【产品】全光纤矿山安全监测监控系统PPT课件.ppt

光纤矿山安全监测监控技术研究及成果推广 山东省科学院 1 汇报提纲 一 背景二 煤矿主要灾害及检测技术概况瓦斯 顶板沉降位移 冲击地压 矿震 机电水害 发火检测 三 非煤矿山尾矿库坝光纤安全检测预警浸润线 坝体位移 库水位 干滩长度 视频 雨量等监测四 光纤安全检测研究在国内外地位五 研究与推广计划具备光纤矿山安全检测产品推广的资质继续开展工程示范和产品认证争取省和国家十二五科技立项申请国家工程技术中心 2 一 煤矿安全背景 煤炭是我国主要能源 70 年产量 2010年将达31亿吨 占世界产量的40 全国煤矿数量 2010年整改后将下降到10 000余对 曾多达70 000余对 煤炭行业的关键问题 生产安全 3 煤矿安全 2001 2005 纪录事故 18 516 死亡31 064 平均每天死亡17人 2005年时年产量21亿吨 而美国年产量10亿吨 每年仅死亡30人 我国煤炭百万吨死亡率是印度的7倍 4 1 瓦斯爆炸事故 2001 11 山西大同瓦斯爆炸死亡54人 救护人员在堵住释放的有毒气体 2006 11江西瓦斯爆炸 7人死亡 2001 山西爆炸99人死亡 5 瓦斯灾害监测控制 综合治理 先抽后采 边抽边采 瓦斯监测监控系统 当瓦斯浓度上升到1 0 时 断电报警 瓦斯传感器不可靠 需要每周校正一次 系统常有误报 不具备预警能力 瓦斯抽采 管道输输送可靠安全监测欠缺 6 瓦斯突出预兆 FromGeo PhysicsVol 19 p856 预兆 微震煤炮声音温度下降瓦斯涌出量上升 7 光纤瓦斯灾害监测预警系统 研制出激光瓦斯传感器 校正周期长达6个月 瓦斯监测监控系统可靠性高 微震 温度 瓦斯涌出量动态变化多参数监测 建立新一代监测预警系统 研制出光纤瓦斯抽采在线监测传感器 同时检测甲烷和氧气 对泄漏预警 研制出高灵敏度光纤甲烷传感器 成功地在淮南 皖北 陕西进行工程示范 8 光纤瓦斯传感器 光纤传感器 不带电 校正周期长 6个月不受潮湿影响灵敏度高 0 05 测量范围大 0 10 0 40 0 100 9 光纤瓦斯传感器测试结果 小型化光纤甲烷传感器 光纤甲烷环境气体传感器光纤甲烷管道传感器 10 光纤瓦斯传感器防爆认证 11 淄矿集团岭子煤矿示范工程 放炮事件 安装在岭子煤矿皮带巷高粉尘 潮湿环境的光纤瓦斯传感器运行六个月勿需校正 12 济南圣源伴生煤矿瓦斯监测 英国示范 安装在采掘工作面2009 07 我院研制的光纤瓦斯监测仪在英国Bilshorpoe垃圾发电站工程示范 2009 08英国 13 辽宁阜新瓦斯抽采光纤检测示范工程 07 2008 14 瓦斯抽采管道检测 陕西彬县胜动集团低浓度瓦斯抽采发电光纤传感器检测示范 2009 10至今 15 瓦斯抽采管道检测 淮南煤层气抽采工程示范2009 09 16 2 顶板 冲击地压安全监测 每年由于顶板事故造成大量人员伤亡 占总伤亡人数的1 3以上 冲击地压灾害 17 2 顶板 冲击地压安全监测 随着采深增加 冲击地压灾害越来越突出顺槽内超前压力 顶底板离层监测微震监测 18 顺槽内超前压力的监测 顶底板离层 光纤光栅式矿压传感器漂移小 可在线监测 光纤光栅顶板离层仪测点深度 3 7米读数精度 0 5mm量程 0 200mm 原理是将锚固端和传感器之间的岩石位移变化通过传感器内部的光纤光栅的波长变化反映出来 原理是将锚杆受到的力转化为传感器内部光纤光栅的形变 19 顺槽内超前压力 顶底板离层 微震监测 传统的电子式顶板位移传感器 易漂移 长期稳定性差 目前多以巡检为主 电子式微震传感器受电磁场干扰 布设点数受限 影响定位精度 尚没有把微震与矿压信息结合起来进行冲击地压检测预警的系统 光纤位移 微震传感器不带电 长期稳定 灵敏度高 布设点数可以更密 微震检测定位精度高 可以方便地把微震和矿压动态信息结合起来 更高效地检测和预警冲击地压 20 光纤矿震 矿压 位移传感器系统 21 光纤传感器现场分布 22 巷道内的传感器的安装示意 23 光纤位移传感器已获煤安 防爆认证 24 光纤微震传感器 光纤微震传感器长距离传输不带电 不受电磁场干扰灵敏度高 技术指标 动态范围 90dB 带宽 0 5 200Hz 25 光纤微震传感器已获防爆认证 26 莱芜谷家台铁矿顶板检测工程示范 27 距离170米的两个光纤地震传感器 记录铁矿放炮微震信号 莱芜谷家台铁矿顶板微震检测信号 Fiberseismicsensormountplate Dt 28 正在兖矿集团鲍店煤矿微震工程示范 10采区采煤工作面 上图波兰系统记录的微震信号上右 记录的能量和定位下右 准备安装的7个光纤微震传感器位置 PZTSeismiceventlocation 传感器 29 3 水害 矿井自动排水系统光纤水位计 自动排水系统富水层水压力监测基于光纤水压 底板位移 湿度 硫化氢气体传感器系统建立煤矿井下水害监测预警系统 30 光纤水压传感器获得煤安 防爆认证 31 4 光纤应急通信系统 工作面及硐室通信系统 工作面及硐室通信系统 调度室与工作面及硐室通信系统 工作面及硐室通信系统 32 光纤应急通信系统 应急通信系统基于光纤传输本质安全且无需供电的优点 利用光纤声音传感器和光纤WDM系统实现矿井下与矿井上的双向语音通信 当矿井发生冒顶 渗水 爆炸等重大灾害 井下设备失去供电时 利用应急通信系统来协助救援 实现人员定位和生命探测 便于救援人员及时了解井下情况 为制定合理救援方案提供依据 第一时间实施有效救援 工作原理 光源发出的激光通过光纤入射到有金属涂层的振动膜上 当声音信号使振膜振动时入射光被振膜振动调制后反射出去 接收光纤接收反射光 解调后则可以还原成声讯号 33 5 光纤多气体监测系统 声光报警 进气口 显示区 34 光纤多气体监测系统 工作原理 多种气体探测器利用了各种不同传感器对气体的交叉响应 由多个传感器对一种气味的响应便构成了传感器阵列对该气味的响应谱 将传感器阵列的响应信号进行适当的预处理后进行特征提取 获得气体的特征及特征向量 不同的气体具有各自不同的特征及特征向量 其直观形式表示为特征图形或特征指纹 采用合适的模式识别分析方法对其进行处理 来实现气体的定性 定量识别 35 光纤多气体监测系统 矿用光纤多气体预警系统实时的对矿井各部位进行易燃易爆气体 主要是CH4 H2S 高危高毒气体 如CO NO 不可燃气体 如CO2 O2等浓度的监测以及温度的监测 通过对这些气体的检测能及时发现自燃危险并确定发火点位置 对于矿井灭火工作和人员安全能够起到极其重要的作用 多种气体探测器集多种气体探测于一身 能够显示多种气体浓度信息 同时进气口处加有过滤装置 对水汽 灰尘等起到过滤的作用 具有投资小 可重复使用 校准周期长 精度高 分辨率高 可靠性高等优点 是保障井下安全的理想方案 36 6 井下人员定位系统 KJ353矿用人员管理系统KJ353 J传输接口KJ353 F本安型读卡分站KDW0 3 660B矿用隔爆兼本质安全型电源箱KJ353 K型识别卡 37 系统功能 1 系统具有携卡人员出 入井时刻 出 入重点区域时刻 出 入限制区域时刻等监测功能 2 具有识别携卡人员出 入巷道分支方向等功能 3 具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带一张唯一性检测功能 4 系统能对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别 5 能识别多个同时进入识别区域的识别卡 6 识别卡具有双向通讯功能 当矿工遇到紧急事件时 可以按下紧急求救按钮 地面监控主机就会显示出求救人员的信息 包括在那个位置及人员情况 矿方可以在第一时间组织人员进行抢救及处理 38 B S软件版本功能介绍 39 2008 09鹤岗煤自然发火导致19人死亡 2007 02河南电缆接头过热发火导致17人死亡2010年3月16日河南新密县电缆起发火导致25人死亡 7 煤矿火灾 40 煤矿火灾 自然发火主要采用束管气体检测 束管易损伤漏气导致测量不准确 机电设备 主要依靠红外测温计 热成像仪进行巡检 尚未实现在线检测预警 41 煤矿火灾 采空区自然发火预警机理1 光纤微量气体传感器代替束管系统分析气体成分变化2 温度检测 42 光纤分布式测温采空区发火定位 可以检测6公里内铠装光缆上各个点的温度 测温光缆 测温主机 采空区温度空间分布 43 铠装光缆敷设在皮带下面 皮带运输机起火预警定位 44 井上 井下变电所开关柜 电缆接头测温 45 光纤温度传感器 46 光纤温度传感器获得煤安 防爆认证 47 兖矿铁东变电站工程示范 在线监测开关柜触头 母排接点 电缆头接点温度声 光 短信报警 网络发布 远程监测 48 光纤机电设备安全监测系统工程示范 新矿集团龙崓煤矿 49 光纤机电设备安全监测工程示范 淄矿集团葛亭 岱庄煤矿 50 光纤机电设备安全监测工程示范 济宁矿业集团阳城煤矿 51 尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源 存在溃坝危险 一旦失事 容易造成重特大事故 在世界93种公害隐患中 尾矿库溃坝列第18位 仅次于核武器爆炸 DDT 神经毒气 核辐射等13种灾害 比航空失事 火灾等多种灾害严重 直接造成百人以上死亡的尾矿库事故已不鲜见 二 尾矿库坝光纤安全检测系统 52 尾矿库安全技术规程 4级以上尾矿坝应设置坝体浸润线和坝体位移观测设施 必要时还宜设置孔隙水压力 渗透水量及其混浊度的观测设施 尾矿库水位检测 其测量误差应小于20mm尾矿库浸润线 坝体位移 库水位等监测目前传统主要使用全站仪巡检坝体位移 振弦式电子渗压传感器测量浸润线 易遭雷击 可靠性差 寿命短 53 尾矿库光纤安全监测系统 54 光纤渗压 位移传感器 光纤渗压传感器 光纤位移传感器 55 北京首云铁矿示范工程 光纤渗压传感器布设点 56 北京首云铁矿现场安装 57 招金矿安全监测系统光缆接头保护 光纤尾矿库坝监测系统 不带电 不受雷击 长期可靠 通过监测渗压 浸润线 库水位 坝体位移实现安全预警 58 光纤安全检测典型示范工程 部分 兖矿铁东变电站 机电设备安全监测监控系统山东新汶矿业集团龙固煤矿 机电设备安全监测监控系统山东淄矿集团葛亭煤矿 机电设备安全监测监控系统山东淄矿集团代庄煤矿 机电设备安全监测监控系统山东济宁矿业集团阳城煤矿 机电设备安全监测监控系统邯郸矿业 机电设备安全监测监控系统陕西彬县大佛寺煤矿 光纤瓦斯抽采监测系统陕西长武县亭南煤矿 光纤瓦斯抽采监测系统淮南谢一煤矿 光纤瓦斯抽采监测系统皖北祁东煤矿 光纤瓦斯抽采监测系统河南平煤集团4矿 光纤瓦斯抽采监测系统山东章丘盛源矿业 光纤瓦斯监测系统莱芜谷家台铁矿 顶板位移 微震监测系统北京首云铁矿 尾矿库坝光纤渗压检测系统国家电网变电站设备光纤安全状态监测监控系统 山东 青海 河南 重庆 陕西 广东 河北等地40余个应用示范项目 59 三 光纤矿山安全在国内外地位 自2007年以来在8个国际光电子和矿山安全会议上做特邀报告 与国内外多所重点大学合作 产生发明专利18项 省重点光纤传感技术中心 承接国家863项目 获国家安全总局科技进步二等奖 2008年安全生产科技成果A类重点推广项目 60 四 光纤矿山安全检测研究发展计划 积极争取申请光纤安全检测工程技术研究中心积极争取申请政府采购资格入围指定安全产品大力积极研究开发市场需求的安全产品 61 总结 光纤矿山安全检测研究发挥了光纤传感器不带电 本质安全 无需防雷 性能高 抗电磁干扰 无零漂 长期稳定 传感器网络容量大等特点 全自动化监测技术 科学 全面 准确 及时 实时在线监测 通过测量能判断出其变化趋势 给出问题位置及问题性质 供坝体管理人员决策 对于矿山安全生产 特别是灾害检测和预警 具有重大的应用前景 为矿山安全带来新的高效检测手段 62 致谢 谢谢大家 63 淄矿集团光纤煤矿安全监测监控总系统 光纤系统 瓦斯 矿压 微震水害 自然发火机电设备等子系