风电瓦斯闭锁系统方案已改.docx
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风电瓦斯闭锁系统方案已改
陕西苍村煤业有限责任公司
矿用风电瓦斯闭锁系统
技改方案
陕西中数自动化科技有限公司
二0一0年三月
一、系统概述
风电瓦斯闭锁是安全监控系统中的一项重要措施。
目前陕西苍村煤业有限责任公司已安装安全监控系统,而风电瓦斯闭锁系统是必不可缺少的。
实现风电瓦斯闭锁的功能,给矿井的安全生产提供了重要的保障。
一旦瓦斯超限,主机发出指令使继电器成为开路点,风电闭铤线成为断路点,工作面电源开关电源被切断。
继电箱中设计有一组电磁/电场感应传感器,能够检测出被控设备的带电状态,此信号利用继电箱的驱动线路回传给分站,最终上传地面主机,它是继电箱附带的一项功能,非接触测量方式工作,使用时不用增加设备和线路,不必另行加装馈电传感器,能有效地监控被控设备的断电执行状态,防止人为破坏断电执行和断电执行功能异常。
监控分站有专用的风电瓦斯闭锁子程序,用遥控器或地面软件下发参数设置,配用三台甲烷传感器和相应的远程继电器箱可组成功能齐全的风电瓦斯闭锁系统,具有工作可靠、断电闭锁距离远、解锁方便、组成设备简单等优点,完全符合最新的AQ6201和AQ1029版标准的要求,具体功能如下:
(1)上电闭锁:
在仪器刚接通电源一分钟内,甲烷传感器尚处于预热阶段,不能有效监控现场瓦斯真实参数,此时仪器要保持断电闭锁状态,使工作面一分钟内不能送电。
(2)失电闭锁:
当监控分站器因电源故障而停止工作时,要保证仪器控制输出停留在闭锁状态,不允许工作面送电。
(3)超限闭锁:
工作面瓦斯浓度超过1.5;回风超过1.0;串联风入口超过0.5要切断对应地区的机电设备电源,并使其保持闭锁状态。
(4)故障闭锁:
甲烷传感器、分站、断电器等设备发生故障或连接线断开时,应将对应区域内的机电设备断电并保持闭锁。
(5)停风闭锁:
当局部通风机因故停转,应立即切断该区域内所有机电设备电源,并保持闭锁状态,直到风机恢复常态。
(6)风机闭锁:
当工作面通风机停转,并且瓦斯浓度值大于3.0分时,仪器应输出“风机闭锁”控制信号,该控制信号串入风机启动按钮回路(不是停止控制),不允许再次启动风机,防止高浓度瓦斯——风吹事故。
(7)解锁功能:
用红外遥控器中的专用解锁按钮,在现场进行解锁后方能启动风机排放瓦斯。
该系统可以有效降低瓦斯涌出或突出事故后发生瓦斯爆炸、人员窒息等二次事故的可能性,为矿山安全提供了有力的保障。
风电瓦斯闭锁系统图
二、风电瓦斯闭锁接线原理和用途
1、风电瓦斯闭锁的接线原理
1)电磁起动器瓦斯电闭锁可参照附图1接线,将断电控制器的常开接点接入电磁起动器2、8端子,当瓦斯超限或分站无电后,开关断电闭锁。
附图1
2)矿用隔爆型真空馈电开关瓦斯电闭锁可参照附图2接线,将分站断电的常开接点接入开关欠压线圈回路,当瓦斯超限或分站失电后,断电控制继电器释放,开关断电闭锁。
附图2
3)矿用隔爆型高压真空开关瓦斯电闭锁可参照附图3接线,将分站断电的常闭接点接入开关后腔单元的4~5端子,当瓦斯超限或分站失电后,断电控制继电器释放,开关断电闭锁。
附图3
2、风电瓦斯闭锁的用途
风电瓦斯闭锁主要用于煤矿井下,对采掘工作面及回风流中瓦斯浓度进行实时监测,并对机电设备运行状态及井下风门开关状态进行监测。
利用不同的软件,可实现煤掘进工作面的风电瓦斯闭锁功能。
三、风电瓦斯闭锁的必要性
1、系统制定的必要性
如果井下局部通风机发生故障停止运行以后,工作面就会因无风而导致瓦斯积聚。
当瓦斯超过规定浓度时一遇高温火源(如电器设备漏电、失爆等)就会引发瓦斯爆炸。
而风电瓦斯闭锁装置就是分别在风机停止运行时或瓦斯超过规定浓度时实现电源自动切断,能够从源头上杜绝瓦斯事故的发生。
因此,《煤矿安全规程》第一百二十八条、一百四十九条明确规定,在使用局部通风机供风的地点必须实行风电闭锁,对采掘工作面必须巡回检查瓦斯并安设甲烷断电仪,以保证停风或瓦斯超限后能够切断停风区内全部非本质安全型电气设备的电源。
1)安装和使用局部通风机和风筒应遵守下列规定:
(一)局部通风机必须由指定人员负责管理,保证正常运转。
(二)压入式局部通风机和启动装置,必须安装在进风巷道中,距掘进巷道回风口不得小于10m;全风压供给该处的风量必须大于局部通风机的吸入风量,局部通风机安装地点到回风口间的巷道中的最低风速必须符合本规程第一百零一条的有关规定。
(三)高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井、低瓦斯矿井中高瓦斯区的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面正常工作的局部通风机必须配备安装同等能力的备用局部通风机,并能自动切换。
正常工作的局部通风机必须采用三专(专用开关、专用电缆、专用变压器)供电,专用变压器最多可向4套不同掘进工作面的局部通风机供电;备用局部通风机电源必须取自同时带电的另一电源,当正常工作的局部通风机故障时,备用局部通风机能自动启动,保持掘进工作面正常通风。
(四)其他掘进工作面和通风地点正常工作的局部通风机可不配备安装备用局部通风机,但正常工作的局部通风机必须采用三专供电;或正常工作的局部通风机配备安装一台同等能力的备用局部通风机,并能自动切换。
正常工作的局部通风机和备用局部通风机的电源必须取自同时带电的不同母线段的相互独立的电源,保证正常工作的局部通风机故障时,备用局部通风机正常工作。
(五)必须采用抗静电、阻燃风筒。
风筒口到掘进工作面的距离、混合式通风的局部通风机和风筒的安设、正常工作的局部通风机和备用局部通风机自动切换的交叉风筒接头的规格和安设标准,应在作业规程中明确规定。
(六)正常工作和备用局部通风机均失电停止运转后,当电源恢复时,正常工作的局部通风机和备用局部通风机均不得自行启动,必须人工开启局部通风机。
(七)使用局部通风机供风的地点必须实行风电闭锁,保证当正常工作的局部通风机停止运转或停风后能切断停风区内全部非本质安全型电气设备的电源。
正常工作的局部通风机故障,切换到备用局部通风机工作时,该局部通风机通风范围内应停止工作,排除故障;待故障被排除,恢复到正常工作的局部通风后方可恢复工作。
使用2台局部通风机同时供风的,2台局部通风机都必须同时实现风电闭锁。
(八)每10天至少进行一次甲烷风电闭锁试验,每天应进行一次正常工作的局部通风机与备用局部通风机自动切换试验,试验期间不得影响局部通风,试验记录要存档备查。
(九)严禁使用3台以上(含3台)局部通风机同时向1个掘进工作面供风。
不得使用1台局部通风机同时向2个作业的掘进工作面供风。
2)矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度,并遵守下列规定:
(一)矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下井时,必须携带便携式甲烷检测仪。
瓦斯检查工必须携带便携式光学甲烷检测仪。
安全监测工必须携带便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪。
(二)所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人员作业的地点都应纳入检查范围。
(三)采掘工作面的瓦斯浓度检查次数如下:
1.低瓦斯矿井中每班至少2次;
2.高瓦斯矿井中每班至少3次;
3.有煤(岩)与瓦斯突出危险的采掘工作面,有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面,必须有专人经常检查,并安设甲烷断电仪。
(四)采掘工作面二氧化碳浓度应每班至少检查2次;有煤(岩)与二氧化碳突出危险的采掘工作面,二氧化碳涌出量较大、变化异常的采掘工作面,必须有专人经常检查二氧化碳浓度。
本班未进行工作的采掘工作面,瓦斯和二氧化碳应每班至少检查1次;可能涌出或积聚瓦斯或二氧化碳的硐室和巷道的瓦斯或二氧化碳应每班至少检查1次。
(五)瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度,并认真填写瓦斯检查班报。
每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上,并通知现场工作人员。
瓦斯浓度超过本规程有关条文的规定时,瓦斯检查工有权责令现场人员停止工作,并撤到安全地点。
(六)在有自然发火危险的矿井,必须定期检查一氧化碳浓度、气体温度等的变化情况。
(七)井下停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查1次,挡风墙外的瓦斯浓度每周至少检查1次。
(八)通风值班人员必须审阅瓦斯班报,掌握瓦斯变化情况,发现问题,及时处理,并向矿调度室汇报。
通风瓦斯日报必须送矿长、矿技术负责人审阅,一矿多井的矿必须同时送井长、井技术负责人审阅。
对重大的通风、瓦斯问题,应制定措施,进行处理。
2、标准依据
本标准主要依据:
《矿井通风安全监测装置使用管理规定》(原煤炭工业部(1995)562号);
《煤矿安全规程》;
AQ6201-2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》;
AQ1029-2007《煤矿安全监控系统通用技术要求》;
《MT423-1995空气中甲烷校准气体技术条件》;
《MT444-1995煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器技术条件》等标准。
3、功能原则
(1)掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时声光报警;掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5%CH4时,切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当掘进工作面甲烷浓度低于1.0%CH4时,自动解锁。
(2)掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时声光报警;同时切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0%CH4时,自动解锁。
(3)当串联掘进工作面入风流中的甲烷浓度达到或超过0.5%CH4时声光报警;同时切断被串联掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当被串联掘进工作面入风流中的甲烷浓度低于0.5%CH4时,自动解锁。
(4)局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时,声光报警,同时切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当局部通风机或风筒恢复正常工作时,自动解锁。
(5)局部通风机停止运转,掘进工作面或回风流中的甲烷浓度大于3%CH4时,应对局部通风机进行闭锁使之不能起动,只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁;当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5%CH4时,自动解锁。
(6)与闭锁控制有关的设备(含分站、电源、甲烷传感器、断电控制器等)故障或断电时,声光报警、切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;与闭锁控制有关的设备接通电源1min内,应继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源。
当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。
4、有关问题的说明
甲烷风电闭锁功能在煤矿井下应用以来,大大减少了煤矿安全事故,尤其是瓦斯爆炸事故的发生。
现阶段存在的主要问题是:
(1)由于我国大多数掘进巷道的断面较小,甲烷风电闭锁配备的风筒风量开关装置,在井下安装使用不方便,在由停风到送风的过程中极易损坏。
现场大多数应用只是涉及到局部通风机的开停或是两部局部通风机的关联,也就是熟称的单风机闭锁或双风机闭锁。
(2)煤矿安全规程规定掘进工作面甲烷传感器安设在距离掘进工作面3~5m处,在现场实际生产中,经常会出现工作面甲烷传感器延线或是风筒延伸不及时。
会造成因风筒直吹、实测的瓦斯浓度偏低的情况;另外,如果工作面甲烷传感器延线不及时,会使测出的工作面甲烷浓度和回风甲烷浓度相互差别不大的情况。
通过合理优化和设计,监控系统的分站在保证兼容性的前提下,方便快捷地实现了甲烷风电闭锁功能,完全符合煤矿安全规程和相关标准的要求。
从现场使用情况讲,也可方便地改为单风机或双风机闭锁。
煤矿安全生产首先要从根本上加强管理、严格遵守各项规章制度,并运用好安全监测监控系统或是甲烷风电闭锁等安全生产管理的辅助手段。
随着安全监测监控系统在全国所有煤矿的推广应用,这些系统必需具有的甲烷风电闭锁功能,同时随着技术的不断完善,在煤矿安全生产中发挥更大的作用。
四、产品的介绍
1、KJ101N-GD型矿用继电器箱
1)、KJ101N-GD型矿用继电器箱接线图
本继电器箱采用脉冲编码控制原理制成,两根控制线兼作驱动电源,工作时无需外接电源。
继电器箱的受控接点,属点发式控制,状态保持由内部电路完成,失电后状态复原。
继电器箱中设有六位拨码开关,监控分站发向继电器箱的信号不是断电命令,而是4路传感器的超限信息,各路继电器箱可独立选择受控关系。
继电器箱中六位拨码开关,前4位用来设定4路传感器的有效控制权,第5位用来设定输出接点的常开/常闭,多台继电器箱统一由一对控制线驱动实现,实现多路控制,高压继电器箱的开关用于受控探头的选择。
在一对控制线上可连接多个继电器箱组成控制群。
在继电器箱的电子触点上,设计了电信号回传检测电路,不论触点是常闭或常开使用,该电路都能正确回传控制电路的馈电信息(有电或无电),回传信号和其它开关量信号兼容。
目前由于仪器电源容量原因,最多限制安装4台继电器箱。
用于断电控制的高压继电器箱有二组触点,主触点为高压双向可控硅(2只700V41A可控硅串联)输出,可直接用于高压660V以下断电控制,能承受10A连续电流,亦适用低压断电控制,工作压降仅2V(5A)。
继电器箱中的六位拨码开关1,2,3,4位用来选择本继电器箱受传感器控制权,向上拨ON位有效,开关位数代表传感器A1、A2、A3、A4,可任意组合。
如:
1,2位向上拨,表示本继电器箱受A1、A2二路传感器超限控制;1,2,3,4全向上拨时,任一传感器超限本继电器箱都受控。
辅助触点是普通的继电器触点,触点容量为127V/2A,用于直流电路控制,该接点与主接点同步动作。
开关5用于接点的常开/常闭设定,向上拨ON位时,上电后,静态接点为常闭状态;向下拨OFF位时,上电后,静态接点为常开状态。
开关6用于改变控制输入正端(接线端3)接线方式,向上拨ON位时,该端接内部公共端,向下拨Off位时继电器箱工作在常规控制状态下。
继电器箱的引出脚见示意图。
2)、KJ101N-GD型矿用继电器箱使用方法:
在继电器箱上,由拨码开关1,2,3,4设置受监控分站1,2,3,4路探头控制状态。
开关1拨ON即设定为受监控分站第1路探头控制;
开关2拨ON即设定为受监控分站第2路探头控制;
开关3拨ON即设定为受监控分站第3路探头控制;
开关4拨ON即设定为受监控分站第4路探头控制。
开关可组合使用,例如:
开关1,2,4同拨ON即设定为监控分站1,2,4路同时控制。
开关1,3同拨ON即设定为监控分站1,3路同时控制。
继电器箱可在控制线上并联使用,最多可并4台,并联的继电器箱可以不同设置,达到同时分别断电的目的,主接点和副接点非同步同相动作也可按要求设计。
3)、KJ101N-GD型矿用继电器箱的测试方法
将继电器箱控制线接线柱,接在KJ101N-F2型监控分站上对应组的远程控制两个接线端上。
在监测软件KJ101运行状态下由键盘上发出断电、恢复命令,因为普通万用表不能测通两只串联的可控硅,所以电子触点应在模拟控制电路上正确动作。
4)、KJ101N-GD型继电器箱:
如图
5)、KJ101N-GD型继电器箱技术参数:
①控制电压:
15-30V;
②控制距离:
>2km(单只继电器箱);
③工作电流:
<35mA(早期产品60mA);
④控制延迟:
<1s;
⑤机械接点:
●接通电阻:
●分断电阻:
>100MΩ;
●分断能力:
AC127V,2A;
⑥可控硅接点:
●阻断电压36-660V;
●连续接点电流:
10A;
●接通态压降:
≤2V;
●断态漏电流:
≤0.3mA;
⑦控制方式:
遥控编解码,状态自锁定;
⑧防爆型式:
隔爆兼本安;
⑨防爆标志:
dibI(150℃);
⑩尺寸:
240×70×20mm,重量:
8kg。
上图中④号接线端子信号为馈电输出信号(1/5mA),当正常供电时输出5mA,正常断电后输出小于1mA,如果此时仍输出为5mA说明断电失效。
将该端子直接与监控分站的开关量输入端连接,实现断电馈电信号回传。
6)、KJ101N-GD型矿用继电器箱接线示意图
7)、一组驱动多继电器箱应用示意图:
2、KJ101N-F2分站
该仪器保留了四模监控仪的全部功能,模拟量输入端口改为双四个(八个)分列两边,具备二台独立监控仪的全部功能,外壳采用高分子材料压铸工艺制造,外形精美,是目前国内体积最小、重量最轻的小型分站,总重量(含电源)13公斤。
仪器不仅功耗低、高可靠、使用方便,而且功能非常强大。
输入端口:
8模拟量和8开关量端口,每一个模拟量端口可接一模拟量或八开关量;
传感器电源:
2组每组18V/600mA;
本机断电:
227V/5A常闭/常开接点,2路独立;
输出控制:
二线制数字编码驱动兼电源供电;
信号输入:
脉冲频率200-1000;200—2000;0-5000;4-20mA;1-5mA;
串行码;脉冲计数等;
开关量入:
三态5mA;1mA;0mA(两、三态方式可选);
显示方式:
0.5''LED3+4只,0.3''LED1只;
后备电源:
>6小时(内置式);
显示功能:
模拟量测值显示、开关量状态显示、多路断电报警状态显示、传感器故障显示、地面呼叫显示、本地回答显示、传感器属性显示、断复电值显示、本地站号显示、交直流供电方式显示等;
远程断电接点:
660V/40A;
远程断电距离:
2km;
工作模式:
4模40开、6模24开、7模16开、8模8开等;
电池管理:
自动充电管理、过放电保护;
传输距离:
10km;
瓦斯风电闭锁:
具有部颁瓦斯风电闭锁全部功能,红外解锁、遥控解锁;
信号制式:
标准FSK/高速调相/基带码;
通讯速率:
9600、4800、2400、1200、488bit/s。
3、GJG5H矿用红外甲烷传感器
产品描述:
GJG5H型矿用红外甲烷传感器(以下简称传感器)用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量。
它是一种智能型检测仪表,具有自动标定、自带温度补偿等功能,且所有功能均可通过遥控器来实现,具有精度高、稳定可靠、使用方便、寿命长、不易中毒等特点,并与KJ70N等煤矿安全监控系统配套使用。
传感器在下列环境条件下应能正常工作:
a)环境温度:
0℃~+40℃;
b)相对湿度:
≤95%(+25℃);
c)大气压力:
80kPa~106kPa;
d)无显著振动和冲击的场合;
e)煤矿井下有爆炸性气体混合物,但无破坏绝缘的腐蚀性气体的Ⅰ类场合。
主要技术指标:
a)防爆型式:
本质安全兼隔爆型,标志“ExibdI”;
b)测量范围:
0~5%CH4;
c)基本误差:
0.00~1.00±0.10CH4;
1.00~3.00真值的±10%CH4;
3.00~5.00±0.30CH4。
输出频率模拟量信号:
a)频率范围200Hz~1000Hz;
b)脉冲宽度大于0.3ms,高电平状态时的电压不小于3V,低电平输出状态时的电压小于0.5V;
c)传输距离2km时,传感器的基本误差应不超过4.3的规定。
(采用煤矿用聚乙烯绝缘聚氯乙稀护套通信软电缆MHYVR,单芯线径截面不小于1.5mm2)。
响应时间:
应不大于30s;
供电电压:
直流9V~24V;
工作电流:
直流18V,小于150mA;
遥控距离:
不小于5m;
报警点:
在测量范围内任意设置(出厂设为1.0%CH4);
断电点:
在测量范围内任意设置(出厂设为1.5%CH4),断电输出高电平状态,拉出电流为2mA时的电压不小于3V,低电平输出状态时的电压小于0.5V。
调校周期和方法:
调校周期:
10天;
显示方式:
4位数码管显示,第一位显示功能,后三位显示浓度。
第一位功能码显示如下:
◆0 零点;
◆SPAN值;
◆放大倍数;
◆报警点;
◆断电点;
◆复电点 ;
◆当前温度显示;
◆自检功能;
◆遥控复位;
◆浓度值增减。
4、KGT8型机电设备开停传感器
产品说明及参数:
用于监测机电设备运转状态、提升计次、翻转计数等。
全封闭免维护结构,非接触测量,工作时卡在设备动力电缆上,通过检测电缆外磁场来感知设备运行状态。
本质安全型电路,二线制。
设备开态>5mA、停态<1mA,重0.2公斤,带有电子接点输出,适配各种监控系统。
具体参数如下:
工作电源:
9-24V
开态电流:
4-8mA(NPN晶体管共地导通)
停态电流:
≤1mA(NPN晶体管共地截止)
检测灵敏度:
3A±0.6A
响应时间:
<2S
5、KGT19型馈电传感器
产品说明及参数:
本传感器专门用于井下供电线路馈电状态检测,通过检测电场来感知线路中有无电压,与KGT19.2型继电器箱配合可构成断电失效检测反馈环节。
全封闭免维护结构,本质安全型电路,二线制,带有电子接点输出,适配各种监控系统。
主要技术参数:
监测电压:
127-1140V;
工作电压:
6-24V;
工作电流:
1-5mA;
信号输出:
无电1mA;有电5mA;故障0mA;
辅助输出:
NPN晶体管共地导通(OC);
传感器接线:
供电与信号回传二线制;
检测灵敏度:
>10mm;
响应速度:
<2s;
防爆型式:
矿用本质安全型ExibI;
使用环境:
环境温度0-50℃;
相对湿度:
<95%;
传感器接线距离:
二线制2km;
仪器重量:
0.3Kg。
6、GFT5型矿用风筒传感器
产品说明及参数:
GFT5型风量传感器采用新颖的平面压力检测技术,摒弃了传统的机械张力开关方式,彻底杜绝了机械部件锈蚀等诸多为题,检测灵敏度和可靠性得到了极大提高。
仪器通过检测捆绑压力来判断局部通风机风筒内的风量是否充足。
仪器采用高分子材料压铸外壳,永远不会锈蚀,压铸外壳具有很好的密封性能,设备安装采用捆扎方式固定风筒上面,适应所有尺寸的风筒,检测重复性良好,动作准确无误。
主要技术指标:
输出信号:
1mA无风;5mA正常;0mA故障,另带有常开、常闭接点各一组;
本安电源:
电流不小于10mA,电压8-23V;
信号最大传输距离:
2Km;
风筒允许直径:
φ400mm-φ1000mm;
使用环境:
0-50℃;
相对湿度:
<95%;
防爆型式:
矿用本质安全型;
防爆标志:
Exib;
仪器重量:
1.2kg。
五、配置清单:
序号
产品名称
规格
数量
单位
1
F2分站
KJ101N-F2
2
台
2
矿用风筒传感器
GFT5
3
台
3
继电器
KJ101N-GD
6
台
4
开停传感器
KGT8
4
台
5
瓦斯传感器
KJ101N-45B
6
台
6
馈电传感器
GJG5H
6
台
注:
以上的清单是按照两套设备定制的,可以根据矿方现有的设备和需求重新定制配置单。