安全监测监控课程设计.docx
《安全监测监控课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全监测监控课程设计.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
安全监测监控课程设计
《安全监测监控》
一井田概况
1.1地形地貌
马临公司井田属于大娄山系尧龙山主脉的南西端，地形复杂，切割甚剧，高山重迭，峰峰相应，沟深谷峡，悬崖林立，平坦之地不多。
就井田的地势而言，东北部高，西南部低，海拔高度964.5～1652.2m，相对高差687.7m。
二叠系下统及其下伏地层在本区南界自成一山，沿走向连绵不断；组成本区北界者，为二叠系上统的上部和三叠组地层，多呈起伏不大的缓坡，自南向北倾斜的单面山势，煤层出露标高+1015～+1510m。
1.2地质特征
本区地层从老到新主要有三个大的地层系见表1。
表2-1地层简表
第四系
坡积、残积、洪积层。
一般厚0～8m
三迭系
下统
夜郎组：
玉龙山段：
泥灰岩。
下统
夜郎组：
沙堡弯段：
钙质泥岩及泥灰岩互存。
二迭系
上统
长兴组：
灰岩为主，泥灰岩、薄层钙质泥岩等。
龙潭组：
沙质泥岩为主，含煤25—32层。
马临井田勘查区内地层由老到新出露基本良好，分布有：
第四系、三叠系下统夜郎组、二叠系上统长兴、龙潭组。
出露地层由老到新分述如下：
1、二叠系上统龙潭组（P2l）
龙潭组为含煤地层，为海陆交互相，主要由灰~深灰、泥岩、石灰岩、粘土岩、煤层组成。
厚76.98～108.64m，平均87.34m。
2、二叠系上统长兴组（P2C）
主要由浅至深灰色灰岩组成，平均厚82.78m
3、三迭系下统夜郎组（T1Y）
为浅灰绿色块状泥灰岩组成，平均厚6.38m。
4、第四系（Q）：
为坡积、残积、洪积层，由黄褐、灰黄色细粒土、粘土等组成，一般厚6～10m。
1.3地质构造
马临井田位于扬子准地台黔台隆遵义段拱，毕节北东向构造变形区之西比缘，现今构造面貌皆为燕山期地壳运动的产物。
一般说，区内构造中常，无岩浆活动，构造形式以褶皱为主，断裂次之。
褶皱一般呈北东向展布，断裂以北东---南西向断裂为主，北西---南东断裂次之前者规模较大，延伸较长，东南隅断面多倾向北西，以高角度正断层为主，逆断层次之。
近北西---南东向断层，规模较前者小，延伸短，端面倾向一般不明显，多切割前者。
井田范围内，除8号勘探线以西三叠系地层中，见有自东向西展布的二级褶皱和呈北东---南西向延伸的、规模不大的断层外，构造甚为简单。
地层走向作北东（65°）～南西（245°），倾向北北西，倾角14°～32°。
一般在20°上下，总的趋势是井田东部较陡，西部较缓，比部较陡，南部较缓，呈单斜产出。
团山堡背斜：
分布于井田西部，轴向近东西，向东于8～10号勘探线间消失，向西延伸出图幅，长1500m。
背斜轴面近直立，波幅最大50m，两翼对称宽缓，北翼地层倾角9°～13°，南翼11°～15°，横切面呈较协调的园弧形。
核部地层为P2C，两翼依次为T1y2、T1y2和T1y3。
四埂上向斜：
见于井田西部，与团山堡背斜平行展布，其延展规模、褶皱形态十分相近，向斜在井田内延长1200m，比翼地层倾角14°～18°，南翼10°～17°，轴部地层为T1y3，两翼分别为T1y2、T1y2和P2C。
根据勘探资料和实际收集，井田内对煤系地层有影响的断层共约3条，F2、F6、F1。
其中F1断层为三号井+1050水平大巷至+1137回风联络上山揭露的一组同倾向逆断层，累计落差50m左右，（在三号井主平硐内已经揭露），在F1断层附近200米左右其伴生构造极为发育，对采掘部署影响较大。
表2-2主要断层特征表
编号
断层性质
倾向
倾角（度）
断距（米）
控制工程
备注
F2
正
北
50
4
C8运输下山
垂直断距
F1
逆
北
56
50
主平硐实见
垂直断距
F6
正
北西
58
10～15
ZK601
垂直断距
二水文地质条件
2.1水系分布
井田中部之两叉河，发源于官坪附近，自东流向南西，最后于井田南西端进入朝阳洞经暗流汇入赤水河。
在两叉河上游构筑有东风水库，面积0.63Km2，库容1050万m3，可供当地工农业及生活用水。
2.2矿区水源情况
地下水：
马临三号井现有工业场地东北部黑塘涌水点，距三号井主平硐口水平距离约2.0km，距现有450m3水塔水平距离约1500m。
是该煤矿技改工程的配套引水水源，该地下水可用正常涌水量450m3/h左右，水质好，消毒后可作该煤矿生活消防用水水源。
井下水：
马临井田井下正常涌水量为50m3/h，最大涌水量为450m3/h。
距主平硐250m出水点正常涌水量20m3/h左右，水质较好。
根据上述水源情况，马临煤矿改扩建后生产、生活供水水源仍为该煤矿现有生产、生活水源以及黑塘涌水点备用水源。
井下水经处理站处理后可作煤矿生产用水、地面瓦斯泵房用水、地面转载点洒水降消尘用水等。
三火灾爆炸情况
3.1瓦斯涌出量
矿井地质构造复杂，构造形式以褶皱为主，断裂次之，加上矿井瓦斯含量高，矿井瓦斯相对涌出量为59.38m3/t，属高瓦斯矿井。
3.2煤尘爆炸性
经鉴定，该煤矿煤尘爆炸指数小于10%，无煤尘爆炸危险性。
3.3自燃发火情况
经重庆煤科院鉴定：
煤层没有自然发火现象。
4.传感器布置
4.1功能概述
矿用传感器大体可分为环境传感器和生产参数传感器两大类。
环境传感器一般包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度、风速、负压、粉尘、烟雾等，而生产参数传感器主要包括设备开停、料位、皮带称重、机组位置、皮带打滑、电压、电流、功率等。
4.2传感器布置方法要求
结合该煤矿的实际情况，本设计中主要布置甲烷、温度、风速、负压、烟雾等环境传感器及风门开关、绞车开停、皮带机开停、水泵开停等开关量传感器。
其布置按以下方法考虑。
4.2.1瓦斯传感器布置
根据《矿井通风安全监测装置使用管理规定》，井下瓦斯传感器的布置应按如下进行。
（1）回采工作面传感器的布置
回采工作面瓦斯传感器的布置示意图如下图所示。
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；传感器T的瓦斯报警浓度为1%,瓦斯断电浓度为1.5%CH4,复电浓度为小于1%CH4,其断电范围为工作面及回风巷中全部非本质安全型电器设备。
图4-1回采工作面瓦斯传感器布置示意图
（2）掘进工作面传感器的布置要求
在瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，瓦斯传感器按图4-2所示布置。
T的报警浓度为1%CH4，瓦斯断电浓度为1.5%CH4，复电浓度为小于1%CH4，其断电范围为掘进工作面中全部非本质安全型电器设备。
掘进工作面与掘进工作面串联通风时，如己17-210081掘进工作面，应按图3-3所示，在被串入的掘进工作面的局部通风机入口前3～5米处增加瓦斯传感器T3，其报警浓度为报警浓度为0.5%CH4，瓦斯断电浓度为0.5%CH4，复电浓度小于0.5%CH4，断电范围为回采工作面及回风巷中全部非本质安全型电器设备。
图4-2掘进工作面瓦斯传感器布置示意图
4.2.2风速传感器布置
风速传感器安装在矿井巷道中，用来监测矿井通风状况。
根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215—94）10.4.7规定，矿井采区进回风巷、总回风巷、主通风机风硐，应设置连续风速传感器，并接入矿井安全监测系统。
此外，在风速高于或低于设计风速20%时，发出声光报警。
传感器安装地点一般设置在顶板较好，无明显淋水，又不妨碍运输和人、车工作，且前后至少10m，最好70m内无障碍物的安全地带。
传感器可挂在巷道壁面、中部，最好该点风速值能代表该点巷道断面的平均风速值。
如果测点的风速不是平均风速，也可通过调整传感器内输出幅度电位器使输出信号值与巷道断面的平均风速值一致。
传感器侧头的进风口和出风口一定要与风流方向一致，偏移角度应不大于5°。
4.2.3温度传感器布置
温度传感器用于监测矿井环境温度、预防火灾。
根据《煤矿安全规程》规定，采掘工作面不能超过26℃，机电硐室不能超过30℃。
因此，本设计中，在采掘工作面和所有机电硐室（如变电所、炸药房、水泵房等）都布置上温度传感器，对温度进行严密监视。
4.2.4负压传感器布置
在矿井的通风工作中，矿井的风压是矿井通风的一个重要参数，通过对风压的连续监测，可为矿井的通风管理，风量的测配等通风安全工作及时提供必要的数据。
在矿井均压灭火技术中，密闭内外的压力是灭火工作中的一个参数，它的连
续监测对防灭火工作是十分必要的。
在煤矿还须监测瓦斯抽放泵的工作压力、井
下主要风门两端的压力，这些情况下都需使用矿井负压传感器。
图4-3负压传感器安装示意图
为了对全矿井用风量情况及其分配有较好的了解，在井底车场、各采区进回风巷及总回风巷设置负压传感器。
传感器的固定支架埋入巷道侧壁或风机墙壁上，用水泥封。
传感器应垂直固定，安装地点应无淋水。
测量通风总负压与密闭压力时，负压传感器安装方法见图。
测量风门时安装方法与之类似，但应注意正负压嘴不得装反。
测量密闭压力时，一般选用0±500Pa的传感器。
4.2.5开关量传感器布置
为了对井下各设备的工况参数进行实时的监控，需对设备安装各开关量传感器。
在本设计中，对关系重大的风门、采区轨道巷绞车、人行车、皮带机、水泵及局扇进行重点监测。
4.3分采区传感器用量统计
针对所确定的监控范围及上述传感器布置方法，各监测量统计如表4-1所示：
总体上说，监控范围涉及整个矿井。
但由于本监控系统侧重于井下环境参数的监测，因此，监控范围主要集中在各采煤工作面和采掘工作面。
表4-1监测量统计表-采区工作面及大巷
监测区域
监测量名称
数量
监测区域
监测量名称
数量
回采工作面及其周围
瓦斯
3
井底车场大巷及其周围
瓦斯
4
风速
1
风速
2
风筒
0
风筒
0
温度
1
温度
0
开停
0
开停
0
风门
2
风门
2
一氧化碳
1
表4-2监测量统计表-掘进工作面及回风井
监测区域
监测量名称
数量
监测区域
监测量名称
数量
掘进工作面及其周围
瓦斯
4
回风井及其周围
瓦斯
2
风速
2
风速
1
温度
0
温度
1
开停
0
开停
1
风门
1
风门
1
风压
0
风压
1
一氧化碳
1
4.4总结分析
在分区布置完后，经上述统计很清晰的将各采区大范围内传感器的布置展现出来。
根据传感器的多少，及其相应的位置分布，相应的设定了3个中分站和一个大分站。
在相应的区域都设置了所需要的相应的传感器，清楚的展现在了各个分站的传感器的类型和数量及其分布位置。
井下传感器布置见附图1。
5.分站布置
5.1功能概述
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下一级信息传输系统，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，分站仍能独立工作，如实现超限报警、断电、连续记录监测参数等。
一般来说分站备有备用电源，在电网停电时仍能继续工作。
表5-1传感器用量统计表
传感器类别
种类
数量
预留量（30％）
合计
模拟量
甲烷
16
3
19
风速
6
3
9
温度
3
1
4
一氧化碳
3
1
4
风压
1
1
2
开关量
开停传感器
8
4
12
总计
31
13
44
5.3分采区分站用量统计
按上述方法布置的分站数量统计如下表3-2所示：
表5-2分站数量统计表
分站序号
拟安装地点
传感器监测量名称
数量
1、2
回采工作面及其周围
瓦斯
3
风速
1
风筒
0
一氧化碳
2
温度
1
开停
0
风门
2
烟雾
0
3
井底车场大巷及其周围
瓦斯
4
风速
2
风筒
0
温度
0
开停
0
风门
2
4
掘进工作面及其周围
瓦斯
4
风速
2
温度
0
开停
0
一氧化碳
1
风门
1
风压
0
5
回风井及其周围
瓦斯
2
风速
1
温度
1
开停
1
风门
1
风压
1
由此可以计算，总计有31个传感器，需要5个分站。
6.确定传输方式
6.1传输方式
矿井监控信息传输标准是矿井监控系统硬件通用、软件兼容、信道共用’、信息共享的基础，对促进矿井监控产品标准化、提高产品质量具有重要作用。
矿井监控信息传输标准对矿井监控系统的传输介质、网络结构、传输方向、复用方式、信号量等进行了规定。
6.2传输介质
现在煤矿井下环境制约了井下无线通讯的发展，所以在矿井监控环境使用的是双绞线和光缆，因此除了移动设备之外一般采用价格低廉的双绞线，也有使用光缆以应备日
后传感器更换以及日后大量多种传感器共享光缆传输的情况，以适应多媒体监控以及视频监控人员定位的需要。
在矿井传感器监测的传输线缆依照《矿用信号电缆执行标准：
MT818.14-1999》以及《煤矿用阻燃通讯电缆检查细则》。
对于何处使用何种线缆有明确的要求，如下图要求所示。
因此依据本次设计的基本情况，本次线缆选择价格相对合适的双绞线，但是光纤传输在稳定性长传输距离上的优势以及其传输容量大的优点是双绞线传输不可比拟的，并且现在的煤矿监测大系统中已经添加光端机，将光信号和电信号进行转换。
因此在光纤传输上有很强的扩展性，为了以后大数据量的视频监控，以及人员定位系统扩展以及信号的多路复用提供了有利条件。
但基于矿井产量储量开采年限的设定，在这里选用双绞线。
其中接线盒的种类以及行业技术要求依照煤炭行业标准编号MT/T945-2005《煤矿用增安型低压电缆接线盒》以及GB3836．1～4防爆电气国家标准，进行选择。
6.4传输方向
单向传输仅适用于监测系统，全双工传输使用传输通道较多。
因此，矿井监控系统宜采用半双工传输。
虽然在传输上有延迟，但是经济上无疑是优选的，更重要的是半双工和现有的计算机网络的传输方式相同，也具有更好的兼容性。
6.5信号复用方式
矿井监控系统宜采用时分制复用方式。
6.6信号
矿井监控系统宜采用不归零矩形脉冲数字信号传输。
7.分析比较各厂家监控系统的功能及特点，确定具体的煤矿监控系统型号
7.1KJ90型煤矿综合监控系统
7.1.1、功能及用途
KJ90型煤矿综合监控系统是以工业控制计算机为中心的集环安全．生产监控信息管理．工业图象监控和子系统为一体的分布式全网络化新型煤矿综合监控系统，以其技术的先进性和实用性深受矿用户的欢迎，是我国目前推广应用较多，具有一定影响的煤矿监控系统之一，同时该系统在交通隧道．石油天热气从环保领域也得到了较好立用；KJ90型煤矿综合系统能在地面中心连续自动监测矿井各种环境参数，并实现网上实时信息共共享和发布，每人输出监测报表，对异常状况实现声光报警和超强断电控制；该系统除具有煤矿监测系统的通用功能外，工具有其他一些特点。
7.1.2、主要特点
（1）系统地面中心站监控软件采用模块化面向对象设计技术，网络功能强、集成方式灵活，可适应不同规模需求；
（2）支持WINDOWS9X/NT/WEB环境，操作简单直观，容错能力强；
（3）具有独特的三级断电功能。
可进行传感器就地断电功能、分站程控断电、中心站手控断电和分站之间的交义断电；
（4）具有数据密采功能，允许多点同时密采，最小实时放据存储间隔可达1秒；
（5）可挂接火灾监测子系统、瓦斯抽放监测子系统．电网监测子统．工业电视系统等，便于统一管理。
（6）具有实时多屏多画面显示。
最多可带16台显示器，屏幕显示方式可由用户设置组合成不同结构，并可配接大屏幕液晶投影系统；
（7）地面中心监控信息和工业监控图象通过射频和视频驱动系统进入闭路电系统；
（8）网络终端，可在异地实现监察控系统的时实信息和文件共享．网上远程查询各种监测数据及报表、调阅显示各种实时监视画面等。
（9）多种类型的分站可独立工作、自动报警或断电。
可自动和手动初始化，具备风电瓦斯闭锁功能。
（10）井下监控分站具有就地手动初始化功能（采用红外遥控方式进行）当分站掉电后初始化数据不丢失；当井下分站与地面中心站失去联系时，分站可自动存储2h的数据。
（11）监视屏幕显示生动，具有多窗口实时动态显示能力，显示画面可由用户编排，交互能力强。
（12）有强大的查询及报表输出工能，可出数据．曲线．柱图方式提供班报、日报、旬报．报表格式可由用户自由编辑；
（13）可同时显示六个测点的曲线并可通过游标获取相应的数值及时间，显示曲线可进行横向或纵向放大。
查旬时间段可任意设定（1H~30d）.同时提供有对曲线的分忻．注释文字编辑框；
（14）断电控制具有回控指令比较，可确保可靠断电，当监测到馈电状态与系统发出的断电指令不符时，能够实现报警和记录；
（15）完善的密码保护体系，只有授权人员才能对系统关键数据进行维护操作。
7.1.3、数据传输装置
KJ9010型数据传输装置是系统的一个重要部分，用来实现地面中心站监控主机与井下分站之间的电气本安隔离信号转换，它能支持时分制基带，也可以为DPSK方式通讯，通讯率达2400波特率。
7.1.4、监控分站及电源
监控分站及电源是KJ90型煤矿综合监控系统的核心设备之一，具有智能化程度高、功能高，结构简洁灵活（即可分体式，也可一体化）和系列化等特点，主要完成实时信号采集，预分析处理、显示控制、数据通讯及传感器集中供电等功能，为矿用隔爆型兼本质安全型产品，适用于有爆炸性危险的场所。
工作原理和主要结构
KJ90型煤矿综合监控系统是以工业控制计算机为核心的全网络划分布式监控系统，主要由地面中心站、数据传输接口、网络设备、图形工作站、多媒体网络终端、井下系列化监控分站及电源、各种矿用传感器、控制器及监测子系统等组成。
整个系统由地面监控中心站集中连续地对地面和井下各种环境参数、工况参数以及监测子系统的信息进行实时采集、分析处理、动态显示、统计存储、超限报警、断电控制和统计报表查询打印、网上共享等；井下监控分站及电源完成对各种传感器的集中供电，并对采集到的传感器信息进行分析预处理，超限可发出声光报警和断电控制信号，同时与地面进行数据通讯。
KJ90型煤矿综合监控系统地面部分采用星型拓扑结构，以Ethernet局域网方式运行，网络协议支持TCP/IP、NETBIOS和对等广播。
监控软件运行平台全面支持WINDOW95/98-NT/WEB操作系统。
井下网络采用树型拓扑结构，安装灵活，可靠性高。
7.1.5系统设备
（二）系统主要设备
（1）地面中心站：
主机为586、166M以上工控机，终端机为P2以上，监控软件运行平台为WINDOWS9X/NT/WEB;
（2）数据传输接口：
通讯速率为2400bps；传输方式时分制基带或DPSK;电源电压为220VAC；隔离电压1500V；与计算机接口为标准RS-232C;
（3）监控分站与电源：
KFD-2型大分站（8个模拟量、8个控制量、8个开关量）；KFD-3型中分站（4个模拟量、4个控制量、4个开关量）；KFD-3B型小分站（2个模拟量、2个控制量、2个开关量）；输入信（200~1000Hz\1~mA\4~20mA\1/5mA）;模拟量开关量可任意调换；
（4）远程断电器：
KDD-1型，容量36V、5A；KDD-2型，容量660V/0.3A；断电距离大于10km。
（三）配置的主要传感器
表7-1配置的主要传感器
名称
型号
适用范围
低浓度瓦斯传感器
KG9701型
0~4%
高浓度瓦斯传感器
KG9001B型
0~100%
风速传感器
CW-1型
0.3~15m/s
负压传感器
KG9501型
0~5kPa
温度传感器
KG9501型
0~40%
一氧化碳传感器
KG9301型
0~500≤10`6
水位传感器
KJ92型
0~5m
烟雾传感器
KG8005型
氧气传感器
KG8903型
0~25%
设备开关传感器
KTC－90型
3A以上交流
风门开关传感器
KG92-1型
顶板动态传感器
KG9302型
0~200mm
顶板压力传感器
KG9303型
0~500kN
馈电开关传感器
KG9401型
声光报警器
AGS型
7.2KJ95型煤矿综合监控系统
7.2.1功能及用途
（一）监测监控系统功能
（1）可以监测瓦斯，风速，负压，一氧化碳，烟雾，温度，风门开关等环境参数，也可监测煤仓煤位，水仓水位，压风机风压，箕斗计数，各种机电设备开停等生产参数和电压，电流，功率等电量参数，以及输送带速度，轴承温度，机头堆煤等各种机电设备的运行情况。
（2）可以配接输送带集中控制，轨道运输集团，电力监测等子系统，以实现局部环节的自动化。
（3）可以在全监测系统范围内通过便携式调式电话机与地面中心站或分站、传感器之间进行语音通信。
（4）工作人可以在中心站利用鼠标通过PC机CRT上的对话框进行各种操作，以便对矿井设备配制和测点进行生成操作。
（5）可以方便的在屏幕上绘制各种模拟图形。
（6）可以方便地由用户自行生成各类表格
（7）通过主机的RS—232串行口实时地与分站设备进行广播式通信。
（8）通过主机的RS—232串行口实时地与模拟盘进行广播式通信。
（9）主机上插网卡，即可实现监测系统直接上网。
（10）可以配接绘图仪，以便绘制各种图形和监测曲线。
（11）可以配接大屏幕或投影仪，以便在更大的面积上显示更多的工艺流程模拟图、监测曲线、表格和文字、以及主机CRT上所能显示的全部内容。
（12）可以通过扫描仪输入图像图片资料，并进行图文编辑。
（13）对各类报警信息进行处理，并实时地进行存储和报警。
（14）对监测到的实时数据进行处理，模拟量每min存一贯平均值，开/停信息按小时计时，累计量按小时累计，并存储。
（15）通过主机CRT可以显以下几大类信息：
系统生成及操作；时钟和日期显示；工艺流程模拟图形显示；开关量的实时值，累计开/停时间显示；累积量的实时值显示，各类报警表格显示；系统相关设备及软件操作说明显示。
（16）在井下高智能分站上主要可完成以下功能：
实现采煤工作面，掘进工作面以及串联通风情况下的风电瓦斯闭锁；电网停电后，可继续工作2H；分站上有液晶显示窗口，以次可显示16个汉字和字符；可储存24h的瓦斯数据，并能以曲线形式显示出来；站内设有键盘，可任意设置报警点和断电点；可定点显示某一点或巡回显示各各测点的实时监测值；该分站可单独使用，也可作为分站一级设备使用。
（二）调度通信系统功能
（1）可与地面交换机配接，实现一次等位拨号，或单独成居中继入网；
（2）系统采用分散铃流，铃流故障时，只影响所在用户话机，铃音有两种，即复合和单音。
易识别来自地面交换机（复合音）还有程控调度交换机（单音）的振铃；
（3）调度台上有24位数字显示，每个键有红绿灯对位显示，运行状态清晰，操作方便，话机有16位键，其中4位是功能键；
（4）有单呼、群呼、全呼及单扩、群扩、全扩等功能；
（5）有会
升级会员 