煤矿双巷掘进甲烷风电闭锁本地断电方案设计_郝宏伟.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 0引言 甲烷风电闭锁的可靠性对煤矿安全生产具有十 分重要的意义， 而突出矿井在进行双巷掘进时， 安全 监控系统实现双巷内所有非本质安全型电气设备在 瓦斯达到超限断电浓度时能够在 2s 内断电也显得更 加重要和复杂 [1-5]。我矿目前使用重庆煤科院的 KJ90NB 系统， 井下存在双巷掘进的情况， 1 台监控分 站不能满足双巷内所有传感器的设置要求。 使用两台 监控分站， 存在异地断电时间长的问题， 不能满足在 2s 内断电的要求。为实现双巷掘进过程中， 双巷掘进 巷道内非本安型电气设备甲烷超限断电及甲烷风电 闭锁的控制执行时间不大于 2s，针对目前使用的系 统和设备， 设计了两种断电方案， 并进行了比较分析。 1双巷掘进甲烷传感器设置要求 根据 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规 范 （AQ1029- 2007 ） 第 6.4.2 条中的要求， 高瓦斯和煤 与瓦斯突出矿井双巷掘进甲烷传感器必须按图 1 进 行设置。 在掘进工作面及其回风流中设置甲烷传感器 T1 和 T2；在工作面混合风流处设置甲烷传感器 T3。 与普通掘进工作面相比较， 增加了工作面混合回风流 甲烷传感器 T3， 且要求 T3 在达到断电浓度时， 将双 巷掘进巷道内的全部非本质安全型电气设备断电[1-4]。 对于现在使用的 KJ90NB 系统， 增加了监控分站及断 电器实现该功能的难度。 图 1双巷掘进甲烷传感器设置 按照 煤矿安全规程 （2016 ） 和 煤矿安全监控系 统及检测仪器使用管理规范 （AQ1029- 2007 ） 的规 定， 每个掘进巷道内需设置工作面甲烷传感器、 回风 流甲烷传感器、 风筒传感器、 开停传感器、 断电器及馈 电传感器， 突出煤层掘进巷道回风流中需设置风速传 感器， 突出煤层掘进工作面进风的分风口必须设置风 向传感器。两条巷道需要安设的传感器数量已超过 16 台传感器，而目前所使用的分站容量为 16 台， 所 以不能在 1 台分站上实现双巷掘进的甲烷风电闭锁 功能， 需要使用两台监控分站。虽可使用异地控制功 能实现断电，但不能满足甲烷风电闭锁在 2s 内断电 的要求。 2甲烷风电闭锁方案设计 1301 辅运顺槽和 1301 胶带顺槽共有两台馈电 开关， 分别为两个掘进巷道内的综掘机、 皮带机等动 力设备供电 （见图 2 ） 。 煤矿双巷掘进甲烷风电闭锁本地断电方案设计 郝宏伟 （山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司 , 山西 晋城048000 ） 摘要 为了解决双巷掘进过程中甲烷风电闭锁异地断电时间长的问题，实现双巷掘进巷道内所有 非本质安全型电气设备都能在 2s 内断电， 确保瓦斯超限时能够可靠及时断电， 设计了两种甲烷风电 闭锁断电方案。通过试验， 测试和分析了两种方案的可行性和存在问题， 并提出了建议。 关键词 甲烷风电闭锁 ； 本地断电 ； 安全监控 ； 双巷掘进 中图分类号 TD76文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0085- 03 Design of Methane and Wind Power Lockout for Double Roadway Driving in Coal Mine HAO Hongwei （Shanxi Orchid Science and TechnologyEntrepreneurship Yuxi Coal Mine Limited Liability Company, Jincheng 048000 , China） Abstract In order to solve the problem that the power- off time of methane and wind is long in the process of double roadway excavation in our mine, to ensure the electric power of all non- intrinsically safety electrical equipment in double roadway excavation can be cut off reliably and timelywithin 2 seconds when gas exceeds the limit, twos ofmethane and wind power interruption are designed. Keywords Methane wind lockout ； local interruption ofpower supply； Safetymonitoring； double roadwaydriving 85 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 图 2双巷掘进供电系统图 安全监控系统使用了两台断电仪控制两台馈电 开关进行甲烷电闭锁， 对于本巷道内动力设备闭锁断 电时间小于 2s，对于另外一条巷道内动力设备属于 异地断电， 两条巷道之间有联络巷， 联络巷内动力设 备由 1301 胶带顺槽动力开关供电， 对于 1301 辅运顺 槽来说是异地断电，断电时间长。1301 辅运顺槽和 1301 胶带顺槽所使用的两台馈电开关均为电光防爆 科技股份有限公司产品，瓦斯电闭锁控制点为 （58- 47 ） ， 风电闭锁控制点为 （48- 47 ） ， 47 为公共点。 使用断电仪为重庆煤科院产品， 断电仪里面有常开控 制点和常闭控制点。 为使 1301 辅运顺槽和 1301 胶带顺槽以及联络 巷内动力设备闭锁断电时间小于 2s，设计了如下两 种方案。 2.1断电闭锁方案一 两台断电仪都使用常闭控制点， 通过一个三通接 线盒进行串联形成一对常闭控制点（1- 2 ） （见图 3 ） ， 控制点 （1- 2 ） 通过一个三通接线盒并联接线至两台馈 电开关瓦斯电闭锁控制点 （58- 47 ） 。 图 3双巷掘进本地断电常闭点控制图 这样， 只要其中一个断电仪动作 （常闭控制点断 开 ） ， 串联回路断开， 两台馈电开关的甲烷电闭锁控制 点同时接收到控制信号 （断开信号） ， 在 2s 内被闭锁 断电。 2.2断电闭锁方案二 两台断电仪都使用常开控制点， 通过一个三通接 线盒进行并联形成一对常开控制点（1- 2 ） （见图 4 ） ， 控制点 （1- 2 ） 通过一个三通接线盒并联接线至两台馈 电开关甲烷电闭锁控制点 （58- 47 ） 。 图 4双巷掘进本地断电常开点控制图 这样， 只要其中一个断电仪动作 （常开控制点闭 合 ） ， 串联回路闭合， 两台馈电开关的甲烷电闭锁控制 点同时接收到控制信号 （闭合信号） ， 在 2s 内被闭锁 断电。 3闭锁断电方案测试效果分析 3.1方案一 （常闭点控制） 测试效果 1 ）其中一个断电仪动作时 （常闭点打开） ， 两台 馈电开关甲烷电闭锁点同时接收到断电信号， 两台开 关同时跳闸停电。 2 ）其中一个馈电开关停电打隔离，停电开关闭 锁点 （58- 47 ） 为闭合状态， 此时断电仪动作 （常闭点断 开 ） ， 另一台馈电开关未闭锁断电。 经过分析开关资料 及线路， 是由于馈电开关停电打隔离后， 甲烷电闭锁 点 （58- 47 ） 为闭合状态， 其中一台断电仪动作后 （常闭 点打开 ） ， 控制点 （1- 2 ） 仍处于闭合状态， 另一台馈电 开关甲烷电闭锁点未能接收到断电信号， 因而不能闭 锁停电。 3.2方案二 （常开点控制） 测试效果 1 ）其中一个断电仪动作时 （常开点闭合） ， 两台 馈电开关甲烷电闭锁点同时接收到断电信号， 两台开 关同时跳闸停电。 2 ）其中一个馈电开关停电打隔离， 停电开关闭 锁点 （58- 47 ） 为闭合状态， 控制点 （1- 2 ） 由常开变为 闭合状态，另外一台馈电开关甲烷电闭锁点接收到 控制点 （1- 2 ） 的闭合信号闭锁停电。此种情况， 虽然 （下转第 90 页） 86 ChaoXing （上接第 86 页） 断电仪未动作，另一台馈电开关却接收到了闭合信 号而断电。若其中一台开关进行停电检修打到隔离 状态， 会影响另一个掘进面的正常生产。 4结语 第一种方案存在一台开关打隔离停电后， 其它开 关不受控的问题； 第二种方案虽能实现甲烷风电闭锁 在 2s 内断电， 但是存在一台开关打隔离断电后， 其余 开关在未接收到断电信号的情况下闭锁断电， 检修开 关时影响范围大。第一种方案存在缺陷， 第二种方案 在检修开关时会影响另一个面的正常生产， 若要从根 本上实现双巷掘进非本安型电气设备在 2s 内断电的 要求， 需要提高安全监控系统性能， 完成安全监控系 统的升级改造。 系统升级后， 性能提升， 在异地断电的 情况下， 也能在 2s 内实现甲烷风电闭锁可靠断电。 参考文献 [1] 何青松. 高瓦斯煤矿双巷掘进工作面甲烷风电闭锁分析 [J].煤矿安全， 2015 （1） [5] 罗正时. 大平煤矿安全监控系统风电瓦斯闭锁的实现[J]. 煤矿安全， 2018 （09） 作者简介 郝宏伟 （1983 - ） ， 男， 2009 年毕业于中北大学测试计量 技术及仪器专业 （工学硕士学位） ， 现在山西兰花科创玉溪煤 矿有限责任公司从事技术工作。 （收稿日期 2018- 12- 27） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 在回采期间的稳定安全。 5主要结论 本文以常村矿 S6- 8 工作面为工程背景， 采用数 值模拟结合理论分析的方法， 揭示了综采工作面巷道 的破坏机制以及超前支护力学机理， 得到了以下几个 结论 1 ） 综放煤层的开采会使工作面前方巷道围岩出 现较大的应力集中现象， 尤其是在距工作面约 8～12m 的位置。 2 ） 当工作面推进距离达到 30m 时， 工作面前方 围岩发生初次来压， 其应力集中系数达到 2.60； 当工 作面推进距离为 60m和 100m时， 前方围岩产生周期 来压， 其应力集中系数约为 2.25。 3 ） 受煤层开采扰动作用， 工作面前方 20m 范围 内的巷道顶板围岩将发生较大变形， 其最大值达到了 200mm， 此时， 巷道顶板存在冒落、 掉顶的风险， 严重 威胁煤矿的正常开采。 4 ） 煤层采动对临近巷道的破坏主要表现为前方 围岩支承压力的分布变化以及采空区煤层顶板的垮 塌连带作用， 而超前支护则具有改善巷道周边围岩的 受力条件， 减小巷道收敛变形的效果。 参考文献 [1] 郭玉峰，武飞. 特厚煤层综放大断面回采巷道围岩变形 规律[J]. 煤炭技术， 2017， 36 （04） 103- 106. [2] 牛宗涛， 张立文， 崔佳佳. 高应力软弱围岩回采巷道破坏 机理及控制[J]. 煤矿安全， 2018， 49 （04） 140- 143. [3] 陈登红， 华心祝， 段亚伟， 成世兴. 深部大变形回采巷道 围岩拉压分区变形破坏的模拟研究 [J]. 岩土力学， 2016， 37 （09） 2654- 2662. [4] 金淦， 王连国， 李兆霖， 张继华. 深部半煤岩回采巷道变 形破坏机理及支护对策研究 [J]. 采矿与安全工程学报， 2015， 32 （06） 963- 967. [5] 鲁岩，樊胜强，邹喜正. 工作面超前支承压力分布规律 [J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） ， 2008 （02） 184- 187. [6] 陈轶平. 综采工作面超前支护支承压力观测与分析[J]. 山西大同大学学报 （自然科学版） ， 2009， 25 （03） 63- 65. [7] 何团， 黄志增， 李春睿， 洛锋， 王东攀. 工作面超前支护段 强动压巷道围岩应力优化技术研究 [J]. 煤矿开采， 2018， 23 （01） 81- 84. [8] 于斌， 段宏飞. 特厚煤层高强度综放开采水力压裂顶板控 制技术研究 [J]． 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ， 2014（4） 778- 785. [9] 于斌， 刘长友， 刘锦荣. 大同矿区特厚煤层综放回采巷道 强矿压显现机制及控制技术 [J]. 岩石力学与工程学报， 2014 （9） 1863－1872. [10]邓康宇， 武腾飞. 孤岛工作面回采巷道的破坏机理及端 头超前支护技术 [J]. 矿业安全与环保， 2016， 43 （03） 67- 70. 作者简介 杨继飞 （1989.03-） ，男 ， 硕士研究生 ， 主要研究方向， 采 矿工程， 现职称工程师 。 （收稿日期 2018- 12- 24） 90 ChaoXing