井下采区无人值守变电所综合自动化系统设计.pdf

技术应用Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ ＹＡ Ｎ ＤＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７ ， Ｎ ｏ ． ６ ， ２ ０ ２ ０ 井下采区无人值守变电所综合自动化系统设计 杨顺利 （ 郑煤集团郑新公司，河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要介绍基于以太网系统构建的煤矿井下采区变电所无人值守监控系统， 该系统具有远程监控和通信功能、 远程调 控和保护功能、 统计查询和反馈功能、 门禁管理等功能。应用实践表明， 该系统真正实现井下采区变电所的无人值守， 有 着显著的社会与经济效益。 关键词煤矿；采区变电所；无人值守；自动监控 ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６－ ８ ５ ５ ４ ． ２ ０ ２ ０ ． ０ ６ ． ０ ６ ２ 引言 目前， 煤矿供电设备和电力监控系统日趋完善， 不仅实现 了井下变电所的无人值守， 也实现了视频监控功能。煤矿井下 变电所主要包括水平主变电所和采区变电所， 水平主变电主要 承担井下采掘、 通风、 供电、 排水系统的配电工作， 而采区变电 所主要服务于该采区的各生产环节所需用电［ １－ ３ ］。采区变电 所相比于水平主变电所而言， 由于受采区位置的限制， 更容易 遭受煤尘、 瓦斯和水火等有害介质的影响， 故此事故率较高且 采区变电所故障排查难度大， 停送电周期长， 对采区的安全供 电有一定程度的影响。目前， 我国绝大多数矿井的采区变电所 采用传统人工值守方式进行管理， 但受到变电所供电系统复杂 性的影响， 一旦采区变电所出现故障， 值守人员处理不及时， 必 然会对生产造成影响， 甚至引发重大安全事故。随着煤矿设备 集约化、 大功率化和智能化的发展， 对采区变电所的供电质量 提出了更高的要求。因此， 常村煤矿与移动通信公司联合研发 了采区变电所自动监控无人值守系统， 将监控、 保护和无人值 守进行融合， 真正实现了采区变电所的无人值守和高效管理。 变电所自动监控无人值守系统结构 常村煤矿为实现井下采区变电所无人值守， 首先要对采区 变电所进行实施监控， 且能够及时自动处理故障、 定位故障和 报警， 因此， 采区变电所自动监控无人值守需要满足对变电所 的监测监控、 保护等功能。研究设计的采区变电所自动监控无 人值守系统主要可分为 ３个部分， 即地面监控系统、 井下传输 系统和综保监测反馈远动装置。地面监控系统主要包括可视 液晶屏， 可实时显示变电所内所监控设备的运行状态， 井下传 输系统主要包括 Ｒ Ｓ ４ ８ ５通信线路、 变电所设备监控通信分站、 Ｃ Ａ Ｎ光缆通信总线等， 监测控制单元主要是指所需监测的各 类机电设备， 主要监测设备的电压、 电流、 功率因数等参数。另 外， 为了避免闲杂人员进入变电所和检修人员及时进入变电所 处理故障， 该系统增加了门禁管系统， 实现了变电所人员进出 的有效管理。其工作原理为 监测控制单元将监测数据通过 Ｒ Ｓ ４ ８ ５通信线路传输至变电所分站， 各分站数据经 Ｃ Ａ Ｎ光缆 通信总线传输至地面监控系统， 监控人员根据监控情况发出指 令， 实现了远程监控、 远程通信和远程调控， 真正实现了采区变 电所自动监控无人值守。 系统功能和特点 ２ ． １ 远程监控和通信功能 平地监控系统所用监控主机采用内存 ６ ４Ｍ Ｂ的型号为 Ｐ Ⅲ５ ０ ０ 的中央处理器， 处理功能强大， 且监控系统可实现监控 主机退出工作时也可不影响井下监控的功能， 可以实现远程监 控， 实时掌握监控设备的电压、 电流、 功率因数等相关参数和存 在的故障类型， 且设备运行状态以数据或者图标的形式在地面 监控系统平台上显示。 ２ ． ２ 远程调控和保护功能 监控人员通过地面监控系统可以实时掌握变电所设备运 行状态， 当监测到某台监测设备出现故障时， 监控人员可远程 实施调控， 如可远程对高低压电缆开关进行断电和送电操作， 对综保设备进行复位操作等。 ２ ． ３ 统计查询和反馈功能 该自动监控无人值守系统可对数据进行监测的同时实现 数据存储， 监控人员可实时调出近期设备运行数据参数。另 外， 该系统具有故障报警和反馈功能， 若监控人员未及时观看 监控屏时， 所监控设备出现故障后会发出警报， 警报信息则通 过数据传输系统传至地面监控系统， 避免了平地值守人员因疏 忽等原因未及时查看监控系统而引起的安全事故。 ２ ． ４ 门禁管理功能 对无人值守的变电所而言， 若关门加锁容易则造成检修人 员处理故障滞后， 因此自动监控无人值守系统将门禁管理纳入 其中， 首先对矿井能够进入变电所的专职检修人员进行人像采 集， 当专职人员需要进入变电所时， 检修人员只需将面部对准 变电所门口安设的摄像头进行人像识别， 通过人像识别后， 变 电所门将自动开启， 检修人员可直接进入。该过程始终在地面 监控系统中显示且变电所门开关可由监控人员地面遥控， 如因 摄像头故障等因素导致无法进入人像识别， 检修人员可通过语 音通话进行确认， 监控人员远程遥控开启。 ２ ． ５ 软件功能 无人值守系统涉及的软件主要有监控主机所用 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 系统以及采用 Ｓ Ｃ Ａ Ｄ Ａ数据编写的各类实用软件。实用软件可 实现监控操作、 数据报表绘制、 参数设置、 报警信息回馈、 参数 记录、 系统维护、 数据打印、 个别领导和部门分控等功能。 效益分析 常村煤矿秉持“ 机械化换人， 自动化减人” 的发展理念， 对 井下采区变电所无人值守监控系统进行技术改造， 系统投入运 行取得良好的生产效果， 体现出显著的社会与经济效益， 主要 （ 下转第 １ ３ ４页） ２３１ 技术应用Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ ＹＡ Ｎ ＤＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７ ， Ｎ ｏ ． ６ ， ２ ０ ２ ０ 图 １ 巷道锚杆 － 锚索布置图 ３ ． ３ 喷浆加固 喷浆时使用强度为 Ｃ ２ ０的混泥土浆液， 喷浆厚度设计为 ２ ０ ０ｍ ｍ ， 底板采用混泥土浇注结构， 喷浆要进行分次施工， 每 次喷浆的厚度不低于 ５ ０ｍ ｍ ， 不高于 ８ ０ｍ ｍ ， 按照设计要求严 格执行， 不得一次喷完， 每次喷浆时间间隔不超过 ２ｈ 。若超 时， 必须使用高压水对受喷面进行重新冲洗。 巷道围岩压力监测 按照支护加固优化设计对猴车巷道进行加固后， 在猴车巷 里面布设了 ２个围岩压力观测站， 两站间隔 ８ ５ｍ ， 采用十字布 点的方式进行布点观测， 同时对该巷道的顶底板和两帮的围岩 情况进行测量。观测周期为 １个月， ２ｄ进行一次观测。在对 该猴车巷道的观测达到 １个月后， 观测数据已采集完毕。根据 １ 个月的监测数据， 在巷道进行加固支护后的前 １ ６ｄ ， １号观测 点所在的巷道围岩变形速度较快， 在第 １ ８天， 巷道围岩的变形 量已基本趋于稳定， 巷道的顶底板变形量最终控制在 ７ ５ｍ ｍ ， 巷道两帮的变形量最终控制在 ９ ５ｍ ｍ ； 在巷道进行加固支护后 的前 １ ４ｄ 内， ２号观测点所在的巷道围岩变形速度较快， 第 １ ５ 天的时候， 巷道围岩的变形量已基本趋于稳定， 巷道的顶底板 变形量最终控制在 ６ ５ｍ ｍ ， 巷道两帮的变形量最终控制在 ８ ５ｍ ｍ ； ２个观测点之间的巷道两帮的变形量要明显高于顶底 板的变形量， 与使用未优化之前的支护设计相比， 优化后的支 护方案取得了良好的效果。 结论 １ ） 临近工作面采动影响、 锚杆、 锚索预紧力不足、 围岩条件 差及施工质量不合格是造成巷道围岩变形的主要原因， 基于 此， 提出锚网索喷 ＋ 壁后注浆的联合支护对破坏巷道进行加固 修复。 ２ ） 通过矿压观测结果可知 修复后巷道顶底板变形 １号观 测点顶底板变形量为 ７ ５ｍ ｍ ， 两帮量变形量为９ ５ｍ ｍ ， ２号观测 点顶底板变形量为 ６ ５ｍ ｍ ， 两帮变形量为 ８ ５ｍ ｍ ， 变形较小， 巷 道围岩得到较好的控制。 ３ ） 经实践， 本次的支护设计优化对围岩破碎严重， 巷道变 形量大的巷道控制效果显著， 不仅为矿井带来了安全和经济效 益， 还为同类巷道的支护工作积累了宝贵经验。 参考文献 ［ １ ］ 彭春阳． 高应力厚硬顶板巷道支护优化与应用［ Ｊ ］ ． 能源 与环保， ２ ０ １ ８ （ ９ ） １ ８ ６－ １ ８ ９ ． ［ ２ ］ 康蝉龙． 剧锦茂． 采空区下近距离煤层巷道支护技术 ［ Ｊ ］ ． 机械管理开发， ２ ０ １ ８ （ ９ ） １ ３－ １ ４＋ ８ ５ ． 作者简介 郑雄（ １ ９ ９ ０－ ） ， 男， 云南镇雄人， 助理工程师， 研究方向 技 术管理。 （ 上接第 １ ３ ２页） 具有以下几方面优点。 １ ） 系统投入运行后变电所无需专人值守， 监控人员可以根 据变电所设备状况进行调控和管理， 维修人员只需根据监控人 员调令进入变电所， 提升了工作效率。 ２ ） 大幅度降低了因工人操作失误造成故障的概率。另外， 通过应用自动监控无人值守系统， 可实时显示监测设备故障类 型和故障位置， 减少了检修人员排查故障的难度和时间。 ３ ） 通过系统的软件功能、 信息反馈功能等可对一段时期内 的设备运行参数进行统计分析， 同时可对事故率进行统计分 析， 有助于合理制定检修制度和确定检修工作。 ４ ） 系统投入运行后， 大幅提升变电所的自动化与智能化水 平， 检修维护成本降低， 节约大量的人力与物力。另外， 通过该 系统的应用， 掌握设备运行故障规律， 重新制定了检修工作计 划， 变电所每年可节省材料费用 ４万元； 提高了煤矿开采量， 采 面每年增加产量 ２万 ｔ ， 按照当前煤价 ４ ５ ０元／ ｔ 计算， 可提前增 加收入 ９ ０ ０万元。 结语 井下采区变电所自动监控无人值守系统实现了井下采区 变电所集保护、 监控一体化。系统投入运行后， 大幅提升井下 变电所智能化水平和安全可靠性， 减少了变电所事故率和故障 影响时间， 也减少了大量的人力、 财力和物力的投入， 体现出显 著的社会与经济效益， 保障了矿井的安全生产。 参考文献 ［ １ ］ 侯刚． 红柳林煤矿智能化无人值守系统的设计及应用 ［ Ｊ ］ ． 煤炭工程， ２ ０ １ ８ ， ５ ０（ ５ ） ２ １－ ２ ４ ． ［ ２ ］ 陈佩宗． 浅谈煤矿井下变电所无人值守监控系统［ Ｊ ］ ． 中 国科技纵横， ２ ０ １ ３ （ ５ ） ３ ２ ． ［ ３ ］ 范明栋， 张彬． 浅谈煤矿井下变电所无人值守的安全管理 ［ Ｊ ］ ． 能源技术与管理， ２ ０ １ ７ ， ４ ２（ １ ） １ ７ ９－ １ ８ ０ ． 作者简介 杨顺利（ １ ９ ８ ８－ ） ， 男， 河南新密人， 助理工程师， 从事机电 技术管理工作。 ４３１