华盛论文咨询网

　　

　　摘要：制定了紧急情况应急控制的系统标准，并设计了煤矿机械工作环境的应急控制系统，对气体含量等技术环境参数进行控制，包括CH4、CO、CO2和O2，矿井空气压力、光线、声音、温度、加速度或温度的变化，同时分析了有关子系统工程数据读取、处理和存储方面的工作。

　　关键词：煤矿机械安全环境应急响应系统设计

　　1煤矿机械工作环境应急控制系统设计标准

　　以粉尘爆炸为例的危险性紧急情况前后控制在煤炭开采领域一直以来受到高度的重视。Shakhtinskaya矿(2004年)，Lenin矿(2006年)和Abaiskaya矿(2008年)三起严重事故在哈萨克斯坦夺走了90多名矿工的生命。其他国家也面临这样的担忧：俄罗斯Ul'yanovskaya和Yubileinaya矿山(2007年)年爆炸后140多人死亡，此外，在中国，每年有数千名矿工都会通过空气和甲烷混合物爆炸而死亡[1-2]。应急前后控制系统(PECS)包含矿山的工作运行环境控制和环境电器设备控制，设计了和飞机相似的“黑匣子”来进行数据和图像的记录，以此来降低煤矿事故率。PECS的主要目的是在矿山技术区域采取、记录和存储数据参数，这对于事故发生前后的处理是非常重要的。

　　根据对煤矿事故的调查和长期一线工作的经验，以下性能标准是为本文系统开发的：

　　1)在紧急情况下，自主运行模式长期存储数据;

　　2)事故发生前、事故中和事故后系统可有效运行;

　　3)内置起动器设备，用于传输电气设备的当前状态变量;变电站内的低压电网将应急操作条件数据传输到PECS的中央单元中;

　　4)自动切换到断电状态下的备用电池供电，并提升充电电量标准操作条件;

　　5)在PECS的中央控制单元(CCU)的外壳面上分配传感器，测量传播的冲击波，通过压力，声音可靠地确定冲击波的方向和光参数;

　　6)远程数据读出。如果可能的话，将传感器安装在CCU的防爆外壳内;

　　7)PECS的中央控制单元(CCU)安装在矿区最危险的地区，布置在壁交汇处和通风处(在长壁中只需要安装2个CCU);

　　8)连续记录非正常情况下的参数和电气设备性能特性。

　　2煤矿机械工作环境应急控制系统设计

　　图1示意性地显示出了具有CCU的PECS、内置设施功率控制单元(FPCU)防爆起动器(EPS)、矿井空气传感器和低压配电数据传输网络。甲烷浓度超标是最常见的矿井爆炸原因，包括有缺陷的电气设备，或电动火花设备在违背操作规定的情况下与开放式外壳一起运行。所开发的系统具有电气设备运行和矿区生产并行控制运行特点。因此，PECS包括矿区机械控制子系统、电气设备控制子系统和数据处理和存储子系统。

　　电气设备控制子系统负责检查起动器和矿场内的配电设备，即电力供应或切断，电缆完整性和非法接入电力设备。受控制的矿区参数为CH4、CO、CO2、H2和O2浓度。火灾爆发通常伴随着更高的温度、声音和冲击波，因此，子系统提供矿井压力控制、光控(主要在红外领域)、声学和温度控制、CCU过驱动和重新定位控制。PECS的中央控制单元(CCU)拥有记录信息的非法访问记录器。矿区传感器布置在内部CCU，来自矿区传感器的数据被处理并存储在CCU中。主体数据量巨大，只有当前数据发生变化时才会记忆和存储信息，另外，数据在1h周期内进行循环替换。在正常运行中，电力设备的当前参数在FPCU中连接到CCU进行处理，并记录任何与换向有关的事件，即电压上升或切断或开启机动外壳，或者与最新测量数据相关的矿井空气特性的任何变化。电力设备的紧急状态意味着切断所有电缆的电压、设备或启动器开放式外壳供电、立即进入防爆设备启动态。鉴于上述任何一种情况，PECS本身就会切换为自我维持供应和数据存储，在几天内维持CCU和FPCU的自我持续运行。PECS必须在一次意外几天之后保持相同的自我持续运作模式。矿区紧急状态参数由CCU中的专用程序进行分析并确定冲击波最可能发生的方向或火花源的位置。电力数据在事故发生期间和事故发生后的设备运行都被处理并存储在FPCU中。所有单位模块以最快速度记录，记录当前时间并将数据保存在非易失性存储器中并在1h周期内更换数据[3-4]。

　　当相同的记录模式持续受到冲击，保存在CCU存储器中的数据可以被读出是很重要的。PECS设计能够承受甲烷和空气混合物的爆炸，同时，PECS机房必须具有较高的机械强度。选用无线数据传输通道可以达到这个效果。感应通信通道维持远程数据的电磁场的磁分量，即使设备在事故发生后被埋在煤下，也能通过设备外壳传输。

　　无线数据传输在事故发生后作为“信标”来寻找设备。在正常采矿条件下，无线数据传输允许PECS的周期性检测到可能的危险行为。启动器控制发射器设备，电压状态快速脱开辅助触点的位置，通过PECS的中央控制单元(CCU)实现电流特性的低压网络远程指示。启动器状态的远程指示使用启动器的电源线供能。

　　PECS存储子系统积累来自位于CCU内部或外部的各种模拟和离散传感器的数据(内置防爆外壳)。内部传感器重复主要的目的是传感器在爆炸下无法正常工作。电气和火花安全馈电电路和所有接口通过使用电隔离连接外部传感器来保证。在子系统的标准操作中，为了在FLASH存储器中提供足够的空间，数据保存时间是5min。

　　与世界上已知的控制系统不同，PECS系统通过完成集成，在正常、事故前和事故后模式下控制矿井空气和电气设备检查矿址设备的电源，并在所有防爆外壳内进行检查并将关于起动器和设备状态的数据传输给CCU。PECS在事故中记录矿井空气和电气设备的特点，并通过有关压力、声音和光线的数据确定冲击波的可能方向。事故发生后，PECS保持对该事件几天内的矿区参数的控制和记录，用于防止重复的火灾和爆炸。该系统具有通过系统金属外壳无线感应式数据传输的功能，即可同时作为事故发生后发现CCU的线索。

　　3结语

　　在制定了PECS的基本标准的基础上，对煤矿电气设备和空气状况进行持续综合治理防治系统进行设计。在紧急情况下，该系统运行和记录在事故和事故后模式中的矿区参数。本系统可以很好地适应于现行的煤矿行业。

　　参考文献

　　[1]朱砚秋.基于拉开档次法与支持向量机的煤矿重大事故应急管理能力评价模型[D].淮南：安徽理工大学，2017.

　　[2]王存权.同煤集团煤矿安全预警与应急救援能力评价方法研究[D].北京：中国矿业大学(北京)，2017.

　　[3]李伟.山西煤矿企业安全事故应急管理能力评价[D].太原：山西财经大学，2015.

　　[4]王亚阳.煤矿矿区应急救援站选址多目标决策方法设计及应用[D].太原：太原理工大学，2015.