煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)安全技術(shù)

煤礦平安監(jiān)控技術(shù).1系統(tǒng)組成及工作原理1.1定義煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)用來監(jiān)測(cè)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(jī)開停、主通風(fēng)機(jī)開停等，并實(shí)現(xiàn)甲烷超限聲光報(bào)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(jī)構(gòu)、分站、電源箱〔或電控箱〕、主站〔或傳輸接口〕、主機(jī)〔含顯示器〕、系統(tǒng)軟件、效勞器、打印機(jī)、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。.礦井平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng).1.3工作原理傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并具有顯示和聲光報(bào)警功能〔有些傳感器沒有顯示、或沒有聲光報(bào)警〕。執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔含聲光報(bào)警及顯示設(shè)備〕將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為被控物理量。分站接收來自傳感器的信號(hào)，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(shí)，接收來自主站〔或傳輸接口〕多路復(fù)用信號(hào)。分站還具有線性校正、超限判別、邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理能力、對(duì)傳感器輸入的信號(hào)和主站〔或傳輸接口〕傳輸來的信號(hào)進(jìn)行處理，控制執(zhí)行機(jī)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)平安型直流電源，并具有維持電網(wǎng)停電后正常供電不小于2小時(shí)的蓄電池。傳輸接口接收分站遠(yuǎn)距離發(fā)送的信號(hào)，并送主機(jī)處理；接收主機(jī)信號(hào)、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，多路復(fù)用信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，系統(tǒng)自檢等功能。主機(jī)一般選用工控微型計(jì)算機(jī)或普通微型計(jì)算機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)備份。主機(jī)主要用來接收監(jiān)測(cè)信號(hào)、校正、報(bào)警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、磁盤存儲(chǔ)、顯示、聲光報(bào)警、人機(jī)對(duì)話、輸出控制、控制打印輸出、聯(lián)網(wǎng)等。.1.4特點(diǎn)煤礦井下是一個(gè)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(dòng)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(diǎn)：(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)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(duì)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)的傳輸距離至少要到達(dá)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(zhǎng)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)本錢宜采用樹形結(jié)構(gòu)。.(4)監(jiān)控對(duì)象變化緩慢。礦井監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要為緩變量，因此，在同樣監(jiān)控容量下，對(duì)系統(tǒng)的傳輸速率要求不高。(5)電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，電磁干擾嚴(yán)重。由于煤礦井下空間小，采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等大型設(shè)備啟停和架線電機(jī)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(jī)械沖擊等措施。.(7)傳感器〔或執(zhí)行機(jī)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(jī)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。煤礦井下工作環(huán)境惡劣，監(jiān)控距離遠(yuǎn)，維護(hù)困難，假設(shè)采用中繼器延長(zhǎng)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，假設(shè)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(duì)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(diǎn)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)瓦斯超限或局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行或掘進(jìn)巷道停風(fēng)時(shí)，煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)切斷相關(guān)區(qū)域的電源并閉鎖同時(shí)報(bào)警：①防止或減少由于電氣設(shè)備失爆、違章作業(yè)、電氣設(shè)備故障電火花或危險(xiǎn)溫度引起瓦斯爆炸；②防止或減少采、掘、運(yùn)等設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的摩擦碰撞火花及危險(xiǎn)溫度等引起瓦斯爆炸；③提醒領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度等及時(shí)將人員撤至平安處。④提醒領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度等及時(shí)處理事故隱患，防止瓦斯爆炸等事故發(fā)生。

.〔2〕還可通過煤礦平安監(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〕煤礦平安監(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(cè)記錄是確定事故時(shí)間、爆源、火源等重要依據(jù)之一。.2.2現(xiàn)存問題煤礦應(yīng)按照?煤礦平安規(guī)程?和?AQ1029-2007煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理標(biāo)準(zhǔn)?安裝、使用、維護(hù)和管理系統(tǒng)。但局部煤礦傳感器裝備數(shù)量和地點(diǎn)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(bào)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(zhǎng)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(tuán)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(tuán)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〞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)量缺乏，有的安裝地點(diǎn)不正確，有的報(bào)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(yùn)行、形同虛設(shè)。.例如：2021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平安監(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(bào)警值和斷電值調(diào)高至2.5%，如圖2所示。〔2〕將4臺(tái)電氣開關(guān)開關(guān)設(shè)置在微風(fēng)的12403工作面1號(hào)聯(lián)絡(luò)巷，但不設(shè)置甲烷傳感器，如圖3所示。因此，?煤礦平安規(guī)程?〔2021年版〕第132條第二款修改為“井下個(gè)別機(jī)電設(shè)備設(shè)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，假設(shè)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(dú)設(shè)置甲烷傳感器?！?〕系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，事故前20分鐘內(nèi)，監(jiān)測(cè)信號(hào)中斷4次，如圖2所示。.圖2瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)屢次中斷、斷電值調(diào)為2.5%CH4.圖312403采煤工作面1號(hào)聯(lián)絡(luò)巷布置圖.2.3使用與維護(hù)要點(diǎn)〔1〕選用符合?AQ6201-2006煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求?等，取得礦用產(chǎn)品平安標(biāo)志準(zhǔn)用證和防爆合格證的系統(tǒng)?！?〕按照?煤礦平安規(guī)程?和?AQ1029-2007煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理標(biāo)準(zhǔn)?設(shè)計(jì)、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(jī)開停、主通風(fēng)機(jī)開停、饋電狀態(tài)等傳感器要按規(guī)定的數(shù)量和地點(diǎn)正確安裝與維護(hù)。.〔4〕根據(jù)被控對(duì)象的不同，正確連接甲烷斷電閉鎖和風(fēng)電閉鎖?！?〕根據(jù)工作面和回風(fēng)巷等不同地點(diǎn)，正確設(shè)置報(bào)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(duì)甲烷傳感器進(jìn)行正確調(diào)校，同時(shí)對(duì)甲烷斷電閉鎖和風(fēng)電閉鎖功能進(jìn)行測(cè)試?！?〕甲烷超限報(bào)警、斷電、饋電異常、停風(fēng)報(bào)警后，要及時(shí)采取停電、撤人等平安措施。.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)煤礦平安監(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?煤礦平安規(guī)程?第3章通風(fēng)平安監(jiān)控、?AQ1029-2007煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理標(biāo)準(zhǔn)?。.有關(guān)煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、測(cè)試與檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)有?6201-2006煤礦平安監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求?、?MT/T1004-2006煤礦平安生產(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(hào)轉(zhuǎn)換器?、?MT/T1007-2006礦用信息傳輸接口?、?MT/T1008-2006煤礦平安生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件通用技術(shù)要求?、?MT/T1079-2021礦用斷電控制器?、?MT/T1078-2021礦用本質(zhì)平