8第八章 矿井安全监测监控.docx

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8第八章矿井安全监测监控

第八章矿井安全监测监控

第一节概述

一、安全监测监控系统设置要求

本矿井按煤与瓦斯突出矿井设计，根据《煤矿安全规程》的要求，为及时掌握井下瓦斯、温度、一氧化碳等有关安全方面的参数及变化趋势，对井下环境参数以及生产设备运行状况进行实时的监测监控，避免瓦斯爆炸与火灾灾害，选择合适的安全监测监控系统，对确保矿井安全生产，提高生产效率和经济效益，是十分重要也是十分必要的。

安全监控系统包括与矿井安全有关的各子系统，主要是井下环境参数的监测和相关设备的闭锁控制，以及井下排水系统、矿井通风系统、瓦斯抽放系统、束管监测系统等。

本矿井安全监控系统由地面中心站，现场分站、安全生产参数传感器、断电仪、报警器以及信息传输介质、通讯传输接口组成。

目前，矿井东区已设有KJ90NB型安全监测监控系统，西区增加与东区相同类型的现场分站、安全生产参数传感器、断电仪、报警器，西区分站通过传输总线就近接入东区安全监测监控系统。

整个系统的分站数量、传输距离及容量不得超过KJ90NB系统的技术指标，并要求对矿井生产环境中影响安全生产的参数和设备进行自动检测和闭锁控制，在东区地面中心站上进行集中显示、记录、报警和自动报表等。

主要检测的参数有瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速、温度、设备馈电状态、风门开关状态、局扇开停状态、煤仓煤位、井下水仓水位等。

同时在调度室能够对井下排水系统、矿井通风系统、瓦斯抽放系统、束管监测系统的设备运行状态和工艺参数进行集中监视和必要的控制。

二、安全监测监控系统选择

1．开采技术条件和安全条件

本矿井采用立井、集中大巷、分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式。

本矿井采用立井、集中大巷、分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式。

矿井达到设计产量时，移交东二（13-1）采区，装备1个一次采全高综采工作面。

矿井共装备6个掘进工作面，其中煤巷综掘面2个，岩巷普掘面2个，岩巷机械化作业线2个。

西区东西走向长约6km，南北倾斜宽3.6～5.3km，面积约28.6km2。

一水平标高为-747m，二水平标高暂定-900m。

西区初期移交1个综采面、装备7个掘进工作面。

其中岩巷综掘面2个，煤巷综掘面2个，岩巷普掘面3个。

本井田南部地温梯度小于3℃/百米，属地温正常区；北部地温梯度多大于3℃/百米，为地温异常区。

据各主要可采煤层的地温与其埋深建立的相关关系式计算，-762m水平最高温度为40.3℃,平均38.9℃,已进入二级高温区。

2．安全监测、监控系统选择

安全监测监控系统的选型应充分体现系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、经济性，满足矿井生产能及时、有效获得监测、监视等管理信息的需要，同时还要考虑矿井近、远期的发展，产品的技术更新与升级换代，售后服务、传输接口等多方面的因素。

根据矿井的灾害种类及程度，确定设置集中固定式连续安全监测、监控系统。

第二节安全监测、监控和传输设备选型

一、监测监控设备选择

1．监测监控设备选型原则

1）设备必须符合有关国家标准和行业标准（如GB3836《爆炸性环境用防爆电气产品》、MT209《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》、MT210《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法》、《煤矿安全生产监测监控系统总体设计规范》、《煤矿安全生产监测监控系统软件设计规范》），通过煤炭行业标准化归口审查，通过国家技术监督局认证的检测机构的型式检验。

用于爆炸环境的煤矿安全监控设备，还必须通过国家技术监督局认证的检测机构防爆检验，并取得“防爆合格证”，同时还应取得原煤炭工业部“煤矿安全仪器装备定点生产许可证”。

2）选用本质安全型设备

3）安全监测、监控设备必须具有故障闭锁功能。

4）安全监测、监控设备必须具备瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。

当主机和系统发生故障时，必须保证瓦斯断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。

当电网停电后安全监测、监控系统必须保证正常工作时间不小于2h.

5）为防止雷电通过矿井安全监测、监控系统引起井下瓦斯爆炸，系统设备必须具有防雷保护。

6）为防止人为取消断电功能，保障煤炭安全生产，系统设备必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能。

7）所有监测设备的外壳防护等级不低于IP67。

8）所有监测监控设备必须工作稳定、性能可靠、反应灵敏、抗干扰能力强。

2．监测监控设备设置地点和布置

根据本矿井巷道布置、被测参量位置、瓦斯等级等情况，监测监控设备设置如下：

调度中心设在东区行政办公楼，西区地面的监测监控子系统通过地面光缆上传到矿井调度中心实现统一调度。

西区井下所有分站及传感器采用与东区安全监控系统相同类型，各分站通过传输总线接入东区安全监控系统。

根据东、西区巷道布置、被检测参量位置、瓦斯等级等情况，监测监控设备设置如下：

1）安全监控中心站

地面安全监控中心站（已有）设在东区行政办公楼调度指挥中心调度台内，其监测主机采用两台高性能、高稳定性的P4工控机，正常运行状态下，一台为活动状态，一台为备份状态。

异常时，活动主机上的应用全部切换至备份主机。

配置一台高分辨率快速彩色打印机用于随时、定时或自动打印数据、报表和图形。

同时还设有大屏幕彩色显示器、传输接口、交流稳压电源、UPS等。

主机通过传输接口、传输电缆与井上下各分站通讯。

并通过工业以太网交换机上联矿井信息管理网络，实现安全生产信息在本矿井的共享以及远程的安全管理。

2）地面分站

在地面的通风机房监控室、瓦斯抽放泵房监控室、注氮泵房监控室、主副井绞车房、压风机房、地面生产系统控制室处分别设置相应的安全监控分站或监控单元传输接口与矿井安全监控系统联网。

3）井下分站

井下各分站分别置于采区回采工作面上部车场、采区变电所、井底车场中央水泵房、各掘进工作面等处进风流中。

各分站至传感器距离不超过2km，并要设置在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中。

安设时应垫支架，使其距巷道底板不小于0.3m，或吊挂在巷道中。

井下分站采用本质安全型，有相应的防爆合格证、产品检验合格证及安全标志。

4）传感器

各传感器设置在能正确反应被测参量或被测状态的位置，声光报警器设置在经常有人工作便于观察的地点。

井下安全监控设备的供电电源设置在中央变电所、采区变电所，严禁设置在断电范围内。

3．监控中心站和各分站主要设备的功能、数量

监控中心站具有以下功能：

1）具有故障闭锁功能：

当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；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。

2）手动遥控断电/复电功能，断/复电响应时间不超过系统巡检周期；

3）双机热备份，实现手动/自动切换，当工作主机故障时，备份主机投入工作，保证系统正常工作；

4）现场模拟量、开关量和累计量数据的采集、记录、查询、报表、实时与历史趋势曲线、柱状图显示、实时图形动态显示、打印等；

5）有自诊断功能，当系统中传感器、分站、主站、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间，故障设备；

6）馈电、断电状态监测；

7）在不中断监测的条件下，完成现场各模拟量、开关量传感器的定义、设置、参数修改以及各种数据报表、曲线、图形画面的生成和修改；

8）对矿井提升、通风、排水、压风、瓦斯抽放系统的设备工况及有关参数进行集中监测；

9）工作稳定，性能可靠，容错能力强，在操作不当时应有信息提示，且不影响系统的正常运行。

10）具备上传信息管理系统的数据联网接口。

分站具有以下功能：

1）具有故障闭锁功能：

当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；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。

2）甲烷－风－电闭锁功能；

3）甲烷浓度超限声光报警和断电/复电控制；

4）异地断电/复电功能，断/复电响应时间不超过系统巡检周期的2倍；

5）具备记忆功能，在分站掉电时，能自动保护原有的初始化信息和生产累加量信息；

6）备用电池供电功能，当交流电源因故断开时，备用电池投入工作，在最大负荷下可连续供电2小时以上；

7）可自行消除瞬高、瞬低的干扰信号；

8）当因通信电缆原因，与地面中心站失去通信联络时，分站仍能独立工作，按照预先设定的报警、断电要求实现监控功能。

安全监控中心站设置主机2台，矿井达产时，井下共设置安全监控分站东区17套，西区12套。

井上设置各控制子系统通信接口共10套，东区6套，西区4套。

二、传输设备及器材选型

1．传输设备及器材选型原则

KJ90NB系统传输设备的误码率不超过10－8，传输处理误差不大于0.5％，传输速率不低于2400bps，最大巡检周期不超过20s，并满足监控要求，中心站至分站的传输距离不小于20km，分站至传感器、断电仪的传输距离不小于2km，系统可挂接的分站数量不低于64台，系统传输容量：

模拟量、开关量、控制量分别不少于512、512、256个。

其它与传输有关的要求均应符合《煤矿安全规程》及煤炭行业标准《煤矿用信息传输装置》。

安全监控设备之间的连接使用专用阻燃电缆，电缆及其连接器件均能满足其相应使用环境的要求。

2．传输设备及器材选型

东区现有调制解调器2台，随中心站互为备用。

传输电缆：

井筒为MHYA32型矿用阻燃聚氯乙烯护套细钢丝铠装电缆；井下巷道为MHYJA型矿用阻燃聚氯乙烯护套加强型电缆；传感器及控制信号电缆为MHYVR型矿用阻燃聚氯乙烯护套软电缆。

传输、信号电缆敷设：

在30°以下的斜巷及水平巷道中采用吊钩悬挂，在井筒中，采用卡箍或夹子进行敷设。

电缆悬挂点间距，在斜巷及水平巷道内为2.5m，在立井井筒内为5m。

电缆与压风管、水管同侧敷设时，敷设在管道上方，并保持0.3m以上的间距；电缆与瓦斯管路、电力电缆异侧敷设，局部巷道受条件所限，敷设在电力电缆上方0.1m以上的地方。

第三节监测设备各类传感器布置

一、回采工作面传感器选型及配置

1．传感器类型、数量、位置

设计在采区回采工作面配置高低浓度瓦斯传感器4台，一氧化碳传感器、温度传感器、风速传感器各1台。

瓦斯传感器分别布置在回采工作面的回风巷端部、回风巷中部、回风巷靠近工作面以及上隅角处，一氧化碳传感器、温度传感器置于回风巷端部，风速传感器置于工作面回风巷临时测风站中。

瓦斯及一氧化碳传感器布置在巷道上方，垂直悬挂，距顶板（顶梁）不大于300mm，距巷道侧壁不小于200mm，且不影响行人和行车。

2．传感器报警、断电、复电浓度及断电范围

采煤工作面及其上隅角处瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.5％CH4、＜1.0％CH4，断电范围为工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备；采煤工作面回风巷瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.0％CH4、<1.0％CH4，断电范围为工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。

一氧化碳报警浓度是≥0.0024％；温度传感器的报警值为≥30℃；风速传感器的报警值为≥4.0m/s。

二、掘进工作面传感器选型及配置

1．传感器类型、数量、位置

矿井达产时，东区有7个掘进工作面，西区有7个掘进工作面。

设计在所有掘进工作面均配备瓦斯－风－电闭锁工作站。

在普掘工作面各设置2只瓦斯传感器、1只风筒开关、1只局扇开停传感器、1台馈电断电控制器、1台声光报警器；在综掘工作面各设置2只瓦斯传感器、2只风筒开关、2只局扇开停传感器、2台馈电断电控制器、2台声光报警器。

瓦斯传感器分别布置在掘进工作面迎头处、回风巷和工作面交会处，当掘进工作面长度超过1000m时，每隔500m再安装一瓦斯传感器。

2．传感器报警、断电、复电浓度

掘进工作面迎头瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.5％CH4、＜1.0％CH4，断电范围为掘进工作面全部非本质安全型电气设备；掘进工作面回风流中瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.0％CH4、＜1.0％CH4，断电范围为掘进工作面全部非本质安全型电气设备。

三、其它地点传感器选型及配置

1．副井井底中央水泵房设置水位传感器1台及设备开停传感器5台；主井井底水窝设置水位传感器1台及设备开停传感器2台。

2．主井井底煤仓、东翼大巷煤仓、东、西采区煤仓设置料位传感器1台。

3．采区及大巷回风道分别设置瓦斯传感器、风速传感器及一氧化碳传感器各1台，均设置在测风站附近。

4．矿井通风机房中，设置相应的风速传感器、负压传感器、电流传感器、设备开停传感器等。

5．矿井主要风门设置风门传感器，用以监测各风门的开、关状态，用以保证井下风路畅通。

6．被控设备开关的负荷侧设置馈电状态传感器。

7.掘进工作面局部通风机设置设备开停传感器，其风筒末端设置风筒传感器。

8．井下各变电所及主要机电硐室内设置温度传感器，报警值为34℃。

9．井下移动式瓦斯抽放泵站吸入及输出管路中分别设置高低浓瓦斯、流量、温度和压力传感器；并在瓦斯泵站下风侧栅栏外设置低浓瓦斯传感器，其瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.0％CH4、＜1.0％CH4，断电范围为抽放瓦斯泵电源。

10．在东区瓦斯抽放泵站内设低浓度瓦斯传感器各2台；在西区瓦斯抽放泵站内设低浓瓦斯传感器4台，在瓦斯抽放泵站输入、输出管路中分别设置高低浓瓦斯传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器各1台。

当瓦斯抽放泵站室内瓦斯浓度≥0.5%CH4时报警；利用瓦斯时瓦斯抽放泵站输出管路中瓦斯浓度≤30%CH4时报警。

11．所有井下胶带机滚筒下风侧10～15m处设烟雾传感器1台。

井下胶带机的各类保护传感器设在井下胶带运输监控系统中，该系统将有关矿井安全的参数通过通信传输介质及相应的接口送至安全监控系统中心站。

12．井下轨道运输系统的各类传感器设在井下机车运输信集闭系统中。

13．采煤工作面采煤机上设置机载式甲烷断电仪1台，其瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.5％CH4、＜1.0％CH4，断电范围为采煤机电源；掘进工作面掘进机上各设置机载式瓦斯断电仪1台，其瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥1.0％CH4、≥1.5％CH4、＜1.0％CH4，断电范围为掘进机电源；防爆特殊型蓄电池电机车上各设置机载式瓦斯断电仪1台，其瓦斯报警、断电、复电浓度分别是≥0.5％CH4、≥0.5％CH4、＜0.5％CH4，断电范围为机车电源。

采煤机、掘进机、电机车无机载式甲烷断电仪时也可悬挂便携式甲烷检测报警仪。

14．在地面生产系统中的封闭煤仓等可能有瓦斯积聚的地点设置低浓瓦斯传感器。

第四节矿井各类传感器装备量

一、矿井传感器装备标准

1．矿井灾害类型及程度要求

本矿井主要灾害为瓦斯引起的各种灾害，要求从通风、监测监控等各方面着手，使环境中的瓦斯量控制在规程规范限定的范围内，达到生产和人员的安全。

矿井安全监测监控系统，应能保障生产安全，提高全矿的自动化管理水平，并上联矿井局域网以及实现远程信息共享。

2．矿井生产管理水平及操作要求

矿井设置安全监控管理机构及详细的作业制度来保证矿井安全监测装置的正常运行和事故处理，操作要求要符合《煤矿安全规程》的内容。

二、矿井各类传感器装备量

1．矿井装备水平及发展趋势

井下拟安装的各类传感器均属国内先进水平的传感器。

目前传感器已向智能化、多功能化发展；配置更灵活，安装更方便。

2．各类传感器的装备量

东区配备低浓瓦斯传感器：

49台；风速传感器：

13台；温度传感器：

3台；压力传感器：

3台；一氧化碳传感器：

4台；风门开关传感器：

11台；设备开停传感器：

34台；断电馈电传感器28台；煤位传感器：

2套；液位传感器：

2套。

其余传感器开列在相应的监控子系统中。

传感器的装备应随着采掘面和开采、运输、通风系统的变化而相应调整。

西区配备低浓瓦斯传感器：

29台；风速传感器：

6台；温度传感器：

5台；压力传感器：

3台；一氧化碳传感器：

3台；风门开关传感器：

10台；风筒开关传感器：

11台；设备开停传感器：

16台；断电馈电传感器12台；声光报警器：

11台；煤位传感器：

2套。

其余传感器开列在相应的监控子系统中。

传感器的装备应随着采掘面和开采、运输、通风系统的变化而相应调整。

第五节矿井安全监测监控系统运行可靠性分析

一、安全监测监控系统选择的合理性、先进性

本设计所采用的安全监测监控系统是集环境安全、信息管理、网络应用，同时兼容瓦斯抽放、通风、排水等子系统的煤矿安全综合监控系统。

产品具有良好的开放性和可扩展性，组态灵活，能够满足最优化最经济运行；具有独特的三级断电和交叉断电能力（中心站程控、分站控制和传感器就地断电），非常适合煤矿井下使用；同时系统可与矿井信息管理系统联网，在全矿乃至远程实现信息共享的能力。

二、安全监测监控系统选择的可靠性

1．产品符合原煤炭部“安全标志”的工厂生产技术条件规定的各项要求以及各项技术标准和相关国家标准；符合《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029－2007）。

2．系统能够在恶劣环境下长期稳定运行，故障率低，主要措施如下：

（1）中心站主机采用高可靠性的工控机；

（2）中心站监控软件有自诊断功能；

（3）井下智能分站及传感器有相应的看门狗电路。

3．具有很强的人机交互能力，界面友好且有很强的容错能力；

（1）对操作人员的所有误操作都有识别能力，且有语音报警和对话框提示功能；

（2）系统配置信息设有口令保护，以便系统配置信息不被

破坏；

4．故障发生时能以多种形式对操作者发出提示信息；

（1）颜色和图形提示；

（2）声音报警提示；

（3）实时信息窗提示；

5．系统有很强的故障诊断能力；

（1）通信故障；

（2）分站及传感器故障；

（3）电源供电状况；

（4）断电控制情况；

（5）软件运行情况；

6．系统在传输通道断路或短路情况下，将自动对故障分站降级为瓦斯断电仪使用，使其以断电仪方式正常工作；

7．采用EEPROM芯片使故障设备具有有效的信息自动保护

功能；

8．系统具有能够从故障点恢复到正常状态的能力；

9．系统在被破坏情况下可由看门狗程序修复并重新恢复正常工作的能力；

10．系统具有防雷电过流过压保护装置。

三、管理机构和人员培训的保证程度

在系统投入运行前，要求供方对矿方技术人员进行技术培训，培训时供方应提供完整详细的培训资料，并派熟练称职的工程技术人员前往讲授、指导，直至确保系统投入正常运行。

矿井通风部门必须建立专门的安全监控机构，并应配备相应的具有通风和安全监控专业知识的工程技术人员。

安全监测人员的配备应符合《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》的有关规定。

安全监测人员（包括干部）必须经过通风和安全监测专业培训，并取得合格证方可上岗。

详见《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》。