安全生产监测监控系统绪论PPT课件

1、.,1,安全监测与监控,.,2,课 程 介 绍,1. 课程性质、目的与任务； 2. 课程内容与学时分配； 3. 本课程的重点和难点 4. 教学方法； 5. 教材选用和参考资料；,.,3,课程性质、目的与任务,1.1 矿井安全生产监测监控系统是一门专业必修课 1.2 通过本课程的学习： a）可以使学生知道依靠先进的科技手段，提高煤矿的整体安全水平，提高煤矿装备水平，提高采煤效率，降低煤矿事故； b）使学生掌握煤矿安全生产的相关规范与标准、掌握安全监控仪器和监控系统的工作原理； C) 初步掌握监测、监控系统的硬件电路和软件，掌握煤矿电气防爆知识，矿用电源； D) 了解现场总线在监控系统中的应用，为

2、今后工作、特别是从事煤炭安全生产工作打下基础。,.,4,课程内容与学时分配,本课程总学时为40，具体分配如下：,.,5,课程内容与学时分配,.,6,课程内容与学时分配,.,7,课程内容与学时分配,.,8,课程内容与学时分配,.,9,课程重点、难点,本课程的重点： 第1章 煤矿安全生产的相关规范与标准 第2章 便携式安全生产监测装置 第5章 矿用监控系统传感器原理 第6章 供断电设备及其控制 第7章 分站式监控系统及其典型设备 难点： 各传感器的原理；各部分的电路；,.,10, 教学方法,1、多媒体教学，启发式、研讨式教学； 2、结合实际设备： KJ83监控系统； 3、结合实验、科研。,.,11

3、,教材选用和参考资料,1、本课程选用的教材是自编教材，煤矿安全检测技术与监控系统，煤炭工业出版社即将出版，其特点是： A）本教材是我们学校安全监控课程开课以来的经验总结； B）本教材以安全监测监控为主线，分别阐述了煤矿安全 生产的相关规程与标准；电气防爆知识；矿用电源及其 应用； C）重点阐述了矿用安全监控系统的传感器；供断电设备 及其控制；分站式监控系统及其典型设备； D）最后阐述了矿用现场总线及其在监控系统中的应用； 其它矿用安全生产监控系统典型产品等。,.,12,参考资料 A）矿井环境传感技术，王汝琳，中国矿业大学出版社 本书从基本原理，阐述了矿井环境主要参数的传感原理和检测方法，介绍了

4、各种有代表性的检测仪器、仪表和检测系统。 B）矿井安全监控原理及应用，煤炭工业部安全司，中国矿业大学出版社 ，本书主要阐述的监控系统的组成原理及应用 本课程是综合性很强的一门课，先修课程为：模拟电子电路、数字电子电路、传感器与检测技术、微机原理及应用、单片机原理与接口技术、现场总线控制技术等。,教材选用和参考资料,.,13,第章绪 论,.,14,本章主要内容,一、煤矿安全生产监测监控系统的发展 现状与发展趋势 二、煤矿开采与通风的基本概念 三、煤矿安全生产的相关规程与标准,.,15,1.1 煤矿安全生产监测监控系统的发展现状与发展趋势,在煤矿安全规程（2007年版）的第一百五十八条明确规定：“

5、所有矿井必须装备矿井安全监控系统。矿井安全监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求。”,.,16,图一 煤矿安全生产监控系统,.,17,1.1.1 煤矿安全生产监测监控系统发展现状,国外研制矿井安全生产监测监控系统始于20世纪60年代，我国则始于20世纪80年代初期。,1）我国引入国外系统的情况,1发展历程：,80年代初引入数套矿井安全生产监测监控系统,美国的SCADA系统、英国的MINOS系统、德国的TF-200系统、法国的CTT63/40/系统、加拿大森透里昂系统。,.,18,（1）性能价格比过低，即系统价格过高， 难以承受； （2）主监测机的系统软件在文档处理上有些 不符

6、合中国国情； （3）井下工作站体积、重量比较大； （4）技术服务上有缺憾； （5）有些系统的技术并非一流。,这些监测监控系统存在如下问题：,.,19,2）我国目前监测监控系统的状况,通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，我国先后研制出: KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等矿井安全生产监测监控系统,随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101 、KJ83 、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统，以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合

7、化和数字化网络监测管理系统。,.,20,国内矿井监控系统简介,1. KJ83型煤矿安全监控系统 KJ83型煤矿安全监控系统是煤炭科学研究总院所属的北京神州鼎天数码信息技术公司所研发的产品，系统可配接最大监控容量：64个监控分站。,2. KJ101型矿井监控系统 KJ101型矿井监控系统是镇江中煤电子有限公司自主开发的产品，本系统装备的KJ101-45型甲烷传感器，独创耐高浓瓦斯冲击技术。,.,21,.,22,3. KJ95型矿井监控系统 KJ95 型煤矿综合监控系统是煤科院常州自动化 所“八五”科技攻关项目。主要用于监控矿井上下各 类安全、生产参数及电力参数，汇接管理多个安全 与生产环节子系统

8、，适合大中小各类矿井使用。,4. KJ90型煤矿综合监控系统 KJ90型煤矿综合监控系统是在我国第一代KJ1型矿井监测系统（项目获国家科技进步三等奖）攻关项目研究基础上,汲取了国内外煤矿环境监测系统优点,重庆煤科院仪表所于1990年成功研制出来的。KJ90型煤矿监控系统自研发出来以后,在实际推广应用中不断完善和发展，到目前已发展到第四代产品。,.,23,在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井安全生产监测监控系统。因此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了

9、各厂家在市场竞争条件下不断提高技术水平、产品质量和服务意识。,.,24,图2 矿井安全生产监测监控系统的典型结构图,2系统概述,1）系统构成,.,25,2）系统功能,矿井安全生产监测监控系统能够实现矿井生产参数的监测、环境参数的监测、设备控制三大功能。,（1）地面中心站,地面中心站能够实现各种监测数据的处理、显示、查询、存储、打印等功能，以及操作员发出设备控制命令等。,生产参数的监测:井上、井下主要生产环节的生产参数和重要设备的运行状态参数，如煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数等。,环境参数的监测:煤矿

10、井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件，如高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。,.,26,（2）井下分站,各厂家的井下分站形式多样，基本功能：,开机自检和本机初始化功能； 通信测试功能； 分站设程控功能,死机自复位功能且通知中心站； 接收地面中心站初始化本分站参数设置功能,分站自动识别配接传感器类型； 分站本身具备超限报警功能； 接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施 手控操作功能和异地断电功能。,.,27,（3）传感器与控制器,传感器主要有:瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传

11、感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器。,控制器主要是指:各种规格的断电仪，它的主体是由固态继电器构成的，该断电仪的寿命长、可靠性高。,.,28,1.1.2煤矿安全生产监测监控系统的发展趋势,煤矿安全生产监测监控系统在未来将按照 信息化、网络化、自动化的方向进行发展。,1）煤矿安全生产监测监控系统自身性能的不断提高,（1）提高传感器的质量,（2）应用智能化的电气设备,（3）使用高性能的运算处理系统,2）煤矿安全生产监测监控系统网络性能的不断改善,（1）统一的通讯协议,.,29,（2）网络化的范围进一步扩大,趋势就是各矿务局和煤矿乃至全国构成计算机网络，从而实现更大

12、范围的资源共享。,3）煤矿安全生产监测监控系统智慧性能的不断增强,（1）提高生产决策的能力,（2）提高预报预测的能力,（3）提高预防灾害的能力,.,30,1.2煤矿开采与通风的基本概念,1.2.1煤矿开采的基本概念,1煤炭开采的基本概念,成煤过程,一是泥炭和腐泥化作用阶段，二是煤化作用阶段。,煤的化学组成,主要是有机质和无机质两大类。,煤质的主要指标,主要指标：水分、灰分、挥发分、胶质层厚度、发热量、硫和磷的含量及含矸率等。,.,31,煤田同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系 分布区 面积可达数百到数千平方公里。,矿区统一规划和开发的煤田或其一部分，称为矿区。,井田划分给一个矿井开采的那一

13、部分煤田，称为井田,2矿井生产系统,井下生产系统:包括提升运输系统、通风系统、供电系统、排水系统、压风系统等；,地面生产系统:包括加工和洗选系统、排矸和运料系统、地面管线系统等。,提升运输系统提升运输系统包括主提升运输系统和副提升运输系统。,.,32,矿井地面布置生产系统、建筑物、构筑物和井筒位置的场所，一般称作地面工业广场，简称工厂。一般以主井、副井及铁路装车站作为布置中心。,井底车场是指井硐与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称。它担负着矿井煤矸、物料、设备、人员的转运，又为矿井的通风、排水、供电服务，是连结井下运输和井筒提升的枢纽。,地面工业广场,井底车场,.,33,地面工业广场 提

14、升运输系统,.,34,利用各种通风设备（主要通风机、局部通风机）和通风设施（风门、风桥、风帘、风筒等），不断把地面的新鲜风流（空气）按一定的路线、一定的风量送到井下各用风地点，同时，把井下产生的乏风排至地面，并将井下各种有害气体稀释到煤矿安全规程所允许的浓度以下，保证井下工作人员身心健康和设备的正常运转，调节井下温度，改善井下作业环境的生产系统。,通风系统,.,35,煤 矿 风 机,.,36,1.2.2煤矿通风的基本概念,1矿井空气,矿井空气中的主要成分包括氧气（O2）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等气体成分。,矿井空气主要成分的质量（浓度）标准,采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20，

15、二氧化碳浓度不得超过0.5，,总回风流中的二氧化碳浓度不得超过0.75；,当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5时，必须停工处理。,.,37,矿井空气中的有害气体,有害气体主要包括一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、氨气 （NH3）、氢气（H2）等气体成分。,有害气体的危害,1）一氧化碳（CO）与人体血液中血红素的亲合力比氧大250300倍。一旦一氧化碳进入人体后，首先就与血液中的血红素相结合，因而减少了血红素与氧结合的机会，使血红素失去输氧的功能，从而造成人体血液“窒息”。0 .08%浓度的一氧化碳

16、，40分钟可引起头痛、眩晕和恶心，0.32%浓度的一氧化碳，5 10分钟可引起头痛、眩晕，30分钟可引起昏迷、甚至死亡。,.,38,矿井空气中的有害气体,2）二氧化氮（NO2）溶于水后生成腐蚀性很强的硝酸，对眼睛、呼吸道粘膜和肺部有强烈的刺激及腐蚀作用，二氧化氮中毒有潜伏期，中毒者指头出现黄色斑点。0.01%浓度的二氧化氮会使人出现严重中毒现象。,3）二氧化硫（SO2）遇水后生成硫酸，对眼睛及呼吸系统粘膜有强烈的刺激作用，可引起喉炎和肺水肿。当二氧化硫的浓度达到0.002时，眼及呼吸器官即感到有强烈的刺激；当二氧化硫的浓度达0.05时，短时间内即有致命危险。,.,39,矿井空气中的有害气体,4

17、）硫化氢（H2S）硫化氢剧毒，有强烈的刺激作用，能阻碍生物氧化过程，使人体缺氧。当空气中硫化氢浓度较低时主要以腐蚀刺激作用为主，浓度较高时能引起人体迅速昏迷或死亡。,5）氨气（NH3）对皮肤和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起喉头水肿。,6）氢气（H2）当空气中氢气（H2）的浓度为474时有爆炸危险。,矿井空气中的有害气体的安全浓度标准矿井空气中的有害气体的安全浓度标准参见煤矿安全规程（2007年版）中的矿井有害气体最高允许浓度标准。,.,40,2矿井通风,利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。,矿井通风的基本任务,1）向井下提供

18、井下足够的新鲜空气，以供井下工作人员的呼吸； 2）稀释和排除井下有毒、有害气体和矿尘； 3）创造良好的矿井工作环境，保证井下有适合的气候条件（适宜的温度、湿度与风速），以利于工人劳动和机器运转。,.,41,矿井通风机,1）主要通风机（简称主扇），主要用于全矿井或矿井的一翼（部分）；,2）辅助通风机（简称辅扇），主要服务于矿井网络的某一分支（如采区或工作面），以帮助主要通风机供风以保证该分支的风量；,3）局部通风机（简称局扇），主要用于独头掘进的井巷等局部地区通风。,主要通风机的工作方式,有三种：抽出式、压入式、压抽混合式。,.,42,1）抽出式主要通风机安装在回风井口，整个矿井通风系统处在低于

19、当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。,2）压入式主要通风机安设在入风井口，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。,3）压抽混合式在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大。,.,43,矿井通风网路,1）串联通风串联通风是指一个风流经过用风地点或区域后，不排入回风系统而进入另一用风地点的通风形式。,2）并联通风并联通风是指两

20、个或两个以上的风流经过用风地点或区域后，直接排入回风系统而不进入另一用风地点的通风形式。,两种形式：分别为串联通风形式和并联通风形式。,.,44,1.3煤矿安全生产相关规程与标准,1.3.1煤矿安全生产的相关规程,煤矿安全规程（2007年版）共四编、二十章、七百五十一条，包括井工部分和露天部分两大部分。下面为规程中与监测监控系统相关部分内容。,第一节通 风,第一百条 井下空气成分必须符合下列要求：,（一）采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%。,.,45,（二）有害气体的浓度不超过表1-1规定。,瓦斯、二氧化碳和氢气的允许浓度按本规程的有关规定执行。矿井中所有气

21、体的浓度均按体积的百分比计算。,.,46,第一百零一条 井巷中的风流速度应符合表1-2要求。,.,47,第一百零四条 矿井每年安排采掘作业计划时必须核定矿井生产和通风能力，必须按实际供风量核定矿井产量，严禁超通风能力生产。,第一百零五条 矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。,第一百零六条 矿井必须有足够数量的通风安全检测仪表。仪表必须由国家授权的安全仪表计量检验单位进行检验。,第一百零七条 矿井必须有完整的独立通风系统。改变全矿井通风系统时，必须编制通风设计及安全措施，由企业技术负责人审

22、批。,.,48,第三章 通风安全监控,第一百五十八条 所有矿井必须装备矿井安全监控系统。矿井安全监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求。,第一百五十九条 采区设计、采掘作业规程和安全技术措施，必须对安全监控设备的种类、数量和位置，信号电缆和电源电缆的敷设，控制区域等做出明确规定，并绘制布置图。,第一百六十条 煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接，严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。,.,49,第二节 安装、使用和维护,第一百六十一条 安装断电控制系统时，必须根据断电范围要求，提供断电条件，并接通井下电源及控制线。安全监控设备的供电电源必须取自被控制开关的电源侧，

23、严禁接在被控开关的负荷侧。,第一百六十二条 安全监控设备必须定期进行调试、校正，每月至少1次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备，每7天必须使用校准气样和空气样调校1次。每7天必须对甲烷超限断电功能进行测试。 安全监控设备发生故障时，必须及时处理，在故障期间必须有安全措施。,.,50,第一百六十三条 必须每天检查安全监控设备及电缆是否正常，使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报监测值班员；当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在8h内对2种设备调校完毕。,第一百六十四条 矿井安全监控

24、系统中心站必须实时监控全部采掘工作面瓦斯浓度变化及被控设备的通、断电状态。 矿井安全监控系统的监测日报表必须报矿长和技术负责人审阅。,.,51,第一百六十五条 必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、收发及维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘，发放前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值，不符合要求的严禁发放使用。,第一百六十六条 配制甲烷校准气样的装置和方法必须符合国家有关标准，相对误差必须小于5%。制备所用的原料气应选用浓度不低于99.9%的高纯度甲烷气体。,第一百六十七条 安全监控设备布置图和接线图应标明传感器、声光报警器、断电器、分站、电源、中心站等设备的位置、接线、断电

25、范围、传输电缆等，并根据实际布置及时修改。,.,52,第三节 甲烷传感器和其他传感器的设置,第一百六十九条 低瓦斯矿井的采煤工作面，必须在工作面设置甲烷传感器。,第一百七十条 低瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，必须在工作面设置甲烷传感器。 高瓦斯、煤（岩）与瓦斯突出矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，必须在工作面及其回风流中设置甲烷传感器。 掘进工作面采用串联通风时，必须在被串掘进工作面的局部通风机前设甲烷传感器。 掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。,.,53,1.3.2煤矿安全生产的相关标准,煤矿安全生产必须遵守相关的安全标准，常用的煤

26、矿安全生产标准如表1-4所示。,.,54,煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201）的部分内容,2 术语和定义 2.1煤矿安全监控系统 supervision system of coal mine safety 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。,（2006年2月27日 国家安全生产监督管理总局发布）,.,55,2.17甲烷断电仪 metha

27、ne breaker 井下甲烷浓度超限时，能自动切断被控设备电源 的装置。,2.18风电闭锁装置 interlocked circuit breaker 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，能自动切断被控设备电源的装置。,2.24故障闭锁功能 fault interlocking function 当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，必须切断该监控设备所控制区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁。,.,56,4.4.1 系统组成 系统一般由主机、传输接口、分站、传感器、执行器(含断电器、声光报警器)、电源箱、电缆、接线盒、避雷器和其他必要设备组成。,4.4.2

28、硬件 4.4.2.1 中心站硬件一般包括传输接口、主机、打印机、UPS电源、投影仪或电视墙、网络交换机、服务器和配套设备等。中心站均应采用当时主流技术的通用产品，并满足可靠性、可维护性、开放性和可扩展性等要求。,4.4.2.2 传感器的稳定性应不小于15d。 4.4.2.3 由外部本安电源供电的设备一般应能在924V范围内正常工作。,.,57,4.4.3 软件 操作系统、数据库、编程语言等应为可靠性高、开放性好、易操作、易维护、安全、成熟的主流产品。软件应有详细的汉字说明和汉字操作指南。,4.5 基本功能 4.5.1 数据采集 4.5.1.1 系统必须具有甲烷浓度、风速、风压、一氧化碳浓度、温

29、度等模拟量采集、显示及报警功能。,4.5.1.2 系统必须具有馈电状态、风机开停、风筒状态、风门开关、烟雾等开关量采集、显示及报警功能。 4.5.1.3 系统必须具有瓦斯抽采(放)量监测、显示功能。,.,58,4.5.2 控制 4.5.2.1 系统必须由现场设备完成甲烷浓度超限声光报警和断电/复电控制功能。,a)甲烷浓度达到或超过报警浓度时，声光报警；,b)甲烷浓度达到或超过断电浓度时，切断被控设备电源并闭锁；甲烷浓度低于复电浓度时，自动解锁；,c)与闭锁控制有关的设备(含甲烷传感器、分站、电源、断电控制器、电缆、接线盒等)未投入正常运行或故障时，切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备

30、的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。,.,59,4.5.2.2 系统必须由现场设备完成甲烷风电闭锁功能,4.5.2.3 安全监控系统必须具有地面中心站手动遥控 断电/复电功能，并具有操作权限管理和操作记录功能。,4.5.2.4 安全监控系统应具有异地断电/复电功能。,4.5.5.3 系统必须具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值等曲线。,4.5.5.2 系统应能在同一时间坐标上，同时显示模拟量曲线和开关状态图等。,4.5.5.6 系统必须具有系统设备布置图显示功能。显示内容包括：传感器；分站；电源箱；断电控制器；传输接口和电缆等设备的设备名称；相对位置和运行状态等。,.,60,4.5.7 人机对话 系统必须具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用、控制命令输入等。,4.5.8 自诊断 系统必须具有自诊断功能。当系统中传感器、分站、传输接口、电源、断电控制器、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。,4