煤矿安全监控论文1.docx

1、煤矿安全监控论文1目录摘要 .1第一章 绪论 21.1概述国内外监控系统及其技术的发展 21.2需求分析第二章系统总体设计42.1矿井监控系统以及相关组成 42.2矿井监控系统相关设计2.3煤矿安全监测监控系统设备选型7第三章 井下监控分站设计.831监控分站与井下各关联设备的连接832 井下监控分站设备选型9第四章主要传感器的布置41矿用甲烷传感器的布置.1042矿用一氧化碳传感器的布置43矿用温度传感器的布置第五章相关传感器设备选型16结束语.23参考文献.24致谢2摘要我国是一个煤炭大国,大中小型煤矿星罗棋布,为国民经济的发展提供了有力的能源支持。但是长期以来,我国对瓦斯的治理和利用严重

2、滞后，煤炭生产一直被安全问题所困扰。近年来,煤矿安全状况形势更加严峻,不断发生爆炸事故,造成大量矿工伤亡和财物的大量毁损。随着人民群众对安全思想的日益提高,煤矿安全监控系统应运而生,。煤矿安全监控系统及其技术是随着煤炭工业和社会经济的发展而逐步发展起来的。因此论文中会首先对于国内外安全监控系统及其技术的发展过程及现状做一个介绍，同时会对安全监控系统目前存在的问题和未来发展趋势做一个探讨。也正是由于这些问题的存在以及安全监控检测手段的落后，作者才会对于煤矿安全监控系统的设计做一些探讨和研究，特别是对于瓦斯气体的检测和监测。因此，后面的几个章节会是对安全监控系统的一个整体的分析和设计，这其中包括系

3、统构成、设计要求及特点、通信系统的设计、井下分站的设计、瓦斯传感器的设计和各类传感器控制器等等。特别是对于系统井下网络结构的探讨，通过分析比较现在主要几种系统的井下网络结构，提出了较为完善的井下网络结构。在各类井下事故中，瓦斯事故是最严重，也是发生频率最高的一类事故，所以在整个安全监控系统中，对于瓦斯气体的检测和监控就显得十分重要。因此论文中也会对瓦斯气体的检测和监控进行一些探讨。这也是本设计的一个特点。 关键词：安全监控，井下分站，瓦斯传感器，通信系统。第一章 绪论1.1 概述国内外监控系统及其技术的发展中国的一次性能源70来自煤炭，在当今能源紧张的形式下，煤炭行业更得到了人们的关注，但是与

4、之而来的最大问题是煤矿安全，事故频频发生，无论是对煤矿工人还是整个行业都带来了阴影。煤矿安全的最大危害是瓦斯，如何监测瓦斯浓度等指标以及监控矿底的实施现场，成为了煤矿行业发展的必经之路。我国煤田遍布全国，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 ，受到水火瓦斯粉尘顶板事故等自然灾害的威胁。在这些自然灾害所造成的事故中，瓦斯事故死亡人数占总死亡人数的3040。特别是瓦斯煤尘爆炸事故，危害更为严重。因此，预防瓦斯事故是煤矿安全工作的重点。在煤矿中，装备矿井安全监控系统装置是防止瓦斯事故的重要手段，深入了解其工作原理，掌握使用维修技术是煤矿安全工作者的责任。 实践证明，这一措施对提高我

5、国煤炭行业整体的安全水平起到了重要的作用，特别是各个煤矿企业安装矿井监控系统以来，有效得遏制了各类井下事故得的发生，大大减少了事故给井下工人带来的危害，也有效的保护了国家的煤炭资源。所以，探讨和研究矿井安全监控系统具有长远性和现实性的特点，它也是工人和社会的需要和要求。 矿井安全监控技术是伴随煤炭工业发展而逐步发展起来的。1815年，英国发明了世界上第一种瓦斯检测仪器瓦斯检定灯，利用火焰的高度来测量瓦斯浓度。20世纪30年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，一直沿用至今。40年代，美国研制了检测瓦斯气体的敏感元件铂丝催化元件。1954年，英国采矿安全研究所制成了最早的载体催化元件。60年代以后，主

6、要的产煤国家都把发展崔体元件作为瓦斯检测仪器的主攻方向。电子技术的进步推动了瓦斯监控装置的进一步发展，首先是研制小型化个人携带式仪器，以后是矿井进空系统，如70年代后期法国研制的CTT63/40矿井监控系统英国的MINOS系统美国的SCADA系统等。 我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引 进了一批安全监控系统，3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. 先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、 KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、

7、KJ92等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，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，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原 因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面 临更新改造的机遇。 随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、 KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统，以

8、及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以 风定产，先抽后采，监测监控”十二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、也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。 自2000年以来，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿陆续在装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提 高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，同时也为该技术的正选择、使用、维护和企业安全生产信

9、息化管理提出了更高的要求。 本系统分析了近年来我国煤矿安全生产监测监控系统的研制开发、推广使用、维护管理经验和存在的问题，在对系统的软件技术和功能、硬件及接口技术的可靠性和兼容性、传感器技术的稳定性和可靠性、企业安全生产信息化管理技术的深入研究的基础上设计而成。 1.2 需求分析当前现有的煤矿安全监控系统大多存在通信协议不规范、井下信息传输设备物理接口协议不规范、传感器等质量不过关、煤炭企业中装备安全监控系统的比例有待于进一步提高等问题。为适应不同类型煤矿的需要，监控系统应具有灵活的配置方式。大型矿井可以配置主扇监测、皮带运输、瓦斯抽放等小系统，并实现分站智能化、系列化。掘进工作面的分站应具有

10、风电瓦斯闭锁功能。小型矿井因测点较少，只布置分站或智能化传感器就可以满足需要。要进一步开发传感功能和信息处理功，能一体化的智能化传感器，传感器之间的联锁关系由计算机软件判别实现。丰富传感器的种类，开发氧气传感器机生产监控方面的各类保护性传感器。还应考 开发瓦斯突出和自然发火等预测、预报软件。在监控系统应用较多的矿务局，可以实现监控系统全局联网，以进一步提高矿井的自动化管理水平，增强矿井的抗灾能力。第二章 系统总体设计2.1 矿井监控系统以及相关的组成矿井监控系统是由单一功能的甲烷监测、就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关监测模拟调度系统发展而来的。由于早期的系统监测参数单一、监测容量小、电缆

11、用量大，难以满足煤矿安全生产的需要。随着采煤机械化程度的提高和传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展，矿井监控系统已由早期的单一参数的监测系统发展为多参数单方面监控系统。矿井监控系统应具有模拟量、开关量、累积量、数据采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、负压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等功能。矿井监控系统由地面中心站、监控软件、传输接口装置、井下智能分站、各种相关矿用传感器等组成。地面中心站配备监控

12、主机和打印机。主机通过传输接口与各分站通讯，监测主机屏幕可以显示动、静态图形、数据、曲线、通风（流向）图、测点配置图等，打印机可打印监测参数报表。2.2矿井监控系统相关设计本煤矿监控系统是将计算机网络、矿井安全和生产实时监测、电力监测、工作面综合监测等系统综合在一起，形成一个完整的、实用的矿井监控系统。根据需要各部分既可以集成在一起，又可以单独使用，以满足矿井的不同需求。该系统是一个集散型的系统结构，其信息的检测及分站等设备的布置完全按照矿井的特点设置，使各部分设备都能充分合理运用，以满足矿井管理的要求。系统设计框图如图2.1所示：图2.1在井下掘进头和采煤工作面分别设置瓦斯、一氧化碳等传感器

13、，并在测点相对集中的区域设立小分站和电源。系统具有甲烷超限报警功能，甲烷传感器用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量，当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的报警点时，由系统发出声、光报警信号。当甲烷浓度恢复到预置的报警值以下时，能自动解除报警。由分站、动力开关、断电馈电转换器以及设备开停状态传感器等组成了风电甲烷闭锁装置，实现甲烷超限断电及闭锁功能。当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的断电点浓度时，输出切断被控区域汇动力电源开关的控制信号并闭锁：当被监视区域风流中甲烷浓度降到预置的复电点浓度时，能自动解锁。断电点设置连续可调。2.3煤矿安全监测监控系统设备选型设计系统拟采用KJ90煤矿安全监测监控系统

14、，该系统可接64个分站级设备，其中分站为4路模拟量输入、4路开关量输入、4路开关量输出。其传输方式为异步串行，FSK（移频监控）调制解调方式，传输速率为1200/2400bps，传输芯线为2芯，传输距离为地面主机到分站信号传输距离15km；分站到传感器之间信号传输距离1.5km巡检周期应25s，误码率应，模拟量传感器信号为200-1000Hz，数字量传感器信号为无电位触点信号或0、5mA电流信号。整个系统采用“变值变态、疏密接合、数据库动态生成”的存储方法，使系统的数据存储更为合理。数据的存储期限：根据计算机硬盘的容量一般为20年左右。该系统的应为使用环境温度：040相对湿度：98（25）大气压力：（85-110）kPa允许周围有瓦斯、煤尘爆炸危险环境中使用周围介质无腐蚀性气体第三章 井下监控分站设计井下监控分站是煤矿综合监测监控系统的关键配套设备，主要实现对各类传感器的数据采集、实时处理、存储、显示、控制盒以及与地面监控中心的数据通信。具有红外遥控初始化设置功能，可独立使用，实现瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。31监控分站与井下各关联设备的连接监控分站与井下各关联设备的连接如图3.1所示：远程断电器井下监控分站隔爆型电源及远程控制