Краткая характеристика технических средств автоматизации автоматической газовой защиты

Тема 12

Автоматизированные системы мониторинга и прогноза природных и

технологических опасностей при работе горных машин

Автоматическая газовая защита

Согласно «Инструкции по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану» контроль содержания метана стационарной аппаратурой в шахтах III категории по газу, сверхкатегорных по газу метану и опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа осуществляется:

- в при забойных пространствах тупиковых выработок длиной более 10 м и исходящих струях при длине выработки более 50 м, если в выработках применяется электроэнергия и выделяется метан; при наличии в тупиковой части выработки передвижной подстанции - у подстанции; если выработка проводится с применением буровзрывных работ в режиме сотрясательного взрывания - независимо от применения электроэнергии; в тупиковых выработках, опасных по слоевым скоплениям метана, длиной более 100 м, если в них применяется электроэнергия, - дополнительно у мест возможных скоплений;

- у ВМП с электрическими двигателями при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам, а также при установке вентиляторов в выработках с исходящей струей воздуха из очистных и тупиковых выработок;
- в поступающих в очистные выработки струях при нисходящем проветривании, при последовательном проветривании, а также при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, с применением электроэнергии независимо от направления движения вентиляционной струи в очистной выработке;
- в исходящих струях очистных выработок, в которых применяется электроэнергия, и в исходящих струях выемочных участков независимо от применения электроэнергии;

- в тупиках вентиляционных выработок, погашаемых вслед за очистными забоями;
- в камерах для машин и электрооборудования, проветриваемых исходящими струями воздуха; в местах установки электрооборудования в рудничном нормальном исполнении и электрооборудования общего назначения;
- в выработках с исходящими струями воздуха за пределами выемочных участков (до стволов), если в них имеется электрооборудование и кабели;
- в исходящих струях крыльев и шахт, опасных по внезапным выбросам угля и газа;

- у смесительных камер (смесителей) газоотсасывающих установок;

- в камерах газоотсасывающих вентиляторов.

Стационарная аппаратура контроля содержания метана должна производить отключение электроэнергии при уставке на концентрацию метана:

- в призабойных пространствах тупиковых выработок, а также у проходческих полков в вертикальных стволах – 2%;

- в исходящих струях тупиковых выработок, в том числе в исходящих струях вертикальных стволов – 1%;

- в исходящих струях очистных выработок и выемочных участков – 1,3%;

- у передвижных электрических подстанций, устанавливаемых в тупиковых выработках – 1%;

- в перекачных камерах водоотлива вертикальных стволов – 1%;

- в поступающих струях выемочных участков и очистных выработок, а также перед ВМП с электродвигателями – 0,5%. Для предупреждения загазирований допускается настройка датчиков на отключение ВМП – 1% при условии, что со всех электроприемников в тупиковой и очистной выработках при концентрации метана в поступающей струе более 0,5% будет автоматически сниматься напряжение;

- в выработках с исходящей струей воздуха за пределами выемочных участков у сопряжений с вентиляционными выработками – 1%;

- в выработках с исходящей струей воздуха за пределами выемочных участков перед ЦПП – 1%;

- в камерах для машин и электрооборудования, проветриваемых исходящими струями воздуха, – 1%;

- при контроле слоевых и других местных скоплений метана в горных выработках – 2%;

- у смесительных камер (смесителей) газоотсасывающих установок: 1,3% – в вентиляционных выработках выемочных участков и 1% ;

- в камерах газоотсасывающих установок – 1%;

- у электроблоков щитового агрегата – 1% и более.

Датчики стационарной аппаратуры контроля содержания метана должны устанавливаться:

а) в призабойных пространствах тупиковых выработок – под кровлей на расстоянии 3–5 м от забоя на стороне, противоположной вентиляционному трубопроводу; для контроля слоевых скоплений – в 20–30 м от забоя тупиковой выработки у затяжек кровли на стороне, противоположной вентиляционному трубопроводу;

б) в исходящих струях тупиковых выработок – на расстоянии 10–20 м от устья выработки под кровлей на стороне, противоположной вентиляционному трубопроводу;

в) у передвижных подстанций – на расстоянии 10–15 м от подстанции в сторону забоя под кровлей на стороне, противоположной вентиляционному трубопроводу;

г) у ВМП с электрическими двигателями – на расстоянии не менее 10 м от вентилятора со стороны забоя тупиковой выработки при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, и в 3–5 м перед ВМП со стороны подхода вентиляционной струи при его установке в выработке, в которую поступает исходящая струя воздуха из других тупиковых или очистных выработок. При наличии датчика метана, предусмотренного подпунктом “е” настоящего пункта, устанавливать датчик у ВМП со стороны забоя выработки не требуется;

д) у электрооборудования, обеспечивающего непрерывность работы ВМП и расположенного в выработках со свежей струей воздуха в пределах опасной зоны при сотрясательном взрывании, – в 10 м от электрооборудования по ходу вентиляционной струи;

е) в поступающих струях очистных выработок при нисходящем проветривании – на расстоянии не более 5 м от лавы в верхней части сечения выработки на стороне, противоположной лаве. При восходящем проветривании очистных выработок на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, – между лавой и распредпунктом на расстоянии не более 50 м от лавы;

ж) в исходящих струях очистных выработок – в 10–20 м от очистного забоя у стенки, противоположной выходу из лавы, посередине высоты выработки. При спаренных лавах с общей исходящей струей воздуха или при схемах проветривания выемочных участков с подсвежением исходящей вентиляционной струи – в очистной выработке на расстоянии не более 15 м от выхода из нее;

з) в тупиках вентиляционных выработок, погашаемых вслед за очистными забоями, для контроля местных скоплений – под кровлей выработки у завала или перемычки, изолирующей погашенную часть выработки, у стенки выработки, противоположной выходу из лавы;

и) в исходящих струях выемочных участков – в начале вентиляционной выработки в 10–20 м от ходка, уклона, бремсберга или промежуточного квершлага;

к) в поступающих струях выемочных участков – в 10–20 м от места входа поступающей струи на участок;

л) в выработках с исходящей струей воздуха за пределами выемочных участков – в 10–20 м перед защищаемым электрооборудованием или кабелем. Для шахт, разрабатывающих крутые пласты, – в 10–20 м от сопряжений их с вентиляционными выработками участков и на расстоянии не более 10 м от сопряжения ее с вентиляционной выработкой ближайшего к ЦПП участка по направлению вентиляционной струи;

м) в вертикальных стволах – под нижним или промежуточным этажом проходческого полка, под нулевой рамой, а при наличии в стволе вентиляционного канала – в 1,5–2,0 м ниже канала, в перекачных камерах водоотлива;

н) в камерах для машин и электрооборудования, проветриваемых исходящими струями воздуха, – у кровли на входе в камеру со стороны поступающей в камеру вентиляционной струи;

о) у смесительных камер (смесителей) газоотсасывающих установок – в 15–20 м от выходного отверстия камеры (смесителя) по ходу вентиляционной струи у стенки выработки на стороне расположения смесительной камеры (смесителя);

п) в камерах газоотсасывающих установок – у кровли над газоотсасывающим вентилятором;

р) у электроблоков щитового агрегата на расстоянии не более 30 см от верхней балки крепи.

Краткая характеристика технических средств автоматизации автоматической газовой защиты

Для автоматической газовой защиты (АГЗ) при эксплуатации добычных и проходческих комбайнов используются метан-реле ТМРК-3.1М и метан-реле шахтные быстродействующие типа МРШ.1.1 и МРШ.1.2.

Метан-реле для забойных машин ТМРК-3.1 М предназначены для выдачи предупредительной сигнализации и отключения электроэнергии, подаваемой на забойную машину, при достижении в забое заданных уровней объемной доли метана.

Метан-реле шахтные быстродействующие типа МРШ.1.1 и МРШ.1.2. предназначены для автоматического контроля содержания метана в атмосфере горных выработок, включения сигнализации о достижении пороговых значений объёмной доли метана или скорости ее нарастания и выдачи сигнала на отключение электроэнергии оборудования, на котором они установлены (угольные комбайны, электровозы и др.) и могут использоваться для работы на угольных шахтах и горнорудных предприятиях, опасных по газу и пыли. Метан-реле выпускаются в следующих модификациях:

- МРШ.1.1 - для установки на шахтных электровозах, проходческих комбайнах и др. оборудовании;

- МРШ.1.2 - для установки на очистных комбайнах, проходческих комбайнах и др. оборудовании.

Для непрерывного местного и централизованного контроля метана, выдачи сигнала на автоматическое отключение электрической энергии на электрооборудование добычного и проходческого оборудования при достижении предельно допустимой объемной доли метана применяются анализаторы метана АТ1.1, АТ3.1 , АТБ и подсистема контроля параметров окружающей среды шахты системы УТАС.

Анализатор метана АТ1-1 используется для контроля метана в одной точке горной выработки (один датчик метана). Анализаторы метана АТ-1-1 существуют в двух вариантах: первый – с использованием датчика метана ДМТ - 4 и аппарата сигнализации АС.5; второй, более современный – с использованием датчика метана выносного ДМВ с преобразователем параметров измерительным ППИ и аппаратом сигнализации АС.8.

Анализатор метана АТ3-1 используется для контроля метана в трех точках горной выработки (три датчик метана). Анализаторы метана АТ-3-1 также существуют в двух вариантах: первый – с использованием датчика метана ДМТ -4 и аппарата сигнализации АС.6; второй – с использованием датчика метана выносного ДМВ с преобразователем параметров измерительным ППИ и аппаратом сигнализации АС.9.

Основным отличием анализаторов типа АТБ от анализаторов типа АТ является то, что наряду с контролем объемной доли метана_, анализаторы АТБ определяют и скорость ее нарастания в горных выработках шахт.

Далее более подробно рассмотрена подсистема контроля параметров окружающей среды шахты системы УТАС, построенная с применением микропроцессорной техники, и анализатор АТ1.1.

Комплекс «Метан»

Комплекс «Метан» предназначен для непрерывного местного и централизованного контроля содержания метана и выдачи сигнала на автоматическое отключение электроснабжения контролируемого объекта при достижении предельно допустимой концентрации метана в угольных шахах, опасных по газу.

Комплекс МЕТАН состоит из трех составных частей:

- анализаторы метана АТ1-1, контролирующего содержание метана в одной точке (один датчик метана) до 12 шт.;

- анализаторы метана АТЗ-1, контролирующего содержание метана в трех местах до 10 шт.;

- стойка приема информации СПИ-1, устанавливаемая на поверхности шахты в диспетчерской, либо рядом с ним в отдельной комнате (служба АГЗ). Максимальное количество контролируемых сигналов -50, из них 42 по контролю СН₄ и 8 по контролю скорости и направления движения воздуха в горных выработках.

Комплекс аэрогазовый информационный КАГИ

Комплекс аэрогазовый информационный КАГИ предназначен для использования в системах аэрогазового контроля (АГК) угольных шахт для приема, преобразования, представления оператору АГК, обработки, выдачи и хранения поступающей на поверхность информации в виде непрерывных и дискретных сигналов от аппаратуры автоматического контроля содержания метана АКМ – анализаторов метана (АТ1-1, АТ3-1, АТБ), измерителей скорости и направления движения воздуха ИСНВ, устройства телеуправления и телесигнализации ТУ-ТС «Ветер-1М» с аппаратурой контроля проветривания тупиковых выработок (АКВ) всех типов (АПТВ, АКТВ), а также управления вентиляторами местного проветривания (ВМП). Может быть использован в комплекте с другой измерительной аппаратурой (контроль содержания оксида углерода и других газов, запыленности рудничного воздуха, температуры и т.п.), имеющей унифицированный выход 0-5mА, а совместно с устройством ТУ-ТС «Ветер-1М» – для автоматизации контроля и управления другим оборудованием.

Комплекс КАГИ заменяет стойки приема информации СПИ-1, СПИ-1М, СПТ-3Т.

В состав комплекса входят устройство приема и преобразования информации (УПИ), персональная ЭВМ (ПЭВМ), печатающее устройство, телефонный аппарат и телефонные трубки. Назначение УПИ – прием, преобразование и ввод в ПЭВМ информации от аппаратуры АГК и устройства ТУ-ТС «Ветер-1М», гальваническая развязка искроопасных и искробезопасных цепей. Назначение ПЭВМ – обработка, представление, хранение информации и управление вентиляторами ВМП или другим оборудованием (в комплекте с устройством ТУ-ТС «Ветер-1М»).

Подсистема контроля параметров окружающей среды шахты системы УТАС

В состав подсистема контроля параметров окружающей среды шахты входят следующие датчики контроля окружающей среды шахты: датчик метана типа ТХ3263; датчик оксида углерода СО; датчик диоксида углерода CO₂ датчик кислорода 0₂; датчик водорода Н₂; датчик тяжелых углеводородов; датчик скорости воздушного потока.

Для целей АГЗ подсистема выполняет следующие функции:

- непрерывный автоматический контроль объемной доли метана в месте установки датчика;

- выдачу сигнала на автоматическое отключение электрического питания контролируемого объекта при достижении предельно допустимой объемной доли метана или неисправности функциональных цепей анализатора;

- выдачу сигнала на предварительное отключение отдельного механизма участка (комбайна, погрузочной машины и пр.) с выдержкой времени;

- световую и звуковую сигнализацию при пороговом содержании объемной доли метана в контролируемой точке горной выработки;

- дистанционный визуальный контроль объемной доли метана на цифровом индикаторе;

- возможность передачи диспетчеру непрерывного унифицированного сигнала об объемной доле метана;

Функции оператора АГЗ включают в себя: мониторинг систем контроля окружающей среды, обнаружение, предупреждение и оповещение об аварийных ситуациях.

Датчик метана ТХ3263

Датчик метана ТХ3263 с аналоговым выходом применяется для работы в составе системы УТАС совместно с многофункциональным контроллером TX9042 и осуществляет в этой системе функцию контроля уровня содержания метана в окружающей атмосфере. Устанавливается в местах горных выработок добычного или проходческого участков в соответствии с требованиями правил безопасности в угольных шахтах.

Схема подключения датчика метана ТХ3263 приведена на рисунке 1.

Рисунок 1– Схема подключения датчика метана ТХ3263

На рисунке 1 обозначены: ТХ3263 – датчик метана; ТХ3282 - дисплей с аналоговым входом; ТХ9042 - программируемый контроллер.

Дисплей ТХ3282

Дисплей ТХ3282 способен принимать аналоговый сигнал от датчиков в пределах 0.4 – 2В, и выводить его на жидкокристаллический индикатор в устанавливаемых при производстве технических единицах (например: 0-4% СН₄).

Программируемый контроллер ТХ9042 предназначен для применения в сетевых распределенных системах управления и осуществляет:

- прием и обработку показаний датчиков контролируемых параметров и дискретных сигнализаторов;

- формирование управляющих воздействий, в соответствии с заданными пользователями алгоритмами (в том числе формирование команды на отключение электроэнергии с контролируемого участка при превышении концентрации метана выше допустимых норм);

- двусторонний обмен с поверхностным вычислительным комплексом.

Анализатор метана АТ1-1

Анализатор метана АТ1-1 предназначен для непрерывного местного и централизованного контроля метана, выдачи сигнала на автоматическое отключение электрической энергии контролируемого объекта при достижении предельно допустимой объемной доли метана [12].

Анализатор метана АТ1-1 обеспечивает:

- непрерывный автоматический контроль объемной доли метана в месте установки датчика;

- дистанционный визуальный контроль объемной доли метана по указывающему прибору аппарата сигнализации;

- возможность передачи диспетчеру дискретной телесигнализации о нормальной работе анализатора, предельно допустимой объемной доле метана и обрыве линии телеизмерения;

- возможность передачи диспетчеру непрерывного унифицированного сигнала об объемной доле метана;

- телефонную связь между преобразователем, аппаратом сигнализации и стойкой у диспетчера.

Анализатор метана АТ1-1 имеет следующие параметры:

- верхний предел диапазона измерений объемной доли метана -2,5%;

- объемная доля метана, при которой срабатывает исполнительное устройство (уставки срабатывания) - 0,5; 0,75; 1,0; 1,3; 2,0%;

- предел допускаемой основной абсолютной погрешности анализаторов - 0,2%;

- предел допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания анализаторов по показаниям преобразователя -0,2%;

- выдержка времени на выдачу предварительного сигнала -(17±3) мин;

- допустимое значение времени срабатывания по объемной доле метан должно быть не более 15с;

- напряжение питания переменного тока при частоте (50±1) Гц - 36, 100, 127, 380 или 660 В.

На рисунке 2 приведена структурная схема анализатора АТ-1-1 с датчиком ДМВ.

Датчик ДМВ предназначен для непрерывного контроля объемной доли метана в рудничной атмосфере, преобразования её в электрический сигнал и передачи этого сигнала на преобразователь ППИ. Количественное содержание метана в воздухе определяется путем беспламенного сжигания метана на поверхности платино-палладиевого катализатора датчика при температуре ~400 ⁰С и измерения выделившегося при этом тепла. На месте установки датчик метана крепится при помощи проволочной подвески к крепи. При установки датчика ДМВ и преобразователя ППИ в непосредственной близости друг к другу допускается датчик крепить непосредственно к корпусу преобразователя ППИ используя дистанционную шайбу, которая входит в комплект принадлежностей анализатора.

СИ-1

Рисунок 2 – Структурная схема анализатора метана АТ-1-1 с датчиком ДМВ

Преобразователь ППИ предназначен для электрического питания датчика ДМВ, приёма от него сигнала об объёмной доли метана, преобразования этого сигнала в унифицированный сигнал для передачи его в аппарат сигнализации и выдачи сигнала на отключение электрического питания контролируемого объекта при превышении объёмной доли метана предельно допустимых норм. На крышке ППИ расположены: смотровые окна для светодиодов (Н1, Н2) и цифровых индикаторов, кнопка «Контроль» и крышка закрывающая оси подстроенных резисторов служащих для первоначальной настройки схемы ППИ (балансировка смещения нулевого уровня усилителя при отсутствии метана, установка коэффициента усиления, чтобы сигнал на выходе выпрямителя соответствовал объемной доле метана). Один светодиод Н1 загорается при превышении нижнего уровня содержания метана (первый порог), второй светодиод Н2 загорается при превышении верхнего уровня содержания метана (второй порог), На цифровом индикаторе преобразователя высвечиваются данные о концентрации метана в рудничной атмосфере в месте установки датчика ДМВ.

Преобразователь ППИ подвешивается при помощи ручки в месте удобном для наблюдения за цифровыми индикаторами.

Аппарат сигнализации АС.8 предназначен для электрического питания преобразователя ППИ, выдачи сигнала на предварительное отключение отдельного механизма участка (комбайна, погрузочной машины и пр.) с выдержкой времени (первый порог срабатывания), выдачи сигнала без выдержки на отключение электрического питания контролируемого объекта (второй порог срабатывания), передачи телеметрической информация об объемной доле метана на стойку СПИ.1, включении сирены и обеспечения телефонной связи. Конструкция аппарата сигнализации АС.8 представляет собой корпус во взрывобезопасном исполнении. Аппарат сигнализации устанавливается на распределительном пункте лавы или у подземной подстанции в месте, удобном для наблюдения за прибором.

Трубка телефонная искробезопасная ТИТ-1 предназначена для осуществления местной двухсторонней телефонной связи между аппаратом сигнализации, преобразователем и стойкой у диспетчера.

Сирена искробезопасная СИ-1 предназначена для осуществления подачи звукового сигнала при достижении предельно допустимой объемной доли метана в месте установки датчика ДМВ. Сирена устанавливается на распределительном пункте лавы или в месте, где вероятность нахождения людей наибольшая, например, на погрузочном пункте.

Принцип действия анализатора метана. Срабатывание отключающего устройства анализатора метана производится с выдержкой времени от 10 до 30 мин. если концентрация метана составляет от 1 до 1,3 уставки срабатывания. Если в течение заданной выдержки времени содержание метана уменьшиться и станет меньше уставки, отключения фидерного автоматической выключателя не произойдет. Однако, если концентрация метана превысит 1,3 уставки срабатывания, сигнал на снятие напряжение с контролируемого объекта будет подан сразу, без выдержки времени. Такой принцип работы исполнительных блоков аппаратов анализаторов позволяет избежать отключения электроснабжения контролируемого объекта при случайных, кратковременных превышениях концентрации метана.

Информация от анализаторов метана поступает в централизованную систему автоматического газового контроля (АГК), например типа МЕТАН или КАГИ. В частности, в системе МЕТАН информация поступает на стойку приема информации СПИ , где имеются блоки регистрации и блоки сигнализации. Стойка приема информации расположена на поверхности шахты на пульте горного диспетчера. В системе КАГИ для приема и обработки информации используется ЭВМ.

Автоматизированная система мониторинга и прогноза природных и технологических опасностей при работе горных машин

Объектом мониторинга и прогноза является процесс управления добычным и проходческим оборудованием, а также функции оперативного, обслуживающего и руководящего персонала, связанные с:

- получением и анализом информации о необходимых параметрах и режимах работы;

- формированием управляющих воздействий;

- контролем хода производственных процессов и принятием мер по недопущению опасных аварийных режимов;

- регистрацией, сохранением и документированием информации о состоянии окружающей среды и оборудования.

Структурная схема автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования опасностей при работе горных машин в технологических процессах добычных и проходнических забоев представлена на рисунке 3 [2].

Система многоуровневая. На нулевом уровне системы выполняются следующие функции:

- сбор информации от средств сбора;

- введение информации в устройство первичной обработки;

- обработка информации;

- выдача управляющих сигналов;

- диагностирование технических средств и линий связи;

- расчет прогнозируемых параметров безопасности окружающей среды и безопасности работы оборудования;

- отображение информации о состоянии безопасности работ на обслуживаемом объекте;

- оповещение рабочих, занятых выполнением технологического процесса на рабочих местах;

- формирование и передача информации по единому протоколу на участковый и общешахтный уровни системы.

На участковом уровне системы выполняются следующие функции:

- обработка информации по заданным алгоритмам и критериям;

-предоставление информации о безопасности и состоянии технологического процесса на участке оперативному персоналу или персоналу технадзора по запросу;

- предоставление производственной информации о состоянии безопасности, находящейся в информационной базе системы, оперативному персоналу участка по запросу;

- формирование и передача по единому протоколу на общешахтный уровень системы информации о состоянии безопасности с приоритетами.

На общешахтном уровне системы выполняются следующие функции:

- сбор, накопление, распределение и сохранение информации о безопасности работ в проходческих и добывающих выработках;

- оценка безопасности и ее ранжирование по местам и уровням технологических цепочек участков;

- введение информации и управление базой данных Системы;

- введение нормативно-справочной информации, необходимой для оперативного принятия решений;

- сбор, накопление и сохранение производственной информации;

- обработка информации по заданным алгоритмам и оценка ее по принятым критериям;

- передача команд аварийной ситуации по громкоговорящей связи.

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 563; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!