺序和次数进行配置。该方法操作较为繁琐,需要厂家提供通信报文,但测试精度更高,适用于各种通信协议的瓦斯电闭锁检测。验证结果表明:传感器通信切换方法不适合基于CAN总线的多主通信;基于RS485或CAN总线的模拟报文发送方法均可实现本地断电时间2s,异地断电时间20s;2种检测方法的计时精度均可达到0.01s。     

《煤矿安全规程》监控、通信与监视修订意见

提出了《煤矿安全规程》修订应增加矿井移动通信、广播通信、视频监视、人员定位、煤炭产量监测、矿井火灾监控、矿山压力监测、水文监测、远程监控等内容。提出了严禁矿井监控系统与视频监视系统共用信道;矿井有线调度通信系统的电缆必须专用;主干网络应采用具有冗余功能的千兆或千兆以上矿用以太光网络;矿井移动设备和无线接入等应优选WiFi、ZigBee、4G等技术。提出了煤矿安全监控系统和矿井有线调度通信系统等的关键光缆和电缆应分设两条,从不同的井筒或一个井筒的不同位置进入井下;系统光缆和电缆应具有防护措施;底鼓不严重的矿井,系统光缆和电缆应埋入巷道底板与巷帮夹角处。提出了煤矿安全监控系统应具有主要通风机监控、瓦斯抽采监控功能;具有呼吸尘浓度、总粉尘浓度实时在线监测功能;具有风向监测功能;具有瓦斯变化率等分析功能;具有煤与瓦斯突出报警功能;高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井应选用全量程和高低浓度甲烷传感器,优选激光或红外甲烷传感器;采用载体催化元件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等甲烷检测设备,必须定期使用校准气样和空气气样调校,每15d至少调校1次;甲烷超限断电功能每15d至少测试1次;高瓦斯和煤(岩)与瓦斯突出矿井的采煤工作面,必须在上隅角设置甲烷传感器,报警浓度为1.0%CH4,断电浓度为1.5%CH4,复电浓度为1.0%CH4等。     

《煤矿安全规程》监控、通信与监视修订意见

提出了《煤矿安全规程》修订应增加矿井移动通信、广播通信、视频监视、人员定位、煤炭产量监测、矿井火灾监控、矿山压力监测、水文监测、远程监控等内容。提出了严禁矿井监控系统与视频监视系统共用信道;矿井有线调度通信系统的电缆必须专用;主干网络应采用具有冗余功能的千兆或千兆以上矿用以太光网络;矿井移动设备和无线接入等应优选WiFi、ZigBee、4G等技术。提出了煤矿安全监控系统和矿井有线调度通信系统等的关键光缆和电缆应分设两条,从不同的井筒或一个井筒的不同位置进入井下;系统光缆和电缆应具有防护措施;底鼓不严重的矿井,系统光缆和电缆应埋入巷道底板与巷帮夹角处。提出了煤矿安全监控系统应具有主要通风机监控、瓦斯抽采监控功能;具有呼吸尘浓度、总粉尘浓度实时在线监测功能;具有风向监测功能;具有瓦斯变化率等分析功能;具有煤与瓦斯突出报警功能;高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井应选用全量程和高低浓度甲烷传感器,优选激光或红外甲烷传感器;采用载体催化元件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等甲烷检测设备,必须定期使用校准气样和空气气样调校,每15d至少调校1次;甲烷超限断电功能每15d至少测试1次;高瓦斯和煤(岩)与瓦斯突出矿井的采煤工作面,必须在上隅角设置甲烷传感器,报警浓度为1.0%CH4,断电浓度为1.5%CH4,复电浓度为1.0%CH4等。     

煤矿安全监控系统风电瓦斯闭锁实现方式的探讨

分析了《AQ6201—2006煤矿安全监控系统通用技术要求》中关于风电瓦斯闭锁的新要求,指出了目前煤矿安全监控系统在实现这些新要求时存在的问题,提出了可通过增加参与风电瓦斯闭锁的瓦斯传感器的配置信息和参与风电瓦斯闭锁的风机数量及相应修改井下控制设备的软件程序实现新要求的方案。     

煤矿井下特殊布置采掘工作面甲烷传感器设置方式的探讨

分析探讨了通风布置方式异于AQ1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》中所给出的通风布置方式的特殊煤矿井下采掘工作面及其它特殊地点在甲烷传感器设置上存在的问题,给出了改进的甲烷传感器设置方法。文章完善了煤矿安全监控系统及检测仪器的使用方法,对消除瓦斯监控盲区、保障煤矿安全生产具有重要的意义。     

AQ1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》修订意见

为进一步发挥煤矿安全监控系统在瓦斯等灾害防治中的作用,需对AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》进行修订,拟修订的主要内容包括:增加风向传感器和粉尘传感器;矿长等下井应携带具有无线传输功能的便携式无线甲烷检测报警仪或数字式无线甲烷检测报警矿灯;传感器防护等级应不低于IP65;煤与瓦斯突出矿井应采用全量程或高低浓甲烷传感器;煤矿安全监控系统应联网,向上级上传实时监控数据;系统可以采用电缆或光缆传输;系统主干线缆应当分设2条,从不同的井筒或者1个井筒保持一定间距的不同位置进入井下;安全监控系统不得与图像监视系统共用同一芯光纤;安全监控设备应定期调校、测试,每月至少1次;载体催化甲烷传感器、便携式无线甲烷检测报警仪和无线甲烷检测报警矿灯等调校周期由10d提高到15d,传感器在设置地点调校;甲烷电闭锁和风电闭锁功能每15d至少测试1次,可能造成局部通风机停电的每半年测试1次;系统主机应双机热备用,备用主机应在40s内自动投入工作;接到报警、断电、馈电异常信息后,调度值班人员指挥断电撤人等。     

基于关联性模型的煤矿安全监控系统报警方法

针对煤矿安全监控系统可靠性不高、监测数据未得到充分利用等问题,提出了可通过提高关键设备的无故障工作时间来提高系统可靠性、通过数据处理或冗余方法来提高数据可信性的观点;提出了基于关联性模型的煤矿安全监控系统报警方法,其主要思路是将原来独立判别的测点数据通过一种关联性模型与其它测点数据或工艺环境联系起来,当系统发现关联性模型不成立时报警,该报警方法是对现行报警方法的补充,可以发现传感器不按规定使用和传感器失效等情况,但在实际应用中应考虑模型的易用性和适用性;以煤矿工作面瓦斯监测为例,基于对工作面瓦斯涌出规律的分析,对瓦斯传感器数据分别建立了基于相关性、基于极差值、基于最小值的关联性模型,并通过实际的瓦斯监测数据对该三种模型进行了验证,结果表明该三种模型对不同煤矿和不同工作面均有较好的适用性。     

局扇监控自动断电的解决方案

文章结合《煤矿安全规程》和现场经验,分析了煤矿井下掘进工作面串掘进工作面、采煤工作面串掘进工作面、掘进工作面串采煤工作面3种串联通风方式下局扇监控自动断电存在的问题及采取的相应解决方案,并给出了详细图解。这些解决方案对实际工作具有一定的参考作用。     

矿用变频器引起安全监控系统误断电问题的探讨

针对某煤矿的变频器工作时产生的电磁干扰引起井下工作面安全监控系统误断电现象的问题,分析了变频器对安全监控系统信号传输的干扰现象及产生的具体原因,提出了相应的处理方法,解决了矿用变频器对安全监控系统的影响问题。