KJ110型矿井安全综合监控系统.doc

一、 KJ110型矿井安全综合监控系统结构KJ110型矿井安全综合监控系统是在现有监测系统的基础上，根据我国煤矿生产的实际和多年来与自然灾害斗争的实际经验，以多种自然灾害的预报为目标而研制的新一代安全监控系统。 该系统在矿井环境及工况监测与现有监测系统基本一致，最大不同点在于该系统为矿井自然灾害的实时分析编写了成套的系统软件，为井下灾害的预报和实时处理提供了有效的手段。该系统可以根据矿井的实际生产条件，矿井的自然灾害类型，由用户进行定义，针对不同的自然灾害组成实时监测、综合分析单元。这种方法密切结合了矿井灾害的实际。具有重要的实用价值和独创性；该系统将现有系统被动的监测方式变为实时分析和主动预报，这在我国矿井环境监测技术领域是一个突破。 该系统根据我国国情，采用开放式数据结构与多种环境监测系统相兼容的设计方法，在一种系统上可以挂接多种分站，拓展了系统软、硬件的使用范围。目前，KJ110型矿井安全综合监控系统可以在安装矿井完成下述监测监控任务；图1为KJ110型矿井安全监控系统组成图。 1)矿井环境和工况实时监测 2)煤与瓦斯突出实时分析及专家诊断预测 3)冲击地压实时分析及专家诊断预测 4)瓦斯异常涌出与泄漏实时分析及专家诊断预测 5)煤层自然发火实时分析及专家诊断预测 6)管道瓦斯抽放监测 7)综放工作面矿压综合分析与监控1.1 矿井环境和工况实时监测 该模块功能相当于整个环境监测系统，功能如下： 综放工作综合监控 矿井环境和工况实时监测 管道瓦斯抽放监测 煤与瓦斯突出实时预测 瓦斯异常涌出与泄漏实时预测 冲击地压实时预测 图1 KJ110型系统功能及结构示意图 1)KJ110安全监测监控系统是一个综合性的监控系统，它可以将计算机网络、矿井安全和生产实时监测、电力监测、胶带机监测、主、副井提升监测、工作面综合监测人员跟踪系统等多个子系统综合在一起，形成一个完整的、实用的矿井综合监控系统，在更高的层次上实现了信息的综合利用和局部环节的自动化控制。 2)整个系统具有三级网络结构形式，是一个先进的集散型系统。先进可靠的软件，总线型的分站和传感器使系统保持领先的技术水平。局部传感器及其连接线的故障不会影响系统的正常工作，从而确保整个系统的可靠性。系统具有技术先进、结构合理、运行可靠、故障分散、维修方便等优点。 3)通过开停传感器、风门传感器、馈电传感器、皮带秤等工况传感器对设备的运行情况、供电情况进行工控监测。 4)系统断电功能可分三级实现，可由地面主机根据用户设定向其他分站发控制命令来实现异地断电（在全矿范围内），就地可由分站级来实现局部区域内的远距离断电，传感器也可以输出断电信号就地断电。 5)传感器超限时有声光报警显示，并在主机屏幕上有醒目的报警条显示。显示传感器的数值、地点及报警时间。 系统可以实现多个传感器超限时对一个设备断电，也可以实现一个传感器超限时对多个设备断电控制。 6)井下传感器以分站为单位（包括该分站）集中供电，这样确保了系统的安全性能，也提高了整个系统的抗干扰能力。电网停电后，备用电源可以连续供电4小时。 7)系统配有多种智能化传感器，可以直接挂接总线。特别是总线型瓦斯传感器具有记忆（如量程、报警、断电值等）、显示、报警、断电、传感和红外设定各种参数等功能。 8)监测数据采用不变不存的技术，即保证了数据的真实性，又节省了存贮空间，因此，该系统对数据存贮时间基本没有限制。9)能以跟踪曲线、历史曲线、数据表、柱状图的方式查询原始数据； 10)能以平均值日报表、监测日报表、设备运行日报表、抽放监测日报表、故障诊断日报表方式输出分析、统计的数据。 11)能以采区布置图、设备动化图的方式显示矿井设备运行工况；1.2 煤与瓦斯突出实时监测 在KJ110型矿井安全监测系统中，煤与瓦斯突出连续预测是该系统重要的实时分析模块；该模块充分利用了“七五”、“八五”国家攻关项目-煤与瓦斯突出连续预测课题的研究成果，具有下述功能：(1)根据现场实际生产条件，由用户通过参数定义和综合布置瓦斯、风速、地音(声发射)、红外测温探头和开关量传感器，构成煤与瓦斯突出实时分析、综合监控单元。(2)该模块综合分析和实时处理资料，能够自动寻找、确定适合安装矿井实际生产条件的、预测突出危险的判据和指标。 (3)通过对瓦斯、风速、声发射、红外温度探头收集的资料，进行综合分析、处理、判断，预测突出危险性： a 倾向性突出危险预测：评估未来二至七天内有无突出事故发生的危险性，确定工作面是否已进入突出危险区。 b 威协性突出危险性预测：对已预报进入突出危险区的工作面评估工作面是否已处于突出危险状态。 (4)详细分析、处理临近突出前的数据和资料，预测工作面应力集中的程度，确定突出事故可能发生的位置。 (5)突出事故发生后，预告已经发生事故的规模和类型，为控制事故涉及的范围和处理事故提供依据。 (6)事故(突出)发生后，能够鉴别事故类型和规模，自动建立事故档案库；为查询分析事故原因提供依据。 (7)分析突出事故特征参数，根据预测预报的准确性自动校核危险判据指标，逐步提高突出危险预测判据指标的准确性。1.3 矿山冲击地压实时监测 冲击地压(包括周期来压、顶板冒落)是煤矿生产中又一大自然灾害，该事故常常给井下人员和财产造成巨大损失。冲击地压实时预测模块是KJ110型系统独有的实时分析功能。该模块有下述特点: (1)根据监测冲击地压事故工作面的类型，由用户定义有关参数，按照一定的阵列布置声发射探头，构成冲击地压监测单元。 (2)该模块通过实时分析声发射传感器所接收的探头总事件数、大事件数、能量等参数的变化，评估工作面是否已进入集中应力区。 (3)对已进入集中应力区的工作面，加强数据采集、实时分析的密度，判断是否已处于危险状态。 (4)通过声源定位，确定集中应力区的位置，判断事故可能发生的规模和涉及的范围，为防止冲击地压采取相应的措施提供依据。 (5)突出事故发生后，确定已经发生事故的规模和位置，为控制事故涉及的范围和处理事故提供依据。 (6)冲击地压发生后，自动建立事故档案库，为查询分析事故原因提供依据。 (7)分析冲击地压事故特征参数，根据预测预报的准确性自动校核危险判据指标，逐步提高预测指标的准确性。1.4瓦斯异常涌出和泄漏实时监测 该模块由瓦斯传感器、烟雾探头构成监测单元，功能如下： (1)分析瓦斯浓度动态变化，对瓦斯浓度超限监测点发出警报信号。 (2)当瓦斯浓度达到断电指标时，在发出警报的同时，通过断电仪切断该监测区电源。 (3)当监测点浓度达到爆炸点或燃烧点时，发出紧急警报。并通过烟雾探头密切监视危险点状态。 (4)事故发生时，系统自动建立事故挡案。1.5 煤层自燃实时监测 该模块由一氧化碳、氧气传感器构成智能束管火灾监测单元，功能如下： (1)连续分析监测点一氧化碳、氧气浓度的动态变化，自动确定适合安装矿井条件的判断煤层自燃的判据指标。 (2)当监测点一氧化碳、氧气浓度发生突变时，系统发出煤层自燃报警警报。 (3)当系统确定监测区已发生煤层自燃时，系统自动建立事故档案；根据预测准确性自动校核煤层自燃的判据指标。1.6 瓦斯抽放实时监测 该模块主要由负压、温度、流量、甲烷浓度等探头构成瓦斯抽放量监测单元，功能如下: (1)以分钟、小时、班、天为单位，统计绝对瓦斯抽放量； (2)分析瓦斯动态抽放量变化趋势，评价监测点抽放措施的有效性。 (3)当监测点瓦斯浓度突然下降时，及时发出管道漏风警报。1.7 综放工作面综合监控 综放工作面监控系统是一个由多个独立分析的监控单元组成的综合监控系统；每个监控分析单元监控的对象不同，目的不同，配置的传感器和分析处理软件也不同。系统构成如下：a.巷道顶底板矿压监控 b.工作面矿压、液压支架工况及支护质量监控 c.工作面回采工艺过程及装备状态监控 d.回采工作面矿压状态实时监控 e.液压泵站工作工况实时监控 f.工作面环境监测 g.工作面生产工艺过程监测 上述监控单元由采区中心站集中控制，并由该中心站将实时数据发送到地面中心站。系统组成见示意图2 b、由压力传感器组成工作面矿压、液压支架工况及支护质量监控 f.由F4分站、瓦斯传感器、风速传感器、一氧化碳传感器组成工作面环境监控单元 a、由顶板位移传感器、压力传感器、顶板离层传感器组成巷道矿压监控单元 1# 3# 5# d、由矿压动态传感器组成工作面矿压监测单元 e、由压力传感器、馈电、开停传感器组成液压本站实时监控单元 g、采区中心站负责6个监测单元的实时分析综合监控 2# 4# 6# 地面中心站 c、由工作面上下端头安装的工作面推进度传感器、采煤机位置传感器、工作面倾角传感器、馈电传感器、开停传感器、组成综采工作面回采工艺过程及装备状态实时监控单元图2 综采工作面矿压集中监控系统组成示意图2. KJ110系统的特点 KJ110型矿井安全综合监控系统是新一代矿井安全监控系统，综合矿井工况和多种自然灾害进行预测预报为主而研制的安全监测系统。与一般的环境监测系统不同，该系统强调了对矿井自然灾害的实时分析与处理。该系统软件与矿井环境监测系统相比较，具有下述特点:2.1系统软、硬件品种多，自配套性强，售后服务有保障上述产品无论是硬件和软件都是我公司独立研发、自主生产的；为此，我公司专门组成了从研发、生产、销售、售后服务的一整套班子；产品品种多、规格齐全，自配套性很强，产品零配件供给有保证；由于产品都是自主生产的，对产品性能熟悉，售后服务质量有保证。2.2 性能好，运行稳定上述产品为数十年研究煤矿安全监测技术的专业人员所设计，设计的产品更适合我国煤矿的实际情况；性能稳定、可靠性高，故障率小。该系列的上一代产品在有些矿(宁煤集团石炭井二矿、乌兰矿、红梁矿1999年安装)已运行4年多时间，该系统运行稳定，几乎没有维修工作量。2.3 系统接线简单、可靠所有传感器都具有数字通讯功能，全部分站和传感器器，都采用一根4芯传输线连接，其中2芯线用作数据通讯，2芯线用作电源；由于连接线少，采用不同的颜色标记，十分容易识别，又采用标准快速接头联接；因此，安装、维护十分简单。2.4 抗干扰性强，数据传输可靠性高采用二线制现场总线通讯技术，由于该技术纯电流信号传输数据，因此，有很高的抗电磁干扰性能，能够在有大型电器设备频繁启动的场合中可靠地工作。 电源稳定性好，能够在具有大型设备频繁启动的环境中，有稳定的电源电压输出，保证系统硬件的稳定运行：本安电源的性能对系统的稳定性影响很大，大型电器设备启动往往在瞬间拉低市电电压，造成系统供电电源输出电压降低于最小工作电压，因此，常常造成系统或传感器死机；该系统电源采用宽电压设计，能在-30%+20%供电电压范围内可靠地运行。2.5系统自维护能力强全部监测设备全部采用发生故障硬件诊断技术，井下中心站、分站、传感器检测到死机时，能够瞬时自动启动，恢复运行。2.6 系统具有自检功能当系统中传感器、分站等传输设备发生故障时，报警并记录故障时间，故障设备，以供查询及打印。2.7操作简单、方便系统的操作平台采用winsows NT 2000，监测主机具有服务器的功能，具有很强的网络能力。所有功能操作均具有在线帮助功能，在中文菜单提示下完成。并可方便地点击图形，即点即得所需信息。可随时显示监测数据、图形、曲线和报警点及数值。2.8数据输出方式能满足大型矿井需求配接大屏幕或投影机和LED显示屏，在更大的面积上显示更多的工艺流程模拟图、监测曲线、表格和文字，以及主机CRT上所能显示的全部内容。2.9数据输出内容丰富系统具有丰富的各类参数显示功能，通过主机和CRT能显示多种信息：如工艺流程模拟图形显示、实时曲线图、各测点数据表格显示井上、井下各类模拟量参数的实时表格、柱状图、变化曲线显示、井上、井下主要设备开停等开关量的实时值和开/停时间显示、原煤产量等累计量的实时值和累计值显示、各类报警除表格显示外，还有声讯信号、瓦斯报表、时钟和日期显示和系统相关设备及软件操作说明显示。2.10人机界面十分友好所有显示和打印由操作人员用鼠标进行简单的点击即可，任何人都可方便使用，即使有错误的操作也不会影响系统的正常工作。为了确保系统配置等信息不被破坏，为专门从事系统配置的矿方主管人员配备口令（或密码），只有口令正确才能进入系统配置等重要操作。2.11系统具有自检功能。当系统中传感器、分站等传输设备发生故障时，报警并记录故障时间，故障设备，以供查询及打印。2.12系统数据传输速率快，监控系统实时性好；指令断电执行速度快(小于2秒)，能满足现场控制的要求；2.13存贮的数据真实可靠根据数据变化存贮数据，监控系统存贮数据库容量大、实时性好，能充分反映生产场地现实情况；2.14系统分站设计合理、便于使用系统分站采用分站、电源箱、断电仪三体合一的结构，减少了3种结构之间的连线，产品的可靠性大大增加；2.15保护电路采用了新技术分站本安电源采用了新型保护电路，可以保证在电源发生短路时，不烧坏电路板；2.16具有丰富的图形编辑功能采用与其配套的多屏显器，能够实现系统多屏动化图显示功能；2.17分析软件贴近我国煤矿实际情况该软件由从事煤矿安全研究的人员开发，集多年来与煤矿各种自然灾害作斗争的实际经验和高新技术的开发为一体，因此软件更符合我国煤矿生产的实际条件。2.18智能分站具有多种功能 a.具有初始化参数掉电保护功能，分站停电后初始化参数不会丢失。 b.具备接收其它设备接口信息的能力 c.电网停电后分站在满负荷情况下，供电电源连续供电4小时。 d.具有风、电、瓦斯闭锁功能和故障闭锁功能。e.分站有逻辑判断、数据处理功能和存储功能。当分站与地面主机脱机时，能独立工作，并能实现全部原有功能。2.19报表输出内容丰富系统具有报表、曲线、柱状图、模拟图、初始化参数等召唤和定时打印功能。方便地由用户自行生成各类表格，打印所要求的各类数据表格、图形及曲线。二、技术参数及性能详述序号货物名称型号规格制造特点说明1矿井安全监测系统KJ1101容量：64台分站；2数据传输速率：2400bit/s3传输距离：15km；4巡检时间：64台分站巡检周期15秒5控制功能：通过人工发指令方式可以实现设备的断电/复电；6误码率：510-8；7数据输出：能以曲线、数据表、打印表告3种方式查询数据；8数据存贮方式及容量：以实时数据方式存贮数据，无数据存贮容量限制；9操作系统平台：以windows NT2000为基本操作平台；10局域网络功能：以SQL Server2000为标准数据库，因此KJ110系统中心站即为监测系统子站服务器，由此直接配接集线器等即可组建矿监测局域网11数据远距离发送建网功能：因中心站即为监测服务器，因此，该系统具备远距离发送建网功能，能无线或有线传输。2地面通讯中控站KJ110-C1功能：数据双向传输，通讯线路故障诊断；2与分站通讯速率：2400bit/s；3与中心站通讯速率：19200bit/s；4显示：有一个12864点阵的汉字液晶显示器，实时显示系统通讯状态。3矿用井下智能分站JF-F8容量：8路模拟量、4路开入、4路断电仪；结构：采用分站、电源箱、断电仪3体合一方式；显示：6位1英寸数码管显示控制：有7种断电值设置，有故障断电和风电瓦斯闭锁、异区断电控制功能，完全符合安全规程的要求；设置：采用遥控器设置分站参数。 4矿用井下智能分站JF-F4容量：4路模拟量、8路开入、4路断电仪；结构：采用分站、电源箱、断电仪3体合一方式；显示：6位1英寸数码管显示控制：有7种断电值设置，有故障断电和风电瓦斯闭锁、异区断电控制功能，完全符合安全规程的要求；设置：采用遥控器设置分站参数。 5矿用井下智能分站JF-F2容量：2路模拟量、4路开入、2路断电仪；结构：采用分站、电源箱、断电仪3体合一方式；显示：6位1英寸数码管显示控制：有7种断电值设置，有故障断电和风电瓦斯闭锁、异区断电控制功能，完全符合安全规程的要求；设置：采用遥控器设置分站参数。 6矿用井下智能分站JF-F4T容量：4路模拟量、4路开入、6路脉冲量，4路断电仪；结构：采用分站、电源箱、断电仪3体合一方式；显示：6位1英寸数码管显示控制：有7种断电值设置，有故障断电和风电瓦斯闭锁、异区断电控制功能，完全符合安全规程的要求；设置：采用遥控器设置分站参数。功能：该分站具有专家诊断系统，能够对突出、煤层自燃、瓦斯异常涌出进行实时监测；7矿用备用电源箱FD24-F1功能：与JF系列分站配套，提供大于2小时的备用电源；输出电压：24V DC(蓄电池)/36V/220V/380V/660V AC(交流)供电时间：2小时电池保护;电池活化：采用自控定时放电活化电池充电方式：浮充式;消除电池记忆：在放电过程，监测过放电电压，没有达到最低放电电压时，不允许充电； 8远程断电控制器DD-1功能：用于远距离断电或级联断电；输入控制路数：1路；输入控制类型：1)有源12V DC,2)无源触点；输出控制路数:1).非本安断电控制1路，2).本安控制输出1路(通过联接下一级断电仪，可构成级联断电控制)；断电触点容量: 1)非本安断电控制 36 V AC/5A或660V AC/1A，2)本安控制触点容量：无源触点一对；触点动作时间：30ms；断电距离：控制信号为有源电压：5km；其为无电位触点：10km。 9低浓度甲烷传感器GJ4-301结构：锌铜合金压铸式外壳，密封防尘性好、强度高；量程：04%或010%CH4功能：采用自适应调校零点，可以3个月不零点；设置：采用遥控器设置报警和断电参数。报警和断电参数符合安全规程的要求输入电压：9V18VDC，工作电流：80mA；输出：200HZ1000HZ（频率）负载的能力：0500。信号传输距离：1500m；断电值0.5/0.7/1.0/1.5/2.5；反映速度：30s。遥控器设置参数 10温度传感器GW-305功能：用于工作面或机电峒室环境温度的监测；输入电压：9V18VDC；工作电流：80mA；测量范围：0100；d.基本误差：2% ；e.输出信号制式:200Hz1000Hz（频率）；f.负载的能力：0500；g.信号传输距离：1500m；h.反映速度：10s；i.遥控器设置参数。 11一氧化炭传感器GT-308a.功能：用于有煤层自然发火矿井一氧化碳的监测监控b.结构：锌铜合金压铸式外壳，密封性好、强度高c.输入电压：9V18VDC；d.工作电流：80mA；e.测量范围：0500ppm；f.绝对误差：2(020ppm), 4 (2099ppm)，相对误差：5%(100)； g.输出信号制式：200Hz1000Hz（频率）；h.负载的能力：0500。i.信号传输距离：1500m；g.反映速度：30s；k.遥控器设置参数。 12负压传感器GP-312a.功能：用于风巷和扇风机房矿井负压的监测监控 b.输入电压：9V24VDC；c.工作电流：80mA；d.测量范围：03kpa；e.基本误差：3%； f.输出信号制式:1mA5mA（恒流），200Hz1000Hz（频率）；g.负载的能力：0500；h.信号传输距离：1500m；i.反映速度：10s。；j.遥控器设置参数。 13矿用顶板位移传感器GDY-306功能：用于有周期来压、冲击地压矿井的矿压动态监测监控 a.输入电压：9V24VDC；b.工作电流：80mA；c.测量范围：0300mm； d.基本误差：2%； e.输出信号制式:1mA5mA（恒流），200Hz1000Hz（频率）；f.负载的能力：0500；g.信号传输距离：1500m；h.反映速度：2s；i.初撑力：150kg ；j.遥控器设置参数。14矿用顶板压力传感器GD-307功能：用于有周期来压、冲击地压矿井的矿压动态监测监控 a.输入电压：9V24VDC；b.工作电流：80mA；c.测量范围：010MPa； d.基本误差：2%； e.输出信号制式:1mA5mA（恒流），200Hz1000Hz（频率）；f.负载的能力：0500；g.信号传输距离：1500m；h.反映速度：2s；i.初撑力：100kg ；j.遥控器设置参数。15矿用矿压动态传感器GDD-1a.功能：用于有周期来压、冲击地压、突出矿井矿压动态监测监控；b.输入电压: 9V24V DC ；c.工作电流：60mA；d.测量信号：脉冲量；e.接收信号频率范围：2005000Hz；f. 灵敏度：2g；g.输出信号制式:恒流：1mA5mA(脉冲信号)；h.输出信号带负载的能力：0500；i.信号传输距离：1500m；j.遥控器设置参数。 16矿用设备开停传感器GKT-320a.功能：用于机电设备的工况监测监控 b.输入电压：9V18VDC；c.工作电流：40mA；d.检测状态：停止/运行；e.为二线制；f.动作范围为3A40A；g.输出信号制式:1mA(停止)5mA（运行）；h.负载的能力：1000；i.信号传输距离：1500m；j.反映速度：1s； k.被测电缆线径1540mm。 17馈电传感器GKD-321a.功能：用于检测机电设备是否有电；b.输入电压：9V18VDC；c.工作电流：40mA；d.检测状态：停止/运行；e.为二线制；f.动作范围为3A40A；g.输出信号制式:1mA(停止)5mA（运行）；h.负载的能力：1000；i.信号传输距离：1500m；j.反映速度：1s； k.被测电缆线径1540mm。结构：卡线式；量程：1271140范围内，不区分电压等级 18矿用风门开闭状态传感器GFK-322a.用于监测风门的开/闭状态 b.输入电压：9V24VDC；c.工作电流：40mA；c.检测状态：门开/门闭； d.为二线制；e.输出信号制式:1mA(门开)5mA（门闭）；f.负载的能力：1000；g.信号传输距离：1500m；h.反映速度：1s；i.安装调整范围：上下调整80mm,垂直门框调整60mm。19帘式风传感器GF-323功能：用于巷道通风状态(有风/无风、顺风/逆风)的监测监控；b.输入电压：9V24VDC；c.工作电流：40mA；d.检测状态：1)有风/无风，2)顺风/逆风 ；e.为二线制二组信号输出；f.动作值:传感器最小动作风速 0.15m/s； g.输