新景矿巷道智能抗灾应急控制系统研究_任宏伟.pdf

矿井火灾作为影响煤矿安全生产的重要因素之一，如何实现灾情的快速预警及有效抗灾措施的即时响应，一直是科研工作者和工程技术人员追求的目标。当前我国煤矿都要求安装井下安全监控系统，以保障煤矿安全生产，但各煤矿安装的监控系统的功能各不相同，加之煤矿井下需监测的参数众多，很难将井下参数进行系统整合优化，导致智能抗灾功能实现效果不佳。基于上述问题，本文以新景矿二号井为研究对象，整合监测监控技术、数据传送技术、系统控制技术和自动风门技术，结合新景矿二号井防灾抗灾的现实需求，研究了一套巷道智能抗灾应急控制系统。1概况1.1矿井概况新景矿二号井位于山西阳泉境内，矿区内现有2 个主立井，1 个副立井，2 个回风井。经鉴定该矿井为低瓦斯矿井，可采储量 667.99 Mt，3-1 煤层和 3-1上煤层为易自燃煤层，煤尘具有爆炸性。二号井设计年产量 800 万 t，主要运输巷道胶带输送机运量大，运距长达 5 800 m，井下联络巷道多，中央带式输送机大巷与辅运大巷的联络巷多达 21 条，通风条件复杂。因此为保障井下安全生产，进行二号井巷道智能抗灾应急控制系统研究。新景矿巷道智能抗灾应急控制系统研究任宏伟（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）摘要：井下巷道火灾的快速预警和有效抗灾措施的即时响应，是应对巷道灾变的有效办法。针对煤矿井下参数种类繁多、整合优化程度较低的现状，以新景矿二号井为工程背景，整合了监控监测、数据传输、系统控制和自动控制等技术，从智能抗灾风门系统的硬件研制、软件开发等功能实现等角度进行阐述，形成了适合景矿二号井的巷道智能抗灾应急控制系统，保障了巷道的安全生产。关键词：巷道火灾；智能抗灾；硬件研制；软件开发中图分类号：TD75文献标识码：B文章编号：2095-5979（2023）05-0082-04Research on intelligent disaster emergency controlsystem of Xinjing Mine roadwayRen Hongwei(Huayang New Material Technology Group Co.,Ltd.,Yangquan 045000,China)Abstract：Rapid earlywarningofunderground roadwayfire and immediate response ofeffective anti-disaster measures areeffective ways to deal with roadway disasters.In viewof the wide variety of parameters in coal mines and the lowdegree ofintegration and optimization,the No.2 well of Xinjing Mine is taken as the engineering background,and the technologies ofmonitoring,data transmission,system control and automatic control are integrated.The hardware development,softwaredevelopment and other functions of the intelligent anti-disaster air door system are expounded,and the intelligentanti-disaster emergency control system of roadway suitable for No.2 well of Jingjing Mine is formed,which ensures the safeproduction ofroadway.Key words：roadwayfire;intelligent disaster resistance;hardware development;software development责任编辑：张彤DOI：10.19286/ki.cci.2023.05.020作者简介：任宏伟（1983），男，山西阳泉人，工程师。引用格式：任宏伟.新景矿巷道智能抗灾应急控制系统研究J.煤炭与化工，2023，46（5）：82-85.机 电 与 自 动 化Coal and Chemical Industry煤 炭 与 化 工Coal and Chemical Industry第 46 卷 第 5 期2023 年 5 月Vol.46 No.5May 2023822023 年第 5 期1.2智能抗灾系统架构矿井智能抗灾系统的核心是实现抗灾救灾过程的信息化和自动化控制，灾变时能提供完全自动抗灾措施和辅助抗灾方案，供决策者和救援人员使用。新景矿二号井的智能抗灾主要包括地面计算机组和配套的数据采集控制管理软件、千兆/光兆以太网、光纤转换器、防火救灾反风风门、风门状态信号采集控制主机、图像监控设备以及环境质量监测传感器等，可实现井下各项气体数据智能采集、彩色低照高清摄像头持续监控、语音灯光连锁报警和最佳路线指示等功能，如图 1、图 2 所示。2灾变智能抗灾应急控制系统2.1智能抗灾风门工作原理及技术要求根据井下不同巷道通风实际情况安装不同类型的抗灾智能风门。未发生灾变时，人车通行且通风需隔离的巷道安设全自动智能风门，进回风巷道之间的风门使用手动反风风门，人车通行但通风不需隔离的巷道安设手动控制救灾风门。当井下发生灾变时，通过多个智能风门开启和关闭的组合，实现风流短路或者断路并隔离危险区域。智能风门的技术要求主要包括控制类型和风门选型。智能风门的控制类型包括调度中心远程控制、遥控器远距离控制和本地救灾按钮控制。调度中心远程控制是指通过授权调度中心操作人员，调度中心人员通过全自动/半自动/手动等方式执行系统预设的抢险救灾预案；遥控器远距离控制是指人员可在距离风门 50 m 处的上风流中携带手持式遥控器控制抗灾风门的动作；本地救灾按钮控制是指当前两项控制手段在特殊原因下失效时，救灾人员可通过井下风门处的“救灾”按钮进行风门的动作的控制，可根据实际情况选择在 10255 s 后风门进行动作。2.2智能抗灾风门的选型及安装对新景矿二号井生产、安全情况进行分析，具有以下特点：主要主运巷道长，带式输送机运量大，新景矿二号矿井中央带式输送机大巷全长 5800 m，承担着全矿井的煤炭运输任务，年输送煤炭量逾 1 000 万 t；联络巷道多，中央带式输送机大巷与辅运大巷联络巷道有 21 条。根据该矿井生产现状和实际生产情况，结合实际巷道尺寸、行人通车、巷道通风量、风门承受的风压以及风门在整个通风系统中的安设位置等因素进行综合考虑，在井下中央带式输送机大巷及相关巷道安装 12 套抗灾装置，具体型号及布置位置见表 1。图 1系统设备组成示意Fig.1 Systemequipment composition编号FJ1FJ2FJ3FJ4FJ5FJ6FJ7FJ8FJ9FJ10FJ11FJ12FC1尺寸/m2.03.02.03.02.03.02.03.03.04.23.04.23.04.23.04.23.04.22.01.22.01.22.01.21.01.0风门类型正反/单扇/4 道/常闭正反/单扇/4 道/常闭正反/单扇/4 道/常闭正反/单扇/4 道/常闭单向/双扇/单道/常开单向/双扇/双道/常开单向/双扇/双道/常闭单向/双扇/双道/常开单向/双扇/双道/常开单向/单扇/双道/常开单向/单扇/双道/常开单向/单扇/双道/常开单向/双道安装位置中央一号主回联巷4 号联巷（主回之间）二部机头二号检修硐室对面联络巷（主回之间）21 号联巷（主回之间）煤仓上口检修巷（主辅之间）4 号联巷(主辅之间)二部机头二号检修硐室二部机头三号检修硐室17 号联巷（主辅之间）中央带式输送机大巷末端31104 工作面胶带巷机头硐室31115 工作面胶带巷机头硐室7 号联巷（主辅之间）备注正反双向正反双向正反双向正反双向行人行人行人智能风窗表 1 抗灾风门的安装位置及规格型号Table 1 Installation location and specifications ofanti-disaster wind door图 2系统可实现功能示意Fig.2 Function ofthe systemcan be realized矿井胶带火灾预警及应急控制系统胶带火灾预警及应急救援模块风门控制及运行参数检测模块音视频监控信号采集模块环境传感器信号采集模块主服务器矿局域网工业网络井下风门设备 1设备 2设备 n用户 3用户 2网 络用户 1第三方采集系统第三方软件任宏伟：新景矿巷道智能抗灾应急控制系统研究83煤炭与化工2023 年第 5 期第 46 卷根据二号井中央带式输送机大巷长度以及两部胶带的分布，将救灾系统划分为 5 个分区，分别为抗灾 A 区、抗灾 B 区、抗灾 C 区、抗灾 D 区和抗灾 E 区，如图 3 所示。抗灾 A 区范围为 1 号主回联巷至胶带机头部分，抗灾 B 区范围为 4 号主回联巷至中央 1 号主回联巷，抗灾 C 区范围为 2 号检修处主回联巷至 4 号主回联巷，抗灾 D 区范围为 21 号主回联巷至 2 号检修处主回联巷，抗灾 E区范围为中央带式输送机末端大巷位置至 21 号主回联巷。（a）抗灾 A区和抗灾 B区划分示意（b）抗灾 C区划分示意（d）抗灾 D区划分示意（e）抗灾 E 区划分示意图 3新景矿二号井系统区域救灾及抗灾风门布置Fig.3 The layout ofdisaster reliefand anti-disaster air doors in No.2 well systemarea ofXinjingMine2.3多元信息实时监测智能风门附近关键点的位置安设粉尘浓度、温度、风速、烟雾、CO 等传感器，用于在线监测巷道的环境变量；每套风门安装 2 套高清低照防爆摄像头，实现音/视频的 24 h 实时持续监控；设置智能风门故障可视化系统，自动显示故障类型和故障含义，帮助技术人员快速进行风门维修和故障排除。2.4智能风门的救灾特性每台风门配套 1 套喷雾系统，具有灾变时除尘降温，阻止火灾蔓延的作用。该喷雾系统可以提前设置温度、烟雾等各种报警条件，达到条件后自动开启喷雾，也可以通过操作人员在地面通过软件系统的界面主动进行喷雾动作。喷雾系统连接的水电联动箱具有缺水欠压自动报警和补水功能，具体如图 4 所示。2.5抗灾系统软件智能风门抗灾系统软件采用 Microsoft VisualStudio 和 Java 编制设计，网络客户端部分采用JavaScript 编制设计，数据存储采用 Microsoft SQLSERVER 编制设计。依靠软件控制实现整个井下智能风门抗灾控制，软件界面如图 5 所示。当井下发生灾变时，该软件控制系统可提供完全自动救灾、自动救灾辅助方案和手动救灾 3 种方式供决策者选择。完全自动救灾是按照提前编制的图 4智能风门喷雾系统连接示意Fig.4 Intelligent air door spraysystemconnection防尘水总管路防尘水接入电磁阀水压信号输出水管喷雾头水电联动箱842023 年第 5 期100 万元。（2）减少了停产时间。以前更换完全部胶带需要停产 3 次，采用新工艺后变为 2 次，增加了 5d 的产煤时间，多出煤炭资源 3.5 万 t，增加利润约70 万元。3.3社会效益强力皮带输送机是矿主提升设备，更换胶带工作繁琐，头绪多，不确定安全因素多。通过对原先的工艺进行改善升级，在缩短更换时间而提高经济效益的同时，降低了职工劳动强度，提高了安全性，取得了显著的社会效益。4结论（1）郭二庄矿二水平第二部强力皮带运输负荷大、运转时间长，接口出现钢丝绳抽动，跑偏、磨损等，极易造成皮带纵向撕裂，存在一定的安全隐患。（2）传统的新带辅设旧带回收分步更换方式时间长、用工多、工艺复杂，不安全因素多。（3）通过采用井下硫化连接的方式，对牵引夹板、固定夹板、旋转手轮式夹板等进行改进，减少了更换时间，降低了对煤矿生产的影响，取得了显著的经济和社会效益。参考文献：1 黄元麒.基于 X光图像的钢丝绳芯输送带接头抽动检测算法研究D.徐州：中国矿业大学，2019.2 吉增超，陆振洋.钢丝绳芯输送带检测技术及其发展状况J.机电技术，2011，34（4）：168-170.3 马宏伟，毛清华，张旭辉.矿用强力带式输送机智能监控技术研究进展 J.振动测试与诊断，2016，36（2）：213-219，396.4 李效露.基于小波奇异性和神经网络的钢绳芯输送带故障诊断方法的研究D.太原：太原理工大学，2013.5 朱荣涛.皮带运输机皮带撕裂原因探析及防治 J.江西煤炭科技，2014（3）：98-99.6 李彦隆.井下皮带运输机皮带撕裂原因分析及对策 J.机械管理开发，2015，30（5）：98-99，104.7 黄民，魏任之.矿用钢绳芯带式输送机实时工况监测与故障诊断技术J.煤炭学报，2005，30（2）：245-250.8 闫利拉.煤矿胶带输送机胶带撕裂原因探析及防治 J.能源与节能，2018（7）：104-105.救灾预案应对各种情况，一般情况下不使用；自动救灾辅助方案是系统提供若干救灾方案，决策者可根据井下实际情况进行判断和选择；手动救灾是指救灾人员资助规划救灾路线和风流切换路线，自主设计方案，然后通过系统控制进行方案的实施。当井下发生灾变时，该软件控制系统可提供完全自动救灾、自动救灾辅助方案和手动救灾 3 种方式供决策者选择。完全自动救灾是按照提前编制的救灾预案应对各种情况，一般情况下不使用；自动救灾辅助方案是系统提供若干救灾方案，决策者可根据井下实际情况进行判断和选择；手动救灾是指救灾人员资助规划救灾路线和风流切换路线，自主设计方案，然后通过系统控制进行方案的实施。3结语根据新景矿二号井的实际情况，研究了巷道智能抗灾应急控制系统，从灾变应急控制硬件和软件系统两方面描述了整个系统构架，旨在实现灾变区域控风设施的自动化、信息化、网络化。研究的巷道智能抗灾应急控制系统在新景矿二号井应用后，对运行情况进行了观察。实践表明，设计的巷道智能抗灾应急控制系统科学合理，工作过程稳定、可靠，可以实现井下风门现场环境参数的自动监测及抗灾救灾风智能门的远程控制；巷道火灾时，用户界面可以显示当前风流方向、逃生路线、各风门的开闭情况和是否发生灾变信息等，同时提供手动救灾、完全自动救灾和辅助救灾方案等选择，达到安全、快速、精准、有效的抗灾救灾效果，保障了巷道的安全生产。参考文献：1 程晓波.矿井智能抗灾系统的实际与应用 J.山东煤炭科技，2019（3）：204-206.2 梁庆荣.智能矿山人车同行自动闭锁风门优化设计 J.陕西煤炭，2022，41（6）：96-99.3 司海波.智能采煤工作面自动风门系统的设计 J.机械管理开发，2021，36（11）：246-247，254.图 5救灾系统软件界面Fig.5 Disaster reliefsystemsoftware interface（上接第 81 页）任宏伟：新景矿巷道智能抗灾应急控制系统研究85