CN105507941A - 煤矿井下工作面自动化安全保护系统 - Google Patents

Abstract

煤矿井下工作面自动化安全保护系统，它涉及矿用安全设备技术领域。所述的可编程控制器的输入端分别连接有各种传感器，所述的多级供风控制继电器组与高压风管开闭电磁阀组连接，高压风管开闭电磁阀组连接减压喷头连接，水喷雾控制继电器与高压水管开闭电磁阀连接，高压水管开闭电磁阀与水雾喷头连接，除尘风机开停控制继电器与矿用除尘风机连接，掘进机停车或其他设备停车继电器与掘进机及其他设备连接，馈电开关控制继电器与矿用馈电开关。它针对现有技术缺陷，对井下工作面设计了一套自动化保护体系，解决煤矿井下安全生产，防止瓦斯爆炸、煤尘爆炸、一氧化碳中毒、机械伤人，降低开采过程中粉尘对工作人员的伤害，防止无风作业等问题。

Description

煤矿井下工作面自动化安全保护系统

技术领域：

本发明涉及矿用安全设备技术领域，具体涉及煤矿井下工作面自动化安全保护系统。

背景技术：

现有的井下安全供风设备当主风机停电、检修或故障时，备用风机有可能不自动启动（如图2《单硐供风示意图》，主风机和备用风机都是给一条风管供风，而不是两条风管，所以才出现工作面供风问题不足的现象），或者因为风筒脱节（风筒接头损坏）、撕裂、巷道挤压导致风管变形后，都会导致工作面供风不足或无风，按照《煤矿安全生产规程》，上述情况严禁无风作业。针对上述情况，工作人员想要撤离工作面，近则几百米，远则几千米，属于无风撤离，增加了不安全因素。

此外，在开采过程中往往会出现粉尘超标，工作面现场粉尘污染严重等问题，危害工人健康，还可能会引起煤尘爆炸。虽然国内部分煤矿（开滦）已经在迎头配备了除尘风机，但自动化程度低，人员只能手动开启，增加了工作难度。

按照《煤矿安全生产规程》，迎头掘进机运作时，工作人员不准在掘进机附近作业。但实际生产过程中，往往会遇到掘进机开启时，旁边还有工作人员进行其他作业。国内关于掘进机伤人的事故也屡见不鲜。

发明内容：

本发明的目的是提供煤矿井下工作面自动化安全保护系统，它针对现有技术缺陷，对井下工作面设计了一套自动化保护体系，解决煤矿井下安全生产，防止瓦斯爆炸、煤尘爆炸、一氧化碳中毒、机械伤人，降低开采过程中粉尘对工作人员的伤害，防止无风作业等问题。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含可编程控制器、风筒压力传感器、瓦斯传感器、CO传感器、CO₂传感器、温度传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、远红外近身保护传感器、隔爆兼本安型矿用UPS电源箱、显示装置、井下通信分站、井上监控中心、多级供风控制继电器组、水喷雾控制继电器、除尘风机开停控制继电器、掘进机停车或其他设备停车继电器、馈电开关控制继电器，所述的可编程控制器的输入端分别连接有风筒压力传感器、瓦斯传感器、CO传感器、CO₂传感器、温度传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、远红外近身保护传感器、隔爆兼本安型矿用UPS电源箱，风筒压力传感器、瓦斯传感器、CO传感器、CO₂传感器、温度传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、远红外近身保护传感器均与隔爆兼本安型矿用UPS电源箱连接，所述可编程控制器的输出端连接有显示装置、井下通信分站、多级供风控制继电器组、水喷雾控制继电器、除尘风机开停控制继电器、掘进机停车或其他设备停车继电器、馈电开关控制继电器，井下通信分站与井上监控中心连接，多级供风控制继电器组与高压风管开闭电磁阀组连接，高压风管开闭电磁阀组连接高压风管减压设备连接，水喷雾控制继电器与高压水管开闭电磁阀连接，高压水管开闭电磁阀与高压水管水雾喷淋设备连接，除尘风机开停控制继电器与矿用除尘风机连接，掘进机停车或其他设备停车继电器与掘进机及其他设备连接，馈电开关控制继电器组与矿用馈电开关，高压风管开闭电磁阀组和高压水管开闭电磁阀均与隔爆兼本安型矿用UPS电源箱连接。

本发明具有以下有益效果：它针对现有技术缺陷，对井下工作面设计了一套自动化保护体系，解决煤矿井下安全生产，防止瓦斯爆炸、煤尘爆炸、一氧化碳中毒、机械伤人，降低开采过程中粉尘对工作人员的伤害，防止无风作业等问题。

附图说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是背景技术单硐供风示意图；

图3是本发明多级供风结构示意图。

具体实施方式：

参看图1和图3，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含可编程控制器1、风筒压力传感器2、瓦斯传感器3、CO传感器4、CO₂传感器5、温度传感器6、粉尘传感器7、烟雾传感器8、远红外近身保护传感器9、隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10、显示装置11、井下通信分站12、多级供风控制继电器组13、水喷雾控制继电器14、除尘风机开停控制继电器15、掘进机停车或其他设备停车继电器16、馈电开关控制继电器17，所述的可编程控制器1的输入端分别连接有风筒压力传感器2、瓦斯传感器3、CO传感器4、CO₂传感器5、温度传感器6、粉尘传感器7、烟雾传感器8、远红外近身保护传感器9、隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10，风筒压力传感器2、瓦斯传感器3、CO传感器4、CO₂传感器5、温度传感器6、粉尘传感器7、烟雾传感器8、远红外近身保护传感器9均与隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10连接，所述可编程控制器1的输出端连接有显示装置11、井下通信分站12、多级供风控制继电器组13、水喷雾控制继电器14、除尘风机开停控制继电器15、掘进机停车或其他设备停车继电器16、馈电开关控制继电器17，井下通信分站12与井上监控中心18连接，多级供风控制继电器组13与高压风管开闭电磁阀组19连接，高压风管开闭电磁阀组19连接高压风管减压喷头20连接，水喷雾控制继电器14与高压水管开闭电磁阀21连接，高压水管开闭电磁阀21与高压水管水雾喷淋设备22连接，除尘风机开停控制继电器15与矿用除尘风机23连接，掘进机停车或其他设备停车继电器16与掘进机及其他设备24连接，馈电开关控制继电器17与矿用馈电开关25，高压风管开闭电磁阀组19和高压水管开闭电磁阀21均与隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10连接。

瓦斯单元：瓦斯是煤矿安全生产的大敌，每年都有不少的煤矿发生瓦斯爆炸，造成人员伤亡，矿井严重受到破坏。为了防止瓦斯超限、爆炸，本系统能够利用甲烷传感器自动监测工作面瓦斯浓度。图3多级供风结构示意图中，多级供风控制继电器组13由三个继电器组成，分别对应高压风管开闭电磁阀组19的三个电磁阀，组成三级加风压。当瓦斯浓度达到系统设定浓度时，系统会自动启动高压风管开闭电磁阀组19并报警，开启一级电磁阀加风压，打开高压风管吹散工作面瓦斯，有效降低了迎头瓦斯浓度。当瓦斯浓度降低系统某一设定值时，19闭合，关闭高压风管。如果在一级加压情况下瓦斯浓度不降或者增加，系统会控制二级或三级电磁阀进行二级或三级加风压。同时，为防止机械摩擦、矸石碰撞等产生的火花点燃引起瓦斯爆炸，系统会利用14控制21开启高压水管进行喷雾降温，当高压风管关闭后，高压水管喷雾也随即关闭。如果工作面瓦斯涌出量过大，上述措施不能降低瓦斯浓度时，按照《煤矿安全生产规定》，瓦斯浓度超过1.5%时，系统驱动17控制矿用馈电开关，停止对工作面供电。但由于该系统采用一套隔爆兼本安型矿用UPS电源箱进行供电，高压供风和喷雾还会持续开启4小时，为后续的处理做铺垫。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心，做到全方位立体化保护。

一氧化碳单元：一氧化碳浓度超标不仅会导致工作人员一氧化碳中毒死亡，而且还有爆炸的危险。因此，工作面对一氧化碳的监测、防治也是重中之重。一氧化碳浓度通过安装的一氧化碳传感器4采集，经过系统判定，达到设定浓度时采用和上述瓦斯超限相同的措施。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心，做到全方位立体化保护。

二氧化碳单元：煤矿开采过程中，人员呼吸、燃油机械设备运转、煤炭自燃发热，都会产生二氧化碳，在迎头狭小空间内如果供风不足会导致工作人员呼吸困难。该单元由二氧化碳传感器5采集现场数据，工作原理与上述两种单元相同。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心，做到全方位立体化保护。

温度单元：煤矿开采过程中，机械运转、煤层发热都会导致工作面温度升高，增加了安全隐患。当温度传感器采集到温度数据高于系统设定值时，系统通过14控制21进行喷雾降温，达到某一温度设定值时关闭喷雾。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心。根据透水预兆，当系统监测到工作面温度突然下降，。给矿方由于温度变化情况，提供水文一手数据，也是煤矿透水的予照

粉尘单元：粉尘（煤尘、矸尘），是煤矿最重要的危险源。当发生瓦斯爆炸或火灾时，如果煤尘超标也会同时爆炸，严重危害着工人身体健康及煤矿的安全。同时工人长期工作在粉尘环境下，很容易得尘肺病，这也是煤矿工人最常见的职业病，严重危害矿工健康。针对这种情况，本系统通过15控制矿用除尘风机开关接点，当粉尘传感器7采集的工作面粉尘浓度大于系统设定浓度时，系统会自动打开除尘风机降尘，同时开启水喷雾直到粉尘浓度小于某一设定值后关闭除尘风机及水喷雾。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心，做到全方位立体化保护。

烟雾单元：工作面开采过程中，由于煤层自燃、机械磨损、电缆发热都会产生烟雾。烟雾中含有大量有害气体，危害工人健康。该系统利用烟雾传感器采集现场烟雾浓度，达到系统设定值后通过14控制21开启水雾喷头来降低烟雾浓度，同时系统会利用19开启一级加风压，加速降低烟雾浓度。当烟雾浓度降低到某一设定值后，系统自动关闭19和21。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心，做到全方位立体化保护。

近身保护单元：本系统安装了远红外近身保护传感器9，当机械设备前方有人员时，系统控制15链接机械设备开关接点，使其不能开车或紧急停车，有效的避免了采煤机、掘进机伤人情况发生。

风管监控单元：现有煤矿生产中，单硐工作面供风采用双风机、双电源、单硐供风管通风结构（图2），根据本人多年工作经历，但当主风机停电、检修或故障时，备用风机有可能不自动启动，或者因为风管脱节（风管节头损坏）、撕裂、巷道挤压导致风管变形后，都会导致工作面供风不足或无风，按照《煤矿安全生产规程》，上述情况严禁无风作业。针对上述情况，工作人员想要撤离工作面，近则几百米，远则几千米，属于无风撤离，增加了不安全因素。针对上述情况，该系统利用迎头风管现有风筒压力传感器2接点。当风筒压力过低时会接通接点，该系统会接受接点电流系统，驱动多级供风控制继电器组13开启高压风管开闭电磁阀组19，进行工作面多级供风。当风筒压力回复后接点断开，该系统控制19自动关闭高压风管。此外，减压喷头22具有大量微孔，能够起到减压作用，避免了高压风管的开启造成的迎头扬尘问题。上述情况都会以485通信方式经过井下通信分站传输给地面监控中心，为通风故障处理提供及时数据。

本具体实施方式具有以下有益效果：它针对现有技术缺陷，对井下工作面设计了一套自动化保护体系，解决煤矿井下安全生产，防止瓦斯爆炸、煤尘爆炸、一氧化碳中毒、机械伤人，降低开采过程中粉尘对工作人员的伤害，防止无风作业等问题。

Claims (1)

1.煤矿井下工作面自动化安全保护系统，其特征在于它包含可编程控制器1、风筒压力传感器2、瓦斯传感器3、CO传感器4、CO₂传感器5、温度传感器6、粉尘传感器7、烟雾传感器8、远红外近身保护传感器9、隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10、显示装置11、井下通信分站12、多级供风控制继电器组13、水喷雾控制继电器14、除尘风机开停控制继电器15、掘进机停车或其他设备停车继电器16、馈电开关控制继电器17，井上监控中心18，高压风管开闭电磁阀组19，减压喷头20，高压水管开闭电磁阀21，水雾喷头22，矿用除尘风机23，掘进机或其它设备24，矿用馈电开关25，所述的可编程控制器1的输入端分别连接有风筒压力传感器2、瓦斯传感器3、CO传感器4、CO₂传感器5、温度传感器6、粉尘传感器7、烟雾传感器8、远红外近身保护传感器9、隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10，风筒压力传感器2、瓦斯传感器3、CO传感器4、CO₂传感器5、温度传感器6、粉尘传感器7、烟雾传感器8、远红外近身保护传感器9均与隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10连接，所述可编程控制器1的输出端连接有显示装置11、井下通信分站12、多级供风控制继电器组13、水喷雾控制继电器14、除尘风机开停控制继电器15、掘进机停车或其他设备停车继电器16、馈电开关控制继电器17，井下通信分站12与井上监控中心18连接，多级供风控制继电器组13与高压风管开闭电磁阀组19连接，高压风管开闭电磁阀组19连接减压喷头20连接，水喷雾控制继电器14与高压水管开闭电磁阀21连接，高压水管开闭电磁阀21与水雾喷头22连接，除尘风机开停控制继电器15与矿用除尘风机23连接，掘进机停车或其他设备停车继电器16与掘进机及其他设备24连接，馈电开关控制继电器17与矿用馈电开关25，高压风管开闭电磁阀组19和高压水管开闭电磁阀21均与隔爆兼本安型矿用UPS电源箱10连接。