第11次课-补充煤矿安全监测监控构架与相关设备

煤矿安全监测监控沈斌安全工程学院一、煤矿安全监控系统应用的必要性和重要性1、应用的必要性安全的生产环境是实现政治、经济环境安定的基础，安全生产是煤炭行业的重中之重，它不仅体现着社会效益，也是煤矿最大的经济利益。因此，煤矿安全技术研究和新产品开发、矿井安全生产综合监控系统应用推广是不断改善我国煤矿安全生产和提高生产管理水平的永恒主题。在政府、煤矿等有关部门建立煤矿安全管理信息系统，利用现代高科技手段，实现有效的监督管理，是对煤矿安全生产的保驾护航，是煤炭工业安全管理方式的变革。2、应用的重要性实践表明，矿井监控系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证，各局矿已作为一项重大安全装备。为了防止重大事故，杜绝安全隐患，发展煤炭生产就必须实现矿井生产集中管理，以保障安全生产为原则，以矿井瓦斯等级、自然发火状况为依据，选择一套技术先进、功能齐全，适合本矿实际情况的安全监测监控系统是十分必要的。二、我国煤矿安全监测监控系统的现状1、我国发展过程从新中国建立初期到20世纪70年代，煤矿井下人员主要使用瓦斯检定灯、光学瓦斯检定器等便携式仪器检测井下瓦斯浓度。1974年研制出了第一种达到使用水平的载体催化元件；接着抚顺煤矿安全仪器厂研制出了以该元件为传感器的AQ-1瓦斯测量仪。70年代瓦斯断电仪问世，随后陆续研制出了便携式瓦斯检测报警仪、瓦斯报警矿灯等等。80年代初，我国从波兰、法国、德国、英国和美国等国家引进了一批安全监控系统（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200），装备了部分煤矿。1982年WDJ-1型小型电子计算机矿井环境监测系统研制成功，这是我国第一套煤矿安全监控系统。1983年以后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统，在我国煤矿开始大量使用。2、现状随着电子技术、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、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。断电仪单机自控多点瓦斯系统模拟盘调度系统数字传输监控系统宽带网络多媒体数字化监控系统模拟传输监控系统基带传输频带传输单机测控第一代第二代第三代监控系统的发展历程三、煤矿安全监控系统基础知识煤矿安全监控系统组成系统主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器等组成。煤矿安全监控系统功能：具有模拟量、开关量、数字量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能。用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、负压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。1、地面设备：中心站（工控机）监测终端调制解调器（通信接口装置）串口保护器净化稳压电源操作平台UPS打印机电视墙路由器交换机ADSL等网络设备2、传感器将被测物理量转换为电信号输出的设备。3、矿用甲烷传感器连续监测矿井环境气体中甲烷浓度的设备，一般具有显示及声光报警功能。矿用甲烷传感器技术指标（高浓）本安供电电压：9-21V（DC）工作电流：90mA输出信号：200-1000Hz/1-5mA测量范围：0-10%CH4技术指标（低浓）本安供电电压：9-21V（DC）工作电流：80mA输出信号：200-1000Hz/1-5mA测量范围：0-4%CH44、矿用风速传感器连续监测矿井通风巷道中风速大小的设备。超声波涡街风速传感器技术指标本安供电电压：9-21V（DC）工作电流：80mA输出信号：200-1000Hz/1-5mA测量范围：0.4-15m/s技术指标测量范围：0-3.00kPa测量误差：±1%供电电源：电压12-21V，电流≤70mA，由通用分站或基本分站提供。体积：210×130×55mm电源信号传输电缆长度不大于1km。5、矿用负压传感器连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等通风压力的设备。技术指标本安供电电压：9-21V（DC）工作电流：85mA输出信号：200-1000Hz/1-5mA测量范围：0-100、500、1000ppa6、矿用一氧化碳传感器连续监测矿井中煤的自燃发火区及运输皮带等着火时产生的一氧化碳浓度的设备。7、矿用温度传感器连续监测矿井环境温度高低的设备。技术指标测量范围：0-100℃。测量误差：±0.5℃。输出信号：1-5mA或200-1000Hz。供电电源：电压12-21V，电流≤30mA。8、矿用二氧化碳传感器连续监测矿井环境气体中二氧化碳浓度的设备。9、矿用氧气传感器连续监测矿井环境气体中氧气浓度的设备。10、矿用烟雾传感器连续监测矿井中运输皮带等着火时产生的烟雾浓度的设备。技术指标供电电压：DC10-23V，由有多路电源箱或基本分站提供。最大工作电流：10mA。输出信号：两态0mA—+5mA。工作方式：连续工作。防护等级：IP54。最大传输距离：不大于1.5km。11、矿用风筒开关传感器连续监测风筒是否有风的设备。技术指标：输出方式：开关量输出，有一组常开触点。触点容量：12VDC×100mA。测量范围：0-40mm。电缆选用YUYVR型电缆，长度不大于1.5km。12、矿用风门开关传感器连续监测矿井风门开闭的设备。13、矿用馈电传感器连接监测矿井中馈电开关或磁力起动器负载侧有无电压的设备。14、执行器（含声光报警器及断电器）将控制信号转换为被控设备的物理量。15、声光报警器能发出声光报警的设备。16、断电控制器控制磁力起动器和馈电开关等的设备。高压断电器技术指标电源电压：660V/380V/127V，允许电压波动-15%~+10%。断电触点容量：AC660V/0.3A。断电器本安回路控制电压：3~30V。断电器一路常闭接点控制。17、甲烷断电仪井下甲烷浓度超限时，能自动切断被控设备电源的设备。18、风电闭锁装置当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒漏风时，能自动切断被控设备电源的设备。19、甲烷风电闭锁装置当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒漏风时，或空气中甲烷浓度超限时，能自动切断被控设备电源的设备。20、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传输接口（或主站）；同时，接收来自传输接口（或主站）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传输接口（或主站）传输来的信号进行处理，控制执行器工作。基本分站技术参数FSK移频键控方式。信号传输速率：1200bps。最大传输距离：≮15km。模拟量/开关量输入：各4个。控制量输出：4个。模拟量类型：200～1000Hz。模拟量基本误差：±1%。开关量类型：●各种接点型。●两状态电流型/三状态电流型。●交流36伏电压型。控制量类型：●内置断电继电器。通用分站1功能●用于采集和显示井下各种环境参数、生产状态、机电设备运行状态。●进行井下机电设备控制。●接收地面中心站发出的各种控制命令。●将采集的各种数据和被控设备状态送至地面中心站。2特点●配接各种传感器的种类、数量、量程、断电点、复电点、报警点等均由地面中心站自动生成、自动记忆。●通用分站的应用功能完全由地面中心站设置，自动记忆。●地面中心战或系统瘫痪时，自身可按中心站定义独立工作。●死机自复位功能。●可配接KJFA-1系统调试电话。技术参数FSK移频键控通信传输速率：1200bps。●－5mA、0、+5mA三状态电流型最大传输距离≮15Km。控制量类型：3～21V(DC)隔离的电压信号模拟量输入：8个。外形尺寸：320×220×140mm开关量输入：8个。控制量输出：8个。模拟量类型：●电压型：0～10V或0～5V。●电流型：1～5mA或4～20mA。●频率型：200～1000Hz。开关量类型：●各种接点型。21、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（或主站）主要完成地面非本质安全型电气设备与井下本质安全型电气设备的隔离，主站还具有控制分站的发送和接收，多路复用信号的调制和解调，系统自检等功能。数据通信接口功能：●接收地面中心站的RS-232C信号以移频键控（FSK）信号，向井下分站发送。●接收井下分站以正弦交流形式发来的移频键控（FSK）信号数据，并将其解调成符合IEEE标准的RS-232C信号，传送给地面中心站计算机。●内置电阻保护式安全栅，具备本安与非本安电路安全隔离的作用。22、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。功能：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、与管理网络连接等。23、电源箱将交流电网电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。矿用隔爆兼本质安全型多路电源箱技术指标：交流供电电源：380/660V(AC)±10%,150VA。向分战提供的直流本安电源：1路。本安输出电压：12V。过压保护整定值：13V。最大短路电流值：560mA。过流保护整定值：560mA。向传感器提供的直流本安电源：本安输出电压：21V。过流保护整定值：350mA。过压保护整定值：22V。最大短路电流值：370mA。备用电源：采用24节1.2V/7Ah镍氢电池串联构成两组电池作为备用电源。当交流电源工作时，电池处于浮充电状态；当交流电源掉电时，备用电源同时投入工作，供电时间：≥2h。24、便携式甲烷检测报警仪具有甲烷浓度监测、显示、声光报警等功能的便携设备。25、故障闭锁功能当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，必须切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁。26、通信线路避雷器KJFB-1通信线路避雷器是专门为KJF2000矿井安全生产综合监控系统而设计的防雷击保护装置。它能有效的将沿线进入设备的感应雷击电压抑制在安全电压范围内，可承受架空线、地缆、横向、纵向、正极性、负极性等雷击及过压冲击，以保证地面计算机等外围设备，以及井下各分站等免遭雷击损坏。技术指标防御电压：4/300us4KV。防御电流：10/7us5KA。响应时间：10ns。箝位电压：10V。27、远程断电器技术指标本安输入端控制电压：3～30V(DC)。本安输入端控制电流：10～30mA(DC)。控制输出端工作电压：24～240V(AC)。控制输出端工作电流：≤5A(AC)。最远端控制距离：3km。28、煤矿自燃火灾束管监测系统主要功能：1）束管负压采样、色谱分析，无需任何电化学传感器；2）自然火灾预报功能：通过对气体的分析，及时准确的预测火源温度变化情况；3）系统自动控制24小时在线监测；4）输出功能齐全：产生正常分析、束管分析、趋势分析报表及趋势图等11种图表；5）具有气体含量超限自动报警功能；6）数据库记录个数无限制，对历史数据进行分析比较；7）具有联网功能：实现分析数据共享，为领导决策提供依据，并可实现与矿井安全监控系统联网。8）色谱仪自编程功能。9）火灾瓦斯爆炸危险程度的判别。10）井下管路最大采样距离30公里。三、煤矿安全监控系统软件分析KJF2000井下安全监控系统软件概述全部系统由四部份组成：KJF2000中心站程序——矿主服务器，对井下传感器及分站进行实时数据采集、存储、显示及控制。KJF2000终端程序——矿网络终端，动态实时显示各矿监测数据。KJF2000动态图显示程序——以动画形式动态显示监测数据的更新变化。KJF2000数据查询与报表打印程序——查询指定时间段内矿井的实时数据、趋势数据同时可打印出所查询的数据，生成五分钟单点日报、小时日报、综合日报、月报表等各种报表。KJF2000曲线查询与分析程序——以曲线形式反映监测数据的变化趋势，分析指定时间段内的数据变化情况。KJF2000组