煤矿安全监测系统课程设计(DOC63页).doc
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1、摘 要现代化煤炭生产企业离不开现代化安全监测监控系统.安全监控系统为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息,为指挥生产提供第一手资料.通过对被测参数的比较和分析,为预防灾害事故提供技术数据,便于提前采取防范措施,通过对被测参数实施实时有效的控制,及时实现自动报警、断电和闭锁,便于制止事故的发生或扩大,在发生事故的情况下,能及时指示最佳救灾和避灾路线,为抢救和疏散人员、器材,提供决策信息。本文针对我国煤矿监测监控系统现状存在的问题以及发展的要求,改善了煤矿监测监控的系统组成,并根据东荣二矿各种地质灾害实际情况,提出了东荣二矿一井数字监控、视频监测监控系统的设备选型以及应用等问题的最优方
2、案。关键词 监测监控系统 传感器 视频监控IAbstractModernization of coal production enterprises can not do without modern security monitoring system. Safety monitoring system for all levels of command and production business sector to provide dynamic parameters of environmental safety information for command production
3、first-hand information. Parameters measured by the comparison and analysis, For the prevention of disasters to provide technical data to facilitate early preventive measures, through the measured parameters of the effective implementation of real-time control of the timely realization of automatic a
4、larm, power and blocking, for the Suppression of the incidents occurred or expand in the accident circumstances, The timely instructions of the best relief and 避灾 line, for the rescue and evacuation personnel, equipment, to provide information for decision-making. In this paper, Chinas coal mine mon
5、itoring system status quo existing problems and development requirements of the coal mines to improve the monitoring and controlling system components, and in accordance with the Second East-mine various geological disasters in the actual situation, to the East Wing of mine a number of wells Monitor
6、ing, video monitoring system and the application of the selection of equipment, such as the optimal sideKey words monitor supervisory system sensor video frequency supervisory II目 录摘摘 要要 .IABSTRACTABSTRACT .II绪绪 论论 .1第第 1 1 章章 安全监测、监控发展情况安全监测、监控发展情况 .21.1 国内外发展概况 .21.1.1 国外煤矿监控技术的发展 .21.1.2 国内煤矿监控技术
7、的发展 .312 存在的问题与任务 .41.2.1 当前安全监测监控系统和管理系统存在的问题 .41.2.2 当前监测监控系统应解决的关键技术 .61.2.3 发展趋势 .71.3 研究的主要内容、目的及意义 .7第第 2 2 章章 安全监测、监控系统设置要求和注意要点安全监测、监控系统设置要求和注意要点 .8 82.1 矿井瓦斯监测系统的组成 .92.2 监测系统的选择注意要点 .10第第 3 3 章章 东荣二矿地质概况及特征东荣二矿地质概况及特征 .113.1 井田概况 .113.1.1 交通位置 .113.1.2 地形地势 .113.1.3 水系 .113.1.4 气象 .113.1.5
8、 电源及水源 .123.2 地质特征 .123.2.1 矿区地层情况 .123.2.2 井田径界、矿井生产能力及服务年限 .143.2.3 井田电力情况及通讯情况 .18第第 4 4 章章 东荣二矿监测监控系统设计东荣二矿监测监控系统设计 .204.1 矿井现状及基本问题 .204.1.1 矿井现状 .204.1.2 矿山存在基本问题 .20III4.2 设计装备的原则和依据 .214.3 设备选型 .224.3.1 传感器选型 .234.3.2 电缆选型 .244.3.3 其他设计选型 .254.4 机房设计 .254.5 机构设置及人员配备 .264.5.1 机构设置 .264.5.2 责
9、任、维护守则规章制度 .274.6 概算 .27第第 5 5 章章 煤矿视频监控方案煤矿视频监控方案 .305.1 视频监控系统的发展 .305.1.1 视频监控系统的现状 .305.1.2 视频监控系统的发展 .325.2 煤矿视频监控系统设置要求 .335.2.1 系统组成 .335.2.2 煤矿安全需要 .355.2.3 煤矿视频现状存在问题 .365.3 视频监控总体设计 .365.4 设备选型 .39结结 论论 .41致致 谢谢 .42参参 考考 文文 献献 .43附录附录 1 1 .44附录附录 2 2 .48附录附录 3 3 .51附录附录 4 4 .53附录附录 5 5 .54
10、附录附录 6 6 .600绪 论煤炭是我国的主要能源,在一次性能源中,所占比例在 70%以上。我国煤田遍布全国,但煤层的赋存条件和地质情况差异很大,很多矿井自然环境恶劣,受到水、火、瓦斯、粉尘、顶板事故等自然灾害的威胁,发生事故比较频繁。为减少事故的发生,预防是安全工作的重点,在煤矿中,装备矿井安全监测监控装置是避免事故发生的重要手段。矿井安全监测监控技术是伴随着煤炭工业的发展而逐步发展起来的。随着煤矿工业的发展,综合机械化采煤工艺不断完善,工作面单产不断提高,对环境参数的检测和对开采、运输各生产环节的协调要求越来越高。对环境和生产参数要求长期连续地进行可靠的检测,按一定程序进行控制。这就逐步
11、形成了采用多参数多测点传感器,以电子计算机为中心的矿井监控系统。进入 90 年代,随着微电子技术、通讯技术、控制技术、计算机技术、CRT 显示技术以及软件技术的迅猛发展,计算机更加广泛地进入工业控制的各个领域,并且正在发挥着越来越大的作用。与此同时,计算机技术在煤炭工业领域也得到了快速、广泛的应用。利用计算机进行实时监测是煤炭生产的一个重要环节。矿井监测系统其主要功能是能够及时、准确地反映各类所需要的监测信息,从而满足诸如环境安全、皮带运输、轨道运输、供电系统以及对瓦斯、风速、一氧化碳、温度、负压等环境参数及设备开停、风门开闭、风筒风量不同监测对象的要求,以实现在生产过程中对矿井安全生产进行全
12、面综合的监测。主要针对东荣二矿一井各煤层自然发火倾向和随开采深度增加也带来的煤与瓦斯突出危险的实际情况,从装备安全监测系统、设置传感器等方面下手,达到对井下一氧化碳、瓦斯及温度等进行有效的实时监控,当各监测指标超限时,本系统能够及时自动报警和切断电源,并且能够将各类监测到的数据及时传送到监测中心站,通过计算机对这些数据进行存贮和处理,从技术手段上很好的避免有害气体超限作业,改善工作环境与安全条件,提高劳动生产率,消除由此产生的事故隐患,极大地改善煤矿安全生产条件,可保证矿井的长期计划和工程的实现。1第 1 章 安全监测、监控发展情况1.1 国内外发展概况矿井监测监控系统是增强矿山安全,提高生产
13、率的有效工具。世界各主要产煤国对此都很重视,开发了多个系统,如 CTT-63/40(法国) 、MINOS(英国)、SCADA(美国) 、森透里昂(加拿大) 、KJ2(中国)等,为煤矿井下安全生产和采、掘、运、通、排等主要环节的协调工作创造了条件,解决了矿井安全监测及生产监控的燃眉之急。国外六、七十年代发展起来的煤矿监控技术,近年来在我国有了飞速的发展,各种煤矿监测系统及其配套产品应运而生。目前,我国煤矿中使用的各类监测监控系统多达十几种,国有煤矿中已装备监测系统的矿井约占总数的三分之一。煤矿监控系统的应用对改善我国煤矿的安全状况,提高煤矿生产效率和现代化管理水平起到了重要作用。1.1.1 国外
14、煤矿监控技术的发展国外煤矿监控技术是 20 世纪 60 年代开始发展起来的,至今已有四代产品,基本上 510 年更新一代产品。从技术特性来看,主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段的。国外最早的煤矿监控系统的信息传输采用空分制来传输信息。60 年代中期英国煤矿的运输机控制、日本煤矿中的固定设备控制大都采用这种技术,其中最具代表性的是法国的 CTT-63/40 煤矿环境监测系统,它可测瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数,最多可测 40 个测点。到70 年代末,这一系统在西欧一些国家共装备了 150 多套。波兰在 70 年代从法国引进技术,推出了可测 20 个测点的 CMM-20 系统,后
15、又将测点扩展到 128 点,形成 CMC-l 系统。这就是第一代煤矿监控系统。煤矿监控技术的第二代产品的主要技术特征是信道的频分制技术的应用。由于采用了频分制,传输信道的电缆芯数大大减少,它很快取代了空分制系统。英美等国的煤矿在 60 年代后期就已大量采用频分制技术。其中最具代表性且至今仍有影响的是西德 Siemens 公司的 TST 系统和 F+H 公司的 TF200(早期是TF24)系统,这些都是音频传输系统。频分制的应用,体现了以晶体管电路为2主的信息传输技术的发展,它比空分制前进了一大步。而集成电路的出现推动了时分制系统的发展,从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监控系统,其中发展较快的
16、是英国。英国煤炭研究院于 1976 年推出轰动一时的以时分制为基础的 MINOS 煤矿监控系统。在皮带运输系统应用取得成功后,他们立即推广到井下环境监测、供电供水监测和洗煤厂监控等方面,形成了全矿井监测监控系统。到 80 年代初,MINOS 系统已相当成熟,在英国国内得到大量推广,还向美国和印度出售过。这一系统的成功应用,开创了煤矿自动化技术和煤矿监控技术发展的新局面,直到今日,国内外各种监控系统尽管在功能性和产品的技术先进性上都有较大的提高,但系统的整体结构仍没有太大的变化。80 年代是计算机、大规模集成电路、数字通信等现代技术高速发展时期。由英国煤炭研究院推出的 MINOS 系统软件应用成
17、功后,英国的HSDE、HUWOOD、TRANSMI 等公司分别生产了以时分制为基础的系统与之相配套;西德也提出了以时分制为基础的 GEAMATIC 全矿井监控系统的实施计划;对煤矿电气电子产品有重要影响的西门子、AEG 等公司也纷纷推出以时分为基础的煤矿监控系统以满足市场需要;波兰也自行开发了以时分制为基础的 HADES 设备工况监测系统;苏联也在以时分制为基础的老系统上开发新产品;日本以南大夕张矿为样板也实施了许多以时分制为基础的监控系统项目。在此期间,美国以其拥有的雄厚高新技术优势,率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统,使煤矿监控技术跻身于高科技
18、之列。这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。其中有代表性的是美国 MSA 公司的 DAN6400 系统,其信息传输方式仍属于时分制范畴,但用原来的一般时分制的概念已不足以反映这一高新技术的特点。安全监控技术的不断提高以及推广使用,产生了明显的效果,大大降低了煤矿百万吨死亡率。1.1.2 国内煤矿监控技术的发展我国监测监控技术应用较晚,80 年代初,从波兰、法国、德国、英国和美国等(如 DAN6400、TF200、MINOS 和 Senturion-200)引进了一批安全监控系统,装备了部分煤矿;在引进的同时,通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况,先后研制出3KJ2、KJ4、K
19、J8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92 等监控系统,在我国煤矿已大量使用。实践表明,安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用,各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因,或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至,已无继续维修维护的必要,系统面临更新改造的机遇。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要,国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101
20、、KJF2000、KJ4/KJ2000 和 KJG2000 等监控系统,以及MSNM、WEBGIS 等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时,在“以风定产,先抽后采,监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下,规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。因此,大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现,为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。系统也由早期的地面单微机监测监控已发展成为网络化监测监控以及不同监测监控系统的联网监测。其主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器组成。12 存在的
21、问题与任务1.2.1 当前安全监测监控系统和管理系统存在的问题随着传感器技术、电子技术、信息传输技术、计算机软硬件技术和煤矿安全生产管理水平的发展和提高,相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因,或者已淘汰,或者停产,造成相当一部分局、矿无法继续正常使用已装备的系统。特别是国家颁布实施了矿井监控系统新标准和煤炭行业新规程,许多监控系统不但不能达到新标准新规程的要求,而且几乎都采用各自专用的通信协议,功能单一,互不兼容、通用性差,制约着系统功能的扩充。最重要的是,监控系统必须能够长期、稳4定、无故障地运行,各类传感器和井下分站要适应井下较恶劣的工作环
22、境,各类传感器的精度要满足最新要求。建立矿井安全生产综合监测监控系统是时代的趋势,国家的期望,生产的需求,是更好地做好安全工作,降低成本,提高工作效率,安全生产的方法和手段,是提高企业竞争力,树立企业良好形象,实现煤炭企业持续发展的法宝。煤矿安全监控是综合性技术,涉及到计算机、电子技术、通讯、物理、化学、电工等多种学科,与矿山采、掘、机、运、通等生产环节密切相关,功能复杂,技术难度高,要求监控人员具有较高的技术素质。但是,部分煤矿的监控技术人员尚不能适应工作需要,有些局、矿的领导和主管技术干部对监控技术还不熟悉,导致了管理工作跟不上。由此产生了一系列的问题,如设备选型不妥、使用维护不当、仪器待
23、修率和报废率高,影响了使用效果。 因此,在相当长的时期内,对于监测监控系统的装备、管理和培训任务仍十分艰巨。我国矿山监测监控系统存在的问题:1通信协议不规范由于现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议,所以,很难找到两个相互兼容的系统。目前,信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步补套、升级和扩充系统功能的制约因素,主要是用户在装备了某厂家的系统后,在众多型号、价格不同、功能各具特色的监控系统的软件、硬件(如分站)的补套以及服务等方面,就别无选择地依赖于这个厂家。有些矿井为了安全生产的需要,在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下,不得不废弃原有系统而另外选择其他的
24、系统。因此,通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、系统补套受制于人和不能随意进行软硬件升级改造。2井下信息传输设备物理接口协议不规范井下信息传输设备物理接口协议不规范也是制约用户进一步升级和扩充系统功能的关键因素。如 KJF2000、KJ4 和 KJ2000 系统,尽管两种系统均采用FSK 技术,以及信息传输波特率均为 1200bps 或 2400bps,但其传输信息的调制频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这两种系统的分站不能兼容。3. 传感器等质量不过关5与监测监控系统配接的甲烷传感器已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备,并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。据统计,
25、国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件,然而,长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点,严重制约着矿井瓦斯的正常检测,与国外同类传感器比较差距较大。主要问题是:(1)抗高浓冲击性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活。反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降,抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差的主要原因;(2)对过分追求低功耗的元件,在矿井高湿度环境条件下,CH4在元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元件表面,降低元件使用寿命;(3)抗中毒性能差,载体催化元件制作工艺水低,元件一致性差。4现场管理和维护水平有待于加强尽管国家和各省、地
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