煤矿安全监测监控系统毕业设计.docx

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煤矿安全监测监控系统毕业设计

摘要

随着国家经济的快速发展，煤炭工业出现了历史以来最好的情况，煤炭持续出现买方市场，煤矿效益大大提高，但煤矿安全生产形势依然严峻，重、特大瓦斯事故频繁发生。

煤矿安全监控系统已成为煤矿安全管理、生产与设备管理的重要手段。

通过本系统可以使管理层快速、及时、准确地获取生产相关数据，提高决策科学性，从而避免或减少因决策失误而造成的安全事故和财产损失。

本文针对我国煤矿监测监控系统现状存在的问题以及发展的要求，改善了煤矿监测监控的系统组成，并根据七台河矿业集团新兴煤矿各种地质灾害实际情况，提出了矿井数字监控、视频监测监控系统的设备选型以及应用等问题的最优方案。

关键词环境安全监测视频监控系统中心站

Abstract

Asthestate'srapideconomicdevelopment,thecoalindustryhasahistoryofthebest,coalcontinuedbuyer'smarket,greatlyimprovingefficiencycoalmine,butthecoalmineproductionsafetysituationisstillgrim,heavy,frequentoccurrenceofmajorgasaccidents.Coalminesafetymonitoringsystemhasbecomeaminesafetymanagement,productionequipmentandanimportantmeansofmanagement.Throughthissystemwillenablethemanagementofrapid,timely,accurateaccesstoproductiondata,improvingscientificdecision-making,soastoavoidorreducethedecision-makingerrorscausedbyaccidentsandpropertylosses.

Thisarticleinviewofourcountrycoalminemonitorsupervisorysystempresentsituationexistencequestionaswellasdevelopmentrequest,improvedthecoalminemonitormonitoringsystemcomposition,andactsaccordingtotheQitaiheminingindustrygroupXinxingcoalmineeachgeologydisasteractualsituation,proposedtheminepitnumeralmonitoring,videofrequencymonitorquestionandsoonsupervisorysystemequipmentshapingaswellasapplicationsynergies.

KeywordsSafemonitorsupervisorysystemmonitorsthesensorvideofrequencysupervisorysystem

绪论

煤炭是我国重要的基础能源，在一次性能源生产和消费构成中历来占70%左右。

“煤为基础、多元发展”，是解决我国能源问题的基本方略。

但煤层的赋存条件和地质情况差异很大，很多矿井自然环境恶劣，受到水、火、瓦斯、粉尘、顶板事故等自然灾害的威胁，发生事故比较频繁。

过去的人工巡回检查的监测手段已经远远不能满足现代化生产对监测数据的准确性、及时性和安全性的要求。

因此，更新现代化的监测、监控设备，采用现代化的监测、监控手段，对矿井的生产设备和工作环境进行全方位、全天候的监测和监控是非常迫切的，也是非常重要的。

矿井安全监测监控是运用现代科学方法，对人类赖以生存的安全状态进行定量描述，同时尽可能灵敏并及时地收集到安全现状变化的信息和对人体健康有无异常变化的信息，在分析、评价这些资料的基础上尽早地采取具体有效的行动，以保护人类的正常生存与发展的体系。

随着煤矿工业的发展，综合机械化采煤工艺不断完善，工作面单产不断提高，对环境参数的检测和对开采、运输各生产环节的协调要求越来越高。

对环境和生产参数要求长期连续地进行可靠的检测，按一定程序进行控制。

这就逐步形成了采用多参数多测点传感器，以电子计算机为中心的矿井监控系统。

进入90年代，随着微电子技术、通讯技术、控制技术、计算机技术、CRT显示技术以及软件技术的迅猛发展，计算机更加广泛地进入工业控制的各个领域，并且正在发挥着越来越大的作用。

与此同时，计算机技术在煤炭工业领域也得到了快速、广泛的应用。

利用计算机进行实时监测是煤炭生产的一个重要环节。

矿井监测系统其主要功能是能够及时、准确地反映各类所需要的监测信息，从而满足诸如环境安全、胶带运输、轨道运输、供电系统以及对瓦斯、风速、一氧化碳、温度、负压等环境参数及设备开停、风门开闭、风筒风量不同监测对象的要求，以实现在生产中对全矿井的综合监测。

随着计算机新器件的不断出现，在借鉴国外监控系统经验的基础上，我国矿井监控系统的研制得到了快速发展，基本形成了一个完整的体系，监控系统在我国生产矿井中得到了比较广泛的应用，并在矿井的安全生产管理方面发挥了重要作用。

本文主要针对七台河矿业集团新兴煤矿地质灾害比较严重、瓦斯高突、有煤尘爆炸危险以及工作面温度越来越高的实际情况，从装备安全监测系统、设置防尘喷头等方面下手，达到对井下有害气体及工作面温度等进行有效的实时监控，当各监测指标超限时，本系统能够及时自动报警和切断电源，并且能够将各类监测到的数据及时传送到监测中心站，通过计算机对这些数据进行存贮和处理，从技术手段上很好的避免有害气体超限作业，改善矿工的健康与安全条件，提高劳动生产率，消除由此产生的事故隐患，极大地改善煤矿安全生产条件，可保证矿井的长期计划和工程的实现。

第1章安全监测监控系统的发展历程和趋势

近年来，随着国家对煤矿安全生产的要求不断提高和企业自身现代化建设的需求，我国各大、中、小型矿井都陆续安装了煤矿监控监测系统。

监控系统的装备为各级生产指挥者和业务部门提供了环境安全参数动态信息，通过对被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供技术数据，便于提前采取防范措施；通过对被测参数实时有效的控制，及时实现自动报警、断电和闭锁，便于防止事故的发生和扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材提供决策信息。

国外20世纪六七十年代发展起来的煤矿监测监控技术，近年来在我国也有了飞速的发展，各种煤矿监测系统及配套产品应运而生。

目前我国煤矿中使用的各类监测监控系统多达十几种，国有煤矿中已装备监测监控系统的矿井约占总数的三分之二。

煤矿监测监控系统的应用对改善我国煤矿的安全状况，提高煤矿安全生产效率和现代化水平起到了重要作用。

1.1煤矿监测监控技术的发展历程

1.1.1国外煤矿监控技术的发展

国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上5～10年更新一代产品。

从技术特性来看，主要是从信息传输发生的进步来划分监控系统发展阶段的。

第一代煤矿监测系统采用空分制来传输信息。

60年代中期英国煤矿的运输机控制、日本煤矿中的固定设备控制大都采用这种技术。

波兰在70年代从法国引进技术推出了可测瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数共128个测点的CMC-1系统。

[1]

煤矿监控技术的第二代产品的主要技术特征是信道的频分制技术的应用。

由于采用了频分制，传输信道的电缆芯数大大减少，很快取代了空分制系统。

其中最具代表性且至今仍有影响的西德Siemens公司的TST系统和F+H公司的TF200系统。

频分制的应用，体现了以晶体管电路为主的信息传输技术的发展，而集成电路的出现推动了时分制系统的发展，从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监控系统，其中发展较快的是英国。

英国煤炭研究院于1976年推出轰动一时的以时分制为基础的MINOS煤矿监控系统，并在胶带传输、井下环境监测、供电供水监测和洗煤厂监控等方面取得成功，形成了全矿井监测监控系统。

这一系统的成功应用，开创了煤矿自动化技术和煤矿监测监控技术发展的新局面。

到了80年代，美国以其拥有的雄厚高新技术优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统，使煤矿监控技术跻身于高科技之列。

这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。

其中有代表性的是美国MSA公司的DAN6400系统，其信息传输方式仍属于时分制范畴，但用原来的一般时分制的概念已不足以反映这一高新技术的特点。

[2]

1.1.2煤矿监测监控技术在我国的发展应用

我国监测监控技术应用较晚，20世纪80年代初，原煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作，大大促进了国内监控技术的发展。

先后从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400V、TF200、MINOS和Senturion-200）引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，研制出KJ2、KJ4等系统并通过了鉴定，90年代以来，紧跟世界监测监控系统的发展潮流，研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统，如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统、煤炭科学总院常州自动化研究所的KJ95系统等，其主要特点是：

监控分站的智能化水平进一步提高；具有网络连接功能；系统软件采用了Windows操作系统。

同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”12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，并促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。

实践证明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。

综合评价我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果，煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90、煤炭科学总院抚顺分院的KJF2000、天地科技股份公司常州自动化分公司的KJ95和北京瑞赛公司的KJ4、KJ2000等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。

1.2我国煤矿监测监控系统的发展趋势

1.2.1发展全面的监测监控专家系统

目前，我国有20余家生产监测监控系统的公司或研究所，其产品主要是监测环境安全参数，实现报警或断电控制，对生产设备的监测监控限于对设备的开/停状态进行监测，与煤炭生产全过程实行监测监控差距还较大。

在软件技术上应研究开发能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家解决方案，在事故情况下，指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材提供决策。

同时系统软件应向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数据。

发展覆盖面更广，监测监控参数更多的软件系统，为实现煤矿生产综合自动化奠定良好基础，是我国监测监控系统的发展任务之一。

1.2.2研制高可靠性、品种齐全的矿用传感器

目前，国产监控系统的配套传感器，主要存在两大问题：

一是品种不齐全，用于监测环境参数的传感器较多，而用于监测生产设备工作运行状况参数的传感器少；二是现有的传感器不同程度存在精度差、可靠性不高的缺陷。

特别是用于瓦斯综合治理和灾害预测的甲烷传感器，一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的支持检测。

在研制新型传感器是应高起点、高智能化，应充足利用微处理器的优点，做到自诊断、自校正、自调零、配置标准远传接口，统一传感器的传出信号制，以提高传输的可靠性、数据出来的简单性和传感器的互换性。

发展配套齐全、高可靠性的矿用传感器是监控系统发展的关键技术之一。

1.2.3合理的规范通信协议

现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用的通信协议，互不兼容。

目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步引进和扩充系统功能的制约因素。

有些矿井为了安全生产的需求，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不选择其他的系统。

由此，通信协议不规范的后果是造成设备购置重复、不能随意进行软件升级改造。

制定统一的专业技术标准，对促进矿井监控技术发展和系统的推广应用具有十分重要的意义。

1.2.4实现全面化的网络管理

虽然现在许多矿建立了局部的计算机网络系统，实现了本矿井的资源共享，但大多还处于一矿一系统，与外界几乎没有联系，其功能和任务也极其简单。

今后的发展趋势是各生产矿井与矿物局、各矿物局与本省乃至全国煤矿系统构成统一完整、功能先进的计算机网络系统，真正实现更大范围的煤矿资源共享。

第2章安全监测监控系统设置要求

1.矿井空气成分的监测

矿井空气成分的监测主要是检测矿井空气中的污染物的浓度。

对煤矿来说，这些污染物通常是指CH4、CO、CO2、NO、NO2等。

在矿井安全监测系统中甲烷传感器占的比例最大。

对CH4进行连续监测，目的就是当风流中CH4含量值增加到非常值时，立即发出警报，以撤出人员，切断该区域电源等。

由于有了可靠的监测手段，某些国家已放宽了风流中CH4含量的极限值。

如，波兰在应用连续监测CH4和风速的技术装备后，已把工作面入风流的CH4浓度上限量放宽到1%，而在设置屏蔽电缆的工作面则放宽到2%。

CO是剧毒气体，它不仅会危害到工人的身体健康，而且还是矿井发生火灾的预兆，因而必须对CO进行连续监测。

CO2虽不是有毒气体，也不会发生爆炸，但矿内空气中的CO2含量的增高却会导致矿井空气中的氧含量的降低，因此CO2气体也是监测的对象。

矿尘不仅会对工人的身体健康带来严重的危害，而且具有爆炸性的煤尘还是矿井安全的重大威胁，因而对矿井进行连续监测是很有必要的。

但由于目前监测空气中粉尘的传感器技术尚不成熟，目前还无法对矿尘进行连续性监测，只能采取定期测定的办法来评价矿井空气中矿尘的浓度。

（备注：

英国目前有一种可在井下连续测尘的单独测尘仪器西姆斯林

（Simsin

），这种仪器有可能与监测系统联网而对矿井空气中的矿尘浓度进行连续监测。

）

2.矿井空气物理状态的监测

直接影响矿井空气物理状态的主要物理因素是温度、湿度和风速。

风速除会影响到矿井微气候外，还决定着进入矿井空气中的有毒有害气体及其他杂质的量。

较大的风速可以保证矿井的风量，一方面达到稀释CH4浓度的目的；另一方面，较大的风速产生的紊流能使巷道边缘积聚的瓦斯被吹散。

但是过高的风速却会使矿尘飞扬，影响矿工健康，对于有煤尘爆炸性危险的矿井则更是不利因素。

因此对风速进行监测是非常重要的。

随着煤炭生产的发展，矿井深度越来越大，机械化程度也越来越高，加上其它原因，矿井生产环境中出现了高温热害。

高温热害一方面损害了矿工的身体健康，另一方面大大降低了劳动生产率，因此治理矿井高温热害是矿井通风工作者一个重要课题。

对矿井高温热害进行处理，就必须摸清通风系统中热源地点，系统高温变化趋势。

因而在高温矿井中，设置必要数量的温度传感器来监测温度就显得十分必要了。

3.通风设备（设施）运行状况的监控

通风设备（设施）运行如果出现异常，将会引起一些不良的后果。

如，局部扇风机的停止运转，可能会使掘进工作面发生瓦斯积聚。

[3]因此每个矿井都要根据自己的安全需要，把一些重要的通风设备（设施）列入通风安全的监测范围。

4.其他监控

在抽放利用瓦斯时，为保证人员及设施安全，还要在抽放泵输入管路中和储气罐输出管路中安设高浓度瓦斯、流量、压差、温度传感器。

在煤仓处还要设置煤仓煤位传感器，对其煤位进行监测，以保证煤矿的安全生产。

[4]

2.1监测和传输设备选择配置及测点布置要求

2.1.1矿井瓦斯监测系统的组成

矿井瓦斯监测系统一般由监测传感器﹑井下分站﹑信息传输系统和地面中心站等部分组成。

通常可分为开环监测控制系统和闭环监测控制系统，前者为不利用监测量去控制（调节）所关联的井下设施和设备，只进行一般的遥控的系统；后者则还需利用监测量去控制（调节）所关联的井下设施或设备。

1.监测传感器

监测传感器是矿井瓦斯监测系统的感知部分，它是用来测量系统所需测量的量或判断设备﹑设施状态的部件。

其主要有甲烷传感器﹑一氧化碳传感器﹑二氧化碳传感器﹑氧气传感器﹑温度传感器﹑风速传感器﹑压力传感器及各种状态（开关）传感器等。

传感器的供电方式有两种：

一种是一个传感器一个电源箱；另一个是集中供电的方式，即若干个传感器工用一个电源箱，而这种电源箱大多和系统分站在一起，井下使用的传感器的供电电源必须是本质安全型的。

传感器模拟出的被测量的电信号分为电压型﹑电流型和脉冲型3种。

我国初期设计的传感器的输出制式还有电压型，其中档次分的较多.目前常用的瓦斯检测报警断电仪，如AYJ-1型或AYJ-2型、ABD-21型采用的都是脉冲型。

2.井下分站

由传感器输出的统一制式的信号必须进入井下发送装置才能进入信息传输系统，这个发送装置称为井下分站。

分站的作用是收集接入的各种传感器送来的模拟信号并进行整理；根据中心站的命令将各种监测参数和设施、设备工作状态参数发送给中心站；接收中心站的控制信息，执行中心站的各种控制命令，控制所关联的设备、设施。

一些智能化程度比较高的分站，在系统电缆断开后，分站仍能继续工作，如实现超限报警、断电、连续记录监测参数等。

目前井下分站的发展趋势主要是提高智能化程度，一般来说分站备有备用电源，在电网停电时仍能继续工作。

大多数分站可以接入4-8个模拟量，输出2-3个控制量。

我国早期生产的各种瓦斯断电仪，一些监测系统，如MJC-100A、A-1，采用一个传感器一个分站的形式，这种方式适用于中小型煤矿。

3.信息传输系统

井下分站和地面中心站的连接部分是信息传输系统，它直接影响着信息的传输质量和系统的投资费用。

在电磁干扰大，环境潮湿，有易燃、易爆、腐蚀性气体，空间小，有顶板冒落危险的井下，对信息传输提出了特殊的要求，特别是传感器分散分布，信号无法集中发送时，情况尤为突出。

这就造成了矿井信息传输系统在结构上的特殊性。

信息传输系统按结构可分为放射状、环状和树状3种。

4.地面中心站

矿井瓦斯监测系统的核心部分是地面中心站。

地面中心站目前大多由计算机和信号传输接口部分组成。

信号传输接口将井下传来的信号解调送入计算机，而计算机则通过信息传输系统，向井下各分站进行通讯联系，发出指令，指挥各分站向中心站送回各种监测量。

地面中心站的计算机根据井下各分站送来的各种监测信息处理的结果，必要时可向有关分站发出指令，指挥分站控制某种对象（如井下某地区瓦斯浓度超限，切断该地区的电源），操作人员也可根据计算机提供的清单，向计算机发出控制命令，计算机通过显示屏显示各种数据，既有实时监测数据，也可以了解过去某一阶段的监测数据，还可以知道发展趋势。

计算机是整个矿井安全监测系统的核心，目前可分为两大类，一类是集中式计算机监控系统，另一类是分布式。

前者把计算机作为整个系统数据采集和处理的中心，其优点是构成简单，易于管理；缺点是当主机或传输系统发生故障时，将导致整个系统的瘫痪。

后者是利用智能远程分站将数据的采集、处理分散进行，一些可以通过本地分站就地处理的监测对象就不必进入监测系统连续遥测，而可以改变呼唤遥测，一些系统的分站有病肢切断功能，当系统某部位出现故障时，可以切断病肢，使系统其余部分正常工作.分布式矿井安全监测系统适用于地域分散、负载分散、环境条件较差的情况，其优点是在传输系统或主机出现故障时仍可进行工作。

[5]

2.1.2监测系统的选择配置要求

矿井使用瓦斯监测系统的目的是为了通过采用新技术来改进采掘过程中的安全状况，改善矿井的环境与安全条件，提高生产率；保证矿井的生产计划和工程的实现。

为此，系统的选择主要应从如下几个方面考虑。

1.矿井灾害情况

如矿井瓦斯涌出量、煤层自然发火、冲击地压及地温地热等灾害及程度都是确定建立矿井瓦斯监测系统类型的及程度都是确定建立矿井瓦斯监测系统类型的依据。

2.矿井生产情况

要根据矿井生产能力的大小与生产系统复杂程度以及井下采掘工作面的数量、机电硐室数目、装煤点数目、风硐等一些需要监测地点的数量来确定瓦斯监测系统的装备容量，并在此基础上再考虑20％-30％的备用量。

3.系统的功能

选择矿井瓦斯监测系统时应优先配用计算机系统进行数据处理，除汉字功能外，其软件功能要强，易于开发，有足够的容量，能够用来开展通风安全管理、数据统计、计算及报表编制工作，当监测点数较多时，应考虑生产监控和安全监测自成系统。

在计算机的选型上应优先使用兼容机种，要能方便地和矿、局计算机联网。

4.综合技术、经济方面

在进行矿井瓦斯监测系统的选择设计时应从技术的先进性、性能的稳定性、安全的经济效益、使用维护方便性、吨煤投资和吨煤维护费用等方面进行综合技术经济分析，以作为选择矿井瓦斯监测系统的依据。

原则上，被监测的信息量多少是确定选择系统大小的依据.一般来说，大型矿井应该选择KJF-2000、KJ-4、KJ-2000、KJ-2系统，也可以选择TF-200系统，中小型矿井可选择TF-200、A-1、A-2、MJC-100A、AU1、AYJ-80等系统，小型矿井可选择A-1、A-2、AU1、AYJ-16系统和ABD-21、AYJ-2、AWBY-2等不带微机的单一瓦斯监测系统。

需要指出的是，目前我国的矿井瓦斯监测系统仍处于开发阶段，大部分产品并没有最后定型，因此对每一种系统从技术发展上要有深入的了解。

另外，由于我国的矿井有相当一部分是处于改扩建的过程中，因此在建立矿井瓦斯监测系统时，应把矿井的近期目标和矿井的中长期目标结合起来考虑。

2.1.3监控设备选型要求

2.1.3.1监控设备选型原则

矿井监控系统是以环境监测和生产设备工况监控为目的，因此，矿井监控系统应满足：

可靠性高、抗干扰能力强、抗故障能力强、监控种类多（如甲烷、风速等多种物理量的监测）、容量大、监控距离远、监控周期短、处理软件丰富、显示直观，操作方便、使用电缆少、安装维修方便、投资少、可配置远距离终端、方便与上级主管部门联网的要求。

2.1.3.2监控总站和各分站主要设备

基本配置：

分站主机、电源、传感器电源、甲烷超限报警断电闭锁装置。

井下分站应安装在便于工作人员观察、调度、检验、支护良好、无滴水、无杂物的入风巷道或硐室中。

其距离巷道底板的高度不应小于0.3米，并加垫木或支架牢固固定。

独立的声光报警箱要悬挂在巷道顶板以下300-400㎜处，悬挂位置应满足报警声能让需要听到的人听到的要求。

地面中心站的布置要求：

矿井监测系统中心站应配备2台计算机，一台工作，一台备用，并配有打印机和屏幕显示器。

中心站要能遥测和记录所有瓦斯传感器的数据。

中心站计算机电源应有在线式不间断电源或交流稳压器加后备式不间断电源供给。

中心站机房应采用空调设施及抗静电地板。

[3]中心站基本配置：

（如GW0520-CH、P3070打印机、16吋彩显）。

2.1.4传输设备及器材选型要求

1.监测系统传输电缆要专用，不能与井下通信电缆合用，以提高可靠性。

2.监测系统各设备之间本质安全信号的连接宜选用蓝色外护套的矿用通信和信号电缆，井下非本质安全信号之间的连接不宜使用蓝色外护套的电缆。

3.监测系统中井下设备所使用的电缆应具有阻燃性能。

4.监测系统中各设备之间的连接电缆需