深入融合矿井信息化技术实现北皂煤矿海域安全生产

深入融合矿井信息化技术实现北皂煤矿海域安全生产
作者：刘振国姜建于永学徐本毅崔青
来源：《科技创新导报》 2013年第27期
刘振国姜建于永学徐本毅崔青
（山东能源集团山东济南 250014）
摘要：该文重点阐述了矿井信息化技术在北皂煤矿海下采煤安全生产的融合应用，增强海域开采过程中的抗灾能力，并介绍了信息化技术与矿井安全生产相融合项目的总体设计、开发以及功能。

对大型水体下采煤的矿井有一定的借鉴意义。

关键词：矿井信息化海域人员定位水情监测自动化控制
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)09(c)-0083-02
随着现代采煤技术的不断发展，海下采煤已经成为现实，并逐步得到推广和应用。

北皂煤矿作为我国第一个海下采煤的现代化矿井，为保障海下采煤万无一失，坚持依靠科技进步，积极推进信息化矿井建设，提升矿井安全保障能力，实现了海下采煤安全生产。

1 应用背景
海下采煤最大的隐患是海水溃入。

2005年，我们建立了海域水情、水质在线监测系统。

在煤层顶板各含水层中设置观测孔，安装监测传感器，接入矿井监控平台，在调度室对观测孔的水压、水温、水位标高以及水仓流量进行动态在线监测，出现异常，实时分级报警。

实现了对海水溃入的超前预知、预测、预警、预报。

一旦发生险情，可立即启动应急预案，迅速组织人员撤离，关闭设在海域的八道防水闸门，将海域与陆地采区完全隔离。

针对海域开采过程中海水溃入的隐患，我们充分融合矿井信息化系统，将海域水情、水质在线监测系统、人员定位系统、通讯联络系统及防水闸门的远程控制系统进行整合实现联动效果。

2 系统构成(如图1)
融合的信息系统通过OPC服务器及工业以太环网进行数据交互，完成海域水情在线监测系统、海域人员定位系统的数据采集，集成到海域防水闸门远程控制系统，做为防水闸门远程控制的先决条件。

3 工作原理及解决方案
3.1 防水闸门远程控制系统
根据海域防水闸门现场布置设计方案，确定整个系统分为上下层两部分，上层是监控管理层（地面集成），通过工业以太网对整个现场设备运行状况远程监控，主要是对防水闸门开、关门，卡轨移除、复位，架空线移除、复位的远程控制及监测；下层是现场设备控制层（现场部分），通过工业以太网与PLC相连，实现对现场设备的控制。

为确保防水闸门自动化系统的顺利实施，针对以上问题我们采取了以下解决方案：
（1）轨道移除的方案
部分防水闸门有矿车轨道，经常有车辆通过，为了保证轨道的通畅，又能保证防水闸门的顺利关闭，根据现场情况我们设计了折叠式卡轨，正常通车时卡轨平铺；关门时，卡轨成竖起折叠状，这种卡轨占地面积小，移动灵活，操作方便。

折叠式卡轨主要由油缸、轨道、轴承、摇臂、支座、轴、连接板和滚轮等零部件组成,摇臂用键安装在轴的一端,摇臂另一端与油缸铰接,轴承的底面与轨道的一端联接,两轨道之间用连接板铰接连接,轨道的另一端装有滚轮,轨道另一端设有搭尖,搭尖与相衔接的轨道铰接。

(如图2)
（2）防水闸门的驱动方案
由于是在原有防水闸门的基础上进行自动化改造工作，需分别在防水闸门左右两侧各安装一个油缸，利用油缸的伸缩来实现防水闸门的关闭和开启。

为了确保油缸伸到最长时防水闸门能够开到最大位置，油缸收缩到最小时能够使防水门关闭严密，我们在现场通过多次测量和试验，最后根据油缸拉力、行程及防水闸门开、关动作的行程确定了油缸的安装位置和方式，并取得了最佳效果。

（3）停电后防水闸门控制的解决方案
考虑到防水闸门在停电状态下，系统无法对其操作这一问题，我们给液压站设计了储能器及控制系统UPS，液压站在正常工作时，储能器储备能量。

停电时，就可以利用储能器的能量对防水闸门进行操作，这样就具备了断电情况下关闭防水闸门的功能。

3.2 海域人员定位系统及海域水情在线监测系统的与自动化控制系统的融合
海域防水闸门远程控制平台实时数据库通过接口与人员定位系统和海域水情在线监测系统SQL数据库连接，采集系统的实时数据和报警数据。

整个系统分为数据集成层、数据接口层和数据表现层，如图3所示。

为了减少数据的耦合和各个子系统的相互影响，我们采用了“三权分离”的全新平台架构。

三权即结构、内容和行为。

使用xhtml+css可以使得结构和内容成功分离，同时，使用结构与
行为也采用分离的模式。

为了确保海域水情在线监测系统和海域人员定位系统数据采集的实时性，采取了如下解决方案。

（1）海域水情在线监测系统数据采集示意图
（2）海域人员定位系统数据采集示意图(如图4)
4 系统实现的功能
海域人员定位系统、海域水情在线监测系统和海域防水闸门远程控制系统融合后实现的功
能如下。

(1)可以在防水闸门远程控制平台内实现人员定位系统海域区域的数据实时显示功能。

实时页面显示出当前海域区域总人数以及各区域人数，点击人员显示出该人员身份资料。

(2)实现了防水闸门远程控制平台内海域水情在线监测系统数据的实时显示以及历史数据的查询功能，具备历史曲线图和实时曲线图。

(3)海域所有防水闸门、轨道及架空线可实现远程、就地控制，具备停电情况下关闭防水闸门的功能。

5 结语
煤矿综合自动化是目前行业研究的热点，也是现实生产需要推动的结果。

海域防水闸门远程控制系统与海域水情在线监测系统、海域区域人员定位系统的融合，对预防海域透水事故的扩大，确保安全生产是完全必要的。

系统充分运用工业以太网通信技术、PLC控制技术、液压驱动技术及OPC技术，实现了防水闸门的远程监控，人员定位系统和海域水情在线监测系统数据的采集，克服了传统操作的限制。

实际应用表明，系统能够较好的完成井下防水闸门自动化控制，实现防水闸门开、关门和轨道移除、复位按程序动作,整套系统结构合理简单,使用操作方便迅速,自动化程度高,既降低了工人的劳动强度,又有效保证了矿井的生产安全。