煤矿安全监控系统信号超长距离传输

王存喜

0 引言

矿井安全监测监控系统是一种自动采集资料，处理资料并进行控制的系统，具有及时、准确、连续、可靠的优点，弥补了人员检测瓦斯等气体有疏漏的不足，用于保障矿井安全。但随着煤层开采的不断深入，掘进巷道越来越长，给监控信号传输带来了难题。

1 同发东周窑公司安全监控系统概况

同煤集团同发公司使用的是常州天地KJ95N 型安全监控系统。该系统以微机网络为中心，运行于Win2000/XP/2003 系列Windows 平台，采用了通讯、网络、图形处理、数据库、地理信息等技术。主要是监测监控瓦斯、风速、温度、负压、CO、O2、烟雾、风门开关、主扇、局扇、风机开停等环境参数，以及电流、电压、水仓水位、煤仓煤位、箕斗计数、各机电设备开停和馈电、断电状态等生产运行参数。中心站主机通过地面环网交换机接入5 台井下交换机，形成工业环网传输。全井共装设监控分站27 台，CH4传感器76 台、风机开停传感器60 台、CO 传感器8台、风速传感器5 台、负压传感器1 台、温度传感器5 台、断电仪15 台，对采掘工作面进行覆盖。

2 信号超长距离传输技术研究及应用

根据《AQ1029-2007》 标准要求，8202 工作面上隅角切顶线煤帮处安装1 台CH4传感器、1 台O2传感器、1 台CO 传感器，在距8202 工作面10 m 处安装1 台CH4传感器。8202 面现有信号电缆1 条，按照常规方法需要再铺设信号电缆3 条才可以实现以上传感器的正常安装使用（见图1）。8202 回风巷总长2 040 m，需使用电缆6 000 m，且工作量非常大。AQ 标准中规定系统分站至传感器的长度不小于1 500 m。由于8202 巷道长度大于2 000 m，远超监控系统规定设计长度的1 500 m，导致工作面的CH4传感器供电不足，工作不稳定。经现场测试，在只接一个负载的情况下，信号电缆的末端电压仅为9 V，与额定电压的21 V 相差甚大。这就导致工作面传感器偶尔显示不正常，传输不稳定，有误报警情况发生。按照常规的解决办法：①需要更换大直径信号传输电缆或增加多条信号传输电缆，但是传输效果仍然不太理想，同时也增大了工作强度及维护难度，经济投入也会增大；②在巷道内增加监控分站，缩短分站到传感器的传输距离(见第23 页图2）。这种方法的最大弊端是在实现瓦电闭锁时会把分站本身通电也断掉。因为综采工作断电范围是：工作面及回风巷内所有非本质安全型电气设备，增加的分站用电也取至巷道内的动力电源，所以也在被断电范围内。因此，瓦电闭锁时分站也会断电，如果备用电池出现问题，就会导致工作面传感器不能正常工作，无法把井下的实时数据传输到地面中心站，如有气体超限或异常也不能及时采取应急措施，就会给安全生产带来隐患，所以这两种方法都不是很理想。

图1 8202 工作面原始分站、传感器接法示意

图2 增加分站示意

为解决信号电缆距离超长导致传感器信号衰减严重这一难题，经过多次的入井研究、实验室里模拟试验、论证，最终完美解决：利用1 条4 芯信号电缆专做供电，1 条4 芯电缆分开来专做信号，把原先的“信电一体”分开传输。因为1 根4 芯电缆按正常接法需接入分站模拟量口的电源正、负和信号正、负端，所以1 根4 芯电缆只能接入1 台传感器，根据标准要求工作面最少要安装4 台各类传感器，所以要采用“信电分离”法，这样既保障了长距离供电问题，又用最少的电缆接入最大量的传感器。

具体操作方法和工作原理：首先敷设两根4 芯信号电缆（1×4×7×0.52），1 根电缆4 芯并为2 芯，一端接入分站的电源正负端子，另一端接入工作面三通接线盒1（这就相当于增加了电缆截面，使电缆阻值降低，末端电压升高，满足传感器的工作电压）；另一根电缆一端4 芯分别接入分站的4 个模拟量口，另一端接入工作面三通接线盒2（这样就使4 芯电缆得到充分利用，可以接入4 台传感器）。三通接线盒1、2 出线后分别进入四通接线盒1、2，最后接入传感器（见图3、表1）。

图3 信电分离示意

表1 改进前后8202 工作面传感器数据变化

这种方法的优点是：①保障了长距离供电信号传输的稳定；②节省了分站及电缆设备的投入；③线路结构简单，日常维护方便，降低了员工的劳动强度；④为安全生产提供了保障。

3 效果及经济效益

改用“信电分离”的方法：利用1 条4 芯信号电缆专做供电，1 条4 芯电缆专做信号，把原先的“信电一体”分开传输，只需用2 条信号电缆，使用电缆4 000 m 就可以完成任务。

本项目节约资金约10 万元。同发公司采掘面顺槽设计长度均在2 000 m 以上，如果全部使用“信电分离”的方法，可以节约的资金数目不可估量。“信电分离”有效解决了超长传输供电不足导致传感器不能正常工作的难题，为保障矿井安全生产提供了坚实稳定的基础。