上湾煤矿供电系统设计

上湾煤矿供电系统设计（通用6篇）

上湾煤矿供电系统设计 篇1

调度业务流程

晋神河曲煤炭开发公司调度室

二○○七年九月

第一章 调度24小时业务流程

08：00：召开早调度会

参会人员：公司领导、各矿领导、机关各部门负责人、调度室主任。

会议目的：总结、分析、协调、解决当日生产中存在的问题，研究布置当天安全及生产工作； 会议事项：

1、调度室主任主持，通报昨天各矿、站生产外运完成情况、生产情况及上级的文件精神传达、通报等，生产中存在的问题及安全方面存在的问题，提出当前存在问题的解决方案、措施及建议等。

2、各矿汇报当天存在的重点问题，需要公司里协调解决的问题以及工作面的具体情况等，汇报在安全方面的重点情况等；

3、机关各部门参会人员对各单位一天生产中进行重点强调及安排布置及通报各单位在检查中存在的问题与整改落实情况等；

4、在听取汇报后，公司分管领导就各自分管的一些重点问题进行强调部署、落实责任并安排一天中检修与生产工作，各部门、单位根据各位领导指示分头落实各项工作。

6、公司领导总结布置、安排当天生产中重点，并对安全方面进行有针对性的强调；

7、调度主任负责做好会议记录，各单位、部门参会人员负责各自记录。

9、主任宣布散会。

08：30交 接 班：主班调度员将过去24小时情况、当班工作重点、当日外运计划、早调度会所议定事项及重点工作以书面形式全面、准确传达给接班调度员，同时主任对当前所需协调解决的重点问题进行传达指导，将具体工作分派当班调度员，接班调度员认真领会后分轻重缓急立即进行落实，并进行电话询问各矿井下生产情况及安全情况等。

落实早调度会及分公司早调度会重点工作：对早调度会精神的落实，首先，要迅速整理领导在会上的讲话，并向主任进行汇报，之后传达到其中涉及到的基层各单位执行落实。

其次，对重点问题，一般通过电话方式与基层各级领导进行沟通，进一步将情况了解全面、准确、透彻。对扯皮、反映上来的矛盾问题汇报主任进行协调解决，有理有据，特殊情况下经主任同意后，以书面形式执行。并做好记录。9：00：调度各矿井下当班安全及生产情况

调度各单位内容时，掌握安全情况是重点。生产方面：

1、调度内容：①综、连采队：重点了解各矿井下安全情况，综采工作面质量情况，安全隐患整改措施及落实情况；其次是生产情况，包括产量、工作面推进进度、工作面掘进具体巷道名称、煤层煤质变化等。在调度过程中对基层反映上来的问题及时汇报有关部门或协调进行解决，并主动发现问题、分析问题、解决问题。②运转队：重点了解各主运皮带及顺槽皮带的安全运行情况，了解各皮带生产运行状况，机组、设备的运转、检修、影响等情况、各转载点落煤情况、煤仓及给煤机运行情况等。

2、调度对象：矿调度室。

向上级公司调度室汇报当前生产情况

在掌握清楚井下生产情况后，向上级公司调度室进行汇报，同时在上述调度过程中，通过对基层情况的全面了解，对各环节出现的重要或影响运行的情况进行提炼小结，以口头或书面形式向公司值班领导汇报，需要各部门配合的，与部门负责人沟通，使问题得以尽快解决。对重点环节进行调度

对早调度会上和领导指示的重点工作及上午调度过程中出现的需要关注的具体问题向有关单位进行再次电话询问，掌握落实进度情况，检验落实效果，预测当日作业计划完成情况，对出现偏差的环节加大力度立即进行协调，确保日计划完成。重要问题向值班矿领导汇报。

以上调度程序每两个小时重复调度一次

交 接 班：主班调度员将过去的情况、当班工作重点、当日外运计划、早调度会所议定事项及重点工作以书面形式全面、准确传达给接班调度员，同时主任对当前所需协调解决的重点问题进行传达指导，将具体工作分派当班调度员，接班调度员认真领会后分轻重缓急立即进行落实，并进行电话询问各单位井下生产情况及安全情况等。

调度各单位内容时，掌握安全情况是重点。调度生产内容同上。搜集各单位完成情况数据信息并认真核对

各单位一般通过电话汇报当班生产完成情况及工作面情况，汇报内容除当日完成数据外，各工作面每日三班瓦斯浓度报表、领导入井、下基层指挥生产情况等各种反映当日情况的信息按规定一并上报。当班调度员首先检查数据的完备性和准确性，如发现迟报和漏报等现象立即电话询问，确保数据完整可靠。编制当日各类报表

当日报表内容包括：安全情况、生产情况、生产检修、故障情况、重点问题落实情况、原煤生产情况、外运情况等。向值班领导汇报夜班完成及白班计划情况

根据过去24小时情况，重点是夜班情况，特别是影响全局性的重点问题、需要解决的向主任、汇报，以书面汇报为主，对需要深入阐述的问题进行口头补充。

准备召开早调度会

主要是准备会议所需的各种材料，分发到会议室供领导和参加会议有关部门和单位人员参阅。说明：

1、调度工作实行24小时不间断值班制度，调度员均实行节假日不休息，365天有人坚守岗位，目的是确保公司生产全天候正常平稳协调运转。

2、调度系统负责全公司全面生产指挥、协调、计划、平衡，涉及范围广，工作性质特殊，流程具有全面性、复杂性，要求精、准、快、细，令行禁止，因此流 程中的每个环节具有一定的时限性，不能贻误时机，即每个时间段的工作一般不允许顺延。

3、在每日整个流程中随时接收基层单位反馈上来的信息，对涉及全公司各生产环节有影响的重要问题随时协调、随时汇报、随时传达上级公司、公司领导及其它有关部门的指令。

5、每日的调度全过程中，值班调度员负责做好各项记录，调度记录以档案形式存档。

6、在每日整个流程中贯穿着其它日常工作。

第二章 调度月度业务流程

一、编制调度月报

编制上一月份报表，明确当月重点工作并上级公司进行汇报

二、日常工作。

主要是日常调度协调工作并经常深入井下了解现场生产 情况。

三、编制调度旬报

分析总结上旬各环节安全情况、日常运转情况、按月进度计划完成原煤、商品煤情况以及仓存情况等，并说明没有按照计划完成的原因分析等，编制好后经主任签字上级公司传真汇报。

四、组织会议

组织召开公司内月度生产会议且准备好各种材料。

五、参与公司内组织的各项例检

与公司业务部门一起下井，对过去一旬工作中出现的井下各种情况进行观察、了解、掌握、熟悉，并对本旬工作进行分工布置。

六、组织学习

1、在主任主持下，学习贯彻党中央的重要文件精神，上级公司以及公司文件精神和领导指示精神，关注国内外经济形势、行业动态。

2、在主任主持下，开展与调度相关的煤矿生产系统及计算机等方面专业知识，提高综合指挥协调能力，提高调度员素质，适公司未来发展的要求。

第三章 安全调度业务流程

调度室负责全矿整体安全调度工作，对各矿内生产单位、辅助生产单位、驻矿各单位、外委单位的安全情况进行调度与监督，24小时全天候监视各单位的安全状况，及时发现存在的安全隐患，坚持贯彻不安全就不生产的方针，重要情况及时反馈到矿领导，重大事件上报分公司安监局。

一、安全调度的指导思想

作为国有大型能源企业，以高起点、高质量、高技术、高效率、高效益为企业引领方针，以创建世界卓越煤炭企业为战略目标，充分发挥神东三个形象，高唱环境、素质、责任安全三部曲，使我矿持续、协调、健康、快速发展。安全是管理水平，是经济效益，也是社会效益。调度室作为安全调度的执行机构，确保整个系统的安全是各项工作的重中之重，始终坚持“以人为本，安全第一，警钟长鸣，常抓不懈”的工作方针，坚持“消除隐患，预防为主”、“安全事故一票否决“、“不安全就不生产”、“瓦斯超限就是事故”、“煤矿可以作到不死人”一系列安全生产的理念，坚持“年年抓，月月抓，日日抓，时时抓安全”的工作模式，把安全调度切实贯彻到日常管理活动中，把确保员工生命健康、确保国家财产不受损失作为工作的出发点和落脚点。

二、安全调度的工作方法

“调”是对信息的了解和掌握，“度”是判断和分析，因此安全调度工作主要是及时了解信息，在事故没有发生之前预测到隐患的严重程度或者在事故发生的第一时间能够清晰地掌握现场状态和发展变化。

在实际工作中，安全调度与产运销调度协同进行，密不可分，在调度24小时业务流程中安全调度贯彻始终，即在生产调度同时，把安全调度作为整个调度工作的重心，在搜集各方面信息的过程中着重加强安全信息的了解、筛选、分析和反馈，在第一章中讲到的24小时业务流程中包含了24小时安全调度业务流程，因此这里不再分别阐述。不同的是，对重点问题调度的频率和强度视具体问题轻重缓急情况不同而不同，建立起实时监测系统，在领导和现场之间搭起一座信息桥梁，确保信息的搜集和指令的传达。

操作方法上，以现代化的信息手段为依托，通过有线电话、无线通讯、传真、网络、工业电视、模拟软件、人员定位系统等掌握和搜集一线信息，值班人员随时刷新，通过整合、分析，把握问题的轻重程度，将需要反馈的问题第一时间汇报值班领导，值班领导对信息的真实性和影响预测期进行评价，再根据情况选择汇报上级领导，同时与安全健康环保部沟通并定出初步处理意见传达到现场。对于工作面冒顶、漏矸、上隅角CO等气体超标情况，调度室有必要立即责令矿停产整顿，再报有关公司领导。

三、安全调度的重点内容

1、矿：

主要瓦斯、顶板、机电、水、煤尘等方面，重点是“一通三防”。

综采队：工作面上隅角一氧化碳浓度、瓦斯浓度、工作面有无漏顶、支架护帮板使用情况，两顺槽超前压力情况，人员工作精神状态、支架完好情况等；

连采队；顺槽掘进顶板破碎、冒顶以及加强支护情况等。

机电运转队：各个岗位工精神状况、各转载点情况等；各个排水岗位工工作情况、主扇运行情况、主要排水地点水位下降情况等。

2、其它：对于影响安全的情况，特别是安全健康环保部在历次安全大检查中查出的隐患问题，协助其进行整改落实情况的跟踪和监督以及井下各个外委施工安全情况等。

四、全力落实领导指示精神 调度室在安全业务中重点负责落实领导关于安全的指示，通过调度通知、通报、命令等文件形式下发传达领导指示内容，部署重点工作，并将解决问题的措施传达到基层单位。在传达领导指示后，调度室负责跟踪落实工作，督促基层单位采取立即行动，切实采取措施把工作落实到位，并及时对落实情况进行总结评价，报告相关领导。

五、不断完善，与各单位一起建立健全安全生产责任制，健全安全事故及抢险救灾预案，做到时时有准备，处处有防范，事事有预案。

第四章 与各单位、各部门业务流程

调度室作为公司内业务部门之一，受到主管生产副经理直接领导下开展工作，与公司其它部门之间是既相似又有区别，相似之处是同属一个管理层次，区别之处在于调度室工作涉及范围广、信息全面，是信息搜集、发布、传递的中枢，与各部门既是相互协作的关系，信息上互通有无，又在有关生产业务方面起组织的核心作用。调度室同其它部门一样，对公司生产起指导的作用，工作核心目标是为基层服务好，为领导参谋好，但在协调指挥过程内中是指令的发布机构，代表公司管理层的意志，具有很强严肃性和权威性。

上湾煤矿供电系统设计 篇2

供电系统是煤矿生产的只要动力来源, 如果电力运输中断, 就会出现被迫停产的后果, 而且, 其中出现淹井、瓦斯积聚、爆炸坍塌等严重事故的几率就会上升。供电过低, 会对采煤采矿的工作造成不良的影响, 严重的还会威胁到矿工的生命安全。并且, 由于时代的进步、机械技术的发展, 煤矿采区的作业区域逐渐加大, 供电线路也越来越长。煤矿采区对“安全”的要求非常高以及严格, 虽然增加了设计的难度, 但是也必须按照要求高质量地完成供电系统设计。

2 煤矿采区供电系统的设计步骤

为了保证供电系统的安全性和提高供电效率与质量水平, 保证煤矿采区工作如期进行, 就需要设计一个有序的、简介明晰、高质量和经济节能的供电系统设计的最优方案。

设计出最优的方案需要遵循下列步骤:

在进行设计方案之前, 需要做的工作是收集煤矿采区的原始资料作为设计的依据。而原始资料的收集包括采煤的方法、运输方式、采煤工作面的长度等方面。除此之外, 还需要对整个煤矿采区的电负荷情况进行全面的了解和系统地归纳总结, 列出供电系统所需要的用典设备以及制作出用电设备分布情况的平面图以及负荷统计表。

根据用电设备分布情况图和相互之间的用电关系, 然后再进一步对其对应分类分组, 再根据分组的具体情况给出一个大致的规划、设立负荷集中配电点。如果出现采区作业面上功率大, 而且供电的距离较远和需要保护等级较高的用电负荷的情况, 那么就使用双干线电缆或者井下防爆式移动变电站进行供电。另外, 采区变电所位置的确定需要确定在通风良好的地方, 温度不能超过其附近巷道的5℃, 而且还要严格满足方便运输设备、电缆进出, 顶板无漏水等要求。

因为在采区作业的过程中会存在电缆悬挂形成弯曲的供电设备的这种情况, 所以在设计橡胶电缆的长度时应该尽量满足用电设备最大的供电距离。

如果煤矿的产业规模较大, 产量较高, 为了确保能在煤矿采区正常供电, 为了提高供电系统的可靠性, 在设计供电系统时就需要采用这样的一个供电设计:双回路高压电源进线加上两台或以上的移动变电站。

3 煤矿采区供电中主要存在的问题

采区供电系统的电压具有不稳定性, 波动的次数也较为频繁, 使得设备起动和日常作业、工作供电方面的可靠性降低。

多数的采煤机械设备在煤矿采区供电系统中应用都是以电力电子为核心的, 并且具有非线性电力负荷的特点, 在这些设备的运作过程当中就会产生众多的谐波分量。这种情况同样会威胁到供电系统的可靠性, 降低工作人员对此供电系统的信心。

供电系统在设计的过程中也会有考虑不周全, 忽略了煤矿采区生产量增大的情况。由于产量增大, 那么原来设计的供电系统已经不能满足这时的煤矿采区, 其中的变压器的容量不能满足数量在增加的电动拖动系统所需要的起动容量, 造成系统不能起动, 拖慢采区作业的进度与降低效率, 造成采区工作人员再一次地对供电系统的可靠性增添了怀疑。

4 煤矿采区供电系统的设计要点

4.1 采区漏电保护

现在的设备多数是智能化高科技产品, 具有漏电保护功能, 所以出现漏电的可能性的高低是取决于安装系统的可靠性。在变电所、运输巷、井底车场和其他配电点的用电设备的外壳连上橡胶电缆。另外, 必须可靠地进行主接地极, 在水沟处或者潮湿的地方可以有针对性地采用局部接地的埋设, 但采用的钢板的面积和厚度都需要多加注意。

4.2 设备的保护

除了漏电之外, 在采区的变电所、配电点和移动变电站都需要安装短路、过负荷的保护装置以及远程控制装置, 提高供电系统的可靠性。在高压电线区域必须装上具有选择性的单向接地的保护装置。

4.3 提高供电系统电压

在正常情况下, 动力线路的电压变动范围只能在5%以内, 不得超过。这是电业规程的规定要求, 也是为了保证采区电器设备能够正常运转, 高效稳定所提高的硬性要求。

为了保证采区供电系统的供电质量, 在选择电缆截面的时候往往会偏向于大型。虽然这会增加供电系统的成本, 但是采区k V级电压设计供电系统, 除了提高供电的可靠性和供电质量水平之外, 还能降低供电的电流, 减少电能在线路运行过程中的损失, 大大提高供电电路中的电能传输效率。

4.4 控制电机拖动系统

对于运作功率较大、可以空载启动和对起动没有特殊要求的机电设备, 可以采取降压起动式;而对于功率小、在运作过程总对供电系统影响不大的机电设备, 可以采取直接起动式;对于功率大、负荷又集中并且要求重载起动的点击拖动系统就要求使用变极调速的方式。针对不同的机电设备, 采取不同的起动方式, 这样才能保证供电系统的高效运转, 增强其中的可靠性。

4.5 设计电缆截面及型号

在供电系统设计的过程中, 电缆选型的设计方法的依据有:电压的损失、电流密度、机械强度和短路热稳定条件等。而采区的机电设备的电缆大部分为动力电缆, 所以电缆选型的设计方法应采用按照电压损失来对电缆截面和型号进行设计, 再用按长期运行的条件来进行检验, 确保电缆工作稳定性。

5 结语

总结以上的论述, 在进行设计煤矿采区供电系统的时候, 无可厚非的是需要根据煤矿采区的实际情况:产量多少、规模、实际用电情况、地势特点等方面, 再思考需要的系数、配电点的确定、电缆类型、长度以及机电设备的选择等多方面的因素。除此之外, 还要顾及供电系统的后期的维护工作以及采区规模发生变化后所做的应对措施。这样才能设计出科学可持续、合理规范、节能、经济的采区供电系统, 保证矿工人员的生命安全和煤矿采取工作的正常运作、高效进行。

参考文献

[1]候阿龙.煤矿采区供电系统设计探讨[J].科技情报开发与经济, 2012 (11) .

[2]彭秋红, 成兰.煤矿采区供电系统设计探析[J].煤矿现代化, 2014 (01) .

煤矿地面生产系统设计刍议 篇3

煤炭作为商品必须能够适应市场, 良好的地面生产系统设计是加工高质量煤炭, 提供多品种商品的重要保障。

首先, 要制定合理的工艺流程。设计前要收集煤田地质报告中提供的煤质资料和矿方提供的筛分大样资料, 这些资料在其采样方法、采样地点和采样数量上都有局限性, 不能真实地反映矿井的生产实际情况。尤其是煤炭的粒度组成和矸石含量, 对设备选型和确定工艺流程影响较大, 而这些因素与采煤方法又有很大关系, 特别是机械化采煤影响更大。所以还应到煤层、煤质条件相似, 采煤方法相同的生产矿井收集实际的资料对上述各项资料进行综合分析、归纳后才能作为确定工艺流程的依据。同时, 必须深入了解用户对煤炭产品的品种、规格、质量等方面的要求, 并以此作为确定工艺流程的依据。工艺流程也不应是固定不变的, 要有一定的灵活性。这样虽然设计复杂些, 多一些设施, 但是适应了多变的市场, 从而创造出更好的经济效益, 因此还是非常必要的。

在忽沙图某煤矿设计中, 我处对煤的物理性质及煤岩特征作了准确判断, 列出了煤质特征以及元素分析表, 确定了工艺性能 (发热量、可磨性、结焦性、粘结指数、结渣性、低温干馏、煤灰成分等) 。区内各主要可采煤层焦渣特征为2号, 粘结指数均为0, 表明煤的粘结性弱, 平均透光率均在80%以上。浮煤平均挥发分 (Vdaf) 在33.67%～37.35%之间。根据中国煤炭分类标准 (国标GB5751—86) , 矿区内煤主要以不粘煤 (BN31) 为主。并以此进行了详尽的煤质评价, 本区煤具有高发热量、特低硫和低磷等特点, 是良好的动力用煤。本矿井产品分3级, 0～30 mm, 30～100 mm, +100 mm。

第二, 认真做好地面生产系统的设计。准确可靠的地形图是搞好地面生产系统设计的前提。在收集到地形图后应到现场做实际勘察, 尤其在山地或丘陵地区, 地形变化多样, 有些在地形图上表达不出来。只有深入现场进行实际勘察, 才能更好地掌握第一手资料, 才能因地制宜地进行厂房布置, 充分考虑利用各种地形的有利条件, 根据地形的特点做出相应的布置。对于改扩建设计要, 要核查新提供的地形图与矿井建设时所用的地形图其高程、坐标系等是否一致。因原建筑物施工时可能有误差, 使用多年也可能产生沉降, 对原有建筑物与新设计的建筑物之间要发生连接的部位, 除了按地形图和原设计图纸进行计算外, 还应请测量专业人员对其坐标, 标高进行复核测量。我国现有技术水平和工艺条件下, 煤矿地面生产系统一般采用机械筛分与人工捡矸的工艺, 在该系统中, 主提升胶带机和传输胶带机的主要功能是将井底煤仓中的毛煤运到振动筛上进行筛分, 随后块煤进入捡矸胶带机中进行人工捡矸, 末煤直接从筛网下落入储煤胶带机, 储煤胶带机将其运至装车仓等待装车。当地面生产系统中振动筛、捡矸胶带机或储煤胶带机任何一种设备出现故障时, 即可用卸料器将毛煤卸入储煤场中, 无筛加工即可用装载机装车外运。当给煤机、主提升胶带机出现故障时, 储煤场的毛煤可以由返煤胶带机返入转载胶带机上重新加工。对于不同的煤炭用户或不同的煤种来说, 有些需要块煤、末煤分储, 有些则需要块末合储。

经确定, 忽沙图该煤矿主井地面生产系统的设备能力, 与主斜井带式输送机的能力一致为Q=800 t/h。地面生产系统主要设施有φ18 m筒仓两座和胶带输送机走廊等。地面生产系统工艺流程为:主斜井带式输送机将原煤提升出井后经主井井口房至筛分间带式输送机及其溜槽卸入2ZXF-2461/5香蕉型直线振动筛, 筛上物+100 mm经筛前溜槽至筛分间外块煤储煤场堆放, 上层筛下物30～100 mm级经带式输送机运至块煤仓, 再经块煤仓上配煤带式输送机给至块煤仓储存, 下层筛下物0～30 mm经带式输送机运至末煤仓, 再经末煤仓上配煤带式输送机给至末煤仓存放。大块煤储煤场容量为2.0 kt, 块煤仓容量为5.0 kt, 末煤仓容量为4.5 kt。在末煤仓距地面约16.5 m、11.5 m及漏斗口等易起拱的位置布置空气炮, 以防止和清除末煤起拱。外销时, 大块煤由装载机装入汽车, 电子汽车衡计量, 公路外运。中块煤和末煤由仓下的装车闸门装入汽车, 经仓下的电子汽车衡计量, 公路外运。副井采用矿用胶轮车直接上、下井担负矿井的材料、设备、人员、矸石等的辅助运输任务。副井生产系统无井口设施及设备。矿井矸石量约50 kt/a。矸石排放场地位置选择位于工业场地北部1 100 m处的沟地, 占地1.5 ha, 服务年限为8 a。井下矸石经副平硐用胶轮车拉至矸石排放场排弃。矸石填沟后分层压实, 黄土覆盖, 表面植树种田, 达到环保要求。

第三, 合理的设备布置。厂房内设备布置不仅要做到煤的加工工艺流程合理、煤流畅通, 同时对人行通道、设备的安装、起吊和检修通道也要合理安排, 为生产运行创造良好的条件。事先考虑好设备进出口, 避免更换或运送设备的对原有建筑结构的破坏, 在保证厂房利用率、合理安排空间的同时, 确保设备搬运和转移不影响正常生产。在地面生产系统中设有许多腔带输送机转载点, 这个地方的起吊问题往往为人们忽视, 给设备检修、更换带来许多困难, 增加了工人搬运设备时的劳动强度, 设计时对这些地面生产系统的薄弱环节应加以足够重视。

参考文献

[1]石海明, 李锋.梁家煤矿地面生产系统改造[J].山东煤炭科技, 2005 (1)

[2]丁尚仁, 刘亚平, 刘正夏.地面运输系统的研究[J].煤炭技术, 2001 (12)

煤矿瓦斯异动预警系统的设计 篇4

近年来, 我国煤矿大多配备了安全监控系统, 实现了瓦斯超限报警和断电控制, 为保障煤矿安全发挥了重要作用。但是目前的安全监控系统没有分析瓦斯变化趋势的功能, 当瓦斯浓度处于较低水平时, 即使瓦斯有异常变化, 系统也无法及时提醒, 也就不易引起值班人员的注意[1,2]。本文提出一种瓦斯异动预警系统设计方案, 在安全监控系统监测数据的基础上, 对危险源的变化过程建立科学的数学模型, 并对环境参数的变化进行动态分析和评价, 实现了对瓦斯异常变化的提前预警, 为安全监管部门在第一时间掌握矿井安全情况, 及时采取避灾、减灾措施提供了安全有效的手段。

1 系统原理及结构

1.1 系统原理

瓦斯异动预警系统主要利用接入的安全监控系统和综合自动化系统的数据对某一地点 (测点) 的瓦斯或其它环境参数的异动情况进行分析。在剔除主观因素的前提下, 根据概率统计领域的广泛学科理论, 对已接入测点进行自动分类监测;根据已接入测点的设置和一段时间内的历史数据, 结合矿井实际通风状况, 采用特定算法模型计算测点的预警参考值;根据该参考值对测点的实时值进行处理, 得到测点的预警状态, 并通过消息客户端、短信等多种方式进行展现, 实现对瓦斯灾害的有效预防。

瓦斯异动预警系统可基于安全监控系统独立运行, 也可以配套综合自动化系统、安全监控系统联网程序使用。

1.2 系统结构

瓦斯异动预警系统结构如图1所示。

数据接入模块将安全监控系统、综合自动化系统中的环境监测数据集成到瓦斯异动预警系统中, 为瓦斯异动预警系统提供基础数据;预警配置主要提供系统参数配置功能, 包括系统运行参数、测点预警配置等;预警处理模块根据系统配置对接入测点的数据进行计算和处理, 得出每个测点的预警状态, 并对相关结果进行发布和存储;消息处理模块负责将预警信息组织成消息进行发布和预警提示;瓦斯异动预警Web系统通过Web方式提供预警信息查询功能, 主要包括预警实时数据的查看, 预警记录的查询, 预警值曲线以及预警历史的查询、统计等。

2 系统设计

本文主要介绍数据接入服务、预警计算模型及消息处理模块的设计。

2.1 数据接入服务

安全监控系统及综合自动化系统的数据采用文件方式和OPC方式接入, 通过传感器配置描述文件进行测点更新, 数据接入原理如图2所示。

ReadDevProc程序负责解析和更新测点定义;FileClient程序负责处理以文件方式接入的系统, 进行实时数据的更新;OPCClient程序负责处理以OPC方式接入的系统, 进行实时数据的更新;DataProc程序和DataSaveProc程序分别负责数据的处理和保存。

2.2 预警计算模型

目前, 瓦斯异动预警系统中集成了3种预警计算模型:固定门限模型、均方差预警模型和分时均方差模型。在实际应用中, 可以选择一种模型进行处理, 也可以同时选择多个模型进行处理。在建立模型时, 需考虑持续时间和预警底限两个因素。持续时间是指测点值持续不间断高于测点预警值的时间。预警底限是一个指定的值, 只有当测点值高于预警底限时系统才会预警;当测点值低于预警底限时, 系统不对通过模型计算出来的预警进行处理。

2.2.1 固定门限模型

固定门限模型主要是基于《煤矿安全规程》, 由通风和安全部门的专业人士根据经验为每个测点指定固定的门限值。当测点值达到该门限值并满足持续时间和预警底限的条件时, 系统发出预警。

2.2.2 均方差预警模型

正态分布是概率论中最重要的一种分布, 在数学、物理及工程等领域有着非常广泛的应用。当生产过程中只有偶然原因起作用时, 检测数据的分布服从正态分布规律。样本数据的均方差σ主要反映符合正态分布的离散数据的离散程度:

undefined

式中:x1, x2, …xn为测点x的评价样本, 一般根据历史数据的存储特点, 取最近一段时间内 (默认为最近30 d) 的历史数据, 并随时更新;undefined为样本数据的平均值;n为样本个数。

根据正态分布性质, 检测数据落在±3σ范围内的概率约为99.7%;落在±3σ以外的概率只有0.3%, 这是一个小概率。按照小概率事件原理, 在一次实践中超出±3σ范围的小概率事件几乎是不会发生的, 如果发生了, 则说明生产过程中一定有系统原因在起作用[3]。基于这个理论, 构造瓦斯预警值计算公式:

undefined

式中:k为预警参数值, 按照3σ定律, k默认值为3, 一般建议设置为2.5～3。

系统根据瓦斯预警值的计算公式实时地计算出测点的预警值, 并将其更新到系统配置中, 作为瓦斯预警状态的评价基础。当实际测点值达到该预警值, 并满足持续时间和预警底限的条件时, 系统发出预警。该模型可以应用于瓦斯及其它模拟量。

2.2.3 分时均方差模型

在实际应用中, 一天当中的瓦斯浓度可能随生产过程的变化而变化, 一般生产班次比检修班次时浓度要高。为使预警模型更科学、合理, 考虑瓦斯分布的这种规律, 分时均方差模型在均方差预警模型的基础上进行了改进, 将一天划分为多个时段来处理, 每个时段使用独立的预警参考值。该模型可以更好地适应实际情况。

2.3 消息处理模块

消息处理模块根据需要将预警信息发送到相关管理人员的消息客户端或手机终端上, 使管理人员第一时间获取环境参数的异常变化情况, 以便及时采取相应措施, 从而提高煤矿应急处理速度。

3 系统主要功能

(1) 能够对矿井各类环境监测数据 (模拟量) 的异动情况进行分析和评价, 实现提前预警功能, 并可通过消息客户端、手机短消息等方式进行提醒, 使管理人员能够尽早掌握矿井环境参数的变化情况, 以便在紧急情况下及时采取措施, 将安全隐患消除在萌芽状态。

(2) 采用了自动跟踪安全监控系统配置变化的机制。当安全监控系统的配置发生改变时, 预警系统的配置会自动作出相应改变, 保证与安全监控系统的配置相对一致, 从而保证了数据的正确性, 减少了系统维护人员的工作量。

(3) 可以针对单个测点或一组测点预设固定的预警值、预警值增量及预警参数, 当监测数据达到预警条件时进行预警提示。

(4) 采用通信中间件技术和AJAX技术实现实时通信和Web动态数据显示, 可实时浏览环境监测数据的趋势及变化情况, 并根据需要生成相应的瓦斯预警分析报表, 为日常安全管理提供参考依据。

(5) 可以将井下环境参数的历史数据、预警参数值等以曲线形式反映出来, 直观展示矿井不同地点的瓦斯浓度波动规律, 判断瓦斯测定当前值所反映的矿井瓦斯安全水平, 方便日常分析、决策。

(6) 具有语音及页面闪烁报警功能。

4 结语

瓦斯的提前预警具有重大意义, 它虽然不能抑制瓦斯突出的发生[5], 但可以对瓦斯的异常变化做到尽早预警, 以便及时采取措施避灾、减灾, 降低瓦斯事故发生的可能性。瓦斯异动预警系统能够对煤矿井下瓦斯的异动情况提前预警, 并通过消息客户端、短信等多种方式发布预警信息, 实现了对瓦斯灾害的有效预防, 为保证井下作业人员的安全提供了参考依据。该系统目前已配套煤矿安全监控系统、矿井综合自动化系统在多个煤矿使用, 在监测井下环境参数异常变化的过程中发挥了较大作用, 实际使用效果良好。

摘要：针对煤矿安全监控系统因无瓦斯变化趋势分析功能, 当瓦斯浓度处于较低水平时, 即使瓦斯有异常变化也无法及时提醒的问题, 设计了一种煤矿瓦斯异动预警系统。该系统采用文件方式和OPC方式接入安全监控系统及综合自动化系统的监测数据;结合矿井实际通风状况, 采用固定门限模型、均方差预警模型和分时均方差模型等三种预警模型计算得出测点的预警参考值及预警状态;通过消息客户端、短信等多种方式发布预警信息。实际应用表明, 该系统实现了对瓦斯灾害的有效预防, 为保证井下作业人员的安全提供了参考依据。

关键词：煤矿,安全监控系统,瓦斯异动,预警

参考文献

[1]刘西青.论国内煤矿瓦斯监测监控系统现状与发展[J].山西焦煤科技, 2006 (3) :37-40.

[2]王凯, 李玉军, 宁浩.煤矿安全综合预警系统的构想[J].煤矿安全, 2008 (11) :103-105.

[4]林传兵, 林柏泉, 吴海进.控制图在工作面瓦斯治理措施有效性评价中的应用[J].煤矿安全, 2007, 26 (9) :26-28.

[5]淮南矿业.淮南矿业瓦斯异常预警系统发挥作用[EB/OL]. (2010-12-24) [2011-07-13].http://www.chinacoal.gov.cn/coal mkaq/277/18483.aspx.

低功耗煤矿压力监测系统设计 篇5

关键词：煤矿,压力监测,矿压传感器,低功耗,ZigBee

0 引言

在煤矿安全生产中,井下压力监测是非常重要的环节,煤矿井下压力监测系统可以及时反映井下巷道围岩压力、煤柱压力、液压支架压力的变化情况。而目前煤矿井下压力监测系统一般采用有线通信方式,具有结构复杂、传感器功耗大、数据不稳定等缺点。鉴此,本文设计了一种基于ZigBee的低功耗煤矿压力监测系统。

1 系统总体设计

低功耗煤矿压力监测系统主要由监控主机、数据采集分站、传感器节点组成[1],如图1所示。其中监控主机安装在地面监控室,用于井上工作人员监测井下各个位置的压力情况;数据采集分站安装在每个巷道的入口处,用于管理本巷道内所有传感器节点并将本巷道内所有节点数据上传到井上监控主机;矿压传感器为整个系统的最前端,用于实时采集巷道压力数据并定时回传给本节点所属采集分站,系统主要使用了矿用顶板应力传感器、煤柱应力传感器、液压支架压力传感器。

矿压传感器采集各种压力后,依次将压力数据通过ZigBee的方式传送到数据采集分站,数据采集分站将汇总的所有压力数据通过RS485总线传输到监控主机中。井下通信采用ZigBee无线传输方式,降低了各个传感器节点的功耗和组网复杂度,大大提高了传感器电池的使用寿命。同时也确保了数据的可靠安全传输,节约了成本。

2 系统硬件设计

2.1 低功耗传感器节点设计

因为井下压力传感器节点采用电池供电方式,所以采用低功耗设计方案。传感器节点由数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、射频模块、电源等组成,如图2所示。

(1)数据采集模块。传感器中应变片受到压力后产生形变,应变片上的电阻丝同时发生形变,电阻大小产生变化,由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,然后电压信号被送到数据处理模块。

(2)数据处理模块。为了满足低功耗要求,传感器节点采用低成本、低功耗SOC芯片———CC2530作为控制核心[2]。在接收模式和发送模式下,CC2530的电流损耗分别为24mA和29mA,在睡眠模式下,CC2530消耗的电流仅为1μA;利用有效位数多达12位的ADC实现对采样数据的模数转换,并用DMA将转换结果写入存储器,从而实现数据处理功能。

(3)射频模块。系统采用ZigBee的方式进行数据传输[3],通信频率为2.4GHz,为了适应井下复杂的工作环境,保证长距离的通信以及较低的误码率,射频模块选用CC2530芯片,同时辅以低成本、高性能的射频前端模块CC2591,实现传感器节点间的无线通信,进而组成无线传感网络。

2.2 数据采集分站设计

数据采集分站负责对汇总的传感器数据进行打包,并发送给上位机,实现井下与井上数据的相互传递。数据采集分站整体结构如图3所示。

3 系统软件设计

3.1 井下通信机制设计

为了适应巷道的狭长特性,设计了一种基于ZigBee的线性接力传输方式。每个传感器节点都有唯一的地址[4],数据采集分站地址为0x0000,第1个节点地址为0x0001,依此类推。所有节点完成初始化后,同时进入等待接收同步时间的状态。数据采集分站发送时间同步命令给1号节点,1号节点收到命令后,给数据采集分站返回1个应答指令,确认已经收到同步时间命令,然后按照同步指令启动本地睡眠定时器,并将时间同步命令传给2号节点;2号节点采用与1号节点相同的流程,当1号节点收到2号节点的应答信息后,转移到等待接收2号节点数据的状态;然后,2号节点将同步指令发送给3号节点,依此类推,直到最后的N号节点,因为不存在N+1 号节点,所以N号节点收不到应答信号。当发送10次同步信后若仍然无应答,则N号节点发送采集数据给N-1号节点,N-1号节点给N号节点应答信号后,N号节点进入睡眠状态。当N-1号节点收到N号节点的数据后,将自己采集的数据和N号节点的数据打包发送给N -2号节点,然后,依此类推,最后所有节点的数据都被打包发送到数据采集分站;数据采集分站将数据进行存储,完成本次通信。井下通信机制如图4所示。

3.2 节点的低功耗软件设计

因为井下各种压力传感器节点都采用电池供电,所以设计一种低功耗的工作方式十分重要,降低各个节点的功耗可以大大提高其工作寿命,提高系统可靠性,节约成本。低功耗软件分为CC2530调度程序、时间同步通信机制程序、无线收发程序3个部分。

CC2530调度程序采用中断的方式,相比于查询方式,中断方式的功耗更低。如果采用查询的调度方式读取AD转换数据,必须不停地读取I/O端口寄存器,从而提高了功耗,而采用中断方式时,主芯片不需要读取数据就直接进入待机模式,从而降低了功耗。

时间同步通信机制对于降低传感器节点功耗非常重要,无线数据的收发功耗非常大,为了节省电量,要尽可能地关闭节点射频模块,使其处于低功耗状态[5]。为了在尽可能短的时间内通信成功,就要对各个节点进行时间同步,使所有节点同时唤醒并进行数据收发,然后同时休眠,以保证功耗最低。

数据的无线发送与接收是功耗最大的部分,为了降低这部分的功耗,要考虑到节点因为故障不能收发数据的情况,将不能通信的节点转到单机模式,只采集而不发送数据,其他节点跳过该节点进行通信,节点工作流程如图5所示。

3.3 数据采集分站软件设计

数据采集分站主要有2个功能:数据处理与向下通信。向下通信功能相当于把分站看成一个压力传感器节点,软件设计与节点相同。数据处理功能包括数据的汇总、存储、显示和转发。为了更好地运用STM32F103VET6单片机,在分站中嵌入了μCOS II实时操作系统,利用其优先级保证系统的实时处理能力,增强系统的可靠性。根据具体的功能要求设计了相对应的任务优先级,如图6所示。

3.4上位机软件设计

上位机软件采用C#语言编写,配合使用SQL Server 2008进行数据存储。上位机软件包含用户管理功能、基本信息配置功能、实时数据显示功能、历史数据查询功能、报警功能、报表分析功能,并使用RS485串口与数据采集分站进行通信。

4 功耗测试

以矿用锚杆(索)应力传感器节点为例,测量节点各个状态的工作电流,传感器节点工作流程:被唤醒→采集数据→传输数据→睡眠。睡眠模式下节点工作电流理论值为1μA,节点在睡眠状态、采集状态、接收状态、发送状态、显示状态的电流I1—I5分别为0.001,12.8,35,53,45mA。

1个周期T内数据采集模块、数据显示模块、数据发送模块、命令转发模块、数据接收模块、指令接收模块的工作时间T1—T6分别为200 ms,5s,15ms,1.5 ms,2s,2s,节点处于睡眠状态的时间T7= T-(T1+T2+T3+T4+T5+T6)。

按T=30min计算1个工作周期中单个节点所耗的电量为

因为T=30min,所以每天通信48次。假设在1d中,节点被查看数据10次,则1d中消耗电量为

由于顶板离层仪节点所使用的电池为ER14505,其参数为2.4A·h/3.6V,电池使用效率按80%计算,其可用电量Q=1.92A·h。结合式(2)可知,ER14505最长供电时间为750d。

经过一系列低功耗软硬件设计优化之后,传感器安装完成后能够使用750d,完全能够满足其工作需求。

5 结语

基于ZigBee的低功耗煤矿压力监测系统可以对井下各种应力进行实时监测,提高了煤矿井下生产的安全性。该系统采用ZigBee无线通信方式和时间同步机制,降低了各个节点的功耗,提高了产品的使用寿命。

参考文献

[1]李致金.基于无线传感器网络的煤矿顶板压力监测系统[J].电子技术应用,2010(11):102-105.

[2]姬海超,王晓荣,盖德成,等.井下分布式无线应力监测系统设计[J].电子技术应用,2015,41(9):45-47.

[3]陈斯,赵同彬,高建东,等.基于ZigBee PRO的矿井瓦斯无线监测系统[J].煤炭技术,2011,30(9):110-112.

[4]方刚,任小洪,贺映光,等.基于ZigBee技术的煤矿监测系统[J].仪表技术与传感器,2010(12):41-43.

煤矿供配电系统设计的节能措施 篇6

关键词：煤矿,供配电,节能

0 引言

统计资料表明, 电网的损耗约占总发电率的5%左右, 降低供配电环节的电能损耗意义重大, 有助于实现单位国内生产总值能源消耗降低20%的宏观能效目标。

1 供配电系统总体设计的节能措施

1.1 供电电压等级和线路设计

大截面导线电缆, 虽可达到节能目的, 但无疑会增加投资, 而小截面势必影响线路可靠运行, 给安全生产带来危害和隐患, 线路设计时应遵循以减少线路损耗为原则。电流通过配电线路时产生功率损耗, 在具体工程中, 线路上的电流通常维持不变, 要减少线损就只能尽量减少线路电阻, 因为线路电阻R在通过电流不变时, 线路长度越长则电阻值越大, 所造成的电能损耗也越大, 所以应尽量选用电阻率较小的导线以减小电阻值, 如尽量采用铜芯导线, 其次考虑使用铝线, 且尽力缩减导线长度, 尽量敷设直线避免线缆转弯。在低压配电中, 尽可能不走或少走回头路。变电所尽量靠近负荷中心, 以减少供电半径。对于较长的线路, 在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下, 在选定线截面时加大一级线截面。另外, 可将某些季节性负荷的线路, 用作常年使用的供电线路, 以减少线路和电阻, 使同样大的干线截面传输较小的电流, 从而减小线路损耗。

1.2 合理选用变压器和电动机

变压器作为电压变换设备, 广泛应用于电力系统, 10k V和35k V等级的变压器使用尤为广泛。由于使用量大, 运行时间长, 变压器在选择和使用上存在着巨大的节能空间。选择变压器时, 应选用S系列或S10系列、S11等系列低损耗节能型变压器。对于电压波动较大, 为改善电能质量, 可采用有载调压电力变压器。

异步电动机是最常用的工业电动机, 其主要经济指标为效率和功率因数, 两者密切相关, 在改善异步电动机效率的同时也改善了功率因数。异步电动机引起的无功功率约占总无功功率的3/4以上。在异步电动机空载时功率因数只有0.2~0.3, 满载时功率因数可达0.85~0.89。设计时要正确选择容量, 容量不能过大, 应尽可使其能满负荷运行。一般异步电动机的额定功率和功率因数按负荷系数在75%~100%范围内设计, 故电动机额定输出功率应选择为负荷功率的1.10~1.15倍为宜。工程实践中, 电动机通常已由专业设备配套供给, 节能措施必须尽可能的在运行中贯彻, 减少电动机轻载和空载运行, 采用变频调速控制电动机, 使其在负载率变化时自动调节转速使其与负载变化相适应, 以提高电动机轻载时的效率达到节约电能的目的。

1.3 提高供配电系统的功率因数

提高功率因数, 可以减少线路无功功率的损耗达到节能的目的。输电线路损耗包括线路传输有功功率引起的线损和传输无功功率引起的线损。传输有功功率是为了满足设备功能所必须的, 是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器等都具有电感性, 会产生滞后的无功电流, 它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端, 无形中又增加了线路的功率损耗, 这部分损耗是可以避免的。可通过减少用电设备无功损耗, 提高用电设备的功率因数来实现, 尽可能采用功率因数高的用电设备, 如同步电动机等, 电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备, 如采用配有电容补偿的荧光灯等。此外, 还可用静电电容器进行无功补偿。电容器可产生超前无功电流以抵消用电设备的滞后无功电流, 从而提高功率因数。同时减少整体无功电流在具体设计时可采用高压集中补偿、低压分散补偿和低压成组补偿等方式, 可根据实际情况选择补偿方式。

1.4 低压电器和照明器件的选择。

低压电器是量大面广的基础元件, 就每只低压电器而言, 所消耗的电能并不大, 但总的用量大, 在设计中可采用成熟、有效、可靠的节能型低压电器。照明节能设计要在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下, 力求减少照明系统中光能的损失, 最大限度的利用光能。要有效地控制单位面积灯具安装功率, 在满足照明质量的前提下一般房间应优先采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯, 高大车间、厂房及室外照明等宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。此外, 要推广使用电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等低耗性优的附件, 公共建筑场所内的荧光灯可选用带有无功补偿的灯具, 紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器, 气体放电灯宜采用电子触发器等。另外, 可改进灯具控制方式, 根据照明使用特点采取分区控制灯或适当增加照明开关点。

2 加强煤矿供配电节能管理

电能消耗是煤矿企业主要的能源消耗, 占生产成本比重较大。传统矿井因井下条件复杂, 每个配电点下使用成员单位多, 设备落后, 无法分辨耗能单位的实际耗电量, 无法进行指标考核。无法实现设备空转的实时监控, 也无法判别设备何时负载运行, 设备空转现象无法控制, 节能控制落不到实处, 电能浪费严重。现代煤矿要建立先进的电力监测管理系统实现科学计量管理, 监测供电系统的电气运行参数、曲线, 记录供电系统运行过程, 监测异常运行参数, 自动判别报警, 杜绝设备带病运转, 监控设备运行状态, 提高设备运行效率。建立监测数据管理系统, 实现全矿总用电功率、最大需量, 地面变电所母线电压、变压器负载率等的实时显示, 以及三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电量等监测参数的动态显示和统计, 使得全矿、任一单位、任一监测点都可按赋予条件追溯查询任一时段电参数的历史数据表。

参考文献

[1]王凯.浅谈利用科技手段实现煤矿供配电经济运行[J].煤炭经济研究, 2010 (3) .

[2]张远志, 史苏安.大型矿井供配电全数字化技术改造[J].煤炭技术, 2008 (5) .