矿井监测监控系统教材课件.ppt

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1、2023/1/22,1,六大系统之矿井监测监控系统,2023/1/22,2,煤矿安全监控系统简介,主 要 内 容,煤矿安全监控系统,2023/1/22,3,安全监控系统的定义：煤矿安全生产监控系统是指具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于煤矿通风安全及生产环节监控的系统。安全监控系统的构成：煤矿安全监控系统、煤矿瓦斯抽采（放）监控系统、煤矿轨道运输监控系统、煤矿胶带运输监控系统、煤矿供电监控系统、煤矿排水监控系统、煤矿火灾监控系统、矿山压力监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、人员位置监测系统等。,2023/1/22,4,一、矿井安全监控技术发展概况

2、,2023/1/22,5,我国矿井安全监控技术发展建国初期，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定器、瓦斯检定灯、检知管、风表等；60年代初期，研制达到使用水平的载体催化元件和AQR-1型瓦斯测量仪。70年代研制出瓦斯断电仪；80年代初期，从欧美引进、吸收矿井监控系统；80年代以后，逐步开发出KJ126、KJF2000、KJ95、KJ90等系统。,2023/1/22,6,二、煤矿安全生产监控系统的分类煤矿安全生产监控系统可按照监控目的、信号传输方式、网络结构等来进行分类:按传输信号复用方式分为：时分制系统、频分制系统、码分制系统、复合复用方式（同时采用频分制、时分制、码分制中两种或两种以上的系统）；

3、按系统网络结构可分为：树形、环形、星形、总线形等；按传输信号的调制方式可分为：数字基带传输、数字频带传输；,2023/1/22,7,2023/1/22,8,1）、可实时采集各种传感器传来的数据:2）、系统具有甲烷超限报警功能：甲烷传感器用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量，当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的报警点时，由系统发出声、光报警信号。当甲烷浓度恢复到预置的报警值以下时，能自动解除报警。3）、甲烷超限断电及闭锁功能：当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的断电点浓度时，输出切断被控区域动力电源并闭锁；当被监视区域风流中甲烷浓度降到预置的复电点浓度时，能自动解锁，恢复供电。断电点参数设置连续可调

4、。,三、安全监控系统的主要功能,2023/1/22,9,4）风电闭锁功能：当局部通风机停止运转或风筒中风速低于规定数值时，装置输出切断被控区域动力电源信号并闭锁；当局部通风机恢复正常工作时，装置能自动解锁。5）其他功能：此外系统还可实现一氧化碳、温度、风压、风速、风门等环境参数与工况参数超限声光报警等功能。,三、安全监控系统的主要功能,2023/1/22,10,基于以上功能，安全监控系统可以起到以下作用：1、避免或减少由于电气设备失爆、违章作业、电气设备故障电火花或危险温度引起瓦斯爆炸；2、避免或减少采、掘、运等设备运行产生的摩擦碰撞火花及危险温度等引起瓦斯爆炸；3、提醒领导、生产调度等及时将

5、人员撤至安全处。4、提醒领导、生产调度等及时处理事故隐患，防止瓦斯爆炸等事故发生。5、还可通过煤矿安全监控系统监控瓦斯抽放系统、通风系统、煤炭自燃、瓦斯突出等。6、煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用，当煤矿井下发生瓦斯（煤尘）爆炸等事故后，系统的监测记录是确定事故时间、爆源、火源等重要依据之一。,返回,2023/1/22,11,煤矿安全监控的主要内容对井下CH4、CO、O2、CO2等气体浓度的检测；对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测；对生产设备运行状态的监测、监控等。煤矿安全监控系统组成一般由传感器、井下分站、传输线路、地面中心站、监控软件组成，如下图

6、所示：,2023/1/22,12,矿井安全生产监控系统,2023/1/22,13,2023/1/22,14,煤矿安全监控系统工作原理：传感器将被测物理量转换为电信号，并具有显示和声光报警功能（有些传感器没有显示、或没有声光报警）。执行机构（含声光报警及显示设备）将控制信号转换为被控物理量。分站接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传送给主站（或传输接口），同时，接收来自主站（或传输接口）多路复用信号。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理能力、对传感器输入的信号和主站（或传输接口）传输来的信号进行处理，控制执行机构工作。,2023/1/22,15,电源箱将交流电网电

7、源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于2小时的蓄电池。传输接口接收分站远距离发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站。传输接口还具有控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，系统自检等功能。主机一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、联网等。,2023/1/22,16,煤矿安全监控系统的特点：煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃易爆可燃性气体和腐蚀性气体，潮湿、淋水、矿尘大、电网电压波动大、电磁干扰严重、空间狭小、监

8、控距离远。因此，矿井监控系统不同于一般工业监控系统，矿井监控系统同一般工业监控系统相比具有如下特点：(1)电气防爆。一般工业监控系统均工作在非爆炸性环境中，而矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备，并且不同于化工、石油等爆炸性环境中的工厂用防爆型电气设备。,2023/1/22,17,爆炸性危险物质分类:I类：矿井甲烷；II类：爆炸性气体混合物(含蒸汽、薄雾)，如乙醚、民用煤气、乙炔等。III类：爆炸性粉尘和纤维，如镁粉、铝粉、小麦粉亚麻纤维、火火药等。,2023/1/22,18,(2)传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，仅

9、为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要达到10千米。(3)网络结构宜采用树形结构。一般工业监控系统电缆敷设的自由度较大，可根据设备、电缆沟、电杆的位置选择星形、环形、树形，总线形等结构。而矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上。由于巷道为分支结构，并且分支长度可达数千米。因此，为便于系统安装维护、节约传输电缆、降低系统成本宜采用树形结构。(4)监控对象变化缓慢。矿井监控系统的监控对象主要为缓变量，因此，在同样监控容量下，对系统的传输速率要求不高。(5)电网电压波动大，电磁干扰严重。由于煤矿井下空间小，采煤机、运输机等大型设备启停和架线电机车火花等造成电磁干扰严重。(6

10、)工作环境恶劣。煤矿井下除有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性气体外，还有硫化氢等腐蚀性气体，矿尘大、潮湿、有淋水、空间狭小。因此，矿井监控设备要有防尘、防潮、防腐、防霉、抗机械冲击等措施。,2023/1/22,19,(7)传感器（或执行机构）宜采用远程供电。一般工业监控系统的电源供给比较容易，不受电气防爆要求的限制。矿井监控系统的电源供给，受电气防爆要求的限制。由于传感器及执行机构往往设置在工作面等恶劣环境，因此，不宜就地供电。现有矿井监控系统多采用分站远距离供电。通过上面对矿井监控系统的分析，可以看出，矿井监控系统不同于一般工业监控系统。因此，直接用一般工业监控的理论和技术解决矿井监控的问题是行不

11、通的。不是不符合电气防爆要求，就是传输距离太近，或网络结构不适合用于矿井监控系统，或不能进行总线供电，或节点容量太小等等。因此，有必要研究适合矿井监控系统的理论和技术。,返回,2023/1/22,20,一、甲烷传感器的设置,1、甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。2、甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合规定。,传感器的设置：,2023/1/22,21,二、其它传感器的设置,（一）一氧化碳传感器的设置 1、一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，

12、距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。2、开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面回风巷必须设置一氧化碳传感器，地点可设置在上隅角、工作面或工作面回风巷，报警浓度为0.0024%,如图9所示。3、带式输送机滚筒下风側10-15m处宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。4、自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。5、开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。,2023/1/22,22,（二）风速传感器的设置风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支

13、风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。当风速低于或超过煤矿安全规程的规定值时，应发出声、光报警信号。（三）风压传感器的设置 主要通风机的风硐应设置风压传感器。风硐是连接主通风机和风井的一段巷道。风量大，内外压差大。（四）瓦斯抽放管路中传感器的设置 瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中宜设置流量传感器、温度传感器和压力传感器；利用瓦斯时，应在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器。防回火安全装置上宜设置压差传感器。,2023/1/22,23,（六）温度传感器的设置 1、温度传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应不影响行人和行车，安

14、装维护方便，不影响行人和行车。2、开采容易自燃，自燃煤层及地温高的矿井采煤工作面应设置温度传感器。温度传感器的报警值为30。如图10所示。3、机电硐室内应设置温度传感器，报警值为34。,2023/1/22,24,2023/1/22,25,（七）开关量传感器的设置,主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器。,2023/1/22,26,使用与维护要点（1）选用符合AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求等，取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证的系统。（2）按照煤矿安全规程和AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范设计、安装、使用、管理与维护系统。（3）甲烷、风速

15、、风压、风筒、风门、局部通风机开停、主通风机开停、馈电状态等传感器要按规定的数量和地点正确安装与维护。,2023/1/22,27,（4）根据被控对象的不同，正确连接甲烷断电闭锁和风电闭锁。（5）根据工作面和回风巷等不同地点，正确设置报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电区域。（6）每隔10天使用校准气样和空气气样对甲烷传感器进行正确调校，同时对甲烷断电闭锁和风电闭锁功能进行测试。（7）甲烷超限报警、断电、馈电异常、停风报警后，要及时采取停电、撤人等安全措施。,返回,2023/1/22,28,第四节 煤矿安全监控系统使用现状和问题,煤矿安全监控系统在全国高瓦斯矿井和有瓦斯煤(岩)突出的矿井及部分低瓦

16、斯矿井普遍装备使用,但目前有不少煤矿的安全监控系统没有发挥出应有的作用。究其原因,有些矿的领导和主管技术干部对监控系统的重要性认识不够,由此产生一系列问题:监控技术人员不能适应工作需要,设备选型不妥,使用维护不当,仪器待修率高。,2023/1/22,29,现场维护和管理中存在的问题,传感器的设置数量不足，种类不全，地点、位置不符合要求。甲烷传感器调校周期过长，方法不对。不测试断电闭锁功能，断电闭锁失效。地面中心站的装备管理存在问题，无备用主机和电源。培训不到位,维护、管理人员缺乏相关知识，不会操作、维修。人为破坏监控系统的监控功能，将传感器报警浓度调高，不使用断电控制功能等,2023/1/22

17、,30,煤矿安全监控系统使用现状,这一系列问题严重影响了安全监控系统的安全保障作用,只有从思想、技术、物质等方面着手解决,才能发挥出应有的作用。,2023/1/22,31,2、解决办法,1、煤矿应按照煤矿安全规程和AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范安装、使用、维护和管理系统。2、加强对维护、管理人员的培训,使之具备相关知识，懂操作和简单的维修。3、充分依靠测控仪器区域服务中心的技术力量，搞好系统维护。4、加强使用管理，杜绝使用中的违章现象；下井管理人员带便携式甲烷检测报警仪，发现与甲烷传感器读数误差大于允许误差时，应立即通知安全监控部门进行处理。,2023/1/22,

18、32,2、解决办法,5、地面中心站值班应设置在矿调度室内；实行24h值班制度；按瓦斯事故应急预案遥控区域断电。6、改变以往中小型煤矿将甲烷传感器送到维修中心调校的做法，因为送维修中心调校不能测试断电闭锁功能，而且频繁拆卸易产生故障，传感器在运输过程中由于碰撞等原因易产生误差，煤矿应建立检修室，甲烷传感器应在井下调校，方法简单容易掌握。暂不具备条件的应由区域服务中心调校人员下井调校。,2023/1/22,33,2、解决办法,7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：安全监控系统是否有安全标志且符合6201标准，系统井下配置是否符合安标证书的规定。系统中心站、分站、传感器等设备安装设置是否符

19、合要求。监控系统布置图及中心站显示是否与实际设置相符。系统是否昼夜不间断运行。,装备到位,2023/1/22,34,解决办法,7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：甲烷传感器等设备是否按规定周期正确调校，其报警值、断电值、复电值是否符合规定。中心站主机是否真实反映了监测对象的数值或状态。煤矿是否有检修室，仪器和校准气体的配备是否符合规定。,数据准确,2023/1/22,35,2、解决办法,7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：瓦斯超限达到断电值时，安全监控系统是否切断被控设备的电源并闭锁，断电与馈电数据是否对应。瓦斯断电控制图是否符合规定。断电接线是否正确。是否按期测试瓦斯

20、超限断电闭锁和风电瓦斯闭锁功能并有记录。,断电可靠,2023/1/22,36,2、解决办法,7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：管理机构、规章制度、人员培训、设备维护、图纸资料和报表管理是否符合要求。瓦斯事故应急预案是否符合要求。,管理规范,2023/1/22,37,案例 河北唐山刘官屯煤矿“12.7”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡108人）、山西大同煤矿集团焦家寨矿“11.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡47人）、山西临汾瑞之源煤矿“12.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡105人）、山西焦煤集团屯兰矿“2.22”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡78人）、河南平顶山市新华四矿“9.8”特别重大瓦

21、斯爆炸事故（死亡79人）等事故的调查中发现，事故矿均没有按规程和标准要求安装、维护和使用系统。有的传感器装备数量不足，有的安装地点不正确，有的报警浓度、断电浓度和断电控制设置不正确，有的从不调校、有的不能正常运行、形同虚设。,2023/1/22,38,例如：2009年2月22日发生死亡78人的特别重大瓦斯爆炸事故的屯兰矿是事故矿中煤矿安全监控系统使用维护最好的煤矿，但仍存在着下述严重问题：（1）将回风巷甲烷传感器报警值和断电值调高至2.5%，如图2所示。（2）将4台电气开关开关设置在微风的12403工作面1号联络巷，但不设置甲烷传感器，如图3所示。因此，煤矿安全规程（2010年版）第132条第二款修改为“井下个别机电设备设在回风流中的，必须安装甲烷传感器并具备甲烷超限断电功能”。,2023/1/22,39,这就要求开关等电气设备应设置在全风压进风处，若不能满足，应设置甲烷传感器，并具备甲烷超限断电闭锁功能。由于采煤工作面回风巷和掘进巷道已设置甲烷传感器，因此，设置在采煤工作面回风巷和掘进巷道的电气设备可不再单独设置甲烷传感器。（3）系统工作不稳定，事故前20分钟内，监测信号中断4次，如图2所示。,