六大系统之矿井监测监控系统.ppt

矿井监控系统孙继平，中国矿业大学(北京)副校长，教授，博士生导师，1系统组成及工作原理1.1定义煤矿安全监控系统用于监控甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟气、给料状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开与关、主通风机开与关等。并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。1.2系统由传感器、执行器、变电站、电源盒(或电气控制箱)、主站(或传输接口)、主机(包括显示器)、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、不间断电源、远程终端、网络接口电缆和接线盒组成，如图1所示。在矿井安全生产监控系统中，1.3工作原理传感器将测量的物理量转换成电信号，具有显示和声光报警功能(有些传感器没有显示或没有声光报警)。执行器(包括声光报警和显示设备)将控制信号转换成受控的物理量。变电站接收来自传感器的信号，并根据预设的多路复用模式将它们长距离传输到主站(或传输接口)。同时，它从主站(或传输接口)接收多路信号。变电站还具有简单的数据处理能力，如线性校正、超限判别、逻辑运算等。它处理传感器输入的信号和主站(或传输接口)传输的信号，以控制执行机构的工作。电源箱将交流电网转换为系统所需的本质安全型DC电源，并配有蓄电池，在电网切断后，蓄电池能维持正常供电不少于2小时。传输接口接收远程变电站发送的信号，并将其发送给主机进行处理。接收主机信号并将其发送到相应的变电站。传输接口还具有控制变电站的发送和接收、调制和解调多路复用信号以及系统自检的功能。主机一般采用工业控制微机或普通微机，双机或多机备份。上位机主要用于接收监控信号、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、打印输出控制、联网等。1.4、煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃易爆的易燃气体和腐蚀性气体，潮湿，淋水，矿井粉尘大，电网电压波动大，电磁干扰严重，空间狭小，监控距离长。因此，矿井监控系统不同于一般的工业监控系统。与一般工业监控系统相比，矿井监控系统具有以下特点：(1)电气防爆。通用工业监控系统在非爆炸性环境中工作，而矿井监控系统在具有气体和煤尘爆炸性环境的煤矿中工作。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆电气设备，不同于化工、石油等易爆环境中工厂使用的防爆电气设备。(2)传输距离长。一般的工业监控要求只有几千米甚至几百米的低传输距离，而矿井监控系统要求至少10千米的传输距离。(3)网络结构应采用树形结构。一般来说，工业监控系统在电缆敷设方面有很大的自由度。根据设备、电缆沟和电杆的位置，可选择星形、环形、树形、总线等结构。矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，并挂在巷道壁上。因为巷道是一个分支结构，分支长度可以达到几千米。因此，为了便于系统安装和维护，节省传输电缆，降低系统成本，应采用树形结构。(4)监测对象变化缓慢。矿井监控系统的监控对象主要是慢速变量，因此，在相同的监控容量下，系统的传输速率是可变的(7)传感器(或执行器)应采用远程供电。一般工业监控系统的供电相对容易，不受电气防爆要求的限制。矿井监控系统的供电受电气防爆要求的限制。由于传感器和致动器通常安装在恶劣的环境中，例如工作面，因此本地电源不合适。现有的矿井监控系统大多采用变电站进行远程供电。(8)不应使用中继器。煤矿井下工作环境恶劣，监控距离长，维护困难。如果使用继电器来延长系统的传输距离，故障率会高于没有继电器的系统，因为继电器是一个活动设备。此外，煤矿井下的电力供应受到电气防爆的限制，因此在继电器处获得电力并不总是容易的。如果使用远程电源，需要增加电源芯线。因此，不应使用中继器。通过以上对矿井监控系统的分析，我们可以看出矿井监控系统不同于一般的工业监控系统。因此，用一般工业监控的理论和技术直接解决矿井监控问题是不可行的。要么不符合电气防爆要求，要么传输距离太近，要么网络结构不适合矿井监控系统，要么总线供电无法进行，要么节点容量太小等。因此，有必要研究适合矿井监控系统的理论和技术。(1)当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停止掘进时，煤矿安全监控系统自动切断相关区域的电源，同时闭锁报警：避免或减少电气设备爆炸、违章操作、电气设备故障火花或危险温度引起的瓦斯爆炸；(2)避免或降低采掘、挖掘、运输等设备运行时摩擦碰撞产生的火花和瓦斯爆炸引起的危险温度；提醒领导、生产调度等。及时将人员疏散到安全的地方。(4)提醒领导、生产调度等及时处理事故隐患，防止瓦斯爆炸等事故发生。(2)瓦斯抽放系统、通风系统、煤自燃和瓦斯突出也可通过煤矿安全监控系统进行监控。(3)煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用。当煤矿发生瓦斯(煤尘)爆炸等事故时，系统的监测记录是确定事故时间、爆炸源、火源等的重要依据之一。2.2、存在问题的煤矿应按照煤矿安全规程和AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范系统进行安装、使用、维护和管理。但是，一些煤矿的传感器设备的数量和位置不符合上述法规和标准的要求，也没有按照法规和标准进行调整和维护。他们甚至增加了传感器的报警浓度，并且没有使用断电控制功能。作为国务院煤矿事故调查专家组组长，笔者参与了山西大同煤矿集团焦家寨煤矿“12.7”特大瓦斯爆炸事故(108人死亡)、山西临汾瑞志源煤矿“11.5”特大瓦斯爆炸事故(47人死亡)、山西临汾瑞志源煤矿“12.5”特大瓦斯爆炸事故(105人死亡)。山西焦煤集团屯兰矿“2.22”特大瓦斯爆炸事故(78人死亡)和河南省平顶山市新华四矿“9.8”特大瓦斯爆炸事故(79人死亡)均未按规定和标准安装、维护和使用该系统。有些传感器设备不足，有些传感器安装位置不正确，有些传感器的报警浓度、断电浓度和断电控制设置不正确，有些传感器从未调整过，有些传感器无法正常工作，只是名义上存在。如2009年2月22日发生特大瓦斯爆炸，造成78人死亡的屯兰矿，是事故矿井中使用和维护煤矿安全监控系统最好的矿井，但仍存在以下严重问题：(1)提高回风巷甲烷传感器的报警值和断电值由于在采煤工作面回风巷和掘进巷道中设置了甲烷传感器，因此在采煤工作面回风巷和掘进巷道中设置的电气设备不能再单独设置甲烷传感器。(3)系统不稳定。事故发生前20分钟内，监控信号中断4次，如图2所示。图2瓦斯监测数据多次中断，断电值调整为2.5%CH4，图312403采煤工作面1联络巷布置图，2.3使用和维护要点(1)选择符合煤矿安全规程等。取得矿用产品安全标志许可证和防爆合格证制度。(2)根据AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求和煤矿安全规程设计、安装、使用、管理和维护系统。(3)甲烷、风速、风压、风筒、风门、局部通风机的开和关、主通风机的开和关、给料状态等传感器应按规定的数量和位置正确安装和维护。(4)根据不同的控制对象，正确连接沼气停电闭锁和风电闭锁。(5)根据工作面和回风巷等不同位置，正确设置报警浓度、断电浓度、断电浓度和断电区域。(6)利用标定气体样品和空气气体样品，每10天对甲烷传感器进行一次正确标定，同时测试甲烷断电闭锁和风力闭锁的功能。(7)甲烷超限报警、停电、进料异常、停风报警后，应及时采取停电、疏散等安全措施。3、相关标准和程序传3.1相关标准和程序有关煤矿安全监控系统的安装、使用、维护和管理的标准和程序有AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范第3章通风安全监控煤矿安全规程。煤矿安全监控系统的生产、设计、测试和检验标准为AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范、6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求、MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件、MT/T1005-2006矿用分站、MT/T1006-2006矿用信号转换器、MT/T1007-2006矿用信息传输接口、MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求、MT/T1079-2008矿用断电控制器、MT/T1078-2008矿用本质安全输