梅山铁矿采区通风在线监测系统优化设计

刘国榜 黄寿元(.南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室;4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

梅山铁矿采区通风在线监测系统优化设计

刘国榜1黄寿元2，3，4
(1.南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室;4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

根据国家安全监管总局金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”的建设规范要求，结合梅山铁矿井下采矿方法的特点，在进回风井筒联巷布置风速传感器，实现了风速风量的在线监测。并采用多水平联合集中布线，对风速风量在线监测系统布线进行了优化设计，不仅节约了成本及施工费用，而且后期维护简单方便，避免了各生产水平单一布线的电缆挂断、服务时间短等缺陷。

网络布线 优化设计 通风监测

梅山铁矿采用无底柱崩落采矿法，多级机站通风系统，Ⅰ、Ⅳ级机站风机克服系统通风阻力，满足全矿总风量要求，Ⅱ、Ⅲ级机站风机分风导向[1-2]，总体为“南、北进风，东、西回风”的格局，即南风井、西南井、北风井进风，东南井、西风井回风。2001年与中钢集团马鞍山矿山研究院合作，成功实施了井下风机远程集中监控系统工程。2013年，根据《金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范》(AQ 2031—2011)、《金属非金属地下矿山通风技术规范—通风系统》(AQ 2013.1—2008)、《金属非金属地下矿山通风技术规范—通风管理》(AQ 2013.4—2008)等建设要求，结合井下通风系统实际情况，进行了通风监测监控系统设计施工。测点主要布置在风机机站(监测风速、风压、CO浓度)、主要进风井石门(监测风速)、主斜坡道、采区进回风井联巷(监测风速)。对于风机机站、主进风井石门、主斜位置的风速、风压、CO，监测信号可直接连接至已有风机机站远控装置预留的I/O点或扩容。而对采区风速测点，因进回风井数量多、需对风速、风量监测网络布线进行研究分析，为此，与中钢集团马鞍山矿山研究院共同完成了采区风速、风量监测系统的布线优化设计。

1 采区测点布置

梅山铁矿目前作业水平为-288，-303，-318 m。-318 m为进风水平，-258 m为回风水平。采场因无底柱崩落采矿爆破作业、无轨设备运输频繁，且阶段运输巷道、回采巷道(进路)多，传感器安装及布线困难。在-318 m水平南北进风井机站布置风速测点，得到3个作业水平的总进风量。通过-318 m至-303，-288 m的进回风井得到该水平的风量，-318 m水平的风量由总进风量减去上两个水平的风量得出，采区风速测点布置在各进回风井联络道。

1.1 监测监控网络布线

根据数据采集柜、通讯网络的布置特点，采用在各水平独立布置和多水平集中布置两种方案。

传感器信号电缆采用KVVRP22(4×0.75)，风速传感器为三线制，共用传感器电源，在距离较近的2个测点，1根电缆接2个传感器，可减少电缆敷设长度，便于后期维护、查找故障。

1.2 方案一：各水平独立布置

在各水平南北部各布置1个数据采集柜。以-303 m 北部采区布线为例，在-303 m 5LN25布置1个数据采集柜，风速传感器信号线经-303 m各进路、联巷汇总到该数据采集柜，经通讯电缆连接至-330 m 通讯机站。

1.3 方案二 ：多水平集中布置

在各水平南北部各布置1个数据采集柜，风速传感器信号电缆经各进路、联巷进入各水平采区的数据采集柜。

1.4 方案比较

(1)方案一。优点：①在平巷布置电缆，安装施工方便，降低了风井敷设电缆坠落、碎石崩坍等风险；②后期维护相对简单。

缺点：①电缆在联巷、进路布线，容易被铲运机、皮卡等无轨设备刮断、破损，数据信号线后期维护管理困难，且随采矿作业的推进，进路的开采、闭巷，缩短了监测系统服务时间；②与方案二对比，增加了平巷布线长度以及通信电缆长度；③数据采集柜布置在-288，-303 m采区回风巷道，粉尘大，湿度高，故障率高。

(2)方案二。优点：①电缆经风井下行，达到-318 m 数据采集柜，不受铲运机等无轨设备运输作业影响，维护管理方便；②传感器信号电缆布线短，因-288，-303～-318 m风井垂高仅30，15 m，可直接分段沿上水平下放到下水平。以-303 m为例，采用与-318 m布置特点，节省了3～4倍的电缆长度；③数据采集柜安装环境好，因为-318 m为进风水平，北部布置在北风井进风运输巷道附近，数据采集柜电源供电方便，直接从该处的变电所取得，南部数据采集柜布置在-318 m南风井风机机站控制硐室，更加有利于管理和维护。

经布线电缆长度、维护管理、投资等技术经济比较后认为，方案二为优化方案。

2 系统布线

梅山铁矿采区风速风量在线监测系统主要针对-288，-303，-318 m采区布置，北部采区5LN21、3LN27各设置1个数据采集柜，通讯电缆连接至-318 m 北风井机站通讯柜，南部采区设置1个数据采集柜，布置在-318 m南风井机站，通讯电缆连接至-318 m南风井机站通讯柜。采集数据经各通讯柜、原有井下风机远程监控系统通讯管缆连接到地表调度中心，与原风机远程监控系统监控主机对接。梅山铁矿采区风速风量在线监测系统布线如图1、图2所示，监控系统主画面如图3所示。

图1 北部采区风速传感器布线

图2 南部采区风速传感器布线

图3 监测监控系统主画面

3 结 语

①结合梅山铁矿采区实际，风速、风量监测系统测点布置、布线网络合理，符合国家安全监管总局关于印发金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”建设规范要求；②采用多水平联合集中布线，不仅节省了3～5km电缆，减少设备采购成本以及施工安装费用，而且便于后期维护与管理；③实践结果表明，监测监控系统运行稳定可靠，后期维护工作量小，达到了预期设计要求；④因井下环境潮湿、采场作业炮烟、粉尘大，风速传感器使用寿命受到严重影响，需要加强风速传感器的清扫、防潮工作，进一步提高监测数据的可靠性、稳定性。

[1] 贡锁国,洪候山,黄 欣，等.多级机站通风计算机集中监控系统[J].金属矿山,2002(4):49-52.

[2] 贾安民.井下多级机站通风监控与节能技术研究[J].金属矿山,2012(6):113-119.

2014-10-10)

刘国榜(1967—)，男，高级工程师，210041 江苏省南京市雨花台区西善桥镇。