《煤礦安全監(jiān)控技術(shù)》PPT課件

1、煤礦安全監(jiān)控技術(shù) 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）副校長 教授 博士生導(dǎo)師 孫繼平,1 系統(tǒng)組成及工作原理 1.1 定義 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)用來監(jiān)測甲烷濃度、一氧化碳濃度、二化碳濃度、氧氣濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、煙霧、饋電狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機開停、主通風(fēng)機開停等，并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風(fēng)電閉鎖控制等,1.2 組成 系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機（含顯示器）、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、打印機、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)接口電纜和接線盒等組成，如圖1所示,礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng),1.3 工作原理 傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換為電信號，并具有顯示

2、和聲光報警功能（有些傳感器沒有顯示、或沒有聲光報警）。 執(zhí)行機構(gòu)（含聲光報警及顯示設(shè)備）將控制信號轉(zhuǎn)換為被控物理量。 分站接收來自傳感器的信號，并按預(yù)先約定的復(fù)用方式遠(yuǎn)距離傳送給主站（或傳輸接口），同時，接收來自主站（或傳輸接口）多路復(fù)用信號。分站還具有線性校正、超限判別、邏輯運算等簡單的數(shù)據(jù)處理能力、對傳感器輸入的信號和主站（或傳輸接口）傳輸來的信號進(jìn)行處理，控制執(zhí)行機構(gòu)工作,電源箱將交流電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的本質(zhì)安全型直流電源，并具有維持電網(wǎng)停電后正常供電不小于2小時的蓄電池。 傳輸接口接收分站遠(yuǎn)距離發(fā)送的信號，并送主機處理；接收主機信號、并送相應(yīng)分站。傳輸接口還具有控制分站的發(fā)送與接收

3、，多路復(fù)用信號的調(diào)制與解調(diào)，系統(tǒng)自檢等功能。 主機一般選用工控微型計算機或普通微型計算機、雙機或多機備份。主機主要用來接收監(jiān)測信號、校正、報警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、輸出控制、控制打印輸出、聯(lián)網(wǎng)等,1.4 特點 煤礦井下是一個特殊的工作環(huán)境，有易燃易爆可燃性氣體和腐蝕性氣體，潮濕、淋水、礦塵大、電網(wǎng)電壓波動大、電磁干擾嚴(yán)重、空間狹小、監(jiān)控距離遠(yuǎn)。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，礦井監(jiān)控系統(tǒng)同一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)相比具有如下特點： (1)電氣防爆。一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)均工作在非爆炸性環(huán)境中，而礦井監(jiān)控系統(tǒng)工作在有瓦斯和煤塵爆炸性環(huán)境的煤礦井下。因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)

4、備必須是防爆型電氣設(shè)備，并且不同于化工、石油等爆炸性環(huán)境中的工廠用防爆型電氣設(shè)備,2)傳輸距離遠(yuǎn)。一般工業(yè)監(jiān)控對系統(tǒng)的傳輸距離要求不高，僅為幾千米，甚至幾百米，而礦井監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸距離至少要達(dá)到10千米。 (3)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)宜采用樹形結(jié)構(gòu)。一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)電纜敷設(shè)的自由度較大，可根據(jù)設(shè)備、電纜溝、電桿的位置選擇星形、環(huán)形、樹形，總線形等結(jié)構(gòu)。而礦井監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸電纜必須沿巷道敷設(shè)，掛在巷道壁上。由于巷道為分支結(jié)構(gòu)，并且分支長度可達(dá)數(shù)千米。因此，為便于系統(tǒng)安裝維護(hù)、節(jié)約傳輸電纜、降低系統(tǒng)成本宜采用樹形結(jié)構(gòu),4)監(jiān)控對象變化緩慢。礦井監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象主要為緩變量，因此，在同樣監(jiān)控容量下，對系統(tǒng)的傳輸

5、速率要求不高。 (5)電網(wǎng)電壓波動大，電磁干擾嚴(yán)重。由于煤礦井下空間小，采煤機、運輸機等大型設(shè)備啟停和架線電機車火花等造成電磁干擾嚴(yán)重。 (6)工作環(huán)境惡劣。煤礦井下除有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性氣體外，還有硫化氫等腐蝕性氣體，礦塵大、潮濕、有淋水、空間狹小。因此，礦井監(jiān)控設(shè)備要有防塵、防潮、防腐、防霉、抗機械沖擊等措施,7)傳感器（或執(zhí)行機構(gòu)）宜采用遠(yuǎn)程供電。一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的電源供給比較容易，不受電氣防爆要求的限制。礦井監(jiān)控系統(tǒng)的電源供給，受電氣防爆要求的限制。由于傳感器及執(zhí)行機構(gòu)往往設(shè)置在工作面等惡劣環(huán)境，因此，不宜就地供電?，F(xiàn)有礦井監(jiān)控系統(tǒng)多采用分站遠(yuǎn)距離供電。 (8)不宜采用中繼器。

6、煤礦井下工作環(huán)境惡劣，監(jiān)控距離遠(yuǎn)，維護(hù)困難，若采用中繼器延長系統(tǒng)傳輸距離，由于中繼器是有源設(shè)備，故障率較無中繼器系統(tǒng)高，并且在煤礦井下電源的供給受電氣防爆的限制，在中繼器處不一定好取電源，若采用遠(yuǎn)距離供電還需要增加供電芯線。因此，不宜采用中繼器,通過上面對礦井監(jiān)控系統(tǒng)的分析，可以看出，礦井監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。因此，直接用一般工業(yè)監(jiān)控的理論和技術(shù)解決礦井監(jiān)控的問題是行不通的。不是不符合電氣防爆要求，就是傳輸距離太近，或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不適合用于礦井監(jiān)控系統(tǒng)，或不能進(jìn)行總線供電，或節(jié)點容量太小等等。因此，有必要研究適合礦井監(jiān)控系統(tǒng)的理論和技術(shù),2 系統(tǒng)作用及使用 2.1 作用 （1）當(dāng)瓦斯超限

7、或局部通風(fēng)機停止運行或掘進(jìn)巷道停風(fēng)時，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)自動切斷相關(guān)區(qū)域的電源并閉鎖同時報警：避免或減少由于電氣設(shè)備失爆、違章作業(yè)、電氣設(shè)備故障電火花或危險溫度引起瓦斯爆炸；避免或減少采、掘、運等設(shè)備運行產(chǎn)生的摩擦碰撞火花及危險溫度等引起瓦斯爆炸；提醒領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度等及時將人員撤至安全處。提醒領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度等及時處理事故隱患，防止瓦斯爆炸等事故發(fā)生,2）還可通過煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控瓦斯抽放系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、煤炭自燃、瓦斯突出等。 （3）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)急救援和事故調(diào)查中也發(fā)揮著重要作用，當(dāng)煤礦井下發(fā)生瓦斯（煤塵）爆炸等事故后，系統(tǒng)的監(jiān)測記錄是確定事故時間、爆源、火源等重要依據(jù)之一,2.2 現(xiàn)存

8、問題 煤礦應(yīng)按照煤礦安全規(guī)程和AQ1029-2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范安裝、使用、維護(hù)和管理系統(tǒng)。但部分煤礦傳感器裝備數(shù)量和地點不滿足上述規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)的要求，更沒有按照規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)調(diào)校和維護(hù)，甚至將傳感器報警濃度調(diào)高，不使用斷電控制功能等,筆者作為國務(wù)院煤礦事故調(diào)查專家組組長參加的河北唐山劉官屯煤礦“12.7”特別重大瓦斯爆炸事故（死亡108人）、山西大同煤礦集團焦家寨礦“11.5”特別重大瓦斯爆炸事故（死亡47人）、山西臨汾瑞之源煤礦“12.5”特別重大瓦斯爆炸事故（死亡105人）、山西焦煤集團屯蘭礦“2.22”特別重大瓦斯爆炸事故（死亡78人）、河南平頂山市新華四礦“9.8

9、”特別重大瓦斯爆炸事故（死亡79人），事故礦均沒有按規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)要求安裝、維護(hù)和使用系統(tǒng)。有的傳感器裝備數(shù)量不足，有的安裝地點不正確，有的報警濃度、斷電濃度和斷電控制設(shè)置不正確，有的從不調(diào)校、有的不能正常運行、形同虛設(shè),例如：2009年2月22日發(fā)生死亡78人的特別重大瓦斯爆炸事故的屯蘭礦是事故礦中煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)使用維護(hù)最好的煤礦，但仍存在著下述嚴(yán)重問題： （1）將回風(fēng)巷甲烷傳感器報警值和斷電值調(diào)高至2.5%，如圖2所示。 （2）將4臺電氣開關(guān)開關(guān)設(shè)置在微風(fēng)的12403工作面1號聯(lián)絡(luò)巷，但不設(shè)置甲烷傳感器，如圖3所示。因此，煤礦安全規(guī)程（2010年版）第132條第二款修改為“井下個別機電設(shè)備設(shè)

10、在回風(fēng)流中的，必須安裝甲烷傳感器并具備甲烷超限斷電功能,這就要求開關(guān)等電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置在全風(fēng)壓進(jìn)風(fēng)處，若不能滿足，應(yīng)設(shè)置甲烷傳感器，并具備甲烷超限斷電閉鎖功能。由于采煤工作面回風(fēng)巷和掘進(jìn)巷道已設(shè)置甲烷傳感器，因此，設(shè)置在采煤工作面回風(fēng)巷和掘進(jìn)巷道的電氣設(shè)備可不再單獨設(shè)置甲烷傳感器。 （3）系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，事故前20分鐘內(nèi)，監(jiān)測信號中斷4次，如圖2所示,圖2 瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)多次中斷、斷電值調(diào)為2.5%CH4,圖3 12403采煤工作面1號聯(lián)絡(luò)巷布置圖,2.3 使用與維護(hù)要點 （1）選用符合AQ6201-2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求等，取得礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志準(zhǔn)用證和防爆合格證的系統(tǒng)。 （2）按照

11、煤礦安全規(guī)程和AQ1029-2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范設(shè)計、安裝、使用、管理與維護(hù)系統(tǒng)。 （3）甲烷、風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)筒、風(fēng)門、局部通風(fēng)機開停、主通風(fēng)機開停、饋電狀態(tài)等傳感器要按規(guī)定的數(shù)量和地點正確安裝與維護(hù),4）根據(jù)被控對象的不同，正確連接甲烷斷電閉鎖和風(fēng)電閉鎖。 （5）根據(jù)工作面和回風(fēng)巷等不同地點，正確設(shè)置報警濃度、斷電濃度、復(fù)電濃度和斷電區(qū)域。 （6）每隔10天使用校準(zhǔn)氣樣和空氣氣樣對甲烷傳感器進(jìn)行正確調(diào)校，同時對甲烷斷電閉鎖和風(fēng)電閉鎖功能進(jìn)行測試。 （7）甲烷超限報警、斷電、饋電異常、停風(fēng)報警后，要及時采取停電、撤人等安全措施,3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程宣講 3.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程 有關(guān)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝、使用、維護(hù)與管理的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程有煤礦安全規(guī)程第3章通風(fēng)安全監(jiān)控、AQ1029-2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范,有關(guān)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計、測試與檢驗的標(biāo)準(zhǔn)有6201-2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求、MT/T1004-2006煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件、MT/T1005-2006礦用分站、MT/T1006-2006礦用信號轉(zhuǎn)換器、MT/T1007-2006礦用信息傳輸接口、MT/T1008-2006煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件通用技術(shù)要求、MT/T1079-2008礦用斷電控制器、MT/T1078