关于安全监控系统在甲烷电闭锁方面的应用

关于安全监控系统在甲烷电闭锁方面的应用

王 ,涛1 ,费军勃2

韩城矿业有限公司    桑树坪二号井     715407

摘要：预防有毒有害气体伤人事故是煤矿安全生产工作中的重点，矿井安装安全监控系统及各种类型的传感器是监测井下有毒有害气体、开关状态、风机状态等变化状况，在有毒有害气体浓度超过规定、风机停止运行时，通过断电控制器实现甲烷电闭锁功能，切断掘进或者采煤工作面范围内所有非本质安全型电气设备电源，防止有毒有害气体浓度的上升及造成其他事故，是保障煤矿安全生产的重要手段。

关键词：有毒有害气体；安全监控系统；甲烷电闭锁；

1.概述

在煤矿安全监控系统中，甲烷电闭锁功能是一项非常重要的手段，尤其在高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井。断电控制器能否将影响区域内的所有非本质安全型电气设备全部断电，直接影响到矿井有毒有害气体及现场应急处置的管理。桑树坪二号井的甲烷电闭锁范围都是根据供电系统图，确定巷道内所有非本质安全型电气设备的上级电器开关，在该电器开关上安设断电控制器，当井下甲烷传感器监测现场瓦斯浓度升高至断电值时，将该报警信息传输至安全监控系统，由安全监控系统向该甲烷传感器所关联的断电控制器下达断电命令，切断被控电器开关，并监测该电器开关的馈电状态，确保被控电器设备正常断电。

2.煤矿安全生产行业标准对瓦斯电闭锁功能的要求

《煤矿安全监控系统通用技术要求》AQ6201—2019中对风电、瓦斯闭锁功能的要求如下：

1)掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0％时，声光报警；掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5％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％时则自动解锁。

2)掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0％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实现闭锁；当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0％时自动解锁。

3)被串掘进工作面入风流中甲烷浓度达到或超过0.5％时，声光报警、切断被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并实现闭锁；当被串掘进工作面入风流中甲烷浓度低于0.5％时，自动解锁。

4)局部通风机停止运转，掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0％时，对局部通风机进行闭锁使之不能启动，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％时，自动解锁。

5)与闭锁控制有关的设备(含分站、甲烷传感器、电源、断电控制器、电缆、接线盒等)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，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正常并稳定运行后，自动解锁。严禁对局部通风机进行故障闭锁控制。以上是AQ6201—2019《煤矿安全监控系统通用技术要求》对风电瓦斯闭锁功能的基本要求。

《煤矿重大事故隐患判定标准》中华人民共和国应急管理部令第4号中第七条第二项中“未按照国家规定安设、调校甲烷传感器，人为造成甲烷传感器失效，或者瓦斯超限后不能报警、断电或者断电范围不符合国家规定的”。

3.瓦斯电闭锁的原理及实际应用

3.1系统组成

桑树坪二号井使用的安全监控系统为北京华夏天信（大连）测控科技有限公司的KJ66-X安全监控系统。井下安全监控系统的工业环网采用标准TCP/IP冗余环网架构，由地面2台千兆交换机MACH4002-24G+3X-L3P，7台KJJ368矿用隔爆兼本安型的千兆交换机（以下简称交换机）组成链路聚合冗余环网，交换机至监测分站段采用工业以太网传输，监测分站至传感器段采用RS485信号传输。

采掘工作面瓦斯电闭锁的工作方式为：巷道内甲烷传感器监测到井下瓦斯浓度上升至断电浓度时，向安全监控系统传递信息，由安全监控系统向甲烷传感器所关联的断电器下达断电命令，断电器接收到信号后立即切断被控开关，同时馈电传感器监测被控开关的“有电/无电”状态。

3.2电气设备内闭锁原理

断电控制器内部继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在继电器的线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断，从而达到闭锁馈电开关的目的。

3.3实际应用

桑树坪二号井属煤与瓦斯突出矿井，根据《煤矿安全规程》（2022）、《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》

AQ1029-2019要求，采煤工作面布置上隅角甲烷传感器、回顺工作面甲烷传感器、回风流甲烷甲烷传感器、进顺工作面甲烷传感器、进顺口甲烷传感器；掘进工作面布置工作面甲烷传感器、回风流甲烷传感器、分风处甲烷传感器。

当采掘工作面某个甲烷传感器发生故障或浓度超过断电值时，向安全监控系统发出报警信号，由安全监控系统向甲烷传感器关联的断电控制器下达断电命令，断电控制器切断被控开关，同时向人员定位及应急广播系统发送报警命令，人员定位及应急广播根据报警地点通知该区域周边所有人撤离至全风压进风巷道内。若瓦斯浓度持续上升或者甲烷传感器突然发生中断，同时风向传感器发出风流逆转报警时，安全监控中心站值班员必须立即按照应急预案及可能波及其他区域的范围，采取手动断电切断瓦斯可能波及区域的电源，并将井下所有人员撤离至地面，避免发生“先煤与瓦斯突出、后瓦斯爆炸”的重特大事故。

4.结束语

安全监控系统可以大幅度降低瓦斯超限几率及由此引起的瓦斯爆炸和火灾事故，尤其是矿井一旦发生煤与瓦斯突出预兆、瓦斯超限报警，可以立即停电撤人，根据实际情况启动应急预案，正确、快速的进行应急处置，同时在井下瓦斯出现异常波动时，采取分级预警（Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级）并根据实际情况采用手段断电，切断该区域动力电源，停止工作面采掘活动对工作面瓦斯进行释放，有效的避免因采掘活动导致的瓦斯报警、超限，实现科学、高效的避灾救灾，确保矿井的安全生产。

参考文献

【1】郎琦. 高瓦斯突出矿井风电瓦斯闭锁功能的实现[J]. 煤炭科学技术,2009,37(9):54-57.

【2】吴叶明，李治理.安全监控系统在煤矿瓦斯事故防治中的应用与分析. 能源技术与管理，2018.43（5）.

【3】煤矿安全监控系统使用标准与规范专项培训-蒋泽

作者简介：

郭嘉，男，生于1994年，毕业于西安交通大学，电气工程及其自动化专业，本科学历，助理工程师，现任韩城矿业有限公司桑树坪二号井通风区技术员。

费军勃，男，生于1976年，毕业于西安科技大学，采矿工程专业，本科学历，助理工程师，现任桑树坪二号井通风管理部副部长。