非煤礦山智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案bcj

1、山東黃金集團歸來莊礦井下智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)性試驗技術(shù)方案山東黃金集團歸來莊礦北京科技大學北京龍德時代技術(shù)服務有限公司2014年4月一、實驗的目的和意義3二、非煤智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)簡介3三、研發(fā)設備完成情況與基本參數(shù)5四、工業(yè)性試驗方案16一、實驗的目的和意義非煤礦井智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)科研課題是國家“十二五”科技重點支撐計劃-非煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。自2012年初開始至今，北京科技大學會同山東黃金集團等有關(guān)單位進行了相關(guān)的基礎研究和理論分析。對金屬礦山爆破條件、爆破環(huán)境、不安全因素等進行了現(xiàn)場調(diào)查和實驗測試。初步完成了金屬礦山井下爆破安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計和研發(fā)。按照十二五計劃的

2、相關(guān)要求，需要結(jié)合現(xiàn)場的開采布局和工程條件，進行工業(yè)性應用和示范。進行工業(yè)性實驗的目的是：（1）按照初步設計方案，建成適合于現(xiàn)場開采作業(yè)條件和爆破環(huán)境的智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)。（2）協(xié)調(diào)并完善智能遠程爆破監(jiān)測系統(tǒng)不同模塊之間的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。（3）檢驗系統(tǒng)的實用性、靈敏性、可靠性、環(huán)境適應性等性能，并對不合要求的功能進行補償和完善。（4）完善數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析功能。（5）建立適合于現(xiàn)場實際的控制、預警參數(shù)體系。（6）為現(xiàn)場爆破作業(yè)的安全保障提供技術(shù)支撐。根據(jù)國家科技十二五支撐計劃的安排。該系統(tǒng)有北京科技大學研發(fā)，山東黃金集團歸來莊煤礦實施工業(yè)試驗等相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)科研計劃進度安排，現(xiàn)在需要在歸來莊

3、礦實施工業(yè)性試驗。非煤礦井智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)科研課題是國家“十二五”科技重點支撐計劃-非煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。根據(jù)國家科技十二五支撐計劃的安排。該系統(tǒng)有北京科技大學研發(fā)，山東黃金集團歸來莊煤礦實施工業(yè)試驗等相關(guān)內(nèi)容。自2012年初開始至今，北京科技大學有關(guān)研發(fā)人員，按照十二五計劃的相關(guān)要求，已經(jīng)完成了相關(guān)系統(tǒng)的研發(fā)等工作。根據(jù)科研計劃進度安排，現(xiàn)在需要在歸來莊礦實施工業(yè)性試驗。二、非煤智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)簡介1） 基本功能介紹金屬礦、非金屬非煤礦，爆破事故的種類主要是：1. 人員沒有撤離，爆破時，爆炸傷害；2. 人員警戒不到位，爆炸傷害；3. 安全起爆位置不對，爆破時引起的突水、塌

4、陷、沖擊地壓等造成傷害；4. 操作人員，誤入，造成爆炸傷害；5. 起爆時間控制不嚴格，造成傷害；6. 炮眼沒有排出，人員過早誤入，造成傷害。等等。針對上述安全隱患，按照“本質(zhì)安全，不安全就不能爆破”的基本理念，非煤礦智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)設計為“六個不能，一個監(jiān)控”功能，具體如下：1、 危險區(qū)域內(nèi)有人，就不能爆破。2、 警戒人員不到位，就不能爆破；3、人員不連鎖，就不能爆破；4、安全起爆位置不對，就不能爆破；5、起爆時間不對，就不能爆破6、有害氣體沒有排出，不能進人！一個監(jiān)控：礦山各級領導能夠通過網(wǎng)絡對爆破全過程進行實時監(jiān)控。二）具體實現(xiàn)的方法1、危險區(qū)域內(nèi)有人,就不能爆破。就是爆破時，首先監(jiān)測

5、爆破區(qū)域（警戒區(qū)域）是否有人，有人系統(tǒng)就自動閉鎖，不能爆破。是否有人的信息的判斷方法：通過安裝在爆破警戒區(qū)域內(nèi)的爆破監(jiān)視器來完成控制，有人員在危險區(qū)域，就終止作業(yè)，不能爆破。2、警戒人員不到位,就不能爆破；就是爆破時，首先監(jiān)測警戒人員是否到達警戒區(qū)域，如果警戒人員沒有到達警戒區(qū)域系統(tǒng)就自動閉鎖，不能爆破。是否有人的信息的判斷方法：通過安裝在爆破警戒區(qū)域內(nèi)的爆破監(jiān)視器來完成控制，警戒人員不在警戒區(qū)域，就終止作業(yè)，不能爆破。3、人員不連鎖,就不能爆破；確保爆破時，責任人必須到現(xiàn)場完成自己的職責。 通過虹膜識技術(shù)和連鎖卡射頻技術(shù)實現(xiàn)，如聯(lián)鎖中其中一人離開爆破監(jiān)控周邊一定距離，系統(tǒng)將自動閉鎖，不能爆破

6、。此虹膜技術(shù)能夠準備無誤的采集傳輸人員信息，靠近設備，并按照設備的語音提示觀看一下鏡頭，就完成識別過程，下傳給智能智能發(fā)爆器機，實現(xiàn)連鎖爆破。4、安全起爆位置不對，就不能爆破；通過智能智能發(fā)爆器和安全位置標識器綜合作用實現(xiàn)的，在起爆安全位置處設定一臺安全位置標識器，智能智能發(fā)爆器只有收到設定的安全位置標識器發(fā)出的信號時，才能啟動進入工作狀態(tài)，否則，不工作。通過控制無線通訊的距離就能夠有效的控制位置。5、有害氣體沒有排出，就不能進人。在線氣體檢測儀對有害氣體（一氧化碳、二氧化氮等）、煙霧等進行實時檢測；并且進行語音提示；三)系統(tǒng)基本組成非煤礦智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)的組成為：1、 主系統(tǒng)安放到調(diào)度室

7、：監(jiān)控主機1套，終端管理機1臺，系統(tǒng)軟件1套（含網(wǎng)絡管理軟件），終端管理軟件1套,參數(shù)測定儀1臺，傳輸線路與供電線路等。2、 子系統(tǒng)：在井下爆破地點，主要由安全距離標識器、人員連鎖儀、爆破人員監(jiān)視器、語音光報警器、智能智能發(fā)爆器、區(qū)域控制器等組成。三、研發(fā)設備完成情況與基本參數(shù)1） 十二五支撐計劃的技術(shù)要求十二五科技支撐計劃對非煤礦智能遠程爆破監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求如下：起爆安全位置（距離），自動控制起爆安全位置，不安全就自動閉鎖；3）同時可控制的地點，32個以上；4）系統(tǒng)監(jiān)控隱患數(shù)量，同時6個以上；5）起爆前控制指標，安全位置、警戒位置、是否有人、起爆時間、警戒人員是否到位；6）起爆時控制，自動

8、閉鎖。不安全就不能起爆；7）起爆后監(jiān)控指標，一氧化碳，氧化氮，氧氣；8）起爆后警示，語音光；9）系統(tǒng)巡檢周期，30秒；10）通訊距離，10千米；11）外接數(shù)據(jù)讀取速度，10秒。2） 已經(jīng)完成系統(tǒng)與單個硬件研發(fā)的技術(shù)參數(shù)：經(jīng)過一年多的研發(fā)工作，已經(jīng)完成了系統(tǒng)的各項設計制造，技術(shù)參數(shù)如下：1. 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)1）系統(tǒng)容量：單套系統(tǒng)接口最大可接入放炮區(qū)域控制器128臺。2)系統(tǒng)可以監(jiān)控的安全因素為10種以上，可根據(jù)需要增加或者減少監(jiān)控因素。3)系統(tǒng)連接方式：系統(tǒng)連接方式為can,TCP/IP,采用信號線纜或者光纖通訊系統(tǒng)誤碼率：108。4)智能智能發(fā)爆器與系統(tǒng)之間的最大無線通訊距離3-10 m。5

9、)供電：井下設備采用現(xiàn)場的127v電源供電，遠程供電距離不小于2 km。6)系統(tǒng)存儲性能：有關(guān)記錄在地面中心站保存半年以上。7)軟件畫面響應時間：調(diào)出整幅畫面85%的響應時間2 s，其余畫面5 s。8）地面系統(tǒng)與井下控制器離線控制功能：即當?shù)孛嬷鳈C與井下控制器中斷通訊時，井下控制器具有離線管理功能，以確保井下放炮的正常運行。9）設備故障應急處理功能：當放炮安全環(huán)境參數(shù)傳感器出現(xiàn)設備故障時（數(shù)據(jù)超限、信號不通），這時，地面主機自動彈出對話窗，并報警，經(jīng)過井下確認，地面領導批準后，可由操作員設置為故障命令，系統(tǒng)自動進行故障處理。（就是將故障作為合理數(shù)據(jù)來實施控制）?；蛘哂煞排趩T采用應急起爆按鈕，實

10、現(xiàn)起爆。10）語音報警功能：進入放炮程序時，每個環(huán)節(jié)都由語音警示儀發(fā)出命令，以警示周邊人此區(qū)域正在進行放炮。11）數(shù)據(jù)傳輸裝置與區(qū)域控制器間的數(shù)據(jù)傳輸a）通信路數(shù)：1路；b）傳輸方式：即收即發(fā)；c）傳輸速率：3k,5k，10kd）最大傳輸距離：10Kme)傳輸信號電壓幅值：1 V5 Vf）傳輸信號電流幅值： 30 mA12）區(qū)域控制器與人員監(jiān)視器間的數(shù)據(jù)傳輸a）通信路數(shù)：1路；b）傳輸方式：即收即發(fā)；c）傳輸速率：3k,5k,10kd）最大傳輸距離：10Kme）傳輸信號電壓幅值：1 V5 Vf）傳輸信號電流幅值： 30 mA2.主要設備技術(shù)參數(shù)1）智能發(fā)爆器 （1） 可設置2-多人連鎖；（2）

11、 自動存儲放炮數(shù)據(jù)；（3） 計算機對其進行參數(shù)設置，同時實現(xiàn)智能遠程爆破參數(shù)的標準；（4） 具有自動控制功能；（5） 外接無線和有線信息通訊功能；（6） 三人連鎖功能；（7） 網(wǎng)路電阻測量功能；（8） 引爆能力（發(fā)）： 200 （9） 脈沖電壓峰值(V): 3000（10） 允許最大負載電阻： 1220 （鎳鉻橋絲2米鐵腳線工業(yè)瞬發(fā)電雷管）（11） 電源: 3節(jié)3.7V聚合物鋰離子電池（型號：873445M，容量：1300mAh）（12） 安參數(shù)： 語音口 開路電壓：DC4.2 V；短路電流10mA（13） 通訊口 開路電壓：DC10 V；短路電流20mA（14） 外接電纜長度: 300m;分

12、布電感: 1mH/km;分布電容: 0.1F/km（15） 引燃沖量（A².ms）:8.7且 12.0，并具有沖能自動調(diào)節(jié)功能（16） 供電時間(ms):4（17） 充電時間(S):20（18） 外形尺寸:214*158*53mm（19） 重量:1.6kg（20） 使用環(huán)境條件：環(huán)境溫度為-20+40，相對濕度95%（25）,大氣壓力80110 kPa,瓦斯?jié)舛?lt;1%.2）人員監(jiān)視器（爆破監(jiān)視器）安裝在放炮警戒區(qū)域內(nèi)，監(jiān)控警戒區(qū)域是否有人存在。監(jiān)控的原理是通過精密監(jiān)控放炮警戒區(qū)域內(nèi)的燈光來實現(xiàn)對人員的監(jiān)控，因為井下人員必須攜帶礦燈，有人活動就一定有燈光存在。放炮時必須關(guān)閉放炮區(qū)

13、域的一切照明設施和主動發(fā)光設施。a） 供電電壓：9VDC-24VDC；b） 功耗：2W；c） 有線通訊方式：CAN,1路；d） 傳輸速率：3Kbps，5Kbps，10Kbps，20Kbps；e） 最大傳輸距離：10Km（電纜型號：MHYVR1×2×7/0.52）；f） 通訊信號工作電壓幅值：1 V5 V；g） 監(jiān)視范圍：0到100米； h） 安裝示意圖：3）人員連鎖監(jiān)測儀采用虹膜識別技術(shù)，能夠準備無誤的采集傳輸人員信息，通信無線傳輸下傳給放炮終端機，實現(xiàn)三人連鎖放炮。使用時，首先將全部參加二（三、四）人連鎖的人員信息在地面錄入，到井下工作時，只要靠近設備，并按照設備的語音提

14、示觀看一下鏡頭，就完成識別過程，速度快，準確率高。 接 口：2.4G無線通信； 工作溫度：-20-60 使用方式：壁掛式 眼睛角度：俯仰旋轉(zhuǎn)45 注冊時間：雙目3s 操作提示：語音向?qū)Ч鈱W引導 識別時間：雙目1s(戴眼鏡<3s) 工作距離：250-350mm 工作電壓：DC+12V-DC+24V 峰值電流：400mA 環(huán)境光強：0-5000Lux 采集圖像：1536×2048 認證方式：雙目單眼 精 確 度：FAR0.0000001%FRR0.1% 戴眼鏡FRR1% 照明方式:紅外照明符合ANSI/IEC60825-1安全標準 虹膜特征數(shù)據(jù)存儲容量: 1,2000個虹膜特征數(shù)據(jù)

15、 符合標準:國際標準ISO/IEC19794-6:2005安裝示意圖：4）語音光警示儀語音警示儀用于對放炮過程的報警和提示。放炮過程中，放炮終端機與系統(tǒng)無線連接成功后，系統(tǒng)進入放炮作業(yè)過程，這時語音警示儀進入工作狀態(tài)，播報智能智能發(fā)爆器發(fā)送的放炮信息，即時根據(jù)放炮過程的進展，一步一步提示警示放炮過程的進展，引導操作人員進行下一步的操作，同時警示報警放炮作業(yè)，直到放炮過程完成為止。聲音清晰響亮，標準普通話。同時還有雙色LED點陣漢字顯示功能，當放炮時顯示屏紅色顯示“放炮”兩字，平時顯示綠色指示燈表示平安不放炮。設備主要由信息采集處理模塊、傳輸模塊、嵌入式軟件等組成。與智能智能發(fā)爆器之間采用無線通

16、訊連接。 本安型設備； 供電電壓：9VDC-24VDC； 功耗：10W； 有線通訊方式：CAN,1路； 傳輸速率：3Kbps，5Kbps，10Kbps，20Kbps； 最大傳輸距離：10Km（電纜型號：MHYVR1×2×7/0.52）； 通訊信號工作電壓幅值：1 V5 V； 無線通訊方式：2.4G； 傳輸速率：1M； 無線最大發(fā)送功率：0dBm; 無線傳輸最大距離：20米； 語音清晰響亮，聲級強度大于90分貝，信號燈可視距離大于100米5）放炮區(qū)域控制器放炮區(qū)域控制器主要由信息采集處理模塊、傳輸模塊、后備電源、嵌入式軟件組成。主要功能就是雙向通訊-一方面將接收到的人員信息、

17、智能智能發(fā)爆器信息、放炮操作信息傳到地面；另一方面將地面的指令傳到智能智能發(fā)爆器，再一個功能就是給安全距離定位器供電。一個放炮區(qū)域控制器最多可以連接8個放炮監(jiān)控器。放炮區(qū)域控制器與放炮監(jiān)控器之間采用CAN總線通訊，距離最大可以達到10千米。放炮區(qū)域控制器與放炮監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸裝置的信號傳輸可以采用CAN總線方式，也可以直接接光端機，采用光纜通訊的方式，也可以直接接因特網(wǎng)交換機。 放炮區(qū)域控制器內(nèi)存容量為5000條記錄。放炮區(qū)域控制器需要布置在安全環(huán)境好的巷道或者硐室為宜。每個放炮區(qū)域控制器需要一個礦用本安電源供電（不間斷的供電不小于2小時），由此保證放炮區(qū)域控制器在斷電等特殊情況下的連續(xù)工作。技術(shù)

18、參數(shù)a）具有數(shù)據(jù)接口的雙向通訊功能；b）具有與放炮監(jiān)控器的通訊功能，并進行數(shù)據(jù)處理。 c）具有數(shù)據(jù)校驗功能。d）支持模擬CAN總線與CAN總線功能。主要參數(shù)a） 供電電源： DC 18Vb） 安全型式： 礦用本質(zhì)安全型 ExibI2.放炮區(qū)域控制器與傳輸裝置的數(shù)據(jù)傳輸a） 傳輸路數(shù)：1路； b）傳輸方式：主從式、半雙工、CAN、單極性； c）傳輸速率：4800bps； d）最大傳輸距離：10Km（電纜型號：MHYVR1×2×7/0.52） e）通訊信號工作電壓幅值：1 V5 V f）通訊信號工作電流幅值： 80 mA3.放炮區(qū)域控制器與無線收發(fā)模塊間的數(shù)據(jù)傳輸a）通信路數(shù)：

19、可編程多路；b）傳輸方式：即收即發(fā)、單向、CAN、單極性；c）傳輸速率：2.4GHz；d）最大傳輸距離：20m（電纜型號：MHYVR 1×4×7/0.52）e）傳輸信號電壓幅值：1 V5 Vf）傳輸信號電流幅值： 20 mA6）安全起爆位置標識器功耗a）額定工作電壓：DC18Vb）工作電流： 100 mA與控制器的通訊a）傳輸路數(shù)：1路b）傳輸方式：主從式、半雙工、CAN；c）傳輸速率：5000bpsd）最大傳輸距離：10Km（電纜型號：MHYVR1×4×7/0.52）e）通訊信號工作電壓幅值：1V5Vf）通訊信號工作電流幅值： 30 mA7）人員連鎖卡

20、 主要技術(shù)參數(shù)供電電源a）額定工作電壓：3V（由鋰電池供電）b）工作電流： 2mA電池參數(shù)a）型號：一次性鋰離子紐扣電池（生產(chǎn)廠家：常州市鋰霸電池有限公司)(CR2477)b）開路電壓： 3.5 Vc）短路電流： 1.2 A無線信號傳輸a）傳輸方式：GFSKb）傳輸頻率：2.4±0.08GHzc）發(fā)射場強： 0dBm d）最大傳輸距離:30m 最大編碼容量：16777216個。外形尺寸：73mm×44mm×27mm8）放炮數(shù)據(jù)傳輸裝置放炮數(shù)據(jù)傳輸裝置的功能就是傳輸監(jiān)控主機到放炮區(qū)域控制器和放炮區(qū)域控制器到主機的信號傳輸，并實現(xiàn)地面線路和井下線路的隔離，保證礦井的安

21、全。主要由信號轉(zhuǎn)換模塊組成，完成通訊信號的轉(zhuǎn)換。采用光柵隔離技術(shù)實現(xiàn)本安與非本安運行環(huán)境的隔離，實現(xiàn)店面線路和井下線路的隔離。采用220V電源供電。電源電壓： AC 220V（±10%）工作電壓 18V工作電流： 100mA通訊速率： 1200bps9600bps間自動調(diào)整 外型尺寸： （430×300×80）mm 重 量： 3500 克9）地面主機與放炮數(shù)據(jù)傳輸裝置間的數(shù)據(jù)傳輸1 放炮數(shù)據(jù)傳輸裝置： RS232；2 傳輸信號方式： 半雙工、串行異步傳輸；3 傳輸電纜： 標準計算機通訊電纜；4 傳輸速率： 4800 bps ；5 最大數(shù)據(jù)傳輸距離： 15 m；10

22、）放炮數(shù)據(jù)傳輸裝置與放炮區(qū)域控制器間的數(shù)據(jù)傳輸1 傳輸信號方式： 半雙工、串行異步傳輸；2 傳輸電纜： 通訊電纜（MHYVR 1×2×7/0.52）；3 巡檢周期： 30 S；11）傳輸電纜（MHYVR 1×2×7/0.52）1 +20導體直流電阻： 18.1 /km2 線對工作電容： 0.06 uF/km3 電感： 800 uH/km12）地面中心站:設備配備: 中心站的標準配置為：工控主機2臺2小時不間斷電源 1套，打印機一臺。采用CAN總線傳輸時，需要信號避雷器2個。地面中心站主機采用工控機，配備兩臺，雙機熱備。最低配置為：1 操作系統(tǒng)：Windows2000以上操作系統(tǒng)；2 內(nèi)存：1G以上；3 硬盤：160G以上；4 17寸液晶顯示。13）信號避雷器（LAXCH303-24CH）1 工作電壓： 24 V2 額定放電電流： 5 A3 最大放電電流： 10 A 4 防護電平（線-線）：50 V5 防護電平（線-地）：30 V6 響應時間： 1 ns 7 傳輸速率： 1 Mbps8 產(chǎn)品外形尺寸： （42×25×25）mm 地面中心站（機房）是整個系統(tǒng)的控制中樞，通過串行接口與及井下所有通訊放炮監(jiān)控傳輸裝置與放炮區(qū)域控制器連接，通過網(wǎng)卡和網(wǎng)絡交換機與地面局域網(wǎng)各終端連接。工