永煤集团股份有限公司 新桥煤矿 河南永城 476600
摘要：井下供水和供风系统是煤矿不可缺少的重要组成部分，在维护煤矿安全生产中起着十分重要的作用。我国煤矿井下供风、供水管路（以下简称风水管路）多数为建矿期间敷设安装。由于井下自然条件恶劣，管路长期受淋水侵蚀、巷道变形、矿井采动压等影响而出现跑冒滴漏，造成回采工作面、掘进迎头因管路断裂或风、水压力不足影响生产的情况时有发生。浪费了宝贵资源，影响了矿井正常生产，给企业造成了较大的经济损失。对于井下风水管路的运行使用情况，目前我矿只采取人工巡查的方法进行检查，这样做有很多弊端：①效率低下，耗费大量的人力物力；②不能实时监测风、水管路的供风、供水情况，出现突发事件难以及时发现；③检查人员容易发生漏查。为最大限度地缩短因风、水压力不足对采掘工作面生产的影响，根据我矿的实际情况，对压风供水管路进行技术改造，使其具备动态监测、实时显示、欠压报警、迅速判断故障的功能。通过该系统对管路的实时检测，可以及早发现、处理管路故障，保证矿井的正常安全生产，节省大量的人力物力，提高工作效率。
关键词：S7-200PLC；工业以太环网
ABSTRACT：Underground water supply and air supply system is an indispensable and important part of coal mine, and plays a very important role in maintaining the safety of coal mine production. Most of the underground air supply and water supply pipelines （hereinafter referred to as air water pipelines） in coal mines in China are laid and installed during the construction period. Because of the harsh natural conditions in underground mine, pipelines have been affected by water erosion, tunnel deformation, mining dynamic pressure and other factors for a long time, and drip leakage occurs, resulting in the situation that the production of coal mining face and heading head is affected by pipeline breakage or insufficient wind and water pressure from time to time. It wastes precious resources, affects the normal production of the mine, and causes great economic losses to the enterprise.For the operation and use of underground air and water pipelines, at present, the mine only adopts the method of manual inspection, which has many drawbacks: 1） inefficient, consuming a lot of manpower and material resources； 2） unable to real-time monitor the air supply and water supply situation of air and water pipelines, it is diffi to detect unexpected incidents in time； 3） inspectors. It is easy to fail to check. In order to minimize the impact of insufficient wind and water pressure on the production of mining face, according to the actual situation of our mine, the pressurized air water supply pipeline is technically reformed so that it has the functions of dynamic monitoring, real-time display, under-pressure alarm and rapid fault diagnosis.Through the real-time detection of pipelines, pipeline faults can be detected and dealt with as early as possible, ensuring the normal safety of mine production, saving a lot of manpower and material resources, and improving work efficiency.
Key words: S7-200 PLC； Industrial Ethernet Ring Network
1概况
井下供水和供风系统是煤矿不可缺少的重要组成部分，在维护煤矿安全生产中起着十分重要的作用。我国煤矿井下供风、供水管路（以下简称风水管路）多数为建矿期间敷设安装。由于井下自然条件恶劣，管路长期受淋水侵蚀、巷道变形、矿井采动压等影响而出现跑冒滴漏，造成回采工作面、掘进迎头因管路断裂或风、水压力不足影响生产的情况时有发生。浪费了宝贵资源，影响了矿井正常生产，给企业造成了较大的经济损失。
对于井下风水管路的运行使用情况，目前我矿只采取人工巡查的方法进行检查，这样做有很多弊端：①效率低下，耗费大量的人力物力；②不能实时监测风、水管路的供风、供水情况，出现突发事件难以及时发现；③检查人员容易发生漏查。
为最大限度地缩短因风、水压力不足对采掘工作面生产的影响，根据我矿的实际情况，对压风供水管路进行技术改造，使其具备动态监测、实时显示、欠压报警、迅速判断故障的功能。
通过该系统对管路的实时检测，可以及早发现、处理管路故障，保证矿井的正常安全生产，节省大量的人力物力，提高工作效率。
2井下压风供水监测系统改造方案
2.1改造方案
2.1.1系统结构
在井下各变电所安装多台监测分站，每台分站连接超声波流量计、水压传感器、风压传感器等。监测分站处于全天24小时自动监测状态，实时动态监测风、水管路内输送介质的压力、流量等数据。每台监测分站都配有单独的以太网接口，所有监测数据可通过井下工业以太环网实时传输到地面监测计算机。
所有监测数据由监测分站传至计算机上位机，上位机可实时显示并保存所有监测数据。当井下管路出现异常数据时，可以通过显示数据判断出故障区域，以便采取正确措施。当水压、风压或者流量超过正常工作范围时，分站即发出声光报警信号。与此同时，上位机也显示是哪一台监控分站数据不正常，上位机也发出报警信号。
监控分站采用隔爆型PLC控制柜，压力传感器、流量计等各种传感器为本安型。
2.1.2系统主要监测参数和地点
系统主要由各类传感器、PLC控制柜、西门子S7-200 PLC及上位机等组成。采用集中管理、分散采集系统结构。系统的现场测量控制主要由压力传感器和流量计。
井底压风和供水管主管路安装流量计、压力传感器，井底主管路往南北翼方向的管路各安装一台压力传感器，在北四轨下车场口、南一轨上车场口、南三轨下车场口三个分支处管路上全部安装压力传感器。
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图1 压风供水监测系统硬件结构图
PLC集中控制柜内装设有以太网通信模块，可方便地接入各变电所环网交换机，实现与地面上位机的通讯。在集控中心设有高性能工业控制计算机等设备，可实时监测井下压风供水管路参数。
2.2功能要求
1）实现对压风供水管路流量和压力的实时在线监测，减少人工巡检劳动范围和强度。
2）能够记录压风供水管路流量、压力历史曲线，方便查询，可生产报表。
3） 对压风供水管路流量、压力可进行参数设置，超出范围可进行报警。
相关技术参数如下：
水管流量测量误差±1.5%，流速范围 0.01~12m/s。
水管压力测量误差±2%，范围0~5MPa。
风管压力测量误差±2%，范围0~1MPa。
供水管路泄漏故障点定位误差±5%（全长）或200m。管道长度1~10km，两端布置了压力传感器。
巡检周期小于10s。
工作温度范围：-10~50℃。
传输方式：通过井下工业以太网传输到地面主机。
水管流量监测点数：副井底主管道。
水管压力监测点数：副井底南北翼车场、北四轨下车场、北翼第一变电所口、南一采区变电所口、南三轨下车场、南三轨下车场口共7个。
风管压力监测点数：副井底南北翼车场、北四轨下车场、北翼第一变电所口、南一采区变电所口、南三轨下车场、南三轨下车场口共7个。
当管路出现故障时，能够及时报警。
2.3系统特点
本系统以工业控制PLC为核心，主要由各类传感器、PLC及通信装置等设备组成，主要特点如下：
◇采用了先进的超声波传感器技术，数据采集精确。
◇PLC选用国际著名品牌西门子的S7-300系列。可靠性高、抗干扰能力强，通用性更强、速度更快、扩展更灵活。
◇维护方便。
3井下压风供水监测系统地实施
由机电科制定井下压风供水监测系统实施方案后，由机电科专业工程技术人员给出现场传感器安装位置图，由机电二队人员进行敷设线缆和安装传感器、PLC控制箱，经现场调试，PLC控制柜采集风水管流量、压力参数正常。PLC控制箱安装在中央变电所、北翼第一变电所、南一采区变电所和南翼第二变电所，再利用PLC上面的以太网通信模块，就近接入变电所内部的赫斯曼工业交换机，实现与地面上位机的数据通信，能够在集控中心实时监测井下风水管运行参数，更加方便的全面了解井下供风供水情况。
4安全效益分析
井下压风供水监测系统通过对现场管路安装流量计、压力传感器，利用PLC控制技术采集其参数，接入以太环网交换机，实现地面远程实时监测压风供水压力、流量等参数，及时发现压风供水出现的故障，保证井下压风供水安全可靠。其主要效益表现在：
1、提高了压风供水管路管理水平，减少了故障时对采掘工作面生产的影响。
2、在紧急情况下，能够实时监测井下压风供水管流量和压力，确保压风供水正常可靠。
3、减少井下巡检供风供水管路工作人员的数量、巡检范围和劳动强度，减岗增效。
4、根据流量和压力监测，在井下水源井满足生产需求的情况下，不再开启地面供水泵，节约电能。
5结语
压风自救和供水施救是“六大系统”中的两个非常重要的系统，一方面在矿井的生产过程中为风动工具提供风能，为液压系统和防尘系统提供供水，另一方面为紧急情况下供风供水发挥重要作用。新桥煤矿压风供水管路从副井底敷设至南北翼大巷，在各采区开口位置有分支压风供水管路对各采区供风供水，但缺少对总管路和分支管路的流量、压力监测等，在采掘工作面出现压风供水故障时，很难判断故障点，造成对生产和人员安全的影响。对现场管路安装流量计、压力传感器，利用PLC控制技术采集其参数，接入以太环网交换机，实现地面远程实时监测压风供水压力、流量等参数，及时发现压风供水出现的故障，保证井下压风供水安全可靠。
压风供水实时监测系统在新桥煤矿应用一年以来，能够实时监测各使用地点工作面的风水压力、流量不足等问题，缩小故障范围，使用以来，杜绝了压风供水对生产带来的影响，具有很好地推广应用价值。