平煤股份十二矿智能远程爆破系统技术方案.docx

1、平煤股份十二矿智能远程爆破系统技术方案1.概述平煤二矿位于平顶山矿区中部，程平中路44号院，地理坐标：东经1131630至1131930，北纬334500至334600。二矿南距平顶山市火车站约4公里，由该站往东至孟庙火车站约70公里与京广线相接，向西至宝丰火车站约28公里与焦枝线相接。煤矿专用铁路通过矿内与国铁接轨。矿区公路公路网与河南省主要公路连接，交通十分便利。建矿以来二矿在集团公司领导的精心关怀下二矿人一步一个脚印，一步一个辉煌正在大跨步的向前高速发展。1.1. 总体设计思想为了贯彻国家四部委的文件，落实省局和集团公司的有关会议精神，为了加强下井人员的安全管理，建设“ 本质安全型矿井、

2、数字化矿山”，矿领导决定建立本质安全型放炮监控系统。煤矿领导非常重视安全生产，近一两年来在质量标准化、安全监测监控、安全管理、安全教育等方面投入了大量资金，使安全生产环境发生了根本性的变化，安全生产呈现出逐渐步入持续稳定轨道的大好形势。在安全管理上“以人为本”，突出以人为中心的地位和管理手段，是“安全第一”的思想在新形式下的具体延伸和体现。“以人为本”一方面,要求所有的安全管理，都必须以保障人的安全，改善人的安全条件为目标；另一方面，就是要加强对人的规范和管理，提高职工的自觉性和创造性，减少直至消灭人为隐患。煤矿领导尤其重视放炮管理的安全性。根据平煤二煤矿目前的放炮管理状况，为了达到放炮管理的

3、“本质安全”，杜绝放炮过程出现的人员误入放炮不安全区域、哑炮、不三人连锁和放炮全过程中的不安全因素的监控，为了实现“本质安全管理”，对整个放炮过程的实施闭锁管理。1.2. 概况项目名称平煤股份二矿智能远程爆破系统。（V1.0）项目承建单位本项目由河南业基实业有限公司、北京龙德时代科技发展有限公司承建，协作单位包括清华大学、北京科技大学。1.3. 项目内容1.3.1设计原则智能远程爆破系统的设计贯穿了“本质安全”理念，就是“不安全就不能放炮，不安全就放不响”的理念。实现放炮管理由“措施管理”到“本质安全管理”的飞跃。 放炮过程中的不安全因素的实时监控，重点是对瞎炮、哑炮的杜绝；放炮不安全区域人员

4、的误入、三人连锁、安全距离控制。通过 “十个不能，一个监控”来实现现场的实时监控，具体如下：十个不能：（1） 放炮安全距离不够，就不能放炮；（2） 不进行三人连锁，就不能放炮；（3） 网络电阻超限可能有瞎炮，就不能放炮；（4） 瓦斯超限，就不能放炮；（5） 煤尘超限，就不能放炮；（6） 风量不足，就不能放炮；（7） 喷雾设施没有打开，就不能放炮；（8） 有人在危险区域，就不能放炮；（9） 没有停电，就不能放炮；（10） 其他安全隐患，就不能放炮。一个监控： 矿山各级领导能够通过网络对放炮全过程进行实时监控。 1.3.2建设原则1 与现场紧密结合，充分利用目前矿已经安装井下光纤、安全监控系统的设

5、施，做到费用最省，效益最好。 2 前瞻性和实用性：系统体现世界前沿的本质安全型矿井的理念和技术，为矿山企业提供的放炮监控系统，不仅考虑到行业的普遍性和业界顶尖技术与实践结果，而且符合煤炭企业的实际情况。3 先进性：提供国内最好、最先进的产品。2. 总体需求分析2.1放炮事故的危害分析放炮引起的矿山事故造成的死亡人数，占整个煤矿事故死亡人数的30%左右右，每年因此死亡2000人左右，放炮引起的重特大事故占到了重特大事故的60%-80%多，而且，放炮事故占的事故比重还在不断上升。其根本原因在于，技术落后，以及因为技术落后导致的管理落后、标准落后等。系统基本功能对放炮过程中的“不安全因素”的实时监控

6、，重点是对瞎炮、哑炮的杜绝；放炮不安全区域人员的误入控制；三人连锁控制；安全距离控制。2.1. 功能实现办法通过 “十个不能，一个监控”来实现现场的实时监控，具体实现如下：十个不能：（1） 放炮安全距离不够，就不能放炮；（从而确保放炮的安全距离）（2） 不进行三人连锁，就不能放炮；（确保放炮时，责任人必须到现场完成自己的职责）（3） 网络电阻超限，就不能放炮；（杜绝瞎炮、哑炮的产生）（通过，母线电阻测量和网络电阻测量，在测量值不合格时，自动对放炮监控终端（FD200LS）的充电系统进行闭锁。当网络电阻超过标准值时，放炮监控终端（FD200LS）自动闭锁，不能充电放炮；当电阻值小于标准值，但是一

7、直在波动，说明接线不牢固，不能放炮；网络电阻虽然没有超限，但是，阻值不断增加，说明母线或者脚线落水，容易出现瞎炮，放炮监控终端（FD200LS）将自动闭锁，不能充电放炮。）（4） 瓦斯超限，就不能放炮；（5） 煤尘超限，就不能放炮；（6） 风量不足，就不能放炮；（7） 喷雾设施没有打开，就不能放炮；（8） 有人在危险区域，就不能放炮；（9） 没有停电，就不能放炮；（10） 存在其他安全隐患，就不能放炮。一个监控：矿山各级领导能够通过网络对放炮全过程进行实时监控。2.2. 系统组成前期先按二矿井下2个放炮地点来设计、井下有工业传输光纤所以平煤二煤矿的本安放炮监控系统的主要组成如下： 1、主系统：

8、监控主机2台（含备用1台），放炮监控数据传输装置3台，终端管理机1台，系统软件1套（含网络管理软件），放炮终端管理软件1套等组成。2、井下设备：由6台放炮区域控制器，安全距离定位器3台、放炮监控器9台，放炮监控终端9台，放炮监控卡300张、三人连锁卡30个、报警装置3台、及本安电源6台、无线瓦斯传感器9台，虹膜识识别仪2台通讯电缆等组成。具体配置表详见附表。设备的布置具体情况如下图：系统结构如下示意图 2.3. 操作方法与步骤及原理步骤1 设备上电首先用磁性钥匙打开磁性开关，给控制电路供电；此时液晶屏会显示开机主界面。语音警示仪提示“ 放炮终端上电 ”。步骤2 网络电阻测量将爆破网络的两端分别

9、连接到专用测量端子上，如果电阻值超出允许范围，将提示爆破网络连接有问题，应该马上检查，一切合格后再重新进行操作；如果电阻值在允许范围内，液晶提示进行充能操作。语音警示仪提示“ 请进行网络电阻测量”。步骤3 爆破区域检测爆破监控终端开机后会自动检测爆破区域，如果在区域内，则可以进行后续操作；如果不在区域内，则不能进行后续操作。语音警示仪提示“ 请进行爆破安全距离监测 ”。步骤4 人员信息验证爆破安全区域检测通过后，根据液晶提示，通过对专职人员的虹膜和三人连锁卡进行三人连锁验证，验证通过后，方可进行下一步骤。 语音警示仪提示“ 请进行三人连锁监测 ”。步骤5 等待上位机指令人员信息验证通过后，根据

10、液晶提示，进入等待上位机指令界面，此时监控主机会根据各种数据判断危险区域是否有人，瓦斯是否超限等环境参数，符合爆破条件将进入下一步。 语音警示仪提示“ 请进行危险区域人员监测、环境参数监测 ”。步骤6 充电和爆破用专用钥匙将爆破开关位置拨到“充电”位置，进行充电。当充电指示灯亮起时，说明充电完成，可以爆破，此时，将爆破钥匙拨到“爆破”位置即可完成一次爆破操作。语音警示仪提示“ 一切正常，允许放炮 ”。步骤7 爆破工作操作完成，请将防尘帽带好。语音警示仪提示“ 爆破完成，请将防尘帽带好 ”。2.4. 基本功能实现的原理与途径1. 放炮安全距离不够，就不能放炮。通过放炮监控终端（FD200LS）和

11、安全距离定位器综合作用实现的，使用时按照煤矿安全规程设定好安全距离的，在放炮安全位置处设定一台安全距离定位器，放炮监控终端（FD200LS）只有收到设定的定位器发出的信号时，才能启动进入工作状态，否则，不工作。2. 不进行三人（多人）连锁，就不能放炮。确保放炮时，责任人必须到现场完成自己的职责。 通过虹膜识技术和三人连锁卡射频技术实现，如三人联锁中其中一人离开放炮监控周边一定距离，系统将自动闭锁，不能放炮。此虹膜技术能够准备无误的采集传输人员信息，靠近设备，并按照设备的语音提示观看一下镜头，就完成识别过程，下传给放炮监控终端机，实现三人联锁放炮。3. 网络电阻超限或者不合格（可能有瞎炮），就不

12、能放炮。瞎炮处理是放炮过程的一个很大安全隐患，瞎炮处理非常容易造成人员伤亡事故。智能放炮监控系统，可以提前预测是否可能产生瞎炮，以便于提前采取措施，预防瞎炮的产生，实现本质安全。坚决杜绝因双绞线接线不牢、不标准而引起的落炮，从而有效的杜绝瞎炮、哑炮。这种不合格状态有三种情况： 一是，数值超标，就不能放炮； 二是，数值虽然不超标，但是一直在波动，就不能放炮； 三是，数值虽然不超标，但是一直在升高，就不能放炮。 4. 瓦斯超限，就不能放炮。瓦斯检测值从两个方面获得： 一个是现场悬挂的无线瓦斯传感器获得，无线瓦斯传感器由放炮员随身携带，也可以悬挂在现场可能有瓦斯超限的地方，该传感器采用无线传输的方式

13、将瓦斯数据传输到系统中； 另一个就是从矿现有安全监控系统的地面主机获取瓦斯数据。5. 煤尘超限，就不能放炮。当煤尘超限时，系统自动闭锁不能放炮。煤尘数据来源可以通过两种途径实现，一个是在放炮监控终端（FD200LS）上直接接入煤尘传感器，直接由传感器控制起爆系统。另一个是，本系统直接获取矿提供的粉尘监控系统设定位置的煤尘数据。6. 喷雾设施没有打开，就不能放炮。放炮之前必须喷雾降尘，严防煤尘爆炸。放炮规程规定，放炮前必须首先打开喷雾设施降尘。本系统可以将喷雾设施是否打开作为控制放炮的条件。信号接入的途径有两种，一是直接接入已有安全监控系统的防尘喷雾的开关信号（当然，信号必须能够数字化）根据开关

14、信号判断是否可以放炮，也可以将喷雾设施的开关量直接接入放炮监控终端，直接开关由传感器控制起爆系统。7. 有人在放炮危险区域，就不能放炮。就是放炮时，首先监测放炮区域（警戒区域）是否有人，有人系统就自动闭锁，不能放炮。是否有人的信息的判断方法：通过安装在放炮警戒区域内的放炮监视器来完成控制，有人员在危险区域，就终止作业，不能放炮。8. 工作地点可能有电，就不能放炮。 工作地点的电器设备失爆，是造成瓦斯爆炸的一个原因。放炮时，切断工作地点的电源，就能避免这类事故。通过接收工作地点的供电继电器的是否供电的信号，系统可以实现供电时，发爆器闭锁，不能放炮。9. 工作地点风量不足，就不能放炮。10. 存在

15、其他安全隐患时，就不能放炮。通过接收和分析安全监控系统的数据，设定其他控制条件，例如风速、风向、一氧化碳、硫化氢等，对放炮作业进行控制2.5. 技术参数1. 系统容量：单套系统接口最大可接入放炮区域控制器128台。2. 系统可以监控的安全因素为10种以上，可根据需要增加或者减少监控因素。3. 系统连接方式：系统连接方式为CAN/IP,采用信号线缆或者光纤通讯系统误码率：108。4. 放炮监控终端与系统之间的最大无线通讯距离3-10 m。5. 供电：井下设备采用本安电源供电，远程供电距离不小于2 km。6. 系统存储性能：有关记录在地面中心站保存半年以上。7. 软件画面响应时间：调出整幅画面85

16、%的响应时间2 s，其余画面5 s。8. 地面系统与井下控制器离线控制功能：即当地面主机与井下控制器中断通讯时，井下控制器具有离线管理功能，以确保井下放炮的正常运行。9. 设备故障处理功能：当放炮安全环境参数传感器出现设备故障时（数据超限、信号不通），这时，地面主机自动弹出对话窗，并报警，经过井下确认，地面领导批准后，可由操作员设置为故障命令，系统自动进行故障处理。（就是将故障作为合理数据来实施控制）10. 语音报警功能：进入放炮程序时，每个环节都由语音警示仪发出命令，以警示周边人此区域正在进行放炮。2.6. 主要设备技术参数3.8.1 放炮监控终端 （FD200LS）1 防爆型式:矿用隔爆兼

17、本质安全型2 防爆标志：ExdibI3 引爆能力（发）： 200 4 脉冲电压峰值(V): 30005 允许最大负载电阻： 1220 （镍铬桥丝2米铁脚线工业瞬发电雷管）6 电源: 3节3.7V聚合物锂离子电池（型号：873445M，容量：1300mAh）7 控制模块额定工作电压：DC 3.7V8 一节电池的最高开路电压： DC 4.2V 9 一节电池的最大短路电流： 3A10 放炮部分额定工作电压：DC 7.4V（两节873445M型，1300mAh电池串联）11 两节电池的最高开路电压： DC 8.0V12 两节电池的最大短路电流： 6A13 本安参数： 语音口 开路电压：DC4.2 V；

18、短路电流10mA14 通讯口 开路电压：DC10 V；短路电流20mA15 外接电缆长度: 300m;分布电感: 1mH/km;分布电容: 0.1F/km16 引燃冲量（A.ms）:8.7且 12.017 供电时间(ms):418 充电时间(S):2019 外形尺寸:214*158*53mm20 重量:1.6kg21 可设置多人连锁；22 自动存储放炮数据；23 计算机对其进行参数设置；24 执行企业标准编号：GB7958-2000、Q/LDSD01-200825 使用环境条件：环境温度为-20+40OC，相对湿度95%（25oC）,大气压力80110 kPa,瓦斯浓度1%.26 放炮监控终端

19、与数据传输装置间的数据传输a）通信路数：1路；b）传输方式：即收即发；c）传输速率：2400、4800、9600bps；d）最大传输距离：10Kme）传输信号电压幅值：1 V5 Vf）传输信号电流幅值： 30 mA27 放炮监控终端与放炮监视器间的数据传输a）通信路数：1路；b）传输方式：即收即发；c）传输速率：4800bps；d）最大传输距离：10Kme）传输信号电压幅值：1 V5 Vf）传输信号电流幅值： 30 mA3.8.2 三人连锁监测仪KJ225-S采用虹膜识别技术，能够准备无误的采集传输人员信息，通信无线传输下传给放炮终端机，实现三人连锁放炮。使用时，首先将全部参加三（四）人连锁的

20、人员信息在地面录入，到井下工作时，只要靠近设备，并按照设备的语音提示观看一下镜头，就完成识别过程，速度快，准确率高。 接 口：2.4G无线通信； 工作温度：-20-60 使用方式：壁挂式 眼睛角度：俯仰旋转45 注册时间：双目3s 操作提示：语音向导光学引导 识别时间：双目1s(戴眼镜3s) 工作距离：250-350mm 工作电压：DC+12V-DC+24V 峰值电流：400mA 环境光强：0-5000Lux 采集图像：15362048 认证方式：双目单眼 精 确 度：FAR0.0000001%FRR0.1% 戴眼镜FRR1% 照明方式:红外照明符合ANSI/IEC60825-1安全标准 虹膜

21、特征数据存储容量: 1,2000个虹膜特征数据 符合标准:国际标准ISO/IEC19794-6:2005安装示意图：3.8.3 语音警示仪语音警示仪用于对放炮过程的报警和提示。放炮过程中，放炮终端机与系统无线连接成功后，系统进入放炮作业过程，这时语音警示仪进入工作状态，播报放炮监控终端发送的放炮信息，即时根据放炮过程的进展，一步一步提示警示放炮过程的进展，引导操作人员进行下一步的操作，同时警示报警放炮作业，直到放炮过程完成为止。声音清晰响亮，标准普通话。同时还有双色LED点阵汉字显示功能，当放炮时显示屏红色显示“放炮”两字，平时显示绿色指示灯表示平安不放炮。设备主要由信息采集处理模块、传输模块

22、、嵌入式软件等组成。与放炮监控终端之间采用无线通讯连接。a） 本安型设备；b） 供电电压：9VDC-24VDC；c） 功耗：10W；d） 有线通讯方式：CAN,1路；e） 传输速率：3Kbps，5Kbps，10Kbps，20Kbps；f） 最大传输距离：10Km（电缆型号：MHYVR127/0.52）；g） 通讯信号工作电压幅值：1 V5 V；h） 无线通讯方式：2.4G；i） 传输速率：1M；j） 无线最大发送功率：0dBm;k） 无线传输最大距离：20米；l） 语音清晰响亮，声级强度大于90分贝，信号灯可视距离大于100米；3.8.4 无线瓦斯便携式传感器无线瓦斯传感器是专门为放炮监控系统

23、设计，目的就是解决放炮地点瓦斯数据的检测，以及与放炮监控系统的自动闭锁难题。现有的安全监控系统的瓦斯传感器，由于不能靠近放炮迎头安装，以避免炮蹦威胁，这样就造成放炮时，放炮地点的瓦斯浓度可能超限，系统监测不到。无线瓦斯传感器由放炮员携带并挂到放炮地点，放炮员放炮时将其带到放炮终端附近，这是无线瓦斯传感器的监测数据自动传输给放炮终端，实现对放炮系统的自动闭锁，从而有效的避免瓦斯超限的放炮事故。该设备除可以甲烷超限报警，时间显示等功能外，还可以把采集的甲烷数据实时无线上传给地面实现移动瓦斯监控系统功能，可存储采集记录500条。a） 供电电源：可充电锂电池；b） 开路电压：4.2V；c） 无线传输方

24、式：2.4G；d） 通讯波特率：1Mbps;e） 无线最大发送功率：0dBm;m） 无线传输最大距离：20米；3.8.5 放炮区域控制器放炮区域控制器主要由信息采集处理模块、传输模块、后备电源、嵌入式软件组成。主要功能就是双向通讯-一方面将接收到的人员信息、放炮监控终端（FD200LS）信息、放炮操作信息传到地面；另一方面将地面的指令传到放炮监控终端（FD200LS），再一个功能就是给安全距离定位器供电。一个放炮区域控制器最多可以连接8个放炮监控器。放炮区域控制器与放炮监控器之间采用CAN总线通讯，距离最大可以达到10千米。放炮区域控制器与放炮监控数据传输装置的信号传输可以采用CAN总线方式，

25、也可以直接接光端机，采用光缆通讯的方式，也可以直接接因特网交换机。 放炮区域控制器内存容量为5000条记录。放炮区域控制器需要布置在安全环境好的巷道或者硐室为宜。每个放炮区域控制器需要一个矿用本安电源供电（不间断的供电不小于2小时），由此保证放炮区域控制器在断电等特殊情况下的连续工作。技术参数a）具有数据接口的双向通讯功能；b）具有与放炮监控器的通讯功能，并进行数据处理。 c）具有数据校验功能。d）支持模拟CAN总线与CAN总线功能。主要参数a） 供电电源： DC 18Vb） 安全型式： 矿用本质安全型 ExibI2.放炮区域控制器与传输装置的数据传输a） 传输路数：1路； b）传输方式：主从

26、式、半双工、CAN、单极性； c）传输速率：4800bps； d）最大传输距离：10Km（电缆型号：MHYVR127/0.52） e）通讯信号工作电压幅值：1 V5 V f）通讯信号工作电流幅值： 80 mA3.放炮区域控制器与无线收发模块间的数据传输a）通信路数：可编程多路；b）传输方式：即收即发、单向、CAN、单极性；c）传输速率：2.4GHz；d）最大传输距离：20m（电缆型号：MHYVR 147/0.52）e）传输信号电压幅值：1 V5 Vf）传输信号电流幅值： 20 mA3.8.6 安全距离定位器功耗 a）额定工作电压：DC18V b）工作电流： 100 mA与控制器的通讯 a）传输

27、路数：1路 b）传输方式：主从式、半双工、CAN； c）传输速率：5000bps d）最大传输距离：10Km（电缆型号：MHYVR147/0.52） e）通讯信号工作电压幅值：1V5V f）通讯信号工作电流幅值： 30 mA3.8.7 三人连锁卡 KJ225-K主要技术参数1. 供电电源a）额定工作电压：3V（由锂电池供电）b）工作电流： 2mA2. 电池参数a）型号：CR2450，一次性锂离子纽扣电池（生产厂家：常州市锂霸电池有限公司）b）开路电压： 3.5 Vc）短路电流： 1.2 A3. 无线信号传输a）传输方式：GFSKb）传输频率：2.40.08GHzc）发射场强： 0dBm d）最

28、大传输距离:30m4. 最大编码容量：16777216个。5.外形尺寸：73mm44mm27mm3.8.8 放炮数据传输装置(KJ225-J）放炮数据传输装置的功能就是传输监控主机到放炮区域控制器和放炮区域控制器到主机的信号传输，并实现地面线路和井下线路的隔离，保证矿井的安全。主要由信号转换模块组成，完成通讯信号的转换。采用光栅隔离技术实现本安与非本安运行环境的隔离，实现店面线路和井下线路的隔离。采用220V电源供电。电源电压： AC 220V（10%）工作电压 18V工作电流： 100mA通讯速率： 1200bps9600bps间自动调整 外型尺寸： （43030080）mm 重 量： 35

29、00 克1地面主机与放炮数据传输装置间的数据传输1放炮数据传输装置： RS232；2传输信号方式： 半双工、串行异步传输；3传输电缆： 标准计算机通讯电缆；4传输速率： 4800 bps ；5最大数据传输距离： 15 m；2放炮数据传输装置与放炮区域控制器间的数据传输6传输信号方式： 半双工、串行异步传输；7传输电缆： 通讯电缆（MHYVR 127/0.52）；8巡检周期： 30 S；3.8.9 放炮监控器放炮监控器与放炮区域控制器相连，主要负责读取接收放炮监控卡上的信息，并先将其存储在放炮监控器内的存储器内。在接到放炮区域控制器的命令后，将数据打包发送给放炮区域控制器，一次可以发送150条记

30、录。主要技术参数：功耗 a）额定工作电压：DC18V b）工作电流： 100 mA与控制器的通讯 a）传输路数：1路 b）传输方式：主从式、半双工、CAN； c）传输速率：5000bps d）最大传输距离：10Km（电缆型号：MHYVR147/0.52） e）通讯信号工作电压幅值：1V5V f）通讯信号工作电流幅值： 30 mA与放炮监控卡的通讯 a）传输方式：双向、GFSK； b) 工作频率：2.4GHz c）可靠接收的最大距离：30m3.8.10 放炮监控卡主要技术参数1. 供电电源a）额定工作电压：3V（由锂电池供电）b）工作电流： 2mA2. 电池参数a）型号：CR2450，一次性锂离子纽扣电池b）开路电压： 3.5 Vc）短路电流： 1.2 A3. 无线信号传输a）传输方式：GFSKb）传输频率：2.40.08GHzc）发射场强： 0dBm d）最大传输距离:30m4. 最大编码容量：16777216个。5.外形尺寸：73mm44mm27mm3.8.11 传输电缆（MHYVR 127/0.52）+20导体直流电阻： 18.1 /km线对工作电容： 0