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摘 要：针对高瓦斯矿井带来的危害进行分析，笔者认为矿井当中如果瓦斯浓度过高，不但对矿井中的工作人员生命安全带来威胁，同时还对矿井中使用的机械设备带来一定的危害。当矿井当中的瓦斯浓度达到0.5%及以上的时候，就需要进行预警和处置。对此，以贵州高瓦斯矿井为例，分析了在高瓦斯矿井中使用的自动化系统的可行性，希望通过对这些内容的探索与研究，能够为高瓦斯矿井的安全管理、增加效益提供一定帮助。
关键词：高瓦斯矿井；自动化探索；数据采集
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0201-02
1 贵州高瓦斯矿瓦斯突出机理
矿井回踩和掘进工作面前方的煤层中，形成极限应力状态，在这一区域内部，煤层的完整性遭到破坏，但是其和围岩之间在力学上还保持着一定的联系。煤层的稳定性主要是从内向外逐渐下降的，透气性逐渐增加，游离瓦斯的含量逐渐上升。从而形成沿着巷轴的方向瓦斯压力梯度，这时的煤壁强度始终处于一种即将崩溃的状态下，如果工作面瞬间向前推进，或者煤层围岩的强度出现变化，煤层压力突然降低或者增加，促使其处于极限应力状态下，突然会发出巨响和冲击力，并且突出释放高瓦斯，出现膨胀的瓦斯流。当煤和瓦斯突出之前，会产生一定的如煤体以及支架的压力。因此，高瓦斯矿井需加大对瓦斯的预防，需对现场进行严密监控，随时做好防范措施，因此井下瓦斯在0.5%及以上时要实现预警功能。
2 高瓦斯矿井的危害
首先，矿井中瓦斯浓度过高，会导致空气中氧气含量降低，从而导致工作人员窒息。当浓度达到5～16%的时候，遇明火会燃烧和爆炸，这就会引发人员伤亡，同时也导致通风系统、机电设备损坏。瓦斯气体中含有大量腐蚀性物质，自动化设备长期处于高瓦斯环境下，会加速设备的损坏，从而缩短设备使用寿命。高瓦斯气体爆炸之后，会产生大量的有毒有害气体，从而对人员以及自动化设备等带来极大的危害。
3 瓦斯预警系统
KTC101集控系统主要使用的是总线和外部总线的双总线模型。KTC101的CPU模块，（上位机）使用内部总线以及不同中位机（CS1、CS2）之间进行连接，同时CS1和CS2两者使用外部总线以及智能传输输入和输下位机之间相互连接。此后使用上位机和中位机通信，促使信息采集工作以及相应控制指令进行下发。其中中位机CS1、CS2充当中转站功能，可以促使上位机所发出的指令向下位机中传输，然后对下位机中的信息进行应答，下位机和外部总线之间进行连接，最终实现高瓦斯预警目标。
4 贵州高瓦斯矿井电力监控系统、自动排水系统、皮带机集控系统实践与探索
4.1 电力监控系统组成
以贵州青龙煤矿电力监控系统为例，系统主要由高低压综合保护装置、电力通讯分站、地面监控系统等部分构成。井下各变电所高低压综保装置通过RS485总线接入电力通讯分站，并通过该通讯分站接入井下工业环网。在35kV变电所部署2台监控终端，并采取主备模式安装1套电力监控软件，通过矿井工业以太环网实时监控各变电所电力系统数据。在各监控点安装高清网络摄像机，同时在35kV变电所部署1台工控机，通过矿井工业电视系统平台，在35kV控制指挥中心实现对现场情况的实时视频监控。
在井下中央变电所、五中临时变电所内增加相应的监控分站，将各变电所内高防开关、变压器、馈电开关通讯、控制形成井下变电所电力监控系统，并接入地面机电系统监控中，与现有的地面35kV变电所监控系统形成矿井电力监控系统，实现在机电集中监控中心内对井下变电所内电气设备的远程控制和实时数据监测，并可在井下出现掉电等情况时，能在地面控制室用以最短的时间恢复供电。
统一井下中央变电所、二采变电所、五中配电点、一采二中配电点综保装置型号，增加电通讯单元，通过以太网就近接入中央变电所和二采变电所环网交换机，电力监控分站对采集到的信息进行处理后通过工业以太网集中上传到系统主机，通过后台系统主机对各个变电所的高压开关柜实现远程遥测、遥控、遥信、遥调等功能。系统具备电量管理、报表、停送电权限管理。
4.2 自动化排水系统
系统在每个泵房设置一台矿用隔爆兼本质安全型可编程控制箱，作为泵房的主控制器。系统前端通过传感器进行数据采集，传感器包括流量计、水位传感器、真空压力表、压力传感器、流量开关、温度传感器；本地采用就地控制箱用于单台设备的启动、停止，在紧急故障和检修时使用。分为集中-就地转换按钮，操作原则“集中服从就地”。声光信號箱用于事故报警及设备起、停警示。
为了有效防止因为备用泵和电气设备或者备用管路的长期应用，从而导致电机以及电气设备潮湿，从而导致其他故障没有被及时发现，如果要投入备用泵，难以及时投入，从而对矿井带来影响。对于系统集控、远控方式设置水泵和电动闸阀的轮换自动控制功能，进而实现泵阀的联锁启动。在不同水泵房内设置相应的监控站，使用光纤和地面监控中心之间进行联网，然后使用一台上位机，促使水平泵房的集中监控得以实现。
集控方式主要是指自动集中控制，以超声液位为依据，对超声液位仪进行连续监测，了解水仓以及吸水井水位的具体情况，自动开停水泵以及阀门，对泵台数进行自动确定，这就能够促使水泵自动轮转换得以实现。其中上位机显示的分界面中，能够对平泵房中水泵和附件的具体工作情况进行显示。
4.3 皮带机集控系统
青龙煤矿将二采下山辅助皮带、101皮带、主井皮带、二采下山皮带保护系统改造为集中控制系统，实现皮带集中控制，将集中控制系统上位机放置于机电控制中心，机电集中控制中心值班人员可以根据井下生产情况，通过上位机启、停相应生产系统；再将地面动筛车间集控室改与矿井井下皮带运输系统接合，形成矿井皮带机运输系统。在集控室设置一上位机平台，实现图形监控、动态图形显示、历史数据采集管理、状态趋势图、自诊断、报警等诸多功能，并提供多种数据接口实现数据的共享与传播。实现自动控制功能，可与主煤流设备实现逆煤流起动，顺煤流停车联锁功能。
5 结束语
以贵州能化青龙煤矿为例，该矿通过系统自动化升级改造，目前实现了瓦斯超标预警、供电系统自动化、排水系统自动化、皮带机集控系统自动化等，井下变电所、排水泵房均实现了无人值守、地面监控功能，为矿井安全、高效发展打下了坚实的基础。通过对这些自动化项目的探索与实践，为在高瓦斯矿井实现自动化、智能化提供了可行性的理论与实践资料，为云贵川等高瓦斯矿井的安全、高效发展指引了方向。
参考文献
[1]王翰锋.高瓦斯矿井零超限瓦斯防治体系的研究与实践[J].煤炭科学技术，2016，44（05）：145～150.
[2]寇彦飞，杨洁明，寇子明.基于安全节能的矿井自动化排水控制系统设计[J].煤炭工程，2016，48（01）：31～34.
[3]崔志芳，袁大小.采煤机牵引速度与瓦斯浓度的联动控制[J].现代矿业，2014，30（01）：132+152.
[4]车永军，王成真，杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用[J].煤矿开采，2013，18（05）：28～31+37.
[5]周如禄.矿井水净化处理自动化监控系统开发与应用[J].煤炭学报，2012，37（S1）：202～206.
收稿日期：2018-6-8
关键词：高瓦斯矿井；自动化探索；数据采集
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0201-02
1 贵州高瓦斯矿瓦斯突出机理
矿井回踩和掘进工作面前方的煤层中，形成极限应力状态，在这一区域内部，煤层的完整性遭到破坏，但是其和围岩之间在力学上还保持着一定的联系。煤层的稳定性主要是从内向外逐渐下降的，透气性逐渐增加，游离瓦斯的含量逐渐上升。从而形成沿着巷轴的方向瓦斯压力梯度，这时的煤壁强度始终处于一种即将崩溃的状态下，如果工作面瞬间向前推进，或者煤层围岩的强度出现变化，煤层压力突然降低或者增加，促使其处于极限应力状态下，突然会发出巨响和冲击力，并且突出释放高瓦斯，出现膨胀的瓦斯流。当煤和瓦斯突出之前，会产生一定的如煤体以及支架的压力。因此，高瓦斯矿井需加大对瓦斯的预防，需对现场进行严密监控，随时做好防范措施，因此井下瓦斯在0.5%及以上时要实现预警功能。
2 高瓦斯矿井的危害
首先，矿井中瓦斯浓度过高，会导致空气中氧气含量降低，从而导致工作人员窒息。当浓度达到5～16%的时候，遇明火会燃烧和爆炸，这就会引发人员伤亡，同时也导致通风系统、机电设备损坏。瓦斯气体中含有大量腐蚀性物质，自动化设备长期处于高瓦斯环境下，会加速设备的损坏，从而缩短设备使用寿命。高瓦斯气体爆炸之后，会产生大量的有毒有害气体，从而对人员以及自动化设备等带来极大的危害。
3 瓦斯预警系统
KTC101集控系统主要使用的是总线和外部总线的双总线模型。KTC101的CPU模块，（上位机）使用内部总线以及不同中位机（CS1、CS2）之间进行连接，同时CS1和CS2两者使用外部总线以及智能传输输入和输下位机之间相互连接。此后使用上位机和中位机通信，促使信息采集工作以及相应控制指令进行下发。其中中位机CS1、CS2充当中转站功能，可以促使上位机所发出的指令向下位机中传输，然后对下位机中的信息进行应答，下位机和外部总线之间进行连接，最终实现高瓦斯预警目标。
4 贵州高瓦斯矿井电力监控系统、自动排水系统、皮带机集控系统实践与探索
4.1 电力监控系统组成
以贵州青龙煤矿电力监控系统为例，系统主要由高低压综合保护装置、电力通讯分站、地面监控系统等部分构成。井下各变电所高低压综保装置通过RS485总线接入电力通讯分站，并通过该通讯分站接入井下工业环网。在35kV变电所部署2台监控终端，并采取主备模式安装1套电力监控软件，通过矿井工业以太环网实时监控各变电所电力系统数据。在各监控点安装高清网络摄像机，同时在35kV变电所部署1台工控机，通过矿井工业电视系统平台，在35kV控制指挥中心实现对现场情况的实时视频监控。
在井下中央变电所、五中临时变电所内增加相应的监控分站，将各变电所内高防开关、变压器、馈电开关通讯、控制形成井下变电所电力监控系统，并接入地面机电系统监控中，与现有的地面35kV变电所监控系统形成矿井电力监控系统，实现在机电集中监控中心内对井下变电所内电气设备的远程控制和实时数据监测，并可在井下出现掉电等情况时，能在地面控制室用以最短的时间恢复供电。
统一井下中央变电所、二采变电所、五中配电点、一采二中配电点综保装置型号，增加电通讯单元，通过以太网就近接入中央变电所和二采变电所环网交换机，电力监控分站对采集到的信息进行处理后通过工业以太网集中上传到系统主机，通过后台系统主机对各个变电所的高压开关柜实现远程遥测、遥控、遥信、遥调等功能。系统具备电量管理、报表、停送电权限管理。
4.2 自动化排水系统
系统在每个泵房设置一台矿用隔爆兼本质安全型可编程控制箱，作为泵房的主控制器。系统前端通过传感器进行数据采集，传感器包括流量计、水位传感器、真空压力表、压力传感器、流量开关、温度传感器；本地采用就地控制箱用于单台设备的启动、停止，在紧急故障和检修时使用。分为集中-就地转换按钮，操作原则“集中服从就地”。声光信號箱用于事故报警及设备起、停警示。
为了有效防止因为备用泵和电气设备或者备用管路的长期应用，从而导致电机以及电气设备潮湿，从而导致其他故障没有被及时发现，如果要投入备用泵，难以及时投入，从而对矿井带来影响。对于系统集控、远控方式设置水泵和电动闸阀的轮换自动控制功能，进而实现泵阀的联锁启动。在不同水泵房内设置相应的监控站，使用光纤和地面监控中心之间进行联网，然后使用一台上位机，促使水平泵房的集中监控得以实现。
集控方式主要是指自动集中控制，以超声液位为依据，对超声液位仪进行连续监测，了解水仓以及吸水井水位的具体情况，自动开停水泵以及阀门，对泵台数进行自动确定，这就能够促使水泵自动轮转换得以实现。其中上位机显示的分界面中，能够对平泵房中水泵和附件的具体工作情况进行显示。
4.3 皮带机集控系统
青龙煤矿将二采下山辅助皮带、101皮带、主井皮带、二采下山皮带保护系统改造为集中控制系统，实现皮带集中控制，将集中控制系统上位机放置于机电控制中心，机电集中控制中心值班人员可以根据井下生产情况，通过上位机启、停相应生产系统；再将地面动筛车间集控室改与矿井井下皮带运输系统接合，形成矿井皮带机运输系统。在集控室设置一上位机平台，实现图形监控、动态图形显示、历史数据采集管理、状态趋势图、自诊断、报警等诸多功能，并提供多种数据接口实现数据的共享与传播。实现自动控制功能，可与主煤流设备实现逆煤流起动，顺煤流停车联锁功能。
5 结束语
以贵州能化青龙煤矿为例，该矿通过系统自动化升级改造，目前实现了瓦斯超标预警、供电系统自动化、排水系统自动化、皮带机集控系统自动化等，井下变电所、排水泵房均实现了无人值守、地面监控功能，为矿井安全、高效发展打下了坚实的基础。通过对这些自动化项目的探索与实践，为在高瓦斯矿井实现自动化、智能化提供了可行性的理论与实践资料，为云贵川等高瓦斯矿井的安全、高效发展指引了方向。
参考文献
[1]王翰锋.高瓦斯矿井零超限瓦斯防治体系的研究与实践[J].煤炭科学技术，2016，44（05）：145～150.
[2]寇彦飞，杨洁明，寇子明.基于安全节能的矿井自动化排水控制系统设计[J].煤炭工程，2016，48（01）：31～34.
[3]崔志芳，袁大小.采煤机牵引速度与瓦斯浓度的联动控制[J].现代矿业，2014，30（01）：132+152.
[4]车永军，王成真，杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用[J].煤矿开采，2013，18（05）：28～31+37.
[5]周如禄.矿井水净化处理自动化监控系统开发与应用[J].煤炭学报，2012，37（S1）：202～206.
收稿日期：2018-6-8