книги из ГПНТБ / Местер, И. М. Автоматизация контроля и регулирования рудничного проветривания

Рис. IV. 1. Технологическая схема проветривания Дегтярского рудника

Рис. IV.2. Блок-схема системы централизованного контроля и регулирования проветривания Дегтярского рудника

Пункты автоматического измерения скорости движения воздуш­ ных потоков, основой которых являются ДСДВ типа ЭТА-10-НІ, совместно с ПТ-ТП-68 (см. § 10), обеспечивают передачу на дис­ петчерский пульт унифицированного сигнала 0—5 ма по кабельным линиям связи о скорости движения воздуха по выработкам. Пункты измерения скорости движения воздушных потоков устанавливают в основных вентиляционных и откаточных выработках. Приемные устройства ДСДВ размещают в замерных станциях или в специально подготовленных участках выработок (обшивка кровли, уменьшение шероховатости стенок и т. д.). Приемные устройства ДСДВ могут быть удалены на расстояние до 100 м от СТМ и ПТ-ТП-68. Каждый

Рис. ІѴ.З. Внешний вид местного пульта управления

пункт автоматического измерения скорости движения воздуха под­ соединяют с помощью клеммных коробок к двум свободным парам многожильного сборного телефонного кабеля передачи информации,

а также к общему кабелю питания.

Всего в системе для Дегтярского рудника предусмотрено обору­ довать 100 пунктов контроля скорости движения воздуха.

Регуляторы расхода воздуха типа ВАРУ (см. § 16) устанавли­ вают в основных горизонтных вентиляционных выработках, где по

системы управление воздухораспределением должно производиться по блокам, выработкам и отдельным забоям.

На рис. ІѴ.З показан внешний вид местного пульта управления распределением воздуха МПУ РВ, установленного на шахте «Капи­

214

тальная 2» Дегтярского рудника. Всего в системе предусмотрено установить 15—19 ВАРУ, из которых три уже работают на северном крыле горизонта 430 м.

Задания по поддержанию расхода воздуха с помощью ВГП и РРВ устанавливает служба вентиляции по условиям газоили пылевыделения. В дальнейшем эти функции должны быть переданы УВМ.

Участковые пункты контроля параметров и компонентов руднич­ ной атмосферы (К) оборудуют на добычных и подготовительных уча­ стках и размещают на основных откаточных выработках со свежей струей. Тип и количество датчиков определяются теми параметрами и компонентами рудничной атмосферы, которые необходимы для непрерывного измерения на данном участке, а также числом точек, в которых необходим контроль.

На рис. IV.4 показаны два из нескольких участковых пунктов контроля, которые в различные периоды времени были оборудованы на Дегтярском руднике и входят в состав системы.

На рис. IV.4, а показан участковый пункт контроля, состоящий из восьмиточечного кислородного газоанализатора 1 типа МН-5122М, шеститочечного показывающего и самопишущего моста 2 типа МС-1-08 для контроля температуры воздуха и породы с помощью медных термометров сопротивления ТСМ-Х и трех датчиков скорости движения воздуха 3 типа ЭТА-10-Ш. Данный участковый пункт кон­ троля был оборудован в северном полевом штреке горизонта 310 м шахты «Капитальная 2» для непрерывного автоматического измере­ ния процентного содержания кислорода в воздухе, а также темпера­ туры воздуха и пород в пяти забоях добычного участка № 4, отраба­ тывающего целики руды системами разработки слоевого обрушения. Эти забои граничили с пожароопасной зоной отработанного и обру­ шенного пространства. Измерялось общее количество воздуха, поступающего на участок, и его распределение по блокам. При сни­ жении содержания кислорода менее допустимой нормы или повыше­ нии температуры сверх допустимых пределов в забоях действовала предупредительная световая сигнализация. Перед допуском рабочих в забои горный надзор дистанционно контролировал содержание кислорода в воздухе выработок.

На рис. ІѴ.4, б показан участковый пункт контроля, оборудо­ ванный в южном откаточном полевом штреке горизонта 310 м шахты «Капитальная 1» для дистанционного контроля процентного содер­ жания кислорода в воздухе и температуры пород в четырех точках отработанного и обрушенного пространства, опасного в пожарном отношении. Для контроля 0 2 использован автоматический газо­ анализатор МН-5122М, а для контроля температуры — шеститочеч­ ный показывающий прибор ЭМВ-2. Так как процессы, происходя­ щие в отработанном и обрушенном пространстве, обладают большой инерционностью, то на данном участковом пункте контроля было установлено реле времени ВС-10—38, которое по заранее заданной программе включало показывающие и регистрирующие при­ боры.

215

При достижении температуры выше 50° С и снижении процент­ ного содержания кислорода до 4% включалась световая сигнализа­ ция, и комплект приборов переводился на непрерывную работу.

Рис. IV.4. Участковые пункты контроля:

а — на северном полевом штреке; б — на южном

откаточном штреке

Контроль осуществлялся через скважины, пробуренные к отра­ ботанному и обрушенному пространству в различных участках откаточной выработки.

В качестве регулируемого ВГП используют центробежный вен­ тилятор ВЦД-3,3, установленный на вентиляционной шахте «Сред­ няя», и центробежный вентилятор ВЦД-2,18. установленный на вен­ тиляционной шахте «Южная».

210

Диспетчерский пункт контроля и управления, оборудуемый на поверхности в общерудничной диспетчерской, состоит из диспетчер­ ского пункта централизованного непрерывного измерения скорости движения воздуха в любой из контролируемых точек (ДПК) и пульта управления распределением воздуха (ДПУ РВ).

Пульт ДПК находится в пределах визуального наблюдения дис­ петчера, но в известной степени является вспомогательным. Непо­ средственно перед диспетчером находится диспетчерский пульт сиг­ нализации, включающий световое табло, имеющее световые ячейки по числу точек контроля. Если распределение воздуха по выработкам соответствует требуемому, то все ячейки табло темные. Если по той или иной выработке проходит большее, чем заданное, количество воздуха, то ячейка, соответствующая данной точке, высвечивается зеленым цветом (нежелательно, но допустимо). Если количество воздуха, проходящего по выработке, меньше, чем заданное, то та же ячейка высвечивается красным цветом (недопустимо).

Через 15—30 мин после появления красного сигнала над данной точкой начинает мигать сигнальная лампа. В том случае, если дис­ петчер имеет возможность изменить количество воздуха, проходя­ щего по выработке, с помощью ВАРУ, он принимает меры по ликви­ дации нарушения режима вентиляции. Если такой возможности нет, диспетчер записывает номер и адрес точки и оповещает о нарушении службу вентиляции. Абсолютные значения скорости движения воздуха по выработкам диспетчер проверяет с помощью общего щита. Зона срабатывания сигнализации о скорости (количестве) проходящего воздуха определяется настройкой диспетчерского пульта контроля.

Сигнализация о выходе из заданных пределов количества воз­ духа, регулируемого по выработкам с помощью ВАРУ, осущест­ вляется контактными миллиамперметрами М283К, установленными на общем пульте. В дальнейшем эти функции диспетчера должны быть переданы УВМ (см. § 19). Общий диспетчерский щит снабжен десятью самопишущими приборами Н-342, которые можно подклю­ чать к любому пункту контроля скорости воздуха, участковому пункту контроля или ВАРУ для непрерывной записи интересую­ щего параметра.

Для линий связи (линий передачи информации и управляющих воздействий) в системе используют многожильный телефонный ка­ бель, а для линий силового питания —• силовой кабель.

При выборе устройств передачи информации были сопоставлены варианты с использованием кабельных линий и телеметрических си­ стем «Колос» и «Радиус». Сумма затрат на эти варианты получилась примерно одинаковая. Однако система с кабельными линиями связи предпочтительнее как более надежная и простая в эксплуатации.

Подсчитаем возможный экономический эффект внедрения системы автоматизированного контроля и управления проветриванием Дег­ тярского рудника от снижения энергетических затрат на проветри­ вание выработок благодаря правильному распределению воздуха

217

и оперативному устранению утечек воздуха, а также повышению производительности труда при улучшении его условий.

Расчеты показывают, что внедрение системы автоматизирован­ ного контроля и управления проветриванием позволит довести утечки и неэффективное использование воздуха до 21 м3/сек, утечки вентиляционных установок снизить до 20 м3/сек, а внутришахтные утечки — до 5 м3/сек благодаря принятию оперативных мер по под­ держанию вентиляционных сооружений в нормальном состоянии и благодаря рациональному распределению поступающего воздуха. Все это позволит сэкономить около 65 м3/сек свежего воздуха, что в денежном выражении составит около 50 тыс. руб в год. Таким образом, система автоматизированного контроля и управления про­ ветриванием Дегтярского рудника стоимостью около 240 тыс. руб. окупится только за счет экономии электроэнергии за 5 лет. Если, кроме того, предусмотреть увеличение производительности труда благодаря улучшению его условий и повышения безопасности на 0,75—1%, то срок окупаемости системы снизится до 2 лет.

Для одного из канадских рудников, на котором предполагается внедрение системы автоматизированного контроля только распре­ деления воздуха по выработкам в 15 точках, срок окупаемости опре­ делен в несколько месяцев.

§ 18. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА ПО ВЫРАБОТКАМ

В УСЛОВИЯХ РУДНИКОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Над созданием систем централизованного контроля распределе­ ния воздуха и средств регулирования воздушных потоков для усло­ вий рудников черной металлургии работают два Криворожских института — НИГРИ и НИИрудвентиляция.

НИГРИ разработаны две системы дистанционного контроля за распределением воздуха в шахтной вентиляционной сети СКВ-15 и СКВ-20. В аппарате СКВ-15 использован ДСДВ, чувствительными элементами которого являются два кремниевых стабилитрона Д-809 — рабочий и опорный, включенные по мостовой схеме.

ДСДВ позволяет измерять скорость движения воздуха в преде­ лах 0,05—15,0 м/сек. В систему СКВ-15 входит 15 датчиков, работа­ ющих от сети переменного тока напряжением 127 или 36 в при час­ тоте 50 гц, 15 коммутаторов с блоками питания, пульт управления, кабельные линии передачи информации и силового питания.

218

Коммутатор обеспечивает подготовку к работе приемного устрой­ ства датчика при подаче управляющего сигнала с пульта упра­ вления.

Управление работой системы производится дистанционно с пуль­ та — включение и отключение датчиков; прием информации; инди­ кация каждого работающего датчика на мнемосхеме вентиляционной сети. С помощью пульта обеспечивается поочередное подключение каждого датчика к стабилизированному источнику питания в режиме включения и отключения, а также к измерительному прибору для фиксации скорости движения воздуха в выработке в режиме дистан­ ционного измерения. Для измерения скорости в одной точке необ­ ходимо 4—5 мин.

Пульт управления представляет собой металлическую тумбу с наклонной лицевой панелью, на которой изображена мнемосхема вентиляционной сети. На горизонтальной части тумбы расположены измерительный прибор, тумблеры и рукоятки управления. Для линий передачи информации применен многожильный телефонный кабель (по одной паре на каждый датчик).

Все соединения выполнены на штепсельных разъемах. Опытный образец системы СКВ-15 изготовлен в 1966 г. промыш­

ленно-техническим предприятием «Связьчермет». Производственные испытания системы проведены на горизонте 550 м шахты «Артем-1» рудника им. Кирова в Криворожском бассейне.

Места установки датчиков определяли, исходя из практической необходимости контроля расхода воздуха по очистным блокам. Пульт дистанционного управления размещен в камере подземного диспетчера.

В целом система показала хорошую работоспособность и пригод­ ность для дистанционного контроля за расходом воздуха в выработ­ ках. Однако был выявлен существенный недостаток — нестабиль­ ность градуировочных характеристик датчика во времени из-за налипания пыли на чувствительные элементы.

Кроме того, аппаратура СКВ-15 показала различную чувстви­ тельность в пределах измеряемого диапазона скорости, малую кор­ розионную стойкость разъемных соединений и несовершенство кон­ струкции отдельных узлов. В результате испытаний выявилась нецелесообразность изображения мнемосхемы на пульте управле­ ния, так как схема вентиляции постоянно меняется и поэтому необ­ ходима перестановка датчиков в другие выработки.

Система СКВ-20, рассчитанная на 20 датчиков, более совершенна. Усовершенствован датчик скорости движения воздуха, в котором предусмотрены автоматические очистители чувствительных элемен­ тов от пыли. В аппаратуре СКВ-20 все соединения выполнены посред­ ством клеммных секций. Пульт управления представляет собой малогабаритную наклонную тумбу, на передней панели которой размещены индикаторные лампы, гнезда для указания номера датчика и его адреса, а также переключатели каналов и тумбле­ ры управления. В качестве измерительного прибора применен

219

микроамперметр М-24 со шкалой 0—200 ма. Внутри пульта располо­ жена панель со стабилизированным источником управляющих сигна­ лов. Питание датчиков осуществляется по месту их установки от шахтной осветительной сети. Аппаратура СКВ-20 внедрена на ряде рудников Кривого Рога (им. Орджоникидзе, им. Коминтерна и др.).

§19. СИСТЕМЫ ТЕЛЕАВТОМАТИЧЕСКОГО ГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ

ИДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ

НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Вопросам автоматической газовой защиты и централизации контроля параметров рудничной атмосферы на угольных шахтах уделяется большое внимание как у нас в стране, так и за рубежом.

Отечественная аппаратура для автоматического контроля содер­ жания метана в очистных и подготовительных выработках АМТ-2 и АМТ-3 достаточно полно описана в литературе [107, 115]. Рас­ смотрим лишь основные функции, выполняемые этой аппаратурой.

Анализатор метана термокаталитической АМТ-2 обеспечивает: непрерывное измерение концентрации метана в месте установки

датчика (при концентрациях, не превышающих 1% СІ14); аварийную звуковую сигнализацию на участке и в диспетчер­

ском пункте на поверхности при концентрации метана свыше 1 %, а также предупредительную сигнализацию при концентрации метана свыше 0,7% СН4;

автоматическое отключение электроэнергии на участке при пре­ вышении допустимой концентрации (1% СН4) и одновременно отклю­ чение питания датчика.

Новая аппаратура АМТ-3, кроме функции, выполняемых аппара­ турой АМТ-2, предусматривает:

непрерывное измерение концентрации метана при значениях, превышающих 1% СН4, благодаря питанию датчика метана по искробезопасной цепи;

унифицированный выход телеизмерительного усилителя, позво­ ляющий сочетать эту аппаратуру с любой шахтной аппаратурой теле­ механики с унифицированными входами;

автоматический самоконтроль линии питания и передачи инфор­ мации от аппарата сигнализации АС на распредпуикте до датчика ДМТ-3;

телеизмерение и регистрацию показаний по системе интенсив­ ности от одного из датчиков подземного комплекта аппаратуры.

Аппаратура АМТ-3 имеет несколько модификаций, что облегчает ее комплектацию в различных условиях (добычные и подготовитель­ ные участки, камеры и т. д.).

Недостатками этой аппаратуры являются: прекращение контроля при исчезновении напряжения питания в подземных выработках; недостаточное предельное расстояние между датчиком и источником питания (1,2—1,5 км) из-за ограниченной мощности искробезопас­ ного источника; громоздкость и большой вес; неудачное решение

220

индикации и регистрации на диспетчерском пункте (индивидуальные самописцы на каждый контролируемый параметр); отсутствие кон­ троля скорости воздуха в горных выработках.

В настоящее время намечается дальнейшее совершенствование аппаратуры АМТ-3.

Новая аппаратура АН УССР будет дополнительно снабжена тер­ моанемометрическими датчиками воздуха с такими же энергетиче­ скими параметрами, как и у датчиков метана, встроенным статисти­ ческим фильтром с отключением по обоим контролируемым парамет­ рам и более мощным искробезопасным источником питания. Будет также усовершенствована система телепередачи, регистрации и представления информации.

Помимо серийной аппаратуры АМТ, имеется ряд интересных систем, прошедших промьйнленные испытания, но не выпускаемых серийно. Система «Горизонт» (разработана ВНИИГД, ИГТМ, ДГИ) предназначена для автоматического обнаружения очагов пожаров в горных выработках, телеизмерения концентрации метана в руд­ ничной атмосфере и количества воздуха, проходящего по выработке, контроля отклонения концентрации метана и скорости воздуха в исходящих струях выемочных участков газовых шахт от допу­ стимых значений. В системе предусмотрен также ввод аварийной информации в УВМ для обработки информации, выдачи рекомен­ даций по плану ликвидации аварий и для решения задач по управле­ нию вентиляцией шахты. «Горизонт» представляет собой циклическую частотную систему с прямым избиранием и временным разделением сигналов ТС и ТИ. Отличительный признак сигналов ТС — вре­ менной, сигналов ТИ — частотно-импульсный. При необходимости несложным наращиванием узлов в систему может быть введено телеуправление РРВ, противопожарными дверями и другими объек­ тами техники безопасности.

В исполнительном пункте (ИП) предусмотрена возможность под­ ключения внешнего автономного источника электроэнергии — мало­ габаритных герметичных аккумуляторов, обеспечивающих нормаль­ ную работу ИП при снятии напряжения с общешахтной сети. Мак­ симальная емкость системы по точкам контроля пожароопасности (КП) на шахту не превышает 150 сигналов ТС, а по объему инфор­ мации — не более 300. Количество частот избирания — 6, диапазон частот 11—43 кгц, длительность цикла обегания — 8 сек.

В качестве линий связи применяют специально проложенные двухпроводные линии или свободные пары проводов в шахтном теле­ фонном кабеле. Структура линий связи кустовая.

На шахтах Карагандинского угольного бассейна испытывали аппаратуру ИСКМ [116], разработанную институтом Гипроуглегормаш. Особенностью аппаратуры ИСКМ является централизованное с поверхности питание датчиков и применение в качестве совмещен­ ного канала связи свободной пары в телефонном кабеле, по которой осуществляется как питание датчиков, так и передача инфор­ мации.

221

Аппаратура системы обеспечивает: цифровое воспроизведение результатов телеизмерения; регистрацию значений контролируемых величин и времени производства измерений; последовательное свето­ вое отображение трех состояний контролируемых участков (нор­ мального, предупредительного и аварийного); выдачу аварийных сигналов на отключение электропитания загазированиых участков; дистанционное централизованное питание аппаратуры, установлен­ ной в подземных выработках шахты. Погрешность телеизмерения составляет ±2% .

Система состоит из диспетчерского пункта (ДП), расположенного на поверхности шахты, двух распределительных устройств (РУ) и аппаратуры 18 контролируемых пунктов (КП). Для выдачи команд на аварийное отключение предусмотрены только выходные устрой­ ства. ДП оборудован мнемосхемой расположения КП в шахте, сис­ темой регистрации, индикации и управляемой печатающей машин­ кой. Для связи применена разветвленная двухпроводная линия с древовидной структурой, максимальное сопротивление каждой ветви которой не должно превышать 600 ом. По этой линии осущест­ вляется также дистанционное питание аппаратуры РУ и КП пере­ менным током промышленной частоты и передача информации.

Цепи линии связи и аппаратуры РУ и КП искробезопасны. Кон­ тролируемые пункты распределены по группам. Каждая группа имеет не более трех КП, аппаратура которых включена параллельно в линию связи группового фидера, соединяющего их с РУ. РУ вклю­ чены параллельно в линию связи магистрального фидера, связыва­ ющего их с ДП. Для уменьшения мощности, потребляемой аппара­ турой всех КП, питающее напряжение подается в групповые фидеры последовательно по времени, что обеспечивается схемой аппара­ туры РУ. В аппаратуре ИСКМ-1 принята длиннопериодная времен­ ная телеизмерительная система с распределительным методом избирания. Телеизмерительные посылки формируются включением в цепь линии связи вентильного элемента, выпрямляющего часть питающего переменного тока. Длительность импульса постоянной составляющей тока пропорциональна значению контролируемой величины. Время работы с одним КП равно 30 сек.

Выходной сигнал чувствительного элемента датчика измеряемой величины преобразуется в телеизмерительный импульс устройством, состоящим из нуль-органа и линейного развертывающего устрой­ ства. В качестве нуль-органа используется магнитно-транзисторный усилитель с малой потребляемой мощностью, а в качестве разверты­ вающего устройства — астатический решающий усилитель. Нуле­ вому значению измеряемой величины соответствует ТИ — посылка длительностью 2 сек, а максимальному — 14,5 сек.

КНИУИ [117] разработана индивидуальная аппаратура центра­ лизованного контроля аэрогазового состояния на одном добычном участке, состоящая из трех основных узлов: сбора, передачи и прие­ ма информации; узла обработки информации; узла вероятностной АГЗ (по метану и воздуху). Первый узел построен на базе совмещен­

222