《煤矿在用安全监控系统安全监察技术研究》研究报告1031.docx

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《煤矿在用安全监控系统安全监察技术研究》研究报告1031

煤矿在用安全监控系统安全监察技术研究报告

一、设备运行特征

1．设备的基本特点

1.1系统组成

系统一般由主机（双机或多机备份）、传输接口、分站、传感器、执行器（断电器、声光报警器）、电源箱、电缆、接线盒避雷器和其它必要设备组成。

系统的连接结构一般分为树形、环形星形和总线形、复合形，典型系统连接图1所示

备用主机

主机

打印机

网络设备等

传输接口

井口

井上

井下

避雷器

打印机

中心站主要设备

…

……………

图1典型系统连接示意图

1.2硬件

1.2.1地面中心站硬件一般包括避雷器、传输接口（含安全隔离栅）、主机、打印机、UPS电压、投影仪或电视墙、网络交换机、服务器和配套设备等。

中心站设备均应采用主流技术的通用产品，并满足可靠性、可维护性、开放性和扩展性等要求。

1.2.2地面井口设备一般为避雷器等

1.2.3井下设备一般包括分站、传感器、执行器（断电器、声光报警器）、电源箱等其它必要设备

1.3软件

操作系统、数据库、编程语言等应可靠性高、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操作说明和汉字操作指南。

1.5环境条件

1.5.1　用于机房、调度室的设备，必须在下列条件下正常工作：

a）环境温度：

15℃～30℃；

b）相对湿度：

40%～70%；

c）温度变化率：

小于10℃/h,且不得结露;

d）大气压力：

80kPa～106kPa；

d）GB/T2887规定的尘埃、照明、噪声、电磁场干扰和接地条件。

1.5.2用于煤矿井下的设备应在下列条件下正常工作（除有关标准另有规定外）:

a）环境温度：

0℃～+40℃；

b）平均相对湿度：

不大于95%（+25℃）；

c）大气压力：

80kPa～106kPa；

d）有爆炸性气体混合物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体。

1.5.3供电电源

1.5.3.1地面设备交流电源：

a）额定电压：

380V/220V，允许偏差－10%～＋10%；

b）谐波：

不大于5%；

c）频率：

50Hz，允许偏差±5%。

5.3.2井下设备交流电源：

a）额定电压：

36V/127V/220V/380V/660V/1140V，允许偏差：

－－专用于井底车场、主运输巷：

－20%～＋10%；

－－其他井下产品：

－25%～＋10%；

b）谐波：

10%；

c）频率：

50Hz，允许偏差±5%。

2．设备的运行特点

2.1装备要求

2.1.1煤矿安全监控系统必须每天24h连续运行。

2.1.2接入煤矿安全监控系统的各类传感器稳定性应不小于15d。

2.1.3煤矿安全监控系统传感器的数据及状态必须传输到地面主机。

2.1.4煤矿必须按矿用产品安全标志证书规定的型号规格选择监控系统的传感器、断电控制器等关联设备，严禁对不同系统间的设备进行置换.

2.1.5国有重点煤矿必须实现矿务局（公司）所属高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的安全监控系统联网；国有地方和乡镇煤矿必须实现县（市）范围内高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安全监控系统联网。

2.2甲烷传感器的设置

2.2.1甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。

2.2.2甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合表1的规定。

表1　甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围

甲烷传感器设置地点

甲烷传感器编号

报警浓度

断电浓度

复电浓度

断电范围

采煤工作面上隅角

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.5%CH4

工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备

低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.0%CH4

工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备

煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.0%CH4

工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备

采煤工作面回风巷

≥1.0%CH4

1.0%CH4

工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备

高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井回采工作面进风巷

≥0.5%CH4

0.5%CH4

进风巷内全部非本质安全型电气设备

采用串联通风的被串采煤工作面进风巷

≥0.5%CH

≥0.5%CH4

0.5%CH4

被串采煤工作面及其进回风巷内全部非本质安全型电气设备

采用两条以上巷道回风的采煤工作面第二、第三条回风巷

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.0%CH4

工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备

≥1.0%CH4

1.0%CH4

专用排瓦斯巷

≥2.5%CH4

2.5%CH4

工作面内全部非本质安全型电气设备

有专用排瓦斯巷的采煤工作面混合回风流处

≥1.0%CH4

1.0%CH4

工作面内及其回风巷内全部非本质安全型电气设备

高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井采煤工作面回风巷中部

≥1.0%CH4

1.0%CH4

工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备

采煤机

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.0%CH4

采煤机电源

煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.0%CH4

掘进巷道内全部非本质安全型电气设备

煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面回风流中

≥1.0%CH4

1.0%CH4

掘进巷道内全部非本质安全型电气设备

采用串联通风的被串掘进工作面局部通风机前

≥0.5%CH4

0.5%CH4

掘进巷道内全部非本质安全型电气设备

≥1.5%CH4

0.5%CH4

包括局部通风机在内的掘进巷道内全部非本质安全型电气设备

高瓦斯矿井双巷掘进工作面混合回风流处

≥1.5%CH4

1.0%CH4

包括局部通风机在内的全部非本质安全电源

高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井掘进巷道中部

≥1.0%CH4

1.0%CH4

掘进巷道内全部非本质安全型电气设备

掘进机

≥1.0%CH4

≥1.5%CH4

1.0%CH4

掘进机电源

采区回风巷

≥1.0%CH4

—

一翼回风巷及总回风巷

≥0.75%CH4

—

回风流中的机电硐室的进风侧

≥0.5%CH4

0.5%CH4

机电硐室内全部非本质安全型电气设备

使用架线电机车的主要运输巷道内装煤点处

≥0.5%CH4

0.5%CH4

装煤点处上风流100米内及其下风流的架空线电源和全部非本质安全型电气设备

高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时，瓦斯涌出巷道的下风流处

≥0.5%CH4

0.5%CH4

瓦斯涌出巷道上风流100米内及其下风流的架空线电源和全部非本质安全型电气设备

矿用防爆特殊型蓄电池电机车内

≥0.5%CH4

0.5%CH4

机车电源

矿用防爆特殊型柴油机车内

≥0.5%CH4

兼做回风井的装有带式输送机的井筒

≥0.5%CH4

≥0.7%CH4

0.7%CH4

井筒内全部非本质安全型电气设备

回风巷道内电气设备上风侧

≥1.0%CH4

1.0%CH4

回风巷道内全部非本质安全型电气设备

井下煤仓上方、地面选煤厂煤仓上方

≥1.5%CH4

1.5%CH4

贮煤仓运煤的各类运输设备

封闭的地面选煤厂内

≥1.5%CH4

1.5%CH4

选煤厂内全部电气设备

封闭的带式输送机地面走廊内,带式输送机滚筒上方

≥1.5%CH4

1.5%CH4

带式输送机地面走廊内全部电气设备

地面瓦斯抽放泵站室内

≥0.5%CH4

—

井下瓦斯抽放泵站内

≥0.5%CH4

0.5%CH4

切断抽放泵站电源。

地面瓦斯抽放泵站输出利用管路中

≤30%CH4

—

不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备的瓦斯抽放泵站输出管路中

≤25%CH4

—

井下临时抽放泵站下风侧栅栏外

≥1.0%CH4

1.0%CH4

抽放瓦斯泵电源

2.2.3采煤工作面甲烷传感器的设置

2.2.3.1长壁采煤工作面甲烷传感器必须按图2设置。

U型通风方式在上隅角设置甲烷传感器T0，工作面设置甲烷传感器T1，工作面回风巷设置甲烷传感器T2；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器T1不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感器T3；低瓦斯和高瓦斯矿井采煤工作面采用串联通风时，被串工作面的进风巷设置甲烷传感器T4，如图2a所示。

Z型、Y型、H型和W型通风方式的采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行，如图2b-e所示。

图2aU型通风方式采煤工作面甲烷传感器的设置

图2bZ型通风方式采煤工作面甲烷传感器的设置

图2cY型通风方式采煤工作面甲烷传感器的设置

图2dH型通风方式采煤工作面甲烷传感器的设置

图2eW型通风方式采煤工作面甲烷传感器的设置

2.2.3.2采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器必须按图3设置：

甲烷传感器T0、T1和T2的设置同图2a；在第二条回风巷设置甲烷传感器T5、T6。

采用三条巷道回风的采煤工作面，第三条回风巷甲烷传感器的设置与第二条回风巷甲烷传感器T5、T6的设置相同。

2.2.3.3有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器必须按图4设置。

甲烷传感器T0、T1、T2的设置同图2a；在专用排瓦斯巷设置甲烷传感器T7，在工作面混合回风风流处设置甲烷传感器T8，如图4a、b所示。

图3采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器的设置

图4a

图4b

图3有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器的设置

2.2.3.4高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回风巷中部增设甲烷传感器。

2.2.3.5采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。

2.2.3.6非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述要求，即在上隅角、工作面及其回风巷各设置1个甲烷传感器。

2.2.4掘进工作面甲烷传感器的设置

2.2.4.1瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器必须按图5设置：

在工作面混合风流处设置甲烷传感器T1，在工作面回风流中设置甲烷传感器T2；采用串联通风的掘进工作面，必须在被串工作面局部通风机前设置掘进工作面进风流甲烷传感器T3。

图5掘进工作面甲烷传感器的设置

2.2.4.2高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井双巷掘进甲烷传感器必须按图6设置：

在掘进工作面及其回风巷设置甲烷传感器T1和T2；在工作面混合回风流处设置甲烷传感器T3。

图6双巷掘进工作面甲烷传感器的设置

2.2.4.3高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的掘进工作面长度大于800m时，必须在掘进巷道中部增设甲烷传感器。

2.2.4.4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。

2.2.5采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。

2.2.6设在回风流中的机电硐室进风侧必须设置甲烷传感器，如图7所示。

图7在回风流中的机电硐室甲烷传感的设置

2.2.7使用架线电机车的主要运输巷道内，装煤点处必须设置甲烷传感器，如图8所示

图8装煤点甲烷传感器的设置

2.2.8高瓦斯矿井进风的主要运输巷道使用架线电机车时，在瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器，如图9所示。

图9瓦斯涌出巷道的下风流中甲烷传感器的设置

2.2.9矿用防爆特殊型蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪；矿用防爆型柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。

2.2.10兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置甲烷传感器。

2.2.11回风巷道中的电气设备上风侧10-15m处应设置甲烷传感器。

2.2.12井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设置甲烷传感器。

2.2.13封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。

2.2.14封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器。

2.2.15瓦斯抽放泵站甲烷传感器的设置。

地面瓦斯抽放泵站内距房顶300mm处必须设置甲烷传感器。

井下临时抽放泵站内下风侧必须设置甲烷传感器。

2.2.15.1抽放泵输入管路中应设置甲烷传感器。

利用瓦斯时，应在输出管路中设置甲烷传感器；不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，输出管路中也应设置甲烷传感器。

2.2.15.2井下排瓦斯管路出口的下风侧栅栏外必须设置甲烷传感器。

2.3其它传感器的设置

2.3.1一氧化碳传感器的设置

2.3.1.1一氧化碳传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。

2.3.1.2开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面回风巷必须设置一氧化碳传感器，报警浓度为≥0.0024%CO，如图10所示。

图10采煤工作面一氧化碳传感器的设置

2.3.1.3带式输送机滚筒下风側10-15m处应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。

2.3.1.4自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。

2.3.1.5开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。

2.3.2风速传感器的设置

采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站应设置风速传感器。

风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。

当风速低于或超过《煤矿安全规程》的规定值时，应发出声、光报警信号。

2.3.3风压传感器的设置

主要通风机的风硐应设置风压传感器。

2.3.4瓦斯抽放管路中传感器的设置

瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中宜设置流量传感器、温度传感器和压力传感器；利用瓦斯时，应在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器。

防回火安全装置上宜设置压差传感器。

2.3.5烟雾传感器的设置

带式输送机滚筒下风側10-15m处应设置烟雾传感器。

2.3.6温度传感器的设置

2.3.6.1温度传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应不影响行人和行车，安装维护方便。

2.3.6.2开采容易自燃，自燃煤层及地温高的矿井采煤工作面应设置温度传感器。

温度传感器的报警值为30℃。

如图11所示。

图11采煤工作面温度传感器的设置

2.3.6.3机电硐室内应设置温度传感器，报警值为34℃。

2.3.7开关量传感器的设置

2.3.7.1主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器。

2.3.7.2矿井和采区主要进回风巷道中的主要风门必须设置风门传感器。

当两道风门同时打开时，发出声光报警信号。

2.3.7.3掘进工作面局部通风机的风筒末端宜设置风筒传感器。

2.3.7.4为监测被控设备瓦斯超限是否断电，被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器。

2.4分站及断电控制器

2.4.1分站应具有控制（含断电和声光报警，声光报警可由传感器或声光报警器完成）功能。

安全监控分站应具有：

A）甲烷浓度超限声光报警和断电/复电控制功能：

1）甲烷浓度达到或超过报警浓度时候，声光报警（声光报警可由传感器或声光报警器完成）；

2）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候，自动解锁；

3）备未投入正常进行或故障时，应切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁。

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；

B）甲烷风电闭锁功能：

1）掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0％CH4时，声光报警；掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5％CH4时，切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁，当掘进工作面甲烷浓度低于1.0％CH4时，自动解锁。

2）掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0％CH4时，声光报警，切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0％CH4时，自动解锁。

3）被串掘进工作面入风流中甲烷浓度达到或超过0.5％CH4时，声光报警，切断被串掘进巷道内全部非本质安全电气设备的电源并闭锁，当被串掘进工作面入风流中甲烷浓度低于0.5％CH4时，,自动解锁。

4）局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，声光报警，切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁，当局部通风机或风筒恢复正常工作时，自动解锁。

5）局部通风停止运转，掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0％CH4时，，必须对局部通风机进行闭锁使之不能起动，只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁，当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5％CH4时，自动解锁。

6）与闭锁控制有关的设备（含分站，甲烷传感器，电源，断电控制器，电缆，接线盒等）故障或断电时，声光报警，切断该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，与闭锁控制有关的设备接通电源1分钟内，继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源，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，严禁对局部通风机进行故障闭锁控制。

2.4.2分站应具有初始化参数设置和掉电保护功能。

分站应具有电源或外接设备用电源。

当电网停电后，应能对甲烷、风速、风压、一氧化碳、局部通风机开停、风筒状态等主要监控量继续监控。

2.4.3用于爆炸性环境的分站应是防爆型，其输入输出信号应满足下列要求：

A）外接断电控制器的分站的输入、输出信号应是本质安全的；

B）内置断电控制器的分站，除控制隔爆开关的，其他输入输出信号应是本质安全的。

2.4.4断电控制器断应与被控防爆开关正确连接。

矿用开关瓦斯电闭锁接线原理如下:

a）QBZ-80D/660型电磁起动器瓦斯电闭锁可参照图12接线,，将断电控制器的常开接点接入QBZ-80D/660型电磁起动器2、8端子，当瓦斯超限或分站或断电控制器无电后，开关断电闭锁。

图12QBZ-80D/660型电磁起动器瓦斯电闭锁接线原理图

b）BKD1-500/1140.660型矿用隔爆型真空馈电开关瓦斯电闭锁可参照图12接线，将分站断电的常开接点接入开关欠压线圈回路，当瓦斯超限或分站或断电控制器失电后，断电控制继电器释放，开关断电闭锁。

图13BKD1-500/1140.660型矿用隔爆型真空馈电开关瓦斯电闭锁接线原理图

c）BGP9L-6A矿用隔爆型高压真空开关瓦斯电闭锁可参照图14接线，将分站断电的常闭接点接入开关后腔单元的4～5端子，当瓦斯超限或分站或断电控制器失电后，断电控制继电器释放，开关断电闭锁。

图14BGP9L-6A矿用隔爆型高压真空开关瓦斯电闭锁接线原理图

3．设备安全运行的影响因素分析

影响设备安全运行主要因素为：

3.1系统中各设备之间的配接特别是本质安全型信号之间连接的应符合GB3836.4的规定,煤矿必须按矿用产品安全标志证书规定的型号选择监控系统的传感器、断电控制器等关联设备，严禁对不同系统间的设备进行置换，防止其破坏系统的防爆性能。

3.2传感器特别气体类传感器稳定性较差，直接影响到系统是否能准确、可靠地进行控制和保证甲烷超限断电和停风断电功能。

应严格按《煤矿安全规程》及《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》及产品说明书的要求，对安全测控仪器设备定期调校。

3.3传感器的位置安装应正确，配置应符合《煤矿安全规程》和煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》的要求，否则系统将无法准确监测井下的危险环境。

断电控制器断与被控防爆开关连接是否正确，直接影响到系统是否能确保甲烷超限断电和停风断电功能。

煤矿必须绘制煤矿安全测控布置图和断电控制图，并根据采掘工作的变化情况及时修改。

3.4断电控制器输出接点等设备长期使用出现故障，当模拟量断电命令与馈电状态不一致时，系统虽有馈电异常显示和报警功能，提醒中心站值班人员系统安全测控仪器出现鼓掌，但中心站值班人员必须立即通知矿井调度部门，查明原因，并按规定程序及时报上一级网络中心。

处理结果应记录备案。

如不能及时处理将会造成极其严重的后果。

4．设备安全管理重点

4.1管理制度

4.1.1煤矿应建立安全测控管理机构。

安全测控管理机构由煤矿主要技术负责人领导，配备足够的人员。

4.1.2煤矿应制定瓦斯事故应急预案、安全测控岗位责任制、操作规程、值班制度等规章制度。

4.1.3从事安全测控仪器管理、维护、检修、值班人员应经培训合格，持证上岗。

4.2设计和安装

4.2.1煤矿的采区设计、采掘作业规程和安全技术措施，必须对安全测控仪器的种类、数量和位置，信号电缆和电源电缆的敷设，断电区域等做出明确规定，本安电源供电的最大负载应符合经核准的系统产品标准（使用说明书）的规定，并绘制布置图和断电控制图。

4.2.2安装前，使用单位必须根据已批准的作业规程或安全技术措施提出《安装申请单》，分别送通风和机电部门。

安装断电控制系统时，使用单位或机电部门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，在连接时必须有安全监测工在场监护。

4.2.3为防止甲烷超限断电时切断安全测控仪器的供电电源，安全测控仪器的供电电源必须取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。

4.2.4模拟量传感器应设置在能正确反映被测物理量的位置。

开关量传感器应设置在能正确反映被监测状态的位置。

声光报警器应设置在经常有人工作便于观察的地点。

4.2.5井下分站，应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300mm，或吊挂在巷道中。

4.2.6隔爆兼本质安全型等防爆电源，宜设置在采区变电所，严禁设置在断电范围内。

隔爆兼本质安全型防爆电源严禁设置在下列区域：

（1）低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面和回风巷内；

（2）煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面、进风巷和回风巷；（3）掘进工作面内；（4）采用串联通风的被串采煤工作面、进风巷和回风巷；（5）采用串联通风的被串掘进巷道内。

4.2.7为保证安全监控系统的断电和故障闭锁功能，断电控制器与被控开关之间必须正确接线。

具体方法由煤矿主要

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