煤矿安全监控系统技术方案DOC 38页完美优质版.docx
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煤矿安全监控系统技术方案DOC38页完美优质版
第一章综述
1.1黄玉川煤矿概述
黄玉川井田位于准格尔煤田中西部。
行政区划隶属于准格尔旗长滩乡和薛家湾镇管辖。
井田为长方形，东西长约8.9km，南北宽约6km，面积53.7294km2。
黄玉川井田有可采煤层5层，分别为4、5、6上、6、9号煤，其中主采煤层为4#、6上、6#煤，全井田可采，5#、9#煤局部可采，井田范围的5层可采煤层地质资源量为1852.20Mt，矿井设计可采储量为1205.57Mt，是设计生产能力为1000万吨/年的大型现代化矿井。
矿井属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸性危险且煤层属易自燃煤层。
矿区属于大陆性干旱气候，夏季温热而短暂，寒暑变化剧烈，昼夜温差较大，年平均气温5.3～7.6℃，最高气温39.5℃，最低气温-36.3℃，一般结冰期为每年十月至翌年四月，最大冻土深度1.33m，降雨最多集中于7～9月，占总降水量的60～70%，年总降水量为230.2～544.1mm，年总蒸发量为1875.0～2657.4mm，是降水量的5～8倍，水质PH=7.5。
矿井首采4号和6上煤层，其中4煤层呈简单的层状产于石炭系太原组，4煤井田煤厚1.60～5.85m，平均3.35m，含夹矸1～5层，一般为2层，全区可采。
煤层总体上由东向西有增厚的趋势。
首采区内煤层厚度在1.6～5.45m之间，平均3.22m，其中夹矸厚度0～2.55m之间，平均0.94m。
因此含夹矸煤层厚度在1.6～6.45m之间，平均4.17m。
本次设备用于4煤层的环境监测之用。
因黄玉川矿煤层属易自燃煤层，按照《煤矿安全规程》规定，矿井必须配备安全生产监测系统，这对煤矿安全生产是非常必要的，对煤矿井下生产环境的预测预报起到重要的作用，是保障矿井安全生产的主要措施之一。
所选设备必须满足现行《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》、《矿井防灭火规范》和《矿井通风安全监测装置使用管理规定》要求。
1.2黄玉川煤矿安全监控系统的设计原则
从矿井的用途和实际出发，把安全放在第一位。
矿井安全监测监控系统设计和制造执行满足最新版国家标准（GB）和神华集团关于煤矿安全监测系统的标准，或高于下述标准的行业标准、规范。
✧《煤矿安全规程》2006年版
✧《AQ6201－2006煤矿安全监控系统通用技术要求》
✧《AQ1029－2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》
✧《MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》
✧《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》
✧《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》
✧《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》
✧《爆炸性环境用防爆电气设备防爆型电气设备》
✧《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备》
✧《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》
✧《MT/T1032-2007煤矿监控系统线路避雷器》
✧《GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范》
✧《GB50174-93电子计算机机房设计规范》
✧《GB/T2887-2000电子计算机场地通用规范》
✧《GB3836爆炸性气体环境用防爆电气设备》
✧《GB12173－1990矿用一般型电气设备》
✧《煤矿监控系统性能测试方法》
✧《防治煤与瓦斯突出细则》
✧《矿井防灭火规范》
✧《矿井通风及安全装备标准》
其他国家、行业有关现行标准。
1.3安全监控系统功能要求
Ø系统具备灵活的组态特性，采用数据库方式存储数据；
Ø软件界面操作等需设计合理便于日常的操作与维护；
Ø系统必须具备强大的报表输出功能，设定报表格式符合新标准要求，并可以将报表数据通过Excel软件输出；
Ø系统必须具备多种控制功能，方便根据实际的使用条件及要求，对控制功能进行设定；
Ø系统通讯具备较强的抗干扰能力，可以适应井下复杂的工作环境，接线简单方便；
Ø系统需具备函数处理功能，可以对采集到的数据进行分析；
Ø系统必须具备强大的组网功能,为安全生产监控系统联网提供支持；
Ø系统必须具备异地断电控制功能，当某地瓦斯超限时可控制其他地点的分站进行断电控制；
Ø系统必须具备风电瓦斯闭锁、甲烷断电仪、故障闭锁等控制功能。
Ø系统必须双机冗余备份，且应选用工控机，若其中一台工控机发生故障，另一台可继续运行；
Ø本矿安全监控系统建立独立的传输系统；
Ø负责接至联合建筑环网交换机（由集成商提供），传输协议采用OPC协议，厂商负责配合集成商本系统的接入与调试。
Ø并采用OPC、NetDDE、ODBC等标准软件接口，将信息上传至矿调度中心，作为企业的信息源，向信息管理系统提供有关安全监控信息。
在互联网（或局域网）中通过建立WEB服务器，可以用浏览网页的方式实现信息共享，在客户端无须另加任何软件。
第二章黄玉川煤矿安全监控系统架构设计
2.1KJ328安全监控系统
数字化监控技术是信息产业和工业领域的一种先导性技术，是计算机网络和软件技术以及数字通信技术、微电子技术的集成和发展。
国家安全生产监督管理总局局长李毅中认为，通过与当地电信运营商合作，在煤矿安全领域引入这一技术，在集团公司、省市县等一定范围内联网，可以对区域内所有煤矿瓦斯防治情况，包括井下瓦斯浓度、风机开停状态及设备送电断电情况等，实施集中监控、远程监控和实时监控，针对突发情况及时采取调整作业方式、停止生产、撤离人员等措施。
同时，通过监控系统，还可以对井下采掘工作面的位置进行跟踪，防止越界越层开采。
在煤炭行业，KJ328煤矿安全生产监控系统采用当今最新技术开发出具有当代先进水平的煤矿安全生产监控系统对煤矿企业的安全、生产、调度和管理自动化水平的提高起到了重要作用。
KJ328煤矿安全监测监控系统是集当今世界电子、自动化、计算机、通信、软件之先进技术开发出的具有当代先进水平的产品，系统结构和组成完全符合《煤矿监控系统总体设计规范》。
既能接入各种类型的模拟量传感器：
如甲烷、一氧化碳、风速、温度、湿度、负压、烟雾、煤仓煤位、水仓水位、流量、电流、电压……，又能接入各种类型的开关状态传感器：
如风门﹑风筒﹑主扇﹑局扇﹑皮带运输机等设备的开停……等工况传感器和对机电设备﹑局部生产环节和生产过程进行实时控制。
系统具有很强的资料分析和处理能力，能对监测数据进行汇总，生成统计报表和进行趋势分析等，以动态图形﹑曲线﹑表格等方式输出显示。
KJ328煤矿安全监测监控系统在设计上尽可能采用当代先进技术，比如windows平台﹑32位编程；使用功能强的新器件，比如用EEPROM存储分站参数﹑用软硬件结合方式开发各种模拟量智能传感器，使传感器具有智能接口。
KJ328软件功能随着推广的深度和广度而不断增强﹑完善和丰富，软件实用性和可靠性均经受住了用户长期使用的考验。
KJ328煤矿安全监测监控系统整个组成如下示意图：
环网传输
通讯线传输
2.2KJ328煤矿安全监控系统的主要特点
◆符合《AQ6201－2006煤矿安全监控系统通用技术要求》及相关行业标准。
◆系统通信采用LonWorks现场总线标准，干线和子网两级现场总线网络。
子网上可挂接KJ328-Z信号转换器和总线型智能传感器。
有效加强了信号传输过程中的抗干扰能力。
◆超强的抗电磁干扰能力
总线物理层采用了智能线收发、平衡（双绞线）传输技术，具有超强的抗电磁干扰能力单项指标大大高于《AQ6201－2006煤矿安全监控系统通用技术要求》中抗干扰性能测试标准，收发器采用了下列先进技术：
1）窄带调制技术,多数据位相关算法、干扰抑制和畸变纠正的专利数字信号处理技术。
2）双载波频率，自适应切换：
当首选载频被噪声阻塞的时候，独特的双载波频率功能自动地选择第二载波频率传送。
3）采用了高效低消耗的前向纠错码（FEC）算法。
这些技术使得收发器具有超强的抗干扰能力，接收器对脉冲干扰的衰减达到80dB（万分之一），对不同频段的音频噪声的衰减可以达到50～70dB。
采用基带传输的系统（包括RS485、CAN总线等）对干扰没有衰减。
◆收发器具有>80dB的宽广的动态范围，通信距离最远可达到40Km以上。
◆系统通信速率高，为5400bps。
◆采用主/从兼多主通信方式，纯主/从轮询通信方式的缺点，使报警信息能及时上传，上传时间小于1秒。
并实现了不经主站的跨分站控制，跨分站控制时间小于1秒。
◆分站电源允许交流输入电压的波动范围大：
额定值的-25%～+20%。
◆本安电源输出各路间做到真正隔离，有效防止了输出电源间的短路后电源失爆。
◆分站后备电池容量大（24V12AH），供电时间达3小时以上。
充电方式采用具有浮充的3段式充电，有利于延长电池寿命。
◆电池主充电电流大（1.5A），放电后充电速度快，以应付短期内再次停电。
◆井下设备电源波动适应能力强，为－25％～＋20％。
2.3系统构成
系统由监控中心站监控主机及下列矿用设备构成：
KJ328-J矿用信息传输接口；
KJ328-F矿用分站；
KDW0.3/660隔爆兼本质安全型稳压电源；
DXBC12/24型电池箱；
KJ328-Z矿用信号转换器；
KDG5/660隔爆兼本安型断电器；
各种传感器。
中心站主机热备。
信息传输由主干网和子网两级LonWorks现场总线构成，LonWorks主干网完成井下分站与井上中心站之间的信息传输，分站与传感器、执行器之间的信息传输有模拟和数字传输两种方式。
传统的模拟传输方式采用频率或电流信号制，数字传输即LonWorks子网。
LonWorks总线型传感器直接接入子网，模拟信号制的传感器则通过信号转换器接入子网。
2.3.1主要技术参数
1）系统容量
最大分站数：
64；
最大模拟量输入数：
512；
最大开关量输入数：
1024；
最大开关量输出数：
1024。
2）信息传输方式
a）地面传输接口与井下分站之间
通信方式：
LonWorks现场总线、电力线收发器平衡传输；
通讯速率：
5400bps；
调制方式：
BPSK；
载波频率：
主频132KHz/辅频115KHz，自动切换；
b）分站与信号转换器或总线型智能传感器之间
通信方式：
LonWorks现场总线、电力线收发器平衡传输;
通讯速率：
3600bps;
调制方式：
BPSK;
载波频率：
主频86KHz/辅频75KHz，自动切换。
c）分站或转换器与传感器、执行器之间
模拟量输入：
200~1000Hz，1~5mA，4~20mA；
开关量输入：
0~5mA，-5~0~+5mA，0~1~5mA，0~5~10mA，无电位触点；
开关量输出：
0~5mA、1~5mA、无电位触点、TTL电平。
3）最大传输距离
a）地面传输接口与井下分站之间：
20Km；
b）分站与转换器或总线型传感器之间：
2Km，受限于转换器及接入的传感器的电源消耗。
当转换器及接入的传感器就地供电时，传输距离可大于10Km;
c）分站与传感器、执行器之间：
2Km。
2.3.2KJ328-J矿用信息传输接口
防爆型式：
一般兼矿用本安型，防爆标志[Exib]I
基本功能：
KJ328-J矿用信息传输接口完成地面监控主机与井下分站之间的信息交换和安全隔离。
支持监控主机的双机热备用及自动切换功能。
主要技术指标
供电电压：
交流185～240V50HZ.
接口与分站之间通信
通信方式：
LonWorks现场总线，树形网络；
调制方式：
BPSK，主频132KHz/辅频115KHz（自动切换）；
通信速率：
5400bps；
最大通信距离：
20Km；
最大监控容量：
64台分站；
发送信号电压：
7Vpp；
发送信号短路电流：
≤0.8App；
接收灵敏度：
700μVpp。
与计算机通信的串行信号
通信方式：
RS232；
通信速率：
115.2Kbps；
最大传输距离：
3m。
2.3.3KJ328-F矿用站
防爆型式：
矿用本质安全型，防爆标志ExibI
基本功能
与井上传输接口进行双向数据通信的功能；
数据采集、模拟量超限报警和开关量报警、遥控器输入、液晶显示等功能；
甲烷超限断电/复电功能及其它控制功能；
甲烷风电闭锁功能和遥控器人工解锁功能；
报警控制信息主动发送和跨分站直接控制功能；
直接输入的8个信号可配置成不同信号制的模拟量或开关量。
主要技术指标
分站容量
最大容量：
16个模拟量、24开关量输入，16个开关量输出。
其中
直接模拟量或开关量输入：
8个；直接控制量输出：
4个；其它由子网输入。
通信参数
分站与地面中心站
通信方式：
LonWorks总线；
调制方式：
BPSK；
载波频率：
主频132KHz/辅频115KHz，自动切换；
通信速率：
5400bps；
最大传输距离：
20Km；
发送信号电压：
7.0VP-P；
发送信号短路电流：
≤0.8App；
接收灵敏度：
700μVpp。
分站与子网节点（转换器、智能传感器等）
通信方式：
LonWorks总线，树形网络；
调制方式：
BPSK；
载波频率：
主频86KHz/辅频75KHz，自动切换；
通信速率：
3600bps；
最大传输距离：
2Km，受限于转换器及接入的传感器的电源消耗。
当转换器及接入的传感器就地供电时，最大传输距离为10Km；
发送信号电压：
7VP-P；
发送信号短路电流：
≤0.8App；
接收灵敏度：
700μVpp。
模拟量输入信号类型及处理精度
频率型：
200～1000Hz；
电流型：
1～5mA，4～20mA；
模拟量处理精度：
≤0.3%。
开关量输入信号类型
0～5mA、-5～0～+5mA、0～1～5mA、0～5～10mA、无电位触点。
开关量输出信号类型
0～5mA、1～5mA、无电位触点。
2.3.4KDW0.3/660隔爆兼本质安全型稳压电源
防爆型式：
矿用隔爆兼本质安全型，防爆标志Exd[ib]I
基本功能
给分站、所配接的传感器及信号转换器提供本安电源；
给所配接的DXBC12/24型电池箱提供充电控制和放电保护；
提供两路断电控制。
主要技术指标
输入电源额定电压：
交流127V/220V/380V/660V，频率50Hz；
电源电压波动范围：
额定值的-25%～+20%；
输出电压：
12V1路（分站用），21V6路（供传感器和信号转换器用）；
本安参数：
12V电源Uo：
DC12.7V；Io：
DC920mA；Co：
10uF；Lo：
3mH
21V电源Uo：
DC21.7V；Io：
DC350mA；Co：
5uF；Lo：
2mH
控制参数：
控制输出路数：
2路，每路1组常开常闭；
控制输入信号：
电压型：
低电平0～0.8V，高电平2～5V；
电流型：
低电平0～0.8mA，高电平2～5mA。
控制输出容量：
交流660V，0.35A；直流28V，8A。
充电参数：
电池放电后再充电时，采用预充－主充－浮充三段充电制
预充电采用恒流充电，充电电流≤0.3A；
主充电采用恒流充电，充电电流≤1.6A，电压28.5V~30V；
浮充电采用恒压充电，浮充电压：
27V~27.6V，电流≤1.3A。
放电保护当备用电池放电到21.5V时，切断电池以防止电池因过放电而损坏。
备用电源配DXBC12/24电池箱，当交流电源断电时，供电时间大于2.5小时：
输出电压：
直流24V；
容量：
12AH。
2.3.5DXBC12/24型电池箱
防爆形式：
矿用隔爆型，防爆标志为ExdI
输出电压：
直流24V
容量：
12AH
开关和指示功能：
具有断开电池输出的功能及指示功能
2.3.6KJ328-Z-1~4矿用信号转换器
矿用信号转换器分为1、2、3、4型.
防爆形式：
矿用隔爆型，防爆标志为ExdI
基本功能
与分站进行双向数据通信的功能；
采集模拟量或开关量信号，转换为LonWorks总线数据信号的功能；
按分站的命令输出开关量的控制功能（3、4型。
）
主要技术指标
电源电压：
9～21V
转换器容量
1型转换器最大容量：
频率型模拟量信号输入4个；
2型转换器最大容量：
电流、电压或触点型信号，模拟量或开关量输入4个；
3型转换器最大容量：
电流、电压或触点型信号，模拟量或开关量输入2个，触点型开关量输出信号2个；
4型转换器最大容量：
电流、电压或触点型信号，模拟量或开关量输入2个，电流型开关量输出信号2个。
通讯参数
通信方式：
LonWorks总线，树形网络；
载波频率：
主频86KHz/辅频75KHz，自动切换；
通信速率：
3600bps；
最大传输距离：
2Km，受限于转换器及接入的传感器的电源消耗。
当转换器及接入的传感器就地供电时，最大传输距离为10Km；
发送信号电压：
5～7VP-P；
发送信号短路电流：
≤0.8App；
接收灵敏度：
700μVpp。
模拟量输入信号类型：
1型转换器：
频率型200~1000Hz，0~150Hz；
2、3、4型转换器：
电流型：
1～5mA，4～20mA；
开关量输入信号类型：
2、3、4型转换器：
0～5mA、0～1～5mA、0～5～10mA、无电位触点。
开关量输出信号类型：
3型转换器：
无电位触点；
4型转换器：
0～5mA、1～5mA；
模拟量输入处理误差：
≤0.2％。
2.3.7KDG5/660隔爆兼本安型断电器
防爆形式：
矿用隔爆型，防爆标志为ExdI
基本功能
接受分站或转换器给出的电压或电流型控制信号，对井下供电线路执行断电或复电；
断电器执行后，将被控供电线路的馈电状态回馈给分站。
主要技术指标
输入电源额定电压：
交流36V/127V/380V/660V，频率50Hz。
电源电压波动范围：
额定值的-25%～+20%。
断电器控制输入信号
电压型：
低电平0～0.8V，高电平2～24V；
电流型：
低电平0～0.8mA，高电平2～5mA。
断电器控制输出：
一组常开常闭触点，容量：
交流660V，0.35A；直流28V，8A。
断电状态回馈：
无电位晶体管开关。
2.3.8各传感器技术参数
1KG9701A煤矿用高低浓甲烷传感器
KG9701A煤矿用高低浓甲烷传感器是一种采用热催化原理探头制成的智能型甲烷检测仪表，用于检测煤矿井下各作业场所空气中的甲烷浓度。
该仪器具有自动调零、调满度、设置报警点和断电点，所有功能均可通过红外遥控实现，并且具有超限声、光报警、超限断电信号输出功能。
仪器没有调节孔和需要调节的零件，密封性能好，工作稳定可靠。
仪器具有多种信号输出形式，经防爆联检后能与各种煤矿安全检测监控系统配套使用。
主要技术规格
防爆标志：
ExibdI测量范围：
0～4％CH4（低浓度）
测量误差：
0～1.00％CH4时，≤0.1％CH4
＞1.00～2.00％CH4时，≤0.2％CH4
＞2.00～4.00％CH4时，≤0.3％CH4
响应时间：
小于30S分辨率：
0.01％CH4
遥控范围：
距离不小于5m，角度不小于120度
报警点：
0.5～3.00％CH4可任意设置（出厂时调至1.00％CH4）
报警方式：
红灯闪烁，频率为1Hz的蜂鸣器声响
断电点：
0.5～3.00％CH4可任意设置（出厂时调至1.50％CH4）
断电信号输出：
电压5V，电流大于4mA
显示方式：
三位LED
输出信号：
频率输出：
频率200～1000Hz，电流大于4mA，负载电阻大于1kΩ
电流输出：
恒流1～5mA，负载电阻0～500Ω
工作电压：
DC18V
工作电流：
≤100mA
2GT-L（A）矿用设备智能开/停传感器
GT-L（A）矿用智能设备开/停传感器采用单片机控制，有一个RS485接口，传输速率为9600pbs，传输距离不小于2km。
通过一根四芯电缆与KJ328N-F分站连接。
3KGF15型煤矿用风速传感器
主要用于煤矿井下风速的测量，安装在测风站、进回风巷和采区工作面等场所，是保证煤矿安全生产的重要仪器。
具有遥控调校功能，其主要作用是不受通风巷道断面大小影响，能很方便地进行安装调校，并且还具有更好的信号远传功能。
同时，该传感器是用压电超声原理研制成功的无转动部件，结构小型化，使用方便，检出量不受环境温度气压、粉尘和电磁干扰影响，具有测量精度高、范围宽、维护方便等优点。
可与矿井环境监测系统配套使用。
主要技术指标：
测量范围：
0.3～15m/s
基本误差：
≤±0.3%
工作电压：
18～24VDC
工作电流：
≤70mADC
显示方式：
就地显示3位LED
输出信号：
1～5mADC、200～1000Hz
防爆型式：
ExibⅠ矿用本安型
使用方法：
在使用时首先测出被安放地点巷道断面平均风速值，然后将该传感器安放在断面的任意点上，这时应注意风流方向与传感器的风流指向偏差不大于5度，然后将红外线遥控器指向传感器按动上下键使传感器显示值与断面平均风速值相等即可。
4GTH500（B）型煤矿用一氧化碳传感器
产品说明：
能连续监测和就地显示一氧化碳浓度值，并发出声光报警，能在具有瓦斯、煤尘爆炸危险等恶劣的环境中对煤的自然发火、运输胶带等各种内、外因火灾实现就地监测和遥测。
主要技术指标：
工作电压：
12～18VDC
工作电流：
＜100mADC
检测范围：
0～500PPmCO
检测误差：
F.S范围内5%（相对误差）
显示方式：
三位红色数码显示（分辨率：
1PPmCO）
输出信号：
200～1000Hz、1.0～5.0mADC
防爆型式：
ExibⅠ矿用本安型
外形尺寸：
（190×114×57）mm
5GF5F（A）型煤矿用负压传感器
产品说明：
适用于煤矿井下巷道及瓦斯抽放管道负压（差压）的连续实时监测，是监测风压变化，保证矿井正常通风、配风及瓦斯抽放管路安全；监测老塘漏风，保证隔墙密闭质量的重要传感器。
可输出多种信号制供选用，能在有瓦斯煤尘爆炸危险的场所连续工作。
主要技术指标：
测量范围：
0～0.5/1/2/5/10/100kPa
测量误差：
≤±1％F.S
输出信号：
200～1000Hz、l～5mADC、0～5VDC、4～20mADC等
工作电压：
9～24VDC
工作电流：
≤60mADC
显示方式：
三位半LED数字显示
防爆型式：
ExibⅠ矿用本安型
6GW50型煤矿用温度传感器
GW50型数字温度传感器矿用本质安全型设备，用于测量煤矿井下的环境温度，该传感器由温度探头、单片机、显示、输出电路等几部分组成。
该传感器具有使用简便、稳定可靠等特点。
能与国内各监控系统配套使用。
防爆标志 矿用本质安全型“ExibⅠ”
测量范围 -5℃~+45℃
测量精度 ±1.5℃
输出信号 200-1000Hz
响应时间 ≤20S
工作电压 DC8V-24V
工作电流 不大于40mA
外形尺寸及重量 190mm×125mm×55mm 1.5kg
8GQQ型煤矿用烟雾传感器
产品说明：
能早期
升级会员 