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1 有关煤矿安全监控系统的讲义较多地引用了国家煤矿安全监察局安全监察司王涛处长在2009年3月昆明贯标会上的讲义内容 在此向王处长表示感谢 煤矿安全监控系统 2 aq6201 2006标准中对煤矿安全监控系统的定义 具有模拟量 开关量 累计量采集 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 主通风机开停等 并实现甲烷超限声光报警 断电和甲烷风电闭锁控制等 煤矿安全监控系统 3 通常 煤矿安全监控系统由井上部分和井下部分组成 一般采用分布式总线结构 主要由监控主机 传输接口 监控分站和各种传感器 控制执行器等组成 井下监控站具有独立工作的能力 井上部分由计算机 通信接口 打印机及网络系统组成地面中心站 中心站可集中地监测并控制井下各种环境参数及设备运行情况 并配置井下分站的类型 具有实时监控 即时报警 数据查询 数据报表 地面控制等功能 煤矿安全监控系统 4 实例一 kj95n系统组成 煤矿安全监控系统 5 实例二 kj102n系统组成 煤矿安全监控系统 6 煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范 第3 10条规定 煤矿必须装备矿井安全监控系统 矿井安全监控系统应符合 煤矿安全监控系统通用技术要求 aq6201 2006 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范 aq1029 2007 的有关规定 煤矿安全监控系统 7 主要内容 1029标准的出台背景主要依据和编制过程有关问题的解释设计审查和竣工验收中应关注的问题 8 1 出台背景1 1安全监控技术发展 上世纪70年代前 煤矿使用光学瓦斯检定器 瓦斯检定灯 检知管 风表等便携式仪器检测井下环境参数 80年代前后 甲烷断电仪 甲烷遥测断电仪仪 便携式甲烷检测报警检仪 瓦斯报警矿灯等问世 1983 1985年 引进技术和设备 9 1 出台背景1 1安全监控技术发展 英国minos系统 淮南谢一 平顶山五矿西德tf200系统 兖州兴隆庄矿美国dan6400系统 淮南潘一矿法国ctt63 40系统 阳泉一矿波兰cmc 1系统cmm 20系统开滦赵各庄矿冲击地压监测系统等抚顺老虎台矿等西德tf200系统 传感器传感元件制造技术等重庆煤矿安全仪器厂等 10 1 出台背景1 1安全监控技术发展 80年代中期 国产安全监控系统问世90年代 矿务局监控系统联网2005年以来 安全监控系统普及联网 11 名词解释 监测 监视检测监控 监测控制煤矿安全监控系统 装有瓦斯 风速 一氧化碳 风压 温度 烟雾 设备开停 风筒 风门 馈电传感器等传感器 煤矿安全生产监控系统 包括安全 提升 轨道 胶带 供电 排水 矿山压力 人员位置等子系统 12 名词解释 传感器 将被测物理量转换为电信号输出的装置 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 同时 接收来自传输接口多路复用信号 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传输来的信号进行处理 控制执行器工作 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风量低于规定值时 或空气中甲烷浓度超限时 能自动切断被控设备电源的装置 13 14 1 出台背景1 2煤矿必须装备安全监控系统 国务院第81次常务会议提出了瓦斯治理七项措施 要求高 突矿井必须装备安全监控系统并联网 2006年国家安监总局要求低瓦斯矿井必须装备安全监控系统 15 全国煤矿安全监控系统装备情况 套 16 1 出台背景1 3现场维护和管理问题很多 传感器的数量不足 种类不全 设置地点或位置不符合要求 甲烷传感器校准周期过长 方法不对 千方百计使监控系统不报警 不断电 不闭锁 地面中心站的装备管理存在问题 培训不到位 维护 管理人员缺乏相关知识 不会操作 维修 17 1 出台背景1 4标准 规程修定滞后 2006年以前装备的监控系统及传感器的执行的产品标准于上世纪90年代制定 煤矿安全规程 通风安全监控 一章有关传感器的布置源自 矿井通风安全监测装置使用管理规定 煤安字 1995 第562号 18 1出台背景1 5采取措施 出台相关标准 文件 mt t1004 2006 煤矿安全生产监控系统通用技术条件 aq6201 2006 煤矿安全监控系统通用技术要求 aq6202 2006 煤矿甲烷检测用载体催化元件 aq6203 2006 煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 aq6204 2006 瓦斯抽放用热导式高浓度甲烷传感器 aq6205 2006 煤矿用电化学式一氧化碳传感器 aq6206 2006 煤矿用高低浓度甲烷传感器 aq6207 2007 便携式载体催化甲烷检测报警仪 aq6209 2007 数字式甲烷检测报警矿灯 19 1出台背景1 5采取措施 出台相关标准 文件 aq1029 2007 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范 关于加强煤矿安全监控系统装备 联网和维护使用工作的指导意见 安委办 2006 21号 关于贯彻落实 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范 的通知 煤安监技装 2007 29号 20 煤矿安全监控系统通用技术要求 aq6201 2006与旧标准的主要区别 系统中传感器的稳定性由7天延长到15天 传感器到分站的传输距离由1公里延长到2公里 增加了异地断电 风电瓦斯闭锁 抗电磁干扰等功能 主菜单和一级子菜单显示格式统一 21 参数设置 系统参数 模拟量 开关量 累计量 其他页面编辑 列表 曲线 模拟图 其他控制列表显示曲线显示 报警 断电控制 馈电异常 调用 其他状态图及柱状图显示模拟图显示 通风系统 瓦斯抽采 系统自检 其他打印查询帮助其他等 安全监控系统主菜单 aq6201标准 22 载体催化式低浓度甲烷传感器 便携式甲烷检测报警仪 数字式甲烷检测报警矿灯等旧标准与新标准的主要区别 旧标准稳定性 7天响应时间 30秒基本误差 大 新标准稳定性 15天响应时间 20秒基本误差 小 23 2 主要依据和编制过程 依据gb t1 1 2000 标准化工作导则 煤矿安全规程 和相关产品标准等深入调研 充分论证参考国内外煤矿经验和事故教训两次广泛征求意见两次召开研讨会议 24 3 有关问题的解释3 1增设甲烷传感器的地点 编制原则 增加传感器数量 加大监控密度2004年国有重点煤矿平均每套安全生产监控系统传感器的数量不到50个 最多为472个 便携式瓦斯检测报警仪平均每个矿井使用175台 日本太平洋煤矿安全生产监控系统传感器总数为1200多个 俄罗斯一年产70万吨的煤矿共装备甲烷传感器180个 携带式甲烷检测仪器1370台 25 3 有关问题的解释3 1增设甲烷传感器的地点 低瓦斯矿井采煤工作面回风巷和掘进工作面回风流处 采煤工作面第二 第三条回风巷 u型通风方式的采煤工作面上隅角设置甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪 26 10m 10 15m 报警浓度 t1 t2 1 0 ch4断电浓度 t1 1 5 ch4 t2 1 0 ch4复电浓度t1 t2 1 0 ch4断电范围 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备 低瓦斯矿井采煤工作面回风巷增设甲烷传感器 27 5m 低瓦斯矿井掘进工作面回风流增设甲烷传感器 10 15m 局部通风机 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 5 ch4复电浓度 1 0 ch4 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 0 ch4复电浓度 1 0 ch4 t1 t2断电范围 掘进巷道内全部非本质安全型电气设备 28 10m 10 15m 报警浓度 t0 t1 t2 1 0 ch4断电浓度 t0 t1 1 5 ch4 t2 1 0 ch4复电浓度t0 t1 t2 1 0 ch4断电范围 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备 u型通风方式采煤工作面上隅角增设甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪 29 30 3 有关问题的解释3 1增设甲烷传感器的地点 专用排瓦斯巷道的混合回风流处双巷掘进的混合回风流处 31 10m 10 15m 10 15m 10 15m 报警浓度 2 5 ch4断电浓度 2 5 ch4复电浓度 2 5 ch4 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 0 ch4复电浓度 1 0 ch4 t7t8断电范围 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备 32 10 15m 10m 10 15m 10 15m 报警浓度 2 5 ch4断电浓度 2 5 ch4复电浓度 2 5 ch4 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 0 ch4复电浓度 1 0 ch4 t7 t8断电范围工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备 33 10 15m 10 15m 10 15m 5m 5m 局部通风机 图5双巷掘进工作面甲烷传感器的设置 34 3 有关问题的解释3 1增设甲烷传感器的地点 吸取安徽淮北矿业集团芦岭煤矿2003年5 13特大瓦斯爆炸事故教训 在高 突矿井长于1000米的采煤工作面回风巷和长于1000米的掘进工作面中部安装甲烷传感器 如果巷道中部瓦斯异常涌出 传感器及时报警断电 35 3 有关问题的解释3 1增设甲烷传感器的地点 吸取辽宁阜新矿业集团孙家湾煤矿2005年2 14特大瓦斯爆炸事故关于 在回风系统中的电气设备没有实现瓦斯 电闭锁 教训 在总回风巷 一翼回风巷和采区回风巷临时施工的电气设备上风侧设置甲烷传感器 36 孙家湾煤矿瓦斯爆炸事故示意图 37 3 有关问题的解释3 1增设甲烷传感器的地点 井下煤仓和选煤厂煤仓上方封闭的地面选煤厂机房内封闭的带式输送机地面走廊内宜设置甲烷传感器 38 采煤工作面一氧化碳传感器的设置报警浓度 报警浓度0 0024 co 10m 10 15m 39 40 3 有关问题的解释3 2增设其他传感器 为预防带式输送机火灾事故 滚筒下风侧10 15m处应设置烟雾传感器 宜设置一氧化碳传感器 41 3 有关问题的解释3 3修改部分报警 断电值 被串掘进工作面局部通风机前的甲烷传感器 当瓦斯 1 5 ch4时 切断包括局部通风机在内的被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备电源 42 5m 10 15m 3 5m 局部通风机 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 5 ch4复电浓度 1 0 ch4 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 0 ch4复电浓度 1 0 ch4 断电浓度 0 5 ch断电范围 被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备断电浓度 1 5 ch断电范围 包括局部通风机在内的被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备 43 3 有关问题的解释3 3修改部分报警 断电值 高 突矿井双巷掘进工作面混合回风流处的甲烷传感器 当瓦斯浓度 1 5 ch4 切断包括局部通风机在内的双巷掘进巷道内全部非本质安全电源 44 10 15m 10 15m 10 15m 5m 5m 局部通风机 图5双巷掘进工作面甲烷传感器的设置 45 3 有关问题的解释3 3修改部分报警 断电值 采区回风巷的甲烷传感器 当 1 0 ch4切断回风巷内全部非本质安全型电气设备的电源 当井下瓦斯抽放泵站内瓦斯浓度 1 0 ch4 切断抽放泵站电源 瓦斯抽放泵输入管路中的瓦斯传感器 25 ch4报警 将一翼回风巷及总回风巷设置的甲烷传感器报警值为由 0 75 ch4改为 0 70 ch4 46 3 有关问题的解释3 4地面中心站值班增加要求 中心站值班应设置在矿调度室内实行24h值班制度制定瓦斯事故应急预案 如在采区变电所等地点设置分站 断电控制器等设备 明确在何种情况下哪些人有权在中心站手动遥控切断哪些区域的电源 47 48 孙家湾煤矿瓦斯爆炸事故示意图 49 3 有关问题的解释3 4地面中心站值班增加要求 在地面中心站遥控切断井下电源案例 1990年4月23日涟邵矿务局蛇形山煤矿发生瓦斯突出 15分钟内整个六采区布置的6个甲烷传感器全部显示瓦斯超限 地面中心站值班人员果断遥控切断了8采区的电源 防止了瓦斯爆炸 没有造成人员伤亡 50 10m 10 15m 10 15m 10 15m 报警浓度 2 5 ch4断电浓度 2 5 ch4复电浓度 2 5 ch4 报警浓度 1 0 ch4断电浓度 1 0 ch4复电浓度 1 0 ch4 t7t8断电范围 工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备 51 3 有关问题的解释3 5联网工作要求 煤矿安全监控系统联网实行分级管理 矿井必须向上级网络中心上传实时监控数据 网络中心必须24h有人值班 值班人员应认真监视监控数据 发现异常情况要详细查询 按规定进行处理 网络中心值班人员发现煤矿瓦斯超限报警 馈电状态异常情况等必须立即通知煤矿核查情况 按应急预案进行处理 网络中心每月应对瓦斯超限情况进行汇总分析 52 3 有关问题的解释3 6与 煤矿安全规程 的关系 1029标准充分反映了国内外煤矿的使用经验 吸取了典型事故的教训 传感器数量增加 修改了部分报警断电值 对安装维护使用管理及系统联网提出了具体要求 贯彻落实1029标准 才能切实发挥安全监控设备作用 实现 监控有效 修订 规程 有关条款 两者统一 53 4 审查验收中应关注的问题4 1装备到位 安全监控系统性能符合6201标准 有安全标志且 系统井下配置符合安标证书规定 系统中心站 分站 传感器等的安装设置符合1029标准要求 瓦斯事故应急预案符合要求 监控系统布置图 中心站的显示与实际安装情况相符 系统昼夜不间断运行 下井人员按规定携带便携式检测仪器 54 4 审查验收中应关注的问题4 1 1系统的ma标志及配置 一些煤矿将不同系统的井下设备随意组合连接 比如将胶带运输机防灭火系统 可自动洒水 接入其它监控系统中 有的甚至将国外的分站 传感器与国内的分站 传感器混接 监控系统的防爆等级为本质安全型 即使随意组合产生了火花也不会引爆瓦斯 的认识是错误的 违背了国标3836爆炸性气体环境用电器设备标准的有关规定 55 4 审查验收中应关注的问题4 1 1系统的ma标志及配置 汲取1983年8月9日贵州水城汪家寨煤矿由于瓦斯断电仪接在被控开关负荷侧未能避免瓦斯爆炸事故的教训 原煤矿工业部发文要求 安全监控设备的供电电源必须取自被控开关的电源侧 六五 科技攻关 风电瓦斯闭锁 瓦斯超限后切断一切非本质安全型电气设备的电源 写进 规程 即监控系统有电 瓦斯超限后继续监测瓦斯 并保持瓦斯电闭锁状态 防止违章送电 56 4 审查验收中应关注的问题4 1 1ma标志及井下设备配置 国标3836爆炸性气体环境用电器设备标准 本质安全型电路 在规定条件下 包括正常工作和规定的故障条件下 产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸气体环境的电路 关联设备 装有本质安全电路或非本质安全电路 且结构不能对本质安全电路产生不利影响的电气设备 57 煤矿井下设备更换问题电气性能 传感器输出信号制符合规定频率型 200 1000hz 脉冲宽度大于0 3ms电流型 1 5ma 4 20ma等安全性能 安全监控系统有安全标志而且符合aq6201标准 系统井下配置符合安标证书的规定 58 59 60 4 审查验收中应关注的问题4 1 1系统的ma标志及配置 新安装的安全监控系统必须符合 煤矿安全监控系统通用技术要求 aq6201 2006 引自安委办 2006 21号 2007年以来 已有几十种安全监控系统取得了符合aq6201标准的新安全标志 可在安标国家矿用产品安全标志中心网站查询系统名单 61 4 审查验收中应关注的问题4 1 1系统的ma标志及配置 旧系统改造前提 原制造单位取得了符合aq6201标准的新安标 内容 1 更换系统软件 2 按新的ma标志证书和1029标准规定增加各类传感器 更换稳定性为15天以上的甲烷传感元件或甲烷传感器等关联设备 62 4 审查验收中应关注的问题4 1 1系统的ma标志及配置 更新改造工作 原国有重点煤矿应于2007年底前完成 其他煤矿应在2008年底前完成 煤矿在用系统制造厂家未取得新的ma标志的 该系统应于2008年底前淘汰 在此之前 在用系统的制造厂家应继续为煤矿提供备件 引自 安委办 2006 21号 63 4 审查验收中应关注的问题4 1 1系统的ma标志及配置 煤矿在用的安全监控系统原制造单位取得新的ma标志后 应与煤矿积极协商 共同制定方案 按新的ma标志证书确认的系统配置对煤矿在用系统进行更新改造 严禁使用未经国家授权的安全生产检测检验机构进行安全联检的关联设备 引自 安委办 2006 21号 文件 64 4 审查验收中应关注的问题4 1 2各类设备安装符合规定 分站 传输电缆 各类传感器的安装符合1029标准第5 6 7条的规定 地面中心站的装备符合第9 1条的规定 按第9 1 4条的规定制定瓦斯事故应急预案 在采区变电所等地点设置分站 断电控制器等设备 并明确在何种情况下哪些人有权在中心站手动遥控切断哪些区域的电源 65 4 审查验收中应关注的问题4 2数据准确 甲烷传感器等设备按规定周期正确调校 其报警值 断电值 复电值符合规定 中心站主机真实反映了监测对象的数值或状态 煤矿有检修室 仪器和校准气体的配备符合规定 66 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 甲烷传感器 便携式甲烷检测报警仪 甲烷检测报警矿灯等一般采用载体催化元件作为传感元件 67 al2o3载体 pt丝 pt丝 催化剂 载体催化元件 黑元件 补偿元件 白元件 68 载体催化元件 补偿元件 总反应方程式 ch4 2o2ptpdco2 h20 热量 69 甲烷载体催化元件线性误差 70 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 甲烷载体催化元件优点 制作工艺相对简单 成本低 易于实现物理量到电量的转换 工作电流较小 可以连续工作 低浓度段线性较好 缺点 在新鲜空气中零点漂移 在甲烷气体中灵敏度漂移 稳定性较差 71 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 影响载体催化元件稳定性的因素催化剂逐渐减少在高浓瓦斯中缺氧不完全燃烧 碳粒子沉积 导致催化层断裂 活性下降 为使仪器测量准确 必须定期校正 72 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 新传感器下井前 井下传感器使用6 12个月升井检修后应在地面调校 先在新鲜空气中校准零点 再使用0 5 1 5 2 0 3 0 4种甲烷气样按规定方法调校 在用甲烷传感器应在使用现场用新鲜空气和1 2 的甲烷校准气体在线调校 同时观察超限断电闭锁情况和数据传输误差 73 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 将甲烷传感器送到县 市级检修中心调校有以下问题 不测试断电功能 频繁拆装传感器有可能损坏联结插头 产生火花 引发事故 校准后的传感器在运输过程中由于磕碰等原因可能产生误差 安装后数据不准 容易损坏传感器 备用传感器数量增加 74 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 煤矿应建立安全监控设备检修室 负责本矿安全监控设备的安装 调校 维护和简单维修工作 中 小型煤矿应通过培训和看电视片的方法掌握甲烷传感器和便携式甲烷检测仪器的调校方法 经上级主管部门验收合格后 开展调校工作 未建立检修室的小型煤矿应由县级检修中心人员到矿下井调校传感器 75 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 载体催化元件遇高瓦斯时输出值升高 过一段时间才能恢复正常 称为 激活 原因 元件工作或放置一段时间后 pd 1 2o2 pdo活性较低遇高浓瓦斯后 4pdo ch4 4pd co2 h2o灵敏度提高解决办法 高低浓组合式恒温电路 76 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 调校甲烷报警矿灯只用1 甲烷气样是错误的 瓦斯报警矿灯是具有甲烷浓度超限报警功能的携带式照明灯具 用灯光闪烁或蜂鸣器报警 没有数字显示窗口 正确调校方法 使用0 9和1 1 两种甲烷气体 77 国有重点煤矿便携式甲烷检测报警仪甲烷报警矿灯使用情况 台 78 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 数字式甲烷检测报警矿灯 有显示窗口 用新鲜空气和1 2 甲烷气体调校 79 4 审查验收中应关注的问题4 2 1载体催化式甲烷检测仪器的稳定性和调校期 调校期新安装的按aq6201标准制造并取得新的煤矿安全标志的安全监控系统 传感器的调校期为10天 煤矿在用的安全监控系统原制造单位取得新的ma标志后 按新的ma标志证书确认的系统配置对煤矿在用系统进行更新改造并经上级主管部门验收合格后 传感器的调校期为10天 未经改造的在用系统调校期为7天 80 4 审查验收中应关注的问题4 2 1