安监总局-专家讲坛-煤矿安全监控技术.ppt

煤矿安全监视技术中国矿业大学(北京)副校长博士课程的孙继平教授，定义了一个系统构成和工作原理1.1煤矿安全监视系统，对甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧浓度、风速、风压、温度、烟、供电状态、粉笔状态、风筒状态、局部风扇停止、主风扇停止等进行监视1.2配置系统通常包括传感器、致动器、子站、电源箱(或控制箱)、母站(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、UPS电源、远程终端矿山安全生产监视系统，1.3工作原理传感器将测得的物理量转换成电信号，具有显示和音响警报功能(有些传感器没有显示或没有音响警报)。 该致动器(包括声学警报和显示设备)将控制信号转换成控制的物理量。 子站从传感器接收信号，以预定的复用方式向母站(或传输接口)远距离传输，并且从母站(或传输接口)接收复用信号。 子站还处理诸如线性校正、超限运行确定、逻辑运算等简单数据处理能力、从传感器输入的信号和从母站(或传输接口)发送来的信号，并控制致动器的操作。 电源盒将交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，拥有在维持电网停电后，正常供电2小时以上的蓄电池。 传输接口接收从站远距离发送的信号，接收向主机发送处理的主机信号，并发送到相应的从站。 传输接口还具有控制分站的发送接收、多路信号的调制和解调、系统自检等的功能。 主机一般选择工业微计算机或一般微计算机、两台或多台设备的备份。 主机主要接受监视信号、校正、警报判别、数据统计、磁盘存储、显示、音响警报、人机对话、输出控制、打印输出控制、网络等。 1.4特征煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃性气体和腐蚀性气体，湿、湿、矿尘大，电网电压变动大，电磁干扰严重，空间窄，监测距离远。 因此，矿山监控系统与一般工业监控系统不同，矿山监控系统与一般工业监控系统相比具有以下特点： (1)电气防爆。 一般的工业监控系统都在非爆炸环境下工作，而矿山监控系统则在有瓦斯和煤尘爆炸环境的煤矿井下工作。 因此，矿山监视系统的设备必须是防爆型电气设备，与化学工业、石油等爆炸性环境的工厂用防爆型电气设备不同。 (2)传输距离远。 一般的工业监视系统的传输距离不高，只不过是几千米，甚至数百米。 矿山监视系统的传输距离至少要达到10千米。 (3)网络结构最好采用树结构。 一般产业监视系统敷设电缆的自由度大，根据设备、电缆沟、电线杆的位置可以选择星形、环形、木形、总线形等结构。 矿山监视系统的传输电缆必须沿着胡同铺设，挂在胡同的墙壁上。 胡同是分支结构，而且分支长度达数千米。 所以，为了使系统的安装、维护容易、节约传输电缆、降低系统的成本，最好采用树结构。 (4)监视对象的变化缓慢。 因为矿山监视系统的监视对象主要是缓变量，所以在相同的监视容量下，对系统的传输速度的要求不高。 (5)电网电压波动大，电磁干扰严重。 由于煤矿井下空间较小，采煤机、运输机等大型设备停止或架线电机车火花引起的电磁干扰很严重。 (6)工作环境差。 煤矿井下除甲烷、一氧化碳等易燃爆炸性气体外，还有硫化氢等腐蚀性气体，矿尘大、湿、水流、空间狭窄。 因此，矿山监控设备需要防尘、防潮、防腐、防霉、机械冲击等措施。(7)传感器(或致动器)最好采用远程供电。 一般工业监视系统的电源供给比较容易，不受电气防爆要求的限制。 矿山监视系统的电源供给受电气防爆要求限制。 传感器和致动器大多设置在工作面等严酷的环境中，因此当场的电力供给不理想。 目前，矿山监视系统多采用分站远距离供电。 (8)不得采用中继器。 煤矿井下工作环境差，监控距离远，维修困难，采用中继器延长系统传输距离，由于中继器是有源设备，故障率比没有中继器的系统高，煤矿井下电源供给受到电气防爆的限制，无需用中继器供电，采用远距离供电因此，不应该采用中继器。 根据矿山监视系统的分析，矿山监视系统与一般工业监视系统不同。 因此，不能直接使用一般工业监视的理论和技术来解决矿山监视的问题。 并不是不满足电气防爆的要求，而是传输距离太近、网络结构不适合矿山监视系统、总线无法供电、节点容量太小等。 因此，有必要研究适合矿山监控系统的理论和技术。 2系统作用和使用2.1作用(1)在煤气超限或局部风扇停止运转或挖掘巷道时，煤矿安全监控系统会自动切断、关闭相关区域的电源并同时报警：避免或减少电气设备爆炸、违法作业、电气设备故障火花或危险温度引起的煤气爆炸；采矿、挖掘避免或减少运输等设备运行中产生的摩擦碰撞火花和危险温度等引起的气体爆炸领导者、生产日程等要注意立即把人员撤退到安全的地方。 要注意及时处理领导、生产日程等事故危险，防止煤气爆炸等事故。 (2)还可以通过煤矿安全监测系统监测排气系统、通风系统、煤自燃、瓦斯突出等。 (3)煤矿安全监测系统在紧急救援和事故调查中起着重要作用，煤矿井下发生煤气(煤尘)爆炸等事故后，系统监测记录是事故时间、爆炸源、火灾源等重要依据之一。 2.2现存问题煤矿必须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安装、使用、维护、管理系统。 但是，有些煤矿传感器的装备数量和地点不符合上述规程和标准的要求，还没有按照规程和标准进行调整和维护，提高了传感器的警报浓度，不使用停电控制功能等。 笔者作为国务院煤矿事故调查专家小组长参加的河北唐山刘官屯煤矿“12.7”特别重大气体爆炸事故(死亡108人)、山西大同煤矿集团焦家寨矿“11.5”特别重大气体爆炸事故(死亡47人)、山西临汾瑞的源煤矿“12.5”特别重大气体爆炸事故(死亡105人)， 山西焦煤集团屯兰矿“2.22”特殊重大气体爆炸事故(死亡78人)，河南平顶山市新华四矿“9.8”特殊重大气体爆炸事故(死亡79人)，事故矿都没有按照规章和标准设置、维护、使用系统。 有的人传感器装备数量不足，有的人设置场所不正确，有的人警报浓度、停电浓度、停电控制设定不正确，有的人不调整，有的人不能正常运转。 例如，2009年2月22日死亡的78人发生了特别重大气体爆炸事故的屯兰矿在事故矿中使用了煤矿安全监视系统最保守的煤矿，(1)把回气巷甲烷传感器的警报值和停电值提高到2.5%，如图2所示，仍然存在严重的问题。 (2)在微风12403工作面1号联络路径上设置了4台电气开关，但没有设置甲烷传感器。 如图3所示。 因此，煤矿安全规程 (2010年版)第132条第2项修正为“井下个别机械设备在回流中安装时，必须设置甲烷传感器，具备甲烷超限功能”。 开关等电气设备设置在全风压通风处，不满意时，要求设置甲烷传感器，具备甲烷超限关闭功能。因为采煤工作面回气通道和掘进通道上设置了甲烷传感器，所以采煤工作面回气通道和掘进通道上设置的电气设备不能单独设置。 (3)系统的动作不稳定，事故前的20分钟内，监视信号中断了4次，如图2所示。 图2的瓦斯监视数据多次中断，停电值调整为2.5%CH4，图312403采煤工作面的一号联络路径的配置图，2.3使用和维护点(1)符合AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求等，采用了取得矿用产品的安全标识标准证明书和防爆合格证明书的系统。 (2)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设计、设置、使用、管理和维护系统。 (3)甲烷、风速、风压、风筒、阻尼器、局部通风机的开关、主通风机的开关、供电状态等传感器必须按规定的数量和地点正确设置和维护。 (4)根据被控制对象，正确地连接甲烷断路闭锁和风电闭锁。 (5)根据工作面和回气通道等地方，正确设定警报浓度、停电浓度、复电浓度、停电区域。 (6)每10天用校准气体和空气规格正确调整甲烷传感器，同时测试甲烷断路关闭和风电关闭功能。 (七)甲烷超限警报、停电、供电异常、停电警报后，应当立即采取停电、撤去等安全措施。 3有关标准和规章有3.1有关标准和规章的煤矿安全监视系统的设置、使用、维护和管理的标准和规章有煤矿安全规程第3章通风安全监视、AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范。 煤矿安全监视系统的生产、设计、测试和检查的标准是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