安全监测监控课程设计.docx

1、安全监测监控课程设计前言作为我国安全生产指导方针的一项重要内容，“预防为主”指明了生产工作中对于安全问题实施关口前移的根本原则。于是，在煤炭安全生产、特别是瓦斯灾害的治理工作中，国家安全生产监督管理总局提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字方针，强调了监测监控技术对于煤矿安全的重要性。可见，准确并及时地监测监控矿井生产环境中各种安全和环境状态参数，是实现安全生产的重要基础性工作。因此，自从国家开展了矿井瓦斯灾害专项治理以来，几乎所有的煤矿都安装了矿井安全监测监控系统，监测对象从瓦斯浓度、风速、有害气体变化等，发展到生产设备的开停、供电的自动控制，甚至到了煤与瓦斯异常动力现象预测、煤自然

2、发火变化趋势等灾害分析方面。 编写者通过大方县普西兴盛煤矿的矿井巷道布置图，及其矿井的相关资料，对该矿进行安全监测监控系统设计和应用。由于编者水平和能力有限，在设计中出现的问题在所难免，欢迎广大读者及专业相关人事提出宝贵意见。第一章 矿井安全生产条件1.1开采技术条件和安全条件031.2矿井开拓开采及生产系统05第二章 安全监控系统2.1安全监控系统设置及要求092.1.1条件 092.1.2要求 092.1.3监测监控设备选择 102.2安全监控系统设备选择112.2.1监控系统选择 122.2.2监控分站选择 122.2.3分站电源选择 132.2.4监测传感器选型 132.2.5传输设备

3、选择 14第三章 安全监控系统设置3.1地面中心站设置143.1.1设置 143.1.2主机和终端设置 153.1.3中心站供电 163.2分站及传输电缆设置163.2.1分站设置 163.2.2传输设备及电缆173.3传感器设置 173.3.1甲烷传感器设置 173.3.2其它传感器设置203.3.3传感器设置数量（列表） 21第一章 矿井安全生产条件1.1开采技术条件和安全条件 一、井田位置、范围及交通大方县普西兴盛煤矿位于大方县城北东74、直距约25.4km的大方县普西乡陈家寨、岩脚、长一带，隶属大方县普西乡管辖。矿区地理坐标：东经10550091055112，北纬27122927125

4、8。二、构造矿区内构造为一缓倾向斜，轴向NE10左右，向斜轴部地层为三叠系下统夜郎组，两翼依次出露地层为二叠系上统长兴组、大隆组及中统茅口组地层，两翼地层倾角基本对称，平均倾角6；兴盛煤矿矿区跨越向斜东西两翼，但以东翼为主体，西翼仅为矿区范围的一小部分。（1）地形地貌矿区所处位置属赤水河和六冲河之分水岭地带，为侵蚀剥蚀高中山地貌，受六冲河支流下洞河的切割影响，地形相对较陡，冲沟发育，总体地势西高东低，相对高差338m。龙潭组含煤地层出露地段地势平缓，基岩出露较少，上覆碳酸盐地层地势较陡，切割较深，局部形成悬崖峭壁。下洞河谷为矿区最低侵蚀基准面，标高为1189.60m，矿区采矿标高+1400+1

5、700m，位于侵蚀基准面以上。（2）气候条件区内属中亚热带季风湿润气候区，冬长夏短，春秋相近，多雾、多阴雨、少日照，根据大方县气象局多年统计资料，本区年平均气温11.8，极端最高气温34.5，极端最低气温-9.3，年均降水量1126.71mm雨季（59月）降水量占75.3%，日最大降水量101.20mm。（3）河流井田内无大的地表水体通过，但是北西南东向树枝状冲沟发育，地表水、地下水接受大气降水补给后，通过岩溶、漏斗、落水洞、裂隙、导水断裂等形式径流，一部分渗入地下溶蚀裂隙含水层中，另一部分则以岩溶泉的形式流出区外，排泄到六冲河中。三、煤层及煤质（1） 本区可采煤层：区内含煤岩系为上二叠统龙潭

6、组, 有可采煤层五层（M11、M8、M4、M3、M2）， M11、M8、M4、M3煤层（俗称大花煤）厚度稳定，全区可采，属“稳定煤层”。M2煤层厚度变化较大，区域上大部分可采，属“不稳定煤层”。M11煤层:位于P31上部，厚1.551.65m，平均厚1.60m，平均倾角6，煤层结构较简单。顶板为粘土岩，伪顶为泥质粉砂岩，底板为砂质粘土岩。上距龙潭组顶界40m，下距M8煤层35m，在矿区内均已采空。M8煤层:位于P31上部，厚1.301.70m，平均厚1.50m，平均倾角6，煤层结构较简单。顶板为粘土岩，伪顶为泥质粉砂岩，底板为砂质粘土岩。上距M11煤层35m，下距M4煤层47m，在矿区内稳定可

7、采已部分采空。M4煤层:位于P31下部，厚0.801.10m，平均厚0.90m，平均倾角6，煤层结构较简单，为单一煤层。顶板为粘土岩，伪顶为泥质粉砂岩，上距M8煤层47m，下距M3煤层5.7m，属稳定的可采煤层。M3煤层:位于P31下部，厚0.801.30m，平均厚1.05m，平均倾角6，煤层结构较简单，夹矸石23层, 中部矸石厚0.050.10m。顶板为粘土岩，伪顶为泥质粉砂岩，上距M4煤层5.7m，下距M2煤层5.5m，属稳定的可采煤层。M2煤层:位于P31底部，厚1.201.90m，平均厚1.50m，平均倾角6，煤层结构较简单。顶板为粘土岩，伪顶为泥质粉砂岩，上距M3煤层5.5m，下距茅

8、口组顶界510m，属大部分可采煤层（2） 煤质特征1） 宏观煤岩特征M8、M4、M3、M2煤层煤质特征为，煤岩呈乌黑色，条痕为灰黑色，油脂状玻璃光泽；具条带状、层状、块状构造；呈参差状、贝壳状断口，局部内生裂隙发育，节理面上见方解石薄膜。地表风化后呈粉末状。M2煤层中见星散状黄铁矿或团块。煤岩煤类属亮煤质暗煤型和暗煤质亮煤型。煤的成因类型为陆植煤，煤牌号为无烟煤。四、其他开采技术条件（1）瓦斯根据黔煤行管字（2007）54号对遵义地区煤矿2006年度矿井瓦斯等级鉴定报告的批复，兴盛煤矿绝对瓦斯涌出量为5.79m3/min，相对瓦斯涌出量为51.74m3/t。二氧化碳绝对涌出量为0.46m3/m

9、in，相对涌出量为4.15m3/t。矿井为高瓦斯矿井（2）煤尘爆炸性据兴盛煤矿提供的煤尘爆炸性鉴定报告，矿山所采M8煤层煤尘爆炸性鉴定为煤尘无爆炸性，其它煤层未进行鉴定，建议矿井投产后技术、及时补做其他煤层的煤尘爆炸性鉴定，以便采取相应的技术管理措施，本设计对其它煤层暂按煤尘有爆炸性进行设计。（3）煤层自然发火倾向性据兴盛煤矿提供的煤炭自燃倾向等级鉴定报告，矿山所采M8煤层为自然倾向二类的自然煤层，其它煤层未进行鉴定，建议矿井投产后技术、及时补做其他煤层的煤炭自燃倾向等级鉴定，以便采取相应的技术管理措施，本设计对其它煤层暂按自然煤层进行设计。（4）地温本井田属地温正常区，无热害影响。（5）煤与

10、瓦斯突出本矿井未作开采煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定，且处于黔西北突出危险矿区，为矿井安全生产，本设计按煤与瓦斯突出矿井设计， （6）冲击地压地质资料中未提供冲击地压相关资料，该矿井及周围矿井尚未有冲击地压情况发生，兴盛煤矿按没有冲击地压危险考虑。1.2矿井开拓开采及生产系统一、开拓方式 根据兴盛煤矿的井田概况分析，开拓方式采用斜井开拓方式。二、开采系统主斜井完成矿井原煤运输任务；副斜井布置一台提升绞车进行单钩串车混合提升，完成矿井矸石、材料设备和人员的提升和下放任务。主斜井布置在+1573m标高、副斜井布置在+1572m标高根据开采煤层层间距离，M8煤层采区巷道单独布置，M4、M3、M2煤层采区

11、巷道布置采用联合布置，煤层间用石门、溜煤眼联络，回采巷道采用单巷布置。1、运输设备本矿采用斜井开拓方式，主斜井铺设两部SPD800型皮带运输机，完成矿井原煤运输任务；副斜井布置一台提升绞车进行单钩串车混合提升，完成矿井矸石、材料设备和人员的提升和下放任务。1）、主斜井运输设备主斜井选用两部皮带运输机，采用液力偶合器，B=800mm、Q=180 t/h、=7、 =0.9 t/m3 、V=2.0m/s、 N=47kw。2）、副斜井运输设备选用绞车型号GKT1.61.224型防爆绞车，容绳量880m,绳速VP3.06m3/s，最大张力Fmax45kN；配套电机功率：95kw、380V。选用钢丝绳型号

12、67+120，d20mm，安全系数；m矸=21.1 ，m人=22.1。2、通风设备主要通风机选型 选用有FBCZ413B防爆轴流式通风机二台，一台工作，一台备用。风量1436m3/S，负压3001500Pa,电机功率55KW.3、排水设备矿井初期采用一级排水，在+1500m井底车场设置水泵房、主副水仓，经水泵房直接排水至地面水处理池，后期在+1460m开采水平设置水仓及泵房，采用二级排水。选用MD46304型水泵三台，一台工作，一台备用，一台检修，其流量为Q=3055m3/h，扬程为H=81340m，配套电动机功率：N=45kw。4、空气压缩设备供风方式： 该矿井为高瓦斯矿井，采用在工业场地建

13、空压机站集中向井下供风的供风方式。选型空压机：选用水冷活塞式压缩机3L-10/8型2台，一台工作，一台备用，配套电机功率75kw、380V。5、瓦斯抽放设备根据贵州省煤炭管理局文件（黔煤行管字【2007】54）关于对遵义地区煤矿2006年度矿井瓦斯等级鉴定报告的批复，绝对瓦斯涌出量为5.79m3/min，相对瓦斯涌出量为51.74m3/t。二氧化碳绝对涌出量为0.46m3/min，相对涌出量为4.15m3/t。当矿井达到设计能力9万吨时，矿井瓦斯涌出量为：QK51.749465.66万m3/a根据煤矿安全规程（2006）第一百四十五条、AQ1027-20064.1条规定，矿井主要考虑回采工作面

14、瓦斯综合治理及抽放工作，并在地面建立瓦斯抽放系统。鉴于本矿未作抽放可抽性的几项指标鉴定,参照临近矿井抽放的情况，为尽早地发挥瓦斯抽放优势,确保本矿安全的进行瓦斯抽放。设计采用抽放瓦斯方法为采空区埋管抽放为主，本煤层抽放为辅。6、瓦斯抽放泵选型本矿井选择2BEA252型固定式瓦斯抽放泵两台,一台工作，一台备用。该泵的有关技术参数为： 最大气量 25 m3min最低吸入绝压 33 hpa电动机功率(防爆电机) 37kw7、抽放瓦斯泵站抽放瓦斯泵站安装在风井以东50m外的坡度上，四周没有民房，用围墙保护，采用不然性建筑材料，耐火等级二级，瓦斯抽放泵、电控设备、补水泵等布置在机房内，防爆炸、防回火装置

15、、放空管等布置在室外，供水系统要考虑消防容量。采用双回路供电，一回工作，一回备用。瓦斯抽放泵站及管路必须设置防雷击、防静电、防爆炸、防回火装置，并制定严格的定期检查制度，保持性能良好。所有电气设备仪器仪表均采用隔爆型。设直通矿井调度室电话（防爆型）。瓦斯抽放泵站及管路、瓦斯储气罐均按第一类建筑物防雷要求，设置避雷装置，防止雷击，并防止雷电波侵入井下。三、生产系统1、流程系统 M4号煤层1401N采煤工作面煤炭流： 1401N工作面1401N运输巷区段溜煤眼主斜井地面储煤场。材料流向：地面料场副斜井2#车场2#区段轨道石门1401N运输巷工作面使用地点。2、采煤方法及采煤工艺（1）采煤方法的确定

16、矿井煤层倾角为平均7，属缓倾斜煤层，煤层厚度为：M8号煤1.50m、M4号煤0.90m、M3号煤1.05m，根据确定的矿井井型和矿井开拓方案，回采工作面采用走向长壁式采煤法，采煤工艺采用炮采，采用全部垮落法管理顶板。（2）支护及顶板管理井田内可采煤层顶板为泥岩、细砂岩、泥质灰岩、粉砂岩，属软中等岩石，容易冒落，底板为粉砂质泥岩、粉砂岩、灰岩、泥质粉砂岩炭质泥岩。故确定采用单体液压支柱配HJDA-1000铰接顶梁支护顶板，“三、四”排控顶。在切顶线加打密集支柱和戗棚。支架布置方式：排距1.0m,柱距0.8m，顶板破碎时柱距缩小到0.6m。特殊支架：放顶线采用密集支柱和戗棚切顶。采面机头、机尾采用

17、钢梁(3.6m长)四对八根交替迈步前移支护，上、下安全出口用单体液压支柱打成托梁支护，安全出口超前支护为20米。控顶方式：采用“三、四”排控顶。即最大控顶距4.2米，最小控顶距3.2米。（3）采掘机械配备及运输方式回采工作面配GMZ1.2型煤电钻2台，采用钻眼爆破法落煤，刮板运输机运煤，运输巷、运输石门采用刮板机运输，运输上山采用皮带运输机运输。第二章 安全监控系统我国煤炭资源丰富，但开采条件复杂，自然灾害严重，47%的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井。在当前煤炭市场需求旺盛的推动下，部分煤矿存在突击生产或盲目超产现象，造成近几年矿井安全事故发生率居高不下。为保障煤矿的安全生产，除进一步加强煤矿安

18、全管理意识外，关键是建立煤矿井下安全监测监控系统，形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道。所以当前现代化矿井的生产不仅要解决煤矿生产过程中存在的安全问题、生产自动化的问题、又要了解各种与生产经营相关的信息。建立安全生产、调度和管理网络系统，对井上、井下安全生产全面了解，靠及时准确的信息指挥生产和防止各种事故的发生，已成为煤矿设计工作必须解决的问题。在当前煤炭市场需求旺盛的推动下，为保障煤矿的安全生产，除进一步加强煤矿安全管理意识外，建立完善可靠的安全监测监控系统已成为煤矿安全生产工作必须解决的问题。2.1安全监控系统设置及要求矿井安全监测监控系统是传感器技术、信息传输技术、 计

19、算机应用技术、电气防爆技术和控制技术等多种技术在矿井安全生产监控领域应用的产物，对保障煤矿安全生产，提高生产效率和机电设备的利用率都具有十分重要的作用。2.1.1 条件1、矿井灾害种类和程度。 兴盛矿属高瓦斯矿井，煤与瓦斯易突出，矿山所采M8煤层煤尘爆炸性鉴定为煤尘无爆炸性，其他煤层未鉴定， 矿井须设置安全监测监控系统。并将火灾预报束管监测系统作为安全监测监控系统的子系统与之相连，能预测瓦斯事故和火灾危险，通过风电闭锁，预防瓦斯爆炸和煤层自燃发火。 2、矿井安全监测监控系统设置的条件和要求 矿井安全监测监控中心设置在生产办公楼内。矿井安全方面的测点按煤矿安全规程、矿井通风安全监测装置使用管理规

20、定的相关要求进行配备，生产方面的测点按矿井生产管理惯例和监测监控系统的产品技术说明书及相关设备资料进行配备。2.1.2 要求矿井安全监控系统一般由三部分组成:中心站(包括应用软件、计算机及外围设备)；信息传输装置(包括传输接口、分站、传输线、接线盒等)；传感器和执行装置。具体来讲，煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理并取得数据的一种系统。安全监控系统可以为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息，为指挥生产提供及时的现场资料和信息，便于提前采取防范措施。另外通过对被测参

21、数的比较和分析，系统可以实现自动报警、断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大；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。 具体要求：1.系统应具有甲烷、风速、压差、一氧化碳、温度等模拟量检测，馈电状态、设备开停、风筒开关等开关量监测功能和累计计量监测。2.系统应具有甲烷超限声光报警和断电/复电控制功能3.系统应具有甲烷风电闭锁控制功能和馈电状态监测功能4.系统应具有自动检测功能，当传感器分站主站传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间、故障设备，并供查询及打印。5.系统应具有布置图显示功能，以便及时了解系统配置、运行状态便于管理与维修6.系统应具

22、有人机对话功能，便于系统生成、参数修改、功能调用7.系统应具有抗干扰措施，防止大型设备电磁干扰8.设备要去得“MA标志准用证”和“防暴合格证”9.监控设备应采用本质安全型，输入输出信号必须为本质安全型信号10.设备必须有故障闭锁功能11.设备使用专用阻燃电缆，严禁与调度电话电线共用2.1.3监测监控设备选择依照矿井的灾害种类及灾害程度，结合矿井的建设规模，确定监测监控系统。该矿建设规模9 Mt/a，安全监测与生产监控合并，系统选用KJ4-2000监测监控系统。在井下设置火灾预报束管监测系统，火灾预报束管监测系统作为安全监测监控的子系统纳入全矿井安全监测监控系统。 按照煤矿安全规程、矿井通风安全

23、监测装置使用管理规定的相关规定确定瓦斯，风速、一氧化碳、温度、负压、烟雾、风筒开关、设备开停、风电瓦斯闭锁环节等测点位置、设备选型、传输设备等。结合本矿井的开采技术条件和安全条件、矿井开拓布置及地面总平面布置、采区机械配备布置、井下巷道开拓布置及机电峒室、井上下供电系统、矿井通风系统等进行系统选型和测点设置。2.2安全监控系统设备选择一、监测设备选择 1、监测设备选型的原则 。依照矿井的灾害种类及灾害程度，结合矿井的建设规模，按照煤矿安全规程、矿井通风安全监测装置使用管理规定的相关规定和相关专业的设计资料，确定瓦斯，风速、一氧化碳、温度、负压、烟雾、风筒开关、设备开停、风电瓦斯闭锁环节等测点位

24、置、设备选型及实施方案等，传感器采用符合煤矿井下环境的标准通用型传感器。 2、监测设备各设置地点和布置。 结合本矿井的开采技术条件和安全条件、矿井开拓布置及地面总平面布置、采区机械配备布置、井下巷道开拓布置及机电峒室、井上下供电系统、矿井通风系统等，在地面中央变电所、生产系统、提升机房、通风机房、空压机房、井下中央变电所、井下主排水泵房、井下水仓、工作面进风巷、工作面回风巷、回采工作面回风巷等地点设置测点。在监测监控系统设备选择上，设计重点注意考虑设备必须符合煤矿井下环境的使用条件，井下设备必须符合煤矿安全规程的有关规定，以保证设备本身的使用安全和可靠工作。经过多年来的技术发展，煤矿安全监测监

25、控系统技术已经较为成熟。一些基础设施已达到国际先进水平，在系统和设备选择上充分尊重建设单位的意见，选择技术先进并经实践证明使用效果较好的监测监控系统，结合矿井的建设规模，本矿确定选用KJ4-2000型煤矿安全与生产监测监控系统。二、监控总站和各分站主要设备的功能、型号及数量 监控系统由地面中心站（监控总站）、井上下12个监测监控分站构成。监控总站由以下设备组成： （1）监测监控主机，研华工控机2台，1用1备； （2）配置5kVA交流稳压电源和2kVA的UPS电源，确保系统的可靠运行； （3）配接2台图形工作站； （4）HP网络服务器1台， 8口集线器1台，用作矿领导、通风安全、调度等工作站的信

26、息共享。 2.2.1监控系统选择依照矿井的灾害种类及灾害程度，结合矿井的建设规模，确定监测监控系统。该矿建设规模9 Mt/a，安全监测与生产监控合并，系统选用KJ4-2000监测监控系统。在井下设置火灾预报束管监测系统，火灾预报束管监测系统作为安全监测监控的子系统纳入全矿井安全监测监控系统。 按照煤矿安全规程、矿井通风安全监测装置使用管理规定的相关规定确定瓦斯，风速、一氧化碳、温度、负压、烟雾、风筒开关、设备开停、风电瓦斯闭锁环节等测点位置、设备选型、传输设备等。结合本矿井的开采技术条件和安全条件、矿井开拓布置及地面总平面布置、采区机械配备布置、井下巷道开拓布置及机电峒室、井上下供电系统、矿井

27、通风系统等进行系统选型和测点设置。2.2.2监控分站选择监控系统分站由井上下12个监测监控分站构成。系统中采用多CPU、高智能化的KJ2007F分站12个，该分站本身具有显示功能，可配接并遥控设定各类开关量和模拟量传感器，并可作为主站，继续挂接小分站。根据矿井的灾害程度，本矿井井下设有煤自燃发火色谱监测系统。系统选用GC-85型矿井火灾多参数色谱监测系统。系统由自动取样器、专用色谱分析仪、色谱数据处理工作站以及束管采样单元组成。其中，自动取样器具有12路束管接口，数据处理工作站可控制自动取样器，循环采集各路束管的气样进行分析。同时，还留有手动进样口，可以分析人工采集的任何地点的气样。 该系统应

28、用气相色谱技术，对煤层在自燃升温过程中产生的各种气体进行分析，监测煤层自燃过程。该系统可直接与井下束管连接，从井下12个监测点巡回自动取样分析，早期预报煤炭自燃发火，一旦发现有关指标超过或达到临界值等异常变化时立即发出预报。2.2.3分站电源选择分站配置5kVA交流稳压电源和2kVA的UPS电源，确保系统的可靠运行。监测监控系统的主传输电缆，型号为MPUYV39-1 411/1.38,长度6000m；模拟量传感器电缆,型号为MHUYVR 147/0.52, 长度30000m；开关量传感器电缆,型号为MHUYVR 147/0.28, 长度14000m；断电电缆,型号为MYQ-0.3/0.5 42

29、.5, 长度10000m。 上述电缆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。2.2.4监测传感器选型在采煤工作面（距工作面10m处）设置高低浓度组合式瓦斯传感器1个，其报警值为1%CH4；断电值为1.5%CH4、断电范围为工作面及回风巷中全部非本安电器设备，复电值为1%CH4。 在工作面（距工作面10m处）设置一氧化碳传感器1个、温度传感器1个、风速传感器1个。 在采煤工作面的回风巷（上部顺槽尾部距上山巷15m处）设置高低浓度组合式瓦斯传感器1个，其报警值为1%CH4；断电值为1%CH4、断电范围为工作面及回风巷中全部非本安电器设备，复电值为1%CH4。 在采煤工作面的回风巷

30、（上部顺槽尾部距上山巷）设置粉尘传感器1个、温度传感器1个、风速传感器1个。在掘进工作面（距掘进工作面头5m内），设置高低浓度组合式瓦斯传感器1个，其报警值为1%CH4；断电值为1.5%CH4、断电范围为掘进巷内全部非本安电器设备，复电值为1%CH4。 在掘进工作面回来风流中（掘进巷尾部至联络巷15m处），设置高低浓度组合式瓦斯传感器1个，其报警值为1%CH4；断电值为1%CH4、断电范围为掘进巷道内全部非本安电器设备，复电值为1%CH4。在工作面掘进头风筒设置风筒传感器1个，工作面掘进头局扇设置设备开停传感器1个，工作面中的送风、电器设备和瓦斯浓度构成风电瓦斯闭锁。 掘进头设置温度传感器、粉尘传感器、风速传感器各1个。在风井的风硐内设置风速传感器和差压传感器各1个。井底水仓设置水位传感器1个。 设备开停传感器。2.2.5传输设备选择1、传输设备及器材选型的原则 监控总站设有调制解调器，将井上、井下线路分为两路。另在通往井下的线路上设置防雷器，防止井上雷电等串入井下。传输线路选用符合煤矿井下环境的矿用信号电缆，构成全矿井的监测监控系统传输网络。 2、传输设备选择监测监控系统的主传输电缆，型号为