煤礦注漿滅火計算機遠程監測係統的研製

高正中1,馮森林2,劉玉霞3
( 1.山東科技大學,山東青島266510; 2.山東煤炭科學研究所山東濟南250014;
3.新汶礦業職工大學,山東萊蕪271100)
摘　要:介紹了針對在煤礦滅火注漿過程中注漿管道泄漏故障而研製的1套計算機遠程實時監測係統。該係統以地麵注漿站向井下注漿的總流量和注漿密度與井下各注漿點監測的流量、密度作比較的方法,判斷注漿管路係統是否泄露。文章主要論述了係統的硬件結構與軟件實現方法,係統具有集中打印各注漿點流量、密度、時間段總流量和數據記錄查詢等功能。
關鍵詞:滅火,注漿,泄漏監測,遠程監測
中圖分類號:TD75+2.2　　　文獻標識碼: A　　文章編號:1003-496X(2006)01-0004-03
Development of Computer Remote Monitor Systemfor Slurry Ejection
and Fire Fighting in Coal Mine
GAO Zheng-zhong1, FENG Sen-lin2,LIU Yu-xia3
(1. Shandong University of Science and Technology , Tingdao266510,China;2. Shandong Province Coal Science
Research Institute,Jinan250031,China;3.Xinwen Staff University of Mining,Laiwu271100,China)
Abstract:Introduce a suit of computer remote real time monitor system, which is developed for the malfunction of slurry ejection
pipeline in the process of slurry ejection and fire fighting in coal mine. This system judges whether the pipeline for slurry ejection leaks
by comparing the total flux of slurry ejected from station on the ground to the well underground and the density of slurry ejection with
the flux and density of each slurry ejection spot monitored underground. This thesis mainly discusses the hardware structure and the
software realization of this system. This system has the function of printing flux, density of each slurry ejection spot and the total flux
for some time, recording, seeking data, etc.
Key words:fire fighting;slurry ejection; leak monitor; remote monitor
1　概　述
礦井火災是煤礦生產中的一大災害,自然發火又占礦井火災的90%以上,嚴重威脅著礦井的安全生產。在自然發火防治方麵,世界各主要產煤國都對自然發火給予高度重視,進行了大量的研究並發展了各種防滅火技術。目前已形成了礦井火災預測預報、灌漿防滅火、均壓防滅火、阻化劑防滅火、惰氣防滅火等綜合防滅火技術,對防治煤層自然發火、保證礦井安全生產發揮了重要作用。黃泥漿防滅火技術和注粉煤灰技術仍是煤礦常用的防滅火重要措施之一。
注漿站井下注漿是煤礦企業1個重要生產環節,在礦井防滅工作愈來愈受到重視的今天,生產礦井對注漿量的多少及由注漿濃度決定的注漿土(灰)量尤為關注,特別是在有發火趨勢或發生火災時更為重要,其注漿質量的效果直接關係到井下火災處理的進展與結果,直接影響煤礦的安全生產。井下漏漿跑漿不易發現,出現漏漿時因發現不及時就會造成經濟損失,從而影響注漿的效果,為礦井生產安全埋下危險的因素。長期以來對注漿參數的確定人們隻是憑經驗值進行估算,無定量的數據。漏漿跑漿問題靠巡視注漿管線來檢查,工人的勞動強度大,發現漏漿跑漿時也難以及時通知井上的注漿站。
這已遠不能適應現代化煤礦“一通三防”的需求和企業發展的需要。為了使煤礦注漿站注漿的量化管理,完善注漿生產的自動化程度,提高生產效率,我們研製了1套計算機遠程實時監測處理係統,以便對注漿過程實時監測,對注漿流量、注漿土量作準確、科學地計量統計,對漏漿跑漿做出報警並以便及時處理,對注漿保證質量是非常必要和及時的。
2.　監測監控係統的研製
2.1　監測係統的硬件結構
根據注漿係統由地麵注漿站向井下送漿,井下分布多個注漿點這種狀況,設計監測係統如圖1所示。係統有1台上位機主站和多個分站組成。在地麵注漿站和井下各注漿點各設1監測分站,分別監測地麵供漿量及密度和井下用漿量及密度。將分站與主站通過RS485總線連接1個網絡通訊,傳到主站進行數據處理。

圖1　監測係統結構圖
2.2　主站設計
對主站選用研華IPC610工控機,其配置為P42.0G,256 M內存,並配有後備電源UPS和打印機。主要功能即為實時采集地麵注漿站向井下的供漿量和注漿密度,並進行數據處理、存儲、查詢和報表打印。計算機實時將地麵輸送的總泥漿量和井下注漿總量進行運算比較,並由此判斷注漿管路是否有漏漿故障的發生。處理數據可以實時發送到礦內局域網,供有關領導和管理部門在網上即可瀏覽。
2.3　分站硬件設計
分站下位機直接安裝在注漿現場,實時監測注漿的流量和密度,分站的結構框圖如圖2所示。

圖2　分站結構框圖
　　本係統采用的單片機是89S52單片機,它是一種帶8 K字節內嵌可編程閃存的低功耗高性能的8位微控製器,具有看門狗定時器、雙數據指針、3個16位定時/計數器、6個兩級中斷源結構以及掉電模式下的自動保存功能,而且價格便宜;工作頻率達33 MHz,工作電壓範圍寬;在應用過程中不必另外擴展專用的看門狗電路和程序存儲器。這樣在完成相同功能的情況下,使用89S51單片機CPU減少了外圍電路,增加係統的運行穩定性和可靠性,縮小分
站電路板的體積。分站電路模塊主要有CPU、A/D轉換電路、時鍾電路、鍵盤顯示、掉電保持和RS485總線接口組成。
為了記錄在某具體時刻的流量密度,記錄泄露發生的時間設有實時時鍾芯片電路。在此我們選擇了Philips公司工業級PCF8583日曆時鍾芯片,該芯片為8腳的具有I2C總線接口的芯片,工作電壓範圍內2.5~6 V,數據保持電壓1~6 V。PCF8583有3種工作方式:①日曆時鍾方式;②事件計數方式;③有I2C接口的具有256個字節的存儲器。在
此係統中我們采用其工作在日曆時鍾方式,工作於該方式時,一方可麵它通過串行方式與單片機進行數據傳送,它能向單片機提供秒、分、時、日、月、年的實時時鍾信息,並可對月末日期、閏年天數自動進行調整。另一方麵它還可以作為一個有I2C接口的具有240個字節的存儲器。由於煤礦井下環境惡劣,且有瓦斯等易爆氣體,所以井下流量傳感器與信號變送器均選用防爆型,監測注漿流量采用了可用於煤礦井下的MAG3100Ex型智能電磁流量計。而地麵環境相對較好,選用了普通型號MAG3100。流量計的測量範圍20~120 m3/h,供電電源選用DC24 V,兩線製4~20 mA電流信號輸出。
對注漿密度的監測選擇核輻射密度計,其工作原理是采用放射性同位素產生的γ射線穿透物質時,其穿透強度與被測介質的密度呈指數函數關係的原理,利用數據處理技術,將被測注漿密度轉換成4~20 mA的標準輸出信號,供分站處理顯示、記錄、計算使用。
係統實時監測注漿全過程,並24 h顯示注漿流量、注漿濃度的瞬時值、存儲打印每次注漿記錄(注漿起始時間、注漿結束時間、該時間內注漿流量的累計值、注漿土量的累計值),對漏漿跑漿做出報警。並通過靈活的組態軟件完成各種報表、曲線內容的顯示與打印。
2.4　分站軟件設計
分站下位機的軟件采用模塊化編程設計,分為主程序和若幹子程序。主程序簡要框圖如圖3所示。子程序主要有初始化子程序、按鍵處理顯示子程序、模擬I2C總線讀寫子程序、流量密度數據采集處理子程序、通訊子程序等部分組成。

圖3　分站主程序框圖
2.5　主站監測軟件設計
主站監測軟件采用VB6.0開發,采用模塊化設計,由於對於不同的礦或同一礦井不同時間井下注漿點數量變化,本監測軟件設計了靈活的分站增減功能,圖形、通訊點報表等均可根據實際的需要變化組合。采用Microsoft Access數據庫存儲采集的數據,存儲數據內容包括:分站的名稱、編號、端口配置,測量點分站的接入端口、分站名稱、站點特征等參數。
本軟件根據需要可以增加web發布功能,利用Winsock控件將其轉發到礦內局域網上,與遠程計算機建立聯機,並通過用戶數據報協議(UDP)進行數據交換。各級管理人員通過內部局域網網絡就能夠利用任何一台計算機在輸入自己的密碼後登錄該係統,遊覽有關運行數據。這樣能夠大大方便礦各級管理人員實時掌握注漿量的數據信息。
3　結束語
本係統較好地實現了對煤礦注漿過程的實時監測,能夠及時發現管道泄漏02manbetx.com ,,保證了注漿質量,預防了火災02manbetx.com 的發生,降低了工人的勞動強度,為現場安全生產提供了可靠的保障。
參考文獻:
〔1〕　胡漢才.單片機原理與接口技術〔M〕.北京:清華大學出版社,2003.
〔2〕　範逸之.Visual Basic與分布式監控係統〔M〕.北京:清華大學出版社,2002.
　　作者簡介:高正中(1971-),男,山東汶上縣人,講師,1993年7月畢業於山東礦業學院電氣工程係工業電氣自動
化專業,現在山東科技大學任教,主要研究方向為智能儀器與儀表、計算機測控係統的研究與應用。
(收稿日期:2005-08-11;責任編輯:郭瑞年)