煤矿掘进工作面三专两闭锁电气控制的PLC控制改造

郭 刚

（山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同 037003）

煤矿掘进工作面三专两闭锁电气控制的PLC控制改造

郭 刚

（山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同 037003）

煤矿井下掘进工作面实行“三专两闭锁”是防止瓦斯事故发生的重要技术措施，它涉及供电、通风、监控三方面。目前煤矿“三专两闭锁”电气控制系统应用继电保护控制，由于继电控制系统元器件多、接线量大、故障率高、系统工作可靠度较低，为解决现场实际需求，文章研究用PLC改造继电控制系统，以提高系统工作的可靠程度，进而确保煤矿安全生产。

煤矿井下；掘进工作面；三专两闭锁；电气控制改造

为有效预防煤矿井下掘进工作面因停电、停风而造成的瓦斯爆炸、瓦斯窒息等事故的发生,《煤矿安全规程》对不同瓦斯等级矿井安装使用“三专两闭锁”和双风机双电源作出了专门规定,以保障供电的稳定、可靠性和作业人员的安全性。实行“三专两闭锁”是防止瓦斯事故发生的重要技术措施,它涉及供电、通风、监控三方面。

1 掘进工作面三专两闭锁

1.1 三专供电系统

每个掘进工作面的局部通风机供电,直接由采区变电所采用专用变压器、专用开关和专用电缆向局部通风机供电,以防其他电气设备的用电干扰,确保局部通风机的连续正常供电。三专两闭锁供电系统，见图1。

图1 三专两闭锁电气系统图

1.2 风-电闭锁控制原理

风-电闭锁,是指控制通风机的启起动器与控制掘进机的启动器进行联锁控制,来实现先给通风机供电,然后才能给掘进机供电的方式。风机停转时,掘进机工作面的电源同时被切断，其控制原理，见图2。

风-电闭锁原理,是把控制通风机磁力启动器QC83-80中的辅助常开接点KM3,通过控制电缆串联在控制掘进机磁力启动器QC83-120的启动控制回路中,只有通风机启动运转后,QC83-80启动器的辅助常开接点KM3闭合,控制掘进机的QC83-120启动器才能接通,使接触器吸合,给掘进机供电。如果通风机停转,QC83-80的辅助常开接点KM3断开QC83-120的控制回路,使掘进机断电。1.3瓦斯-电闭锁控制原理

瓦斯-电闭锁,是当掘进巷瓦斯超限时,自动切断给掘进机供电的高压电源，其控制原理，见图3。

瓦斯-电闭锁原理,是由瓦斯（CH4）探头测得掘进工作面（巷）的CH4含量信号送给监控分站,当CH4超限,即CH4浓度达到1.5％时,监控分站内继电器常开接点K1闭合,接通断电仪电路,其内部继电器接点K2闭合,接通了给掘进机供电变压器的高压开关脱扣线圈TA电路,使高压开关跳闸。切断了掘进工作面电气设备的电源,实现了瓦斯-电闭锁。

2 煤矿实际用KSGJY型综掘专用移动变电站实现三专两闭锁

煤矿井下综掘设备的供电是由KSGJY型移动变电站来实现的，其供电系统电路，见图4。

图2 两台开关实现风电闭锁原理图

图3 瓦斯-电闭锁原理图

KSGJY型移动变电站由专用高压真空配电箱17供电,经三相变压器B降压后,再经接触器1K和电缆9向局部通风机供电;经接触器2K和电缆10向掘进工作面用电设备供电。

2.1 局部通风机的启动过程

1）给风机供电的动力电缆未发生漏电,JJKB30检漏继电器的常开接点闭合;

2）电机综合保护器ABD正常,其常开接点闭合;

3）工作面和工作面回风流中瓦斯不超限,T2和T3的常闭接点闭合;局部通风机入风侧瓦斯浓度不超限,T1常闭接点闭合;

4）当T1处瓦斯不超限时,瓦斯断电仪SCH4使时间继电器KT1吸合,其常开接点KT1延时0～60 s闭合;

图4 KSGJY系列综掘专用移动变电站供电系统

图中：1-KSGJY型移动变电站高压负荷开关;2-移动变电站三绕组干式变压器;3-移动变电站低压馈电组合开关,供掘进工作面动力电源开关;4-移动变电站低压馈电组合开关,供局部通风机电源开关;5-移动变电站低压侧,JJ30检漏继电器;6-移动变电站低压侧综合保护器;7-移动变电站低压侧延时继电器KT1,延时0～600 s;8-移动变电站低压侧延时继电器KT2,延时0～600 s;9-通风机专用电源电缆;10-掘进工作面专用动力电缆;11-局部通风机;12-工作面瓦斯检测传感器（T3）;13-回风流瓦斯检测传感器（T2）;14-局部通风机进风瓦斯检测传感器（T1）;15-瓦斯检测仪（SCH4）;16-专用高压电缆;17-专用高压开关;18-信号喇叭;19-JJ30检漏继电器辅助接地极;20-远方操作电源

5）按下移动变电站低压侧局部通风机接触器启动按钮ST→接触器1K

吸合→

时间继电器KT2延时可调范围为0～600 s,即掘进工作面供电时间视通风机风筒长度而确定,也就是说,局部通风机启动后,向综掘工作面送动力电源的滞后时间由KT2决定。局部通风机启动后,便可向掘进工作面供电。

2.2 向掘进工作面供电

由图4中控制回路逻辑关系可知,向综掘工作面供电的低压开关2K合闸的条件为：

1）首先局部通风机运转送风,即1K回路接通。其辅助接点1K闭合,时间继电器KT2延时吸合,其接点延时闭合;

2）工作面和工作面回风流中瓦斯不超限,即瓦斯检测传感器T2和T3的常闭接点闭合;

3）给掘进工作面供电的动力电缆未发生漏电, JJKB30检漏继电器常开接点闭合;

4）电机综合保护器ABD正常运行,其常开接点闭合;

5）按下移动变电站低压侧向掘进工作面供电的启动按钮ST→接触器2K吸合→

主触头闭合,向掘进工作面供电辅助接点2K闭合,自保

2.3 风-电闭锁

如果按下风机停止按钮STP或由于故障原因风机停止或风机进风侧瓦斯超限T1打开时,风机接触器1K释放,风机停机。1K控制的时间继电器KT2瞬时释放,2K断电释放,掘进工作面停电,即进行风-电闭锁。

2.4 瓦斯-电闭锁

如果瓦斯涌出量大时,局部通风机不能将其吹散或稀释,则由瓦斯监控系统对掘进工作面的动力电源实行闭锁。当掘进工作面瓦斯浓度达到1％以上时,瓦斯监控器发出报警信号;当掘进工作面瓦斯浓度达到1.5％以上时,T2接点断开；当工作面回风巷瓦斯浓度达到1.0％时，T3接点断开,立即切断掘进工作面动力电源,防止电火花或机械火花引起瓦斯爆炸。但局部通风机控制回路中常闭接点T2，T3打开,由自保回路旁路,风机继续运行。当掘进工作面进风侧甲烷（CH4）传感器T1监测的甲烷（CH4）浓度大于0.5％,T1接点断开,风机接触器1K释放,风机停机,并使整个掘进工作面全部停电,由主通风系统吹散或稀释超限的甲烷（CH4）浓度,待入风侧甲烷（CH4）浓度低于0.5％时,才能重新启动局部通风机,恢复正常生产,完成瓦斯-电闭锁控制。

3 对煤矿实际用三专两闭锁电气控制系统进行PLC改造

煤矿实际用三专两闭锁由于采用继电器控制,元器件数量多,接线量大,故障率高,系统工作安全系数较低,使煤矿掘进系统工作不稳定,为了提高掘进工作面三专两闭锁电气控制系统的可靠性、安全性,确保掘进系统工作安全,提出用PLC对目前实际用三专两闭锁控制系统进行改造。

3.1 PLC控制过程

掘进工作面进风侧甲烷传感器T1监测的甲烷浓度不大于0.5％,X5吸合,T0延时0～60 s吸合,局部通风机供电系统绝缘正常则1JJKB30常开接点闭合;X10吸合,局部通风机电动机无故障则综保ABD1常开接点闭合；X12吸合,按局部通风机启动按钮ST1,X1吸合,Y1吸合,1K吸合,局部通风机电动机得电启动运行。Y1自保启动按钮ST1及X1,同时,Y1使T2延时0～600 s吸合,为掘进机启动作准备。待掘进工作面风流形成（根据实际情况决定延时时间）,若掘进工作面回风侧甲烷传感器T2监测的甲烷浓度不大于1.0％,X6吸合；掘进工作面甲烷传感器T3监测的甲烷浓度不大于1.5％,X7吸合；掘进机供电系统绝缘正常则2JJKB30常开接点闭合;X11吸合,掘进机电动机无故障则综保ABD2常开接点闭合；X13吸合,按掘进机启动按钮ST2, X3吸合,Y2吸合,2K吸合,掘进机电动机得电启动运行。停止掘进机时,按压STP2,则X4断开,Y2释放,2K释放,掘进机电动机失电停止运行。停止局部通风机时,按压STP1,则X2断开,Y1释放,1K释放,局部通风机电动机失电停止运行。

如果按下风机停止按钮STP1或由于故障原因风机停止或风机进风侧瓦斯超限T1打开时,PLC输出继电器Y1释放,风机接触器1K释放,风机停机。Y1释放,Y2失电释放,掘进机接触器2K断电释放,掘进工作面停电,即进行风-电闭锁。

3.2 瓦斯-电闭锁

如果掘进工作面瓦斯涌出量大时,局部通风机不能将其吹散或稀释,则对掘进工作面的动力电源实行闭锁。当掘进工作面回风侧甲烷传感器T2监测的甲烷浓度大于1.0％,当掘进工作面甲烷传感器T3监测的甲烷浓度大于1.5％,T2，T3接点断开,PLC输入继电器X6,X7接点断开,Y2失电释放,掘进机接触器2K断电释放,掘进机断电停止工作。但局部通风机供电系统继续运行,确保局部通风机继续工作吹散或稀释超限的甲烷浓度,保证安全生产。

当掘进工作面进风侧甲烷传感器T1监测的甲烷浓度大于0.5％,PLC输入继电器X5接点断开, Y1失电释放,局部通风机接触器1K断电释放,局部通风机断电停止工作,同时,由于Y1失电释放, Y2也失电释放,掘进机接触器2K断电释放,掘进机断电停止工作,整个掘进工作面全部停电,由主通风系统吹散或稀释超限的甲烷浓度,待入风侧甲烷浓度低于0.5％时,才能重新启动局部通风机,恢复正常生产,完成瓦斯-电闭锁控制。

4 结论

用PLC对目前煤矿三专两闭锁控制系统进行改造，可以减少控制器件，减少维护工作量，降低故障率，提高掘进工作面三专两闭锁电气控制系统的可靠性和安全性，确保掘进工作面的安全生产。

图5 PLC接线图及梯形图

[1国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社,2010.

[2]顾永辉.煤矿电工手册[M].北京：煤炭工业出版社,2009.

[3]王兆义.可编程控制器教程[M].北京：机械工业出版社,2006.

〔责任编辑 石白云〕

The Reform of＂Three Special－purpose Devices and Two Lockups＂Electronic Control System at the Tunnelling Face in Coal Mines

GUOGang（School of Coal Engineering,ShanxiDatong University,Datong Shanxi,037003）

At the tunnelling face of coalmines,＂Three Special－purpose Devices and Two Lockups＂is an importantmeasure to prevent gas accident from happening，which involves power supply,ventilation and supervision.Recently,relay protection is applied in the＂Three Special－purpose Devices and Two Lockups＂Electronic Control System.Since the number of components of relay control system is big，the fault rate is high and the reliability of the system is low,this paper suggests that the relay control system be reformed by PLC in order to raise the reliability of the system and ensure the safe production of coalmines.

coalmines；tunnelling face；Three Special－purpose Devices and Two Lockups；reform of electromic control

TD68

A

2012－10－20

郭刚（1965－），男，山西 大同 人，高级实验师，研究方向：煤矿电气工程。

1674-0874（2013）01-0074-03