張杰文

摘要：為解決當前梅花井煤礦長距離單巷掘進過程中無法全部對巷道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型設(shè)備進行斷電的問題，通過分析當前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)無法實現(xiàn)遠距離供電問題的原因，結(jié)合當前梅花井煤礦現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)供電及巷道實際布局方式，提出將電壓等級提升至24V并通過降低線纜電阻的方式，并通過111801工作面現(xiàn)場實踐研究，結(jié)果表明這種方案具有實際操作價值，認為方案可行，簡便高效;并探討安全監(jiān)控系統(tǒng)遠距離供電對礦井安全生產(chǎn)的實踐意義。

Abstract： In order to solve the problem that all non-intrinsically safe equipment in the roadway cannot be powered off during the long-distance single-drilling process in Meihuajing Coal Mine， the cause that the current coal mine safety monitoring system cannot realize the long-distance power supply problem is analyzed. Combining with the Meihuajing Coal Mine's existing safety monitoring system power supply and actual layout of the roadway， the way of increasing the voltage level to 24V and reducing the cable resistance is proposed. And through the field practice research of 111801 working face， the results show that this scheme has practical operating value， the scheme is considered feasible， simple and efficient. And the practical significance of long-distance power supply of safety monitoring system for mine safety production is discussed.

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)控系統(tǒng);遠距離供電;解決方案;實踐意義

0? 引言

梅花井煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)與國內(nèi)大部分礦井一致，主要采用18V直流供電方式對傳感器進行供電;當掘進工作面超過2000m時，由于巷道內(nèi)傳感器較多，線纜壓降導(dǎo)致迎頭傳感器無法全部拖動，需在巷道中部單獨加裝供電電源進行升壓供電;遇到甲烷超限時，系統(tǒng)會將整個巷道內(nèi)電源斷掉，迎頭傳感器只能依靠巷道中部后備電源供電，由于距離過長，且電池供電能力有限，存在安全運行風險[1]。

1? 現(xiàn)狀分析

梅花井煤礦作為寧東能源化工基地的主力礦井，根據(jù)國家相關(guān)要求在井下建設(shè)了安全監(jiān)控系統(tǒng);根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2019）要求，目前安全監(jiān)控系統(tǒng)在各掘進工作面迎頭及后巷100m范圍內(nèi)共安裝甲烷、粉塵、風筒開停、一氧化碳、煙霧、溫度共六臺傳感器;根據(jù)國家及企業(yè)標準要求，在采煤工作面回風巷上隅角區(qū)域安裝甲烷、氧氣傳感器，在采煤工作面回風巷工作面區(qū)域安裝甲烷、溫度、一氧化碳、粉塵共四組傳感器[1]。

礦井井形大，采掘工作面距離長，部分采煤工作面距離達到了5000m，迎頭傳感器無法實現(xiàn)巷口18V長距離分站一次拖動;針對采煤工作面情況，當前梅花井煤礦與國內(nèi)大部分煤礦一樣，主要采用以下兩種方式解決：

一是從機巷設(shè)備列車安裝分站及后備電源，通過采煤工作面架間敷設(shè)監(jiān)測線纜，將采煤工作面回風巷內(nèi)上隅角及工作面區(qū)域的傳感器進行拖動，由于監(jiān)測線纜受到采煤過程中頻繁移架影響，導(dǎo)致斷線頻繁，系統(tǒng)故障頻發(fā);管理難度極大。

二是在巷口配電點安裝后備電源及分站，負責安全監(jiān)控系統(tǒng)2000m以內(nèi)傳感器拖動，同時在超過2000m的巷道中部加設(shè)專用電源進行二次供電，并敷設(shè)長距離線纜進行拖動。

2? 安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠距離一次供電問題的原因

2.1 國家針對煤礦管理的行業(yè)法規(guī)要求

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016版）第四百六十二條“在總回風巷、專用回風巷道及機械提升的進風斜井中不應(yīng)敷設(shè)電力電纜的要求;采煤工作面回風巷內(nèi)不應(yīng)安裝電纜及電氣設(shè)備。當前梅花井煤礦采煤工作面回風流長度大部分在3000m以上，部分采煤工作面長度甚至達到了5000m;第二種傳感器拖動方式與國家法規(guī)相沖突;在極端情況下，工作面出現(xiàn)甲烷等有害氣體超限，巷道內(nèi)正在使用的電氣設(shè)備具有引爆甲烷氣體的風險。

2.2 巷道掘進方式的轉(zhuǎn)變

隨著礦井掘進方式的改變，現(xiàn)有工作面的掘進方式正在由過去的主運輸巷+輔助運輸巷雙巷掘進方式改變?yōu)閱沃鬟\巷掘進方式，長距離掘進巷道和采煤工作面回風巷道內(nèi)的“安全監(jiān)控系統(tǒng)長距離一次供電實現(xiàn)傳感器拖動解決方案”顯得尤為重要。

2.3 國家對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)遠距離供電的標注要求

根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局印發(fā)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）第十一條第六款“分站的最大遠程本案供電距離（在設(shè)計工況條件下）實行分級管理，分別為2km、3km、6km”要求，現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)具備長距離傳輸功能，但是與生產(chǎn)廠家溝通時發(fā)現(xiàn)，他們所謂的長距離供電是一根電纜拖動一臺傳感器，并且在地面進行測試實現(xiàn)了6km信號傳輸，井下目前還沒有成熟的解決方案，如果采用一根線纜進行拖動，將會導(dǎo)致線纜敷設(shè)量成倍增加，且不利于現(xiàn)場維護，不符合現(xiàn)場實際。

目前各煤礦針對安全監(jiān)控系統(tǒng)長距離供電的問題，主要采用在中部加設(shè)電源和分站的二次供電方式進行解決，這種方式顯然與國家規(guī)定相違背，并且沒有較好的解決方案，導(dǎo)致當前安全監(jiān)控系統(tǒng)針對長距離工作面?zhèn)鞲衅鬟\行方式與國家規(guī)程違背;許多煤礦都在迫切希望能夠通過一種方案解決。

3? 解決方案實踐

根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）升級改造要求，當前安全監(jiān)控系統(tǒng)是可以實現(xiàn)6km拖動，這說明6km傳輸RS485監(jiān)測數(shù)據(jù)是沒有任何問題（通過實際測試安全監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)RS485信號傳輸），只是因為長距離傳輸過程中壓降導(dǎo)致迎頭傳感器無法拖動;圍繞問題解決的突破點在于提高線纜長距離傳輸后的電壓滿足傳感器拖動要求;當前系統(tǒng)主要采用常規(guī)的18V電壓進行拖動，通過井下試驗，現(xiàn)有傳感器在滿負荷情況只能傳輸2000m;當輸出功率一定的情況下，電壓越低，電流就會越高;根據(jù)功率計算公式P=I*I*R的關(guān)系，在線纜傳輸?shù)倪^程中電流越高浪費的無效功率也就越多，這是導(dǎo)致無法進行長距離傳輸?shù)母驹颉?/p>

解決問題的突破點是圍繞提高電壓、降低電阻的辦法進行解決，但是《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)標準》（AQ-6201-2006）第4.4.2.3“由外部本安電源供電的設(shè)備一般應(yīng)能在9-24V范圍內(nèi)正常工作”的要求，現(xiàn)有電源最高只能提供24V電源輸出。針對當前情況，梅花井煤礦通過選用天地常州自動化股份有限公司的24V、04mA的KDW65B電源，并對電纜信號進行選型，共提出了四種解決方案，具體如下：

3.1 常規(guī)線纜接線拖動法

分站輸出一路24V電源，0.4mA電流，采用MHYV1*4*7/0.52電纜進行4700m地面?zhèn)鬏敎y試，兩芯電纜提供24電源，可以實現(xiàn)激光甲烷傳感器、一氧化碳、煙霧一根線纜拖動;但是更換為普通催化甲烷傳感器就無法拖動;更換為粉塵傳感器+催化甲烷傳感器可以拖動，但是增加到第三個傳感器時，無法拖動;采用常規(guī)線纜接線拖動法，迎頭需敷設(shè)3根監(jiān)測線纜，雖比單根線纜拖動有所減少，但是現(xiàn)場維護量依然不變。

3.2 增大電流拖動法

分站輸出24V電源，0.8mA電流，采用MHYV1*4*7/0.52電纜進行4700m地面?zhèn)鬏敎y試，兩芯電纜提供24V電源，可以拖動甲烷、一氧化碳、煙霧、一氧化碳四個傳感器;較第一種方案有所提升，但是效果不明顯;無效功率較第一種方案提高一倍;同時0.8mA電流與國家標準相違背，無法實施。

3.3 兩正加一負電壓拖動法

分站輸出2路24V電源、0.4mA電流，使用1*6*7/0.52電纜進行4700m地面測試，兩芯電纜提供2個正極，1芯電纜提供負極，2芯負責RS485信號進行傳輸，可以拖動甲烷、一氧化碳、煙霧、一氧化碳四個傳感器;整個工作面拖動6臺傳感器須另外敷設(shè)1根1*4*7/0.52線路;此種拖動效果較差;同時不利于維護工作;主要原因為電源負極線纜直徑限制，整個線纜的電阻與一正一負一致，現(xiàn)場無法實施。

3.4 線路并聯(lián)電壓拖動法

分站輸出1路24V電源、0.4mA電流，使用1*6*7/0.52電纜進行4700m地面測試;其中2芯電纜提供正極，2芯電纜提供負極，2芯負責RS485信號進行傳輸，通過測試可以一次性拖動甲烷、一氧化碳、煙霧、一氧化碳、粉塵、風速共6個傳感器，并且傳感器運行穩(wěn)定，無頻繁斷線現(xiàn)象;此種方案可以滿足長距離工作面迎頭所有傳感器一次性拖動的要求。

4? 原因分析

通過分析，2000m以內(nèi)能夠拖動，主要是線纜傳輸距離短，電流在一定的情況下，電阻相對較小，線纜無效功較小，工作面迎頭的傳感器可以一次性拖動;那么針對長距離工作面，就要從降低電阻、提高電壓兩個方面進行測試，在電壓24V恒定的情況下，在滿足迎頭傳感器工作電流的基礎(chǔ)上，降低線纜電阻，在現(xiàn)有的情況下，提高線纜的橫截面積，是降低的電阻的最簡單而且是最有效的方式。

通過計算，具體數(shù)據(jù)如下：MHYV1*4*7/0.52電纜的負責供電的電纜芯橫截面積為：0.21cm2;MHYV1*6*7/0.52電纜的負責供電的電纜芯橫截面積為：0.42cm2;那么在電纜采購時只要負責供電的芯線電纜橫截面積滿足要求，即可解決當前的問題。

5? 意義

此次安全監(jiān)控系統(tǒng)長距離供電方案的選定并在1118101工作面回風巷測試成功，解決了當前困擾國內(nèi)煤礦長距離掘進想解決而一直未能解決的老大難問題，使得礦井4000m及以上巷道的斷電及迎頭傳感器一次性拖動變?yōu)楝F(xiàn)實;

國內(nèi)許多煤礦均在探索單主運輸巷掘進方式進行采煤工作面布置，這種方式可以大幅度降低巷道維護成本，由于受到安全監(jiān)控系統(tǒng)無法一次性拖動及其他因素影響，國內(nèi)許多礦井未大面積應(yīng)用實施;此次安全監(jiān)控系統(tǒng)長距離供電方案的測試成功打破了現(xiàn)有單巷道長距離掘進無法實現(xiàn)巷道內(nèi)所有設(shè)備一次性斷電的突出問題;實際使用意義重大。

此次國家煤監(jiān)局下發(fā)的《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）第十條第六款分站的最大遠程本安供電距離（在設(shè)計工況條件下）實行分級管理，分別為2km、3km、6km的標準要求;梅花井煤礦的實際測試成功，為推動標準落地及實際應(yīng)用提供了實踐支撐。

參考文獻：

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[3]袁冠文.上海潘廣路～逸仙路電力隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].價值工程，2019，38（24）：268-271.