设计.docx
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设计
第一章概论
安全监测监控系统设置要求
设置安全监控系统的重要性
煤矿生产的主要特点之一是井工生产，井下环境差，瓦斯易于集聚，容易引起瓦斯和煤尘爆炸而酿成事故，另一特点是大型机电设备多，如提升机（绞车）、胶带运输机、刮板输送机、通风机、水泵、电气设备等，这些设备的正常运转与否，对矿井安全生产影响极大。
为了实现煤矿安全生产，管理人员能够及时了解和掌握井下环境和设备运转的状态。
根据国家煤矿安全监察局文件“关于印发《煤矿初步设计安全专篇编制内容》的通知”，要求设计配置矿井安全监测监控系统，对矿井瓦斯，井下环境和大型机电设备的工作状态进行实时监测。
以便有关领导及有关工作人员及时了解情况，采取有效措施。
普盛煤矿必须设置煤矿安全监控系统。
安全监测监控系统设置的条件及要求
系统设置的条件
矿井监测监控系统是指对煤矿井上、下的环境参数及有关生产环节的机电设备运行状况进行检测，用计算机对采集的数据进行分析处理，对设备、局部生产环节或过程进行控制的一种系统。
贵州大学勘察设计研究院2008年6月提交的《普定普盛煤矿开采方案设计（变更）》及相关图件、本矿提交的煤尘爆炸性和煤的自燃性鉴定报告、突出危险性鉴定科学技术报告及批复等文件资料。
以上的文件资料，为本专篇根据井下的巷道系统、通风情况、设备的布置和相关的鉴定报告，对本矿安全监测监控系统的具体设置提供了基础资料和设置的条件。
系统设置的要求
国家法规、文件等的要求
根据国家安监总局局长令第10号令、安标“AQ1029-2007”和《煤矿安全规程》158条“所有矿井必须装备矿井安全监测监控系统”。
矿井安全监控系统的安装、使用和维护必须符合《煤矿安全规程》、《煤炭工业小型矿井设计规范》、《煤矿安全监测监控系统及检测仪器使用管理规范》和相关规定的要求”。
本矿井下具体设置的要求
系统能对瓦斯涌出、风速（风量）、风门开闭、主要及局部通风机开停、通风机总负压、水泵开停、瓦斯抽放泵开停、绞车开停以及胶带输送机等相关电气设备的开停、粉尘、CO、T、烟雾等环境和生产系统参数进行集中监测，并能发出生光报警信号，对有关机电设备进行断电控制。
系统具有联网接口，可与矿井综合管理信息系统中的计算机网络配接。
系统配套便携式电话，以便与系统主机、分站及主要传感器等之间进行通讯联络检测地点、监测内容的确定。
安全监测监控系统选择
开采技术条件和安全条件
开采技术条件
煤层赋存、水文、断层等开采条件
本井田内主采煤层为3层C601、C504和C409号煤层，为近水平中厚煤层，煤层间距28及26m，煤层平均倾角14°。
井田位于大河边向斜中部汪家寨井田北部，为一单斜地层，构造简单。
地层走向北东，倾向137°，倾角一般在14°左右，局部见13°。
矿井开拓方式及采区巷道布置
利用老硐CD2003作为主斜井，LD8作为风井，主斜井在1817m标高，以25°倾角顶板穿层掘至+1796m标高见C601煤层后，布置井底车场以及井底水仓，沿C601煤层掘进煤层运输大巷至采区上山位置，风井在1819m标高，以20°倾角顶板穿层掘至+1800m标高见C601煤层后，沿C601煤层布置回风大巷至采区上山位置，由运输大巷和回风大巷沿C601煤层掘进运输上山和回风上山至采区上部边界，由上山向采区一翼掘进区段运输和回风顺槽至采区边界后掘进开切眼安装设备即可生产。
该煤矿为缓倾斜煤层（平均倾角14°），由于矿区范围较小，井田范围内煤层标高在+1875m～1720m之间，划分两个阶段，设一个开采水平，采用上下山开采。
本井田用1个采区1个工作面保产，采区间的开采顺序为一采区、二采区、三采区。
采区内划分为区段，区段间的开采顺序为下行式。
同一区段内工作面为走向长壁后退式回采，由采区边界向中部向上（下）山方向推进。
设计采用单层布置方式，首先开采C601煤层。
后期开采其他煤层时由主、副斜井及风井穿各煤层，沿各号煤层底板布置上、下山，采用走向长壁开采。
矿井电气设备的选择
提升运输设备
本矿主斜井安设电机功率30kW的JT1.0型单滚筒提升绞车提升煤炭、矸石及下放材料、设备；
一采区运输上山采用电机功率22kW的JTB-0.8型单滚筒井下防爆提升绞车下放煤炭、矸石提升材料设备；
工作面运输巷选用22kW的SGB-420/22刮板输送机；
工作面选用选用22kW的SGB-420/22可弯曲刮板输送机；
工作面回风巷及掘进巷道：
均采用11.4kW的JD-11.4调度绞车。
通风设备
主要通风机选用YBK56-Ⅱ-4-№12型矿用防爆对旋轴流式通风机两台，一台运转，一台备用，配套电动机型号为：
YBF225M-4,电机功率：
45kW。
掘进工作面选用DSFA-5型的局部通风机，两用两备，电机功率：
2×5.5KW。
排水设备
本矿在井底设置主副水仓及水泵房，选择80D12×6型多级分段式离心泵三台（其中一台工作、一台备用、一台检修）作为主排水用，用1台水泵排除矿井正常涌水量，用2台水泵可满足矿井最大涌水量，配备电机型号为YB2-200L1-1，功率13kw。
压气设备
本矿在地面设置压风机房，选择VF-12/7固定式空气压缩机2台，配套电动机功率75kw，1台工作，1台备用。
瓦斯抽放设备
本矿在地面设置瓦斯抽放泵房，选择SK-27型水环式真空泵两台（一台工作、一台备用），最大抽放量27.0m3/min，电机功率40kW。
安全条件
煤层顶底板
C601直接顶板为灰黑色泥岩及粉砂岩，厚3.0m，抗压强度40兆帕。
老顶为灰黑色细砂岩，有时候与粉砂岩互层，含植物化石，厚2.5m，抗压强度70.8兆帕，但易冒落。
底板为灰黑色粘土岩，厚0.2m，充水后略有变形。
老底为粉砂岩；C504直接顶板为灰黑色泥岩及粉砂岩，厚2m，抗压强度43.9兆帕，抗拉强度9.4兆帕。
老顶为灰绿色细纱岩和灰黑色粉砂岩互层，厚2.0m，含菱铁矿结核，产动物化石，易冒落。
底板为灰色粘土岩，厚0.2m，充水后略有变形。
老底为细砂岩；C409直接顶板为深灰色泥岩，含似层状菱铁质结核，厚3m，抗压强度52.2兆帕，易冒落。
老顶为灰色细砂岩，厚8.0m。
底板为灰色粘土岩，厚0.2m，充水后严重变形、底鼓。
老底为粉砂岩。
瓦斯
本矿为新建矿井，未进行矿井瓦斯等级鉴定，但根据邻近煤矿钟山区汪家寨铜厂坡煤矿2004年瓦斯等级鉴定报告，铜厂坡煤矿2004年鉴定结果，矿井绝对瓦斯涌出量为2.49m3/min，相对瓦斯涌出量为43.02m3/t。
考虑到本矿未进行瓦斯鉴定且附近的煤矿瓦斯涌出量较高，故本矿按高瓦斯矿井进行设计和管理。
煤尘爆炸性
矿区内C601、C409、C504煤层煤尘有爆炸性。
煤的自燃倾向性
矿区内C601煤层自燃倾向性分类为Ⅱ级（自燃），C409煤层自燃倾向性分类为Ⅲ级（容易自燃），设C504煤层自燃倾向性分类为Ⅱ级（自燃）。
煤和瓦斯突出情况
提供的资料中，无本矿煤与瓦斯突出报告的记录。
按高瓦斯矿井设计。
安全监测、监控和传输设备系统选择
系统的选择
普盛煤矿监测监控系统设备选型设计根据系统的主要特点，技术的选进性、技术性能、软件功能、用户使用反馈意见，系统发展前景，对普盛煤矿监测特点的适应性以及售后服务的保证程度方面，经过多家产品的对比分析，建议选用煤炭科学总院重庆分院仪表所研制的KJ90NA型煤矿综合监控系统，该设备先进，功能强，且有较强的密码保护体系，只有授权人员才能登录对系统关键数据进行操作和维护。
若矿上采用其它厂家的煤矿综合监控系统，如KJ95、KJF2000、KJ4、KJ75、KJ80等必须具有相同的监测和控制功能。
系统软件功能
系统软件应用具有良好的用户界面，操作使用方便。
具有如下功能：
（1）具有汉字功能；
（2）具有数据采集、数据处理、数据存储、数据查询功能；
（3）具有超限报警、故障检测功能；
（4）具有各种图形显示功能，可显示系统配置巡查图，生产工艺流程模拟图、设备运转工况图、通风系统及模拟量统计值曲线与实测图曲线等多种图形；
（5）井下分站和测点变更情况进行生成操作的功能。
（6）有自动打印班报、日报、月报等各种报表，打印主机屏幕上的图形、曲线和表格的功能。
安全监测、监控和传输设备选择
监测、监控设备的选择
监测、监控设备选型的原则
监测监控设备必须符合有关国家标准和行业标准，经过国家煤矿安全监察局授权的有资质的检测检验机构联检合格取得煤矿矿用产品标志。
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的防爆检验，并取得“MA”。
设备选型时应优先选用本质安全型设备。
根据《煤矿安全规程》，安全监测监控设备必须具有故障闭锁功能。
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；当主机或系统电缆发生故障时，系统必须保证瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能；当电网停电后，系统必须保证正常工作时间不小于2h；系统必须具有防雷电保护；系统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；中心站主机应不少于2台，1台备用。
设计从系统的主要特点、技术的先进性、性能价格比、用户使用反馈意见、系统的发展前景、对普盛煤矿监测监控特点的适应性以及系统研制单位的技术力量、售后服务的保证程度等方面进行综合性分析，暂按KJ90NA型煤矿综合监控系统作为本专篇的设计。
煤炭科学研究总院重庆分院研制的KJ90NA型煤矿综合监控系统是一套集矿井安全监控、生产工况监控、网络信息管理及多种监测子系统为一体的全网络化矿井安全生产综合监控系统，主要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。
该系统具有报表、曲线、图形等屏幕显示、模拟盘显示、打印和绘图、实时数据存储和各种统计数据存储、参数超限报警、控制等多种功能。
系统具有自检功能，可对分站、电源、传感器、电缆等设备进行诊断，能报警和记录并自动切除故障支路，有完善的多级口令保护功能。
系统设备具有完善的故障闭锁功能，当与闭锁有关的设备未投入正常运行或故障时能切断与之有关设备的电源并闭锁。
系统具有可靠的避雷保护措施。
煤矿井下作业人员流动性大，一旦下井后，就无法确切地知道他们所处的位置，当矿井发生透水、火灾等事故时，将给救灾工作带来极大的困难。
为了能实时的了解井下人员的流动情况，了解当前井下人员的数量及分布情况，查询任一指定下井人员当前或指定时刻所处的区域，查询任一指定人员本日或指定日期的活动踪迹，在矿井设置人员定位系统。
人员定位系统选用KJ201A型人员定位系统，该系统由软件系统和硬件系统组成，其中软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分，由这两部分软件共同支撑着整个系统的运行用于完成信息采集、识别、加工及其传输；硬件系统由发射天线、接收天线、天线调谐器、阅读卡和标识卡组成，用于完成信息采集和识别，从而实现预设的系统功能和信息化管理目标。
监测设备各设置地点和布置
井下的监测设备主要设置在回采工作面、掘进工作面、采掘回风巷、回风井、主斜井、副斜井、采区运输巷、采区轨道巷绞车房、井底水泵房、压风机房、通风机房、瓦斯抽放泵房等地点。
从普盛煤矿需要监测监控的信息源来看，普盛煤矿的监测监控点的分布具有集散型的特点。
因此监测监控系统的设计必须要适应这一监测特点，采用分站式结构。
在测点较集中的地点设置信息采集站。
监测监控总站和各分站主要设备的功能、型号及数量
监测监控总站
在地面监控室设置监测中心站：
包括IPC610监控主机2台（一用一备），数据库服务器2台，图形工作站1台，KJJ46数据通信装置2台，喷墨打印机1台，山特2KVA在线不间断电源1台，DHX90避雷器1套，10/100M自适应网络集线器1台，另外设置电话一部。
可配接多达255台远程网络终端，实现在不同地点监控信息的远程实时共享。
软件运行平台为WIN98/2000/2003环境，通过Ethernet以太局域网组成全网络化环境，协议支持标准TCP/IP等。
监测监控分站
主要功能及特点
本矿采用的监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将监测道德各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。
型号
本矿采用的监测分站型号主要有两种，型号分别为KJ90-F8型中分站和KJ90-F16型大分站。
数量
根据目前我国煤矿对信息监测的要求，每个分站的测点数以8—16个较为适宜。
本着这一原则，在普盛煤矿安全生产监测监控系统中设置7个分站，其中井下设置5个分站，地面设置2个分站，在地面监控室设置监测中心站；
井下监控分站型号见表8-2-1。
表8-2-1井下监控分站型号表
序号
监测分站
井下监控分站型号
1
大分站F1
KJ90-F16
2
大分站F2
KJ90-F16
3
大分站F3
KJ90-F16
4
中分站F4
KJ90-F8
5
大分站F5
KJ90-F16
6
大分站F6
KJ90-F16
各分站设置地点及监测监控内容详见，各监测分站和安全监测传感器选型及配置地点表8-2-2。
表8-2-2监测分站和安全监测传感器选型及配置地点
分站
安设地点
监测点号
配置地点
传感器
大型分站
F1
通风机房控制室
1（KGD）
瓦斯抽放泵吸入管
多参数
2（WK）
瓦斯抽放泵
开停
3（CH4）
风井
瓦斯
4,4'（FK）
主要通风机
开停
5,5'（ad）
行人安全出口风门
开闭
6（h）
引风道
负压
7（ch4）
瓦斯抽防风防室内
瓦斯
8（v）
风井
风速
9（co）
风井
一氧化碳
10（t）
风井
温度
大型分站
F2
副井绞车房内
11,11'（YK）
地面压风机
开停
12（YL）
总压风管出口
压力
13（KCD）
瓦斯抽放泵吸入管
多参数
14（JK）
副井绞车
开停
15,15'（WK）
瓦斯抽放泵
开停
16（V）
副井
风速
大型分站
F3
配电硐室
17（T）
10202工作面回风巷距回风巷0——15m内
温度
18,18'（SW）
井底水仓
液位
19（CH4）
10202工作面回风巷距回风巷0——15m内
瓦斯
20,20'（SK）
井底水仓水泵
开停
21（YW）
主井皮带机下风侧
烟雾
22（CO）
10202工作面回风巷距回风巷0——15m内
一氧化碳
大型分站
F4
10202运输联络行内
23,23'（AD）24,24（AD）
水泵房回风道风门
开闭
水泵房回风道风门
开闭
25,25'（FK）
主要通风机
开停
26（CH4）
10202面风巷
瓦斯
27（FC）
10202面运输巷掘进头
粉尘
28（CH4）
水仓
瓦斯
29（MK）
10202面运输巷掘进头煤电钻
开停
30（TK）
10202面运输巷掘进头探水钻
开停
31（YK）
10202面运输巷掘进头岩石电钻
开停
大型分站
F5
10201运输巷车场内
32（MK）
10202面运输巷掘进头煤电钻
开停
33（TK）
10202面运输巷掘进头探水钻
开停
34（YK）
10202面运输巷掘进头岩石电钻
开停
35（CH4）
10201面运输巷掘进头
瓦斯
36（FC）
10201面运输巷掘进头
粉尘
37（CH4）
10201面运输巷掘进头回风流
瓦斯
38,38（AD）
10201面运输巷风门
开闭
39,39'（FK）
10201面运输巷掘进头局部通风机
开停
大型分站
F6
10201回风巷车场内
40（TK）
调节风门开关传感器
开停
41（T）
采区轨道巷绞车房内
温度
42（CH4）
10201面回风巷掘进头回风流
瓦斯
43（JK）
10201采区回风巷调度绞车
开停
44,44'（AD）
10201采区回风巷绞车房回风道风门
开闭
45（CH4）
10201采区回风巷绞车房内
瓦斯
46（V）
采区回风巷
风速
47（JK）
才去轨道巷绞车
开停
传输设备及器材选型
传输设备及器材选型原则
传输设备应符合《中华人民共和国煤炭行业标准煤矿用信息传输装置》（MT/T899－2000）。
用于监测监控系统的误码率不应大于10－6，最大巡检周期不应大于30s。
安全监测监控设备之间的输入输出信号必须为本质安全型信号，设备之间必须使用专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话线和动力电缆等共用。
传输设备及器材型号、数量
安全监测、监控设备之间的输入输出信号必须为本质安全型信号，设备之间必须使用专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话线和动力电缆等共用。
传输接口采用KJJ46型数据通信接口，主要实现地面中心站与井下监控分站之间的数据双向通信、地面非防爆设备与矿井防爆设备之间的电气安全隔离等功能。
通讯方式：
DPSK/RS485，通讯速率：
2400bps，通讯距离：
25km。
信号电缆的选择必须满足《煤矿安全规程》的规定，必须选用经检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。
本系统选用阻燃型的矿用信号电缆，本矿当形成第一个回采工作面161工作面时，本矿中心站至地面及井下分站选择主通讯电缆MHYVR1×2×7/0.37进行传输，其长度为910m；分站到模拟量传感器电缆选择MHYVR1×4×7/0.43进行传输，其长度为4060m；分站到开关量传感器电缆选择MHYVR1×2×7/0.30进行传输，其长度为2470m；控制电缆采用MHYVR-1×2×7/0.28型信号电缆，长度为140m。
电缆每隔100m作一黄色标志，标志电缆长度为100m，电缆的敷设、连接方式按相关规程规范的规定执行。
表8-2-1监测分站信号端口
名称
KJ90-F16型井下监控分站
KJ90-F8型井下监控分站
信号采集端口
模拟量信号/开关量信号输入口（通过中心站软件设置可以互相转换）
16路
8路
数字量输入口
1路
1路
脉冲量输入口
1路
1路
断电控制端口
近程断电输出口
2路
1路
远程断电输出口
6路
4路
通讯端口
RS-485通讯口
1路
1路
10/100Mbps自适应以太网口
1路
1路
注：
表中的所有端口均为本安端口。
监测设备各类传感器布置
回采工作面传感器选型及配置
各类传感器类型、数量、位置见下表8-3-1
表8-3-1回采工作面
回采工作面瓦斯传感器布置图见下图8-3-1。
T0
图8-3-1回采工作面CH4传感器布置图
T0—上隅角CH4传感器
T1—回采工作面CH4传感器
T2—回采工作面回风巷CH4传感器
（注：
后期开采从C504号煤层及+1796m标高以下的C601号煤层时，按突出矿井进行设计和管理，则须在采面运输巷距采面10m内设置瓦斯传感器T3）
掘进工作面传感器类型及配置
各类传感器类型、数量、位置见下表8-3-2
表8-3-2掘进工作面
掘进工作面瓦斯传感器布置图见下图8-3-2。
图8-3-2煤巷掘进工作面CH4传感器布置图
T1—掘进工作面风流中的CH4传感器
T2—掘进工作面回风流中的CH4传感器
其它地点传感器类型及配置
瓦斯抽放泵站及抽放管路各类传感器类型、数量、位置见下表8-3-3
表8-3-3瓦斯抽放泵站及抽放管路
主要通风机及风井各类传感器类型、数量、位置见下表8-3-4
表8-3-4主要通风机及风井
井筒及地面压风机各类传感器类型、数量、位置见下表8-3-5
表8-3-5井筒及地面压风机
机电设备硐室及其它巷道各类传感器类型、数量、位置见下表8-3-6
表8-3-6机电设备硐室及其它巷道
各类传感器的报警、断电、复电和断电浓度及范围见表8-3-7
表8-3-7各类传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围
CH4传感器设置地点
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
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
＜1.0%CH4
工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备
采煤工作面进风巷（注：
后期按突出矿井管理时设置）
≥0.5%CH4
≥0.5%CH4
＜0.5%CH4
进风巷内全部非本质安全型电气设备
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
掘进工作面回风流
≥1.0%CH4
≥1.0%CH4
＜1.0%CH4
掘进巷道内全部非本质安全型电气设备
矿井总回风巷
≥0.75%CH4
井下水仓内
≥0.5%CH4
瓦斯抽放泵站室内
≥0.5%CH4
瓦斯抽放泵吸入管
≤25%CH4
CO传感器设置地点
报警浓度
采煤工作面回风巷、皮带机下风侧、风井
≥0.0024%CO
T传感器设置地点
报警浓度
采煤工作面回风巷
≥30°
机电设备硐室
≥34°
风速传感器设置地点
报警浓度
采煤工作面回风巷、主副井、风井等地点
风速低于或超过规定值
各类传感器参数的有关参数
瓦斯传感器
瓦斯传感器设置在井下工作面，掘进头、回风巷道等地方，用于连续监测井下气体中甲烷含量，当甲烷含量超限时，应具有声光报警功能，同时由有关设备切断相应范围的电源。
传感器的测量范围：
0～4％CH4连续可测
传感器的测量误差：
对0～1％CH4范围为±0.1％CH4
对1～2％CH4范围为±0.2％CH4
对2～4％CH4范围为±0.3％CH4
报警值0.5～1.5％可调，光信号应能在20m内清晰可见。
传感器的响应时间应不大于15s。
瓦斯传感器参数要求详见表8-3-7。
风速传感器
风速传感器安装在井下各主要风道，测量其风速，以保证井下各井巷中的风流速度符合规程要求，同时还可依据所测点巷道的断面计算出其风量及吨煤风量。
测量范围：
0.25～18m/s
测量精度：
满量程的±2％。
风速传感器参数要求详见表8-3-8。
表8-3-8各安装地点风速传感器参数
安装地点
允许风速（m/s）
测量范围（m/s）
显示精度（m/s）
主要进风巷
＜8
0～12
0.1
主要回风巷
＜8
0～12
0.1
工作面回风巷
0.25～4
0～8
0.1
掘进岩巷
0.15～4
0.1
负压传感器
负压传感器安装在通风机的进风口处，用于连续监测矿井风机的负压。
测量范围：
0.25～-5kPa（表压）
测量精度：
≤±1％
一氧化碳传感器
一氧化碳传感器安装在回风井中及具有自燃倾向的回采工作面回风流中以及皮带机下风侧，用于连续监测矿井风流中的一氧化碳浓度。
报警浓度：
≥0.0024%CO。
烟雾传感器
烟雾传感器安装在胶带
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