2022年鹤壁煤矿安全监控系统设计措施 .pdf

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1、1 / 25 煤矿安全监控系统设计方案鹤煤集团三矿二 00 七年一月(注意：下页及以后的橙色字部分要根据各矿的实际情况修改精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 25 页2 / 25 一、矿井相关情况：1.1 矿井概述鹤煤三矿井采用一对立井开拓，开采井田范围：南北宽约2.5 km，东西长约 4km，设计生产能力 45 万 t/a，核定生产能力 80 万t/a，现开采的 3 煤、16煤的煤层平均厚度分别为8.8m、1.14m，分为自燃、易燃煤层，煤尘均具有强爆炸危险，矿井为低瓦斯矿井。矿井采用中央并列式通风，副井井筒长 204m）

2、进风、主井 .煤矿安全规程 2006年版(2.矿井通风安全质量标准化标准(3.矿井通风安全监测装备使用管理规定(4.煤矿监控系统总体设计规范(5.煤矿监控系统中心站软件开发规范(6.爆炸性环境用防爆电气设备通用要求(7.爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求(8.煤矿安全质量标准化标准(9.煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201-20062006.05 (10.煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-20072007.04 (11.MT/T1004-2006 煤矿安全生产监控系统通用技术条件(12.MT/T898-2000 煤矿信息传输装置(13.MT/T772

3、-1998 煤矿监控系统主要性能测试方法井筒中和井下只准采用矿用隔爆型或本质安全型设备，对于各类控制、测量、通信、信息传输等电气设备应优先采用本质安全型设备，其有关技术标准不得低于中国国家标准GB3836.14-83.并具有煤安标志。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 25 页4 / 25 井下设备的防护等级应不低于IP54 井上设备的防护等级应不低于IP52 三、监测监控系统配置矿井设一套监测监控系统(含终端屏显系统 ，该系统是实时监控的网络化结构，具备完善的安全监测管理功能，对全矿井下环境参数进行实时数据采集、传输、处理

4、、显示、记录、打印。以确保人员及设备的安全，全面提高矿井的经济效益和社会效益。要求监控装置的工作时间为365d，每天 24h，即全年连续工作。1、硬件配置1.1地面中心站监测主机 2 台备用 1台）针式打印机 2 台地面中心站 UPS电源系统 1 套断电后延时供电时间 2h）1.2分站：井下分站 32 台，地面总回风分站1 台，地面瓦斯抽放泵站分站 3 台）井下分站应采用矿用本质安全型、矿用隔爆兼本质安全型。井下分站电源箱应能适应AC660V 或 AC380V 输入电源电压。电压波动范围 90110%地面）， 75115%井下）。应具有接收各种标准信号的能力即：数字串行码、2001000Hz

5、应具备接收其它通信接口信息的能力。在满负荷情况下，分站备用电池应能独立供电2h，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 25 页5 / 25 分站要有逻辑判断、数据处理功能和存储功能。当分站与地面主机脱机时，应能独立工作，并能实现全部原有功能。分站与中心站、分站与传感器之间传输的信号应是本安型。应具有初始化参数掉电保护功能和输出控制功能，组态灵活、安装维修方便。1.3传感器及控制器应采用本质安全型 控制器可采用防爆兼本安型）断电器控制输出回路的接点容量为AC127V 5A AC660V 4A 甲烷传感器、 CO传感器应具有超限就

6、地报警显示功能声光报警）应输出标准信号即：数字串行码、2001000Hz推荐采用数字型）1.4系统检修专用工具和专用测试仪器仪表各一套。2、软件软件应用平台包括操作系统软件、应用软件、数据库及外部系统通讯协议等。2.1系统软件操作系统 WINDOWS XP 2.2 应用软件安全监测监控系统应用软件1套，具有以下功能：A. 适时地完成信息采集和处理。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 25 页6 / 25 B. 具有适当的存储容量，并能存储一定数量的实时数据和历史数据。C. 对采集和处理的信息进行显示。D. 打印输出处理信息。

7、E. 对被控的设备发出控制指令。F. 对系统本身的运行状态和故障状态进行自诊断。G. 具有图形显示功能。四、系统主要性能及技术指标1、 系统应具有甲烷、风速、压差、CO、温度、煤流主要煤仓煤位等模拟量监测，馈电状态、设备开停、风筒开关、烟雾等开关量监测和累计量监测功能。2、系统应具有甲烷浓度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功能：3.1 掘进工作面甲烷浓度达到1.5%CH4时，系统应能切断掘进工作面内的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面甲烷浓度低于 1.0%CH4 时，系统应能自动解锁。3.2 掘进工作面间回风流中的甲烷浓度达到1.0% CH4 时，系

8、统应能切断掘进巷道回风区域内的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0%CH4时，系统应能自动解锁。3.3 当排除掘进工作积聚甲烷使回风流中甲烷浓度达到1.0% CH4时，装置应能切断回风区域内全部非本质安全型电气设备电源并闭精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 25 页7 / 25 锁；同时发出声、光报警信号，当回风流中甲烷浓度低于1.0%CH4时，系统应能自动解锁。3.4 局部通风机停止运转，或局部通风机风筒中的风速低于规定值时，系统应能切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭

9、锁；当局部通风机恢复正常工作或风筒中的风速大于规定值时，系统应能自动解锁。3.5 停风区中最高瓦斯浓度不超过1.0%，且在局部通风机及其开关附近 10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局部通风机。3.6 与闭锁控制有关的设备 含主机、甲烷传感器、设备开停传感器等）故障或断电时，系统应能切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；与闭锁控制有关的设备接通电源1min 内，系统应继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源；当与闭锁控制有关的设备正常并稳定运行后，系统应能自动解锁。4、 系统应具有断电状态监测功能。断电状态监测就是系统对被控设备的馈电

10、状态进行实时监测，当馈电状态与系统发出的断电/馈电命令不一致时，报警并记录相应测点的甲烷浓度、断电/馈电命令、监测的馈电状态、被控设备的地点和名称等。5、系统应具有中心站手动遥控断电/复电功能，断电 /复电响应时间应不大于系统巡检周期，中心站手动遥控断电/复电功能是防止瓦斯超限违章作业的措施之一，当瓦斯超限时，中心站值班人员可通过精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 25 页8 / 25 系统切断有关区域的电源，待瓦斯浓度降低，通风系统工作正常后，中心站值班人员可通过系统有关区域复电。中心站手动遥控断电/复电功能，由中心站发送

11、命令，传输系统传至相应分站，因此，断电/复电响应时应不大于系统巡检周期。6、系统应具有异地断电 /复电功能。异地断电 /复电功能是解决接于A 分站甲烷等被测超限时，控制接于B 分站的被控设备断电，以提高系统的灵活性。断电 /复电响应时间应大于2 倍系统巡检周期。7、系统应具有备用电源。当电网停电后，系统应能对甲烷、风速、负压、一氧化碳、局部通风机开停、风筒状态等连续监控时间应不小于 2h。8、系统应具有自检功能。当系统中传感器、分站、让站、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，以供查询打印。9、系统主机应双机备份，并具有手动切换功能自动切换功能可选），当工作主机发生故障时，备

12、份主机投入工作，保证系统的正常工作。10、系统应具有实时存盘功能。存盘内容包括：甲烷、风速、负压、一氧化碳等重要测点模拟量的实时监测值；模拟量统计值最大值、平均值、最小值）；报警及解除报警时间及状态；断电/复电时间及状态；断电/复电逻辑关系不符报警时间及状态；设备开/停时间及状态；累计量值；设备故障/恢复正常工作时间及状态等。在这些存盘工程中，除重要监测点模拟量的实时测控值存精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 25 页9 / 25 盘记录应保持 24h外，其余均应保存3 个月以上，并具当系统发生故障时，丢失上述信息的时间长度

13、应不大于5min。11、系统应具有列表显示功能。模拟量及相关显示内容包括地点、名称、单位、报警门限、断电门限、复电门限、监测值、最大值、最大值、平均值、断电 /复电命令、馈电状态、超限报警、断电逻辑不符报警、传感器故障、封锁与解锁等。开关量显示内容包括地点、名称、开 /停时刻、状态、工作时间、开停次数、传感器状态、封锁与解锁等。12、系统应具有模拟量曲线和历史曲线显示功能。在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值3 种曲线。在一屏上，同时显示不小于 3 个模拟量，并设时间标尺，可显示出对应时间标尺的模拟量值。13、系统应具有柱状显示功能，以便直观地反映设备开机率。显示内容包括地点、名称

14、、最后一次开/停时刻和状态、工作时间、开机率、开 /停次数、传感器状态、封锁与解锁等，并设时间标尺。14、系统应具有模拟动画显示功能，以便形象、直观、全面地反映安全生产状况，显示内容包括工艺流程模拟图、相应设备开停状态、相应模拟量数值等。15、系统应具有系统设备布置图显示功能，以便及时了解系统配置、运行机构、分站、电控箱、主站和电缆等设备的设备名称、位置和运行状态等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 25 页10 / 25 16、系统应具有报表、曲线、柱状图、模拟图、初始化参数等召唤打印能力，以便于报表分析。17、系统应具

15、有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用。18、系统应具有防雷措施，防止雷电击毁设备，引起井下瓦斯爆炸。19、系统应具有抗干扰措施，防止架线电机车火花。大型机电设备启停等无线通讯设备电磁干扰影响系统正常工作。20、系统分站应具有初始化参数掉电保护功能，以防分站停电后，初始化参数丢失。21、分站显示功能显示分站电源的工作状态UPS工作 AC 供电）显示分站接入的开入 /开出状态，模拟量数值。显示分站传感器的故障显示分站控制电源的状态显示分站的通信状态22、传输22.1 传输系统：系统巡检周期应不超过30S。22.2 传输距离：主站距分站距离不小于15km，分站至传感器距离不小于 2km

16、。23、电源精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 25 页11 / 25 地面 AC220V，50Hz；井下 AC127V，660V，50Hz。电压波动范围：地面 90110%，井下 75115%。电源故障时，备用电源 UPS）应自动投入，且地面中心站设备应保证满负荷工作供电时间不小于2h，分站及传感器供电时间不小于2h。24、适应的环境条件井下环境温度 040，相对湿度 98%；地面环境温度 -1540井下装置要符合中国爆炸环境电器设备的使用要求，有相应的防爆合格证和产品检验合格证及下井许可证、煤安标志。五、监测监控现场具

17、体装备：为防止井下瓦斯、煤尘、火灾等事故危害人身和设备安全，在井下各采煤工作面、掘进头及主要巷道、机电硐室等处设置甲烷、温度、烟雾、一氧化碳、风速、负压等各类环境监测传感器，在风门处设风门开关，在风筒上设风筒开关，对井下环境、火灾、通风设施的状况进行监测，并经分站将监测信息传送到地面中心站，经处理后显示、传输，供有关人员及时全面掌握井下环境状况，达到对各类灾害的早期预测、预报、处理，避免事故的发生。1、各种传感器的装备地点及数量根据煤矿安全规程等有关规定和煤矿安全管理需要，井上、下主要作业场所及需要配备的传感器种类、数量详见表1 表 1：主要设备清单序号名称规格型号单位数量精选学习资料 - -

18、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 25 页12 / 25 1 主机备机研 华 工 控P4 2.8G/1G/160G、19液晶、声卡、麦克风、音箱/操作系统台2 2 图形机研华工控P4 2G/1G/160G、19液晶、声卡、麦克风、音箱/操作系统台1 3 系统软件KJ101N 套1 4 UPS电源3KVA/2h 台1 5 语音报警套1 6 防雷过压保护器台4 7 矿用监控分站KJ101N-F1,KJ101N-F2 台25 8 甲烷传感器KJ101-45B 台49 9 烟雾传感器台12 10 温度传感器KGW10 0-100台30 11 风速传

19、感器GFT15 0.3-15m/s 台20 12 负压传感器KGY5 0-5kpa 台5 13 一氧化碳传感器GTH500 0-500ppm 台40 14 设备开停传感器KGT8 台30 15 风门开关传感器KGE8 台40 16 差压传感器KGY5 台3 17 风筒开关传感器GFT5 台30 18 馈电状态传感器KGT19 台30 19 馈电断电器KJ101N-GD 台30 20 传感器电缆4芯km 10 21 传输线缆4芯Km 20 22 采样气囊20L 个10 23 传感器线接线盒2通个150 24 传感器线接线盒3通个16精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

20、- - - - - - -第 12 页，共 25 页13 / 25 0 25 示波器台1 26 CO 标准气体CO 纯度 1000PPM 瓶3 27 甲烷校验标准气体40L 瓦斯纯度 2.00.1）瓶3 28 CO 标准气体8L CO 纯度 1000PPM 瓶10 29 甲烷校验标准气体8L 瓦斯纯度 2.00.1）瓶10 30 工具含组合工具、万用表套2 31 辅材套1 32 工作台套1 33 打印机A3 针式台2 注：以上传感器数量是据实统计，装用时至少考虑20%的备用量，要求甲烷、一氧化碳传感器具有超限声、光报警及甲烷故障断电功能，风速、风压、温度传感器上有数字显示。2、上述设备具体安装

21、地点表安装地点见表 2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 25 页14 / 25 表 2：设备安装地点计算机打印机音箱UPS电源避雷器监控分站继电器箱甲烷负压温度流量一氧化碳压差风速传感器声光报警器管道甲烷断水保护器开停传感器馈电传感器风门传感器风筒风量氧气二氧化碳计算机室2 2 1 1 1 地面总排风井地面瓦斯泵房掘进工作面1 掘进工作面2 。掘进工作面N 采煤工作面1 采煤工作面2 . 采煤工作面N 洞室合计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 2

22、5 页15 / 25 注意：表 2 中的统计数量要与表1 中的数量完全吻合） 3、安全监控系统图附图 4、安全监控断电系统图附图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 25 页16 / 25 六、设备选型拟选用镇江中煤电子有限公司生产的KJ101N 型煤矿安全监控系统，该系统设备配套齐全，完全符合我矿需要。该系统还有如下技术优势和创新点6.1 快速断电控制目前监控系统分站断电控制时间普遍偏长，尚没有见到能够在2秒中内快速完成断电控制的分站，不适合高突甲烷矿井应用，其主要原因是分站采集处理数据均采用单CPU方式，硬件资源限制了分

23、站的反应时间。KJ101N 系统的新四模监控仪和八模监控仪采用了多CPU处理方式和数字编码远控技术，系统在满负载状态下，能在2 秒中内完成全分站的 68 路断电控制。地面主机还具有“通播断电”功能，系统在紧急情况时能够在2 秒钟内切断全矿井所有被控机电设备电源。KJ101N 系统的远程断电箱不需要外接电源，本质安全信号驱动兼作电源供给，当交流电源中断后，分站仍能维持断电闭锁状态，使用方便安全可靠，完全符合新标准要求。常规的远程断电箱必须外接 660伏动力电源，在交流电中断后断电箱失去能源，虽然分站闭锁信号依然存在，但无法实现闭锁控制，如若达到新规程要求则每台断电箱必须配置一台2 小时的矿用不间

24、断电源。6.2 杜绝冒大数误报警精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 25 页17 / 25 KJ101N 系统采用全数字化信号采集技术，彻底杜绝了监控系统异常大数干扰，目使用的监控系统传感器信号向分站传输大都采用2001000频率制式，分站采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫度很差，遇有线路接触不或电磁干扰就会造成假象信号。煤矿井下特殊狭小的现场环境，传感器连线与动力电缆很难分开附设，有些地方干脆就是挂在同一个电缆挂钩上，大型电器设备启动和停止时会释放出极其强烈的电磁脉冲辐射，强干扰脉冲能在瞬完全间淹没传感器信号，结果就造成了

25、“冒大数”现象。KJ101N 系统分站到传感器采用的是全数字化传输方式，具有良好的容错技术，能够有效地捡出干扰信号，可以彻底根除误报警这一顽疾。6.3 高抗干扰性能2006 年推出的新标准 KJ101N 系统传输技术取得了大幅度提高，新系统摒弃了传统的基带码传输方式，改用抗干扰性能优越的DPSK调制方式，同时应用智能锁相技术、纠错容错技术、共模噪声抑制技术、电源浪涌抑制技术、同步传输协议等多项先进技术，使抗干扰性能得到了极大提高，其传输性能综合指标处于前国内领先地位。 2006年新推出了一款光纤驱动接口，主干线可以选用光纤传输，将通信接口置于井下，使主机算计与分站之间用光纤隔离开来，能彻底杜绝

26、电磁干扰造成的系统不稳定。6.4 传感器高稳定长寿命精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 25 页18 / 25 甲烷传感器三大技术难题：高浓甲烷冲击、二值性、全量程。KJ101N-45B 型甲烷传感器应用我公司的发明专利，是一种全新概念的甲烷传感器检测方法，耐高浓甲烷冲击、实现单元件全量程甲烷检测，使检测元件在任何甲烷浓度环境下不受损伤，用户不必再为甲烷突出等原因担心传感元件的损坏。KJ101N 型甲烷传感器只用一对黑白元件，全量程内不停测，不保护，不用切换热导元件，实现不间断0.00-100%CH4的精确测量，在 0.0

27、0-10%CH4量程内有 0.01%CH4的分辨率，在 10-100%CH4 量程内有良好的线性和极好的重复性，多次成功采集并记录甲烷突出的全过程。KJ101N 系统使用的甲烷传感器检测元件具有极长的工作寿命，KJ101-45B 型甲烷传感器采用“恒温”的特殊工作模式使检测元件寿命取得了突破性进展，在无毒害气体的环境下，典型寿命可以达到三年，经现场使用证明均可达二年以上，许多元件更换不是因灵敏度衰减，而是气室粉末冶金罩日久被煤尘阻塞才更换。KJ101N-45B 型甲烷传感器独创的稳零技术，可使传感器零点与精度具有超低漂移性能，现场有过100天不调校未超标的记录，远远超过国家新标准的12天。仪器

28、在全量程下只设一个软件调零，由红外线遥控操作，使用非常方便。6.5 传感器长线距离精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 25 页19 / 25 KJ101N 系统配接的传感器全部实现了低功耗，以功耗最高的甲烷传感器为例，典型工作电流小于50毫安，因此能够连接2000M以上的电缆 1平方电缆 2000M；1.5 平方电缆 3000M）。6.6 异的抗雷击性能KJ101N 型煤矿安全监控系统在十数年的实践中积累了大量防雷知识和经验，开发有性能优良的防雷装置和避雷技术，曾经多次在权威刊物上发表过专题文章，在国内率先推出具有安标的线

29、路避雷器、电源避雷器等产品。KJ101N 系统部件在产品设计时，板级部件全部加装了有效的浪涌抑制电路，比如：接口电路、监控仪主板、监控仪衬板、信号输入电路等等。避雷效果最好的要属2006年推出的“矿用光纤接口”，通信干线可以换成了光纤传输，兼容现有的井下设备，用户无需太多的成本就能方便升级，使雷击损坏永远成为了历史。6.7 高标准结构设计KJ101N 系统部件外壳几乎全部用不锈钢和玻璃钢制造，具有耐腐蚀、抗冲击、美观、牢固等优点，比如：KJ101N-F1 型监控仪外壳用不锈钢 6小时 4小时超长的零点、精度调校周期： 100天长寿命检测元件： 1年宽量程连续检测范围： 0.00100CH4 地

30、面组网半径： 50Km 传感器接线距离： 2Km 井下传输距离： 25KM 多信号制式：标准 FSK高频调相基带双流码6.14、广泛的兼容方式 KJl01 型监控系统没有分站模式的束缚，各监控参数均具有独立性，无论硬件或软件的使用、检索、显示可以不受安装地点，连接端口、归属何分站的影响，井下网络可以挂接任何工作模式的矿用监控分站 (2 模 2开、2 模 16开、3模 1开、3 模 8 开、4 模、八摸开等，ABD-21K 断电仪改插该系统的ZM2l 板、ADJ2 断电仪改插该系统的 28板均可单点入网，无需另加分站，2000年后新软件版本将兼容该系统以外的分站同网混合使用。该系统矿用监控分站的

31、输入端口开关量与模拟量通用，并且可以兼容各种制式的频率量、不连续脉冲、串行码和该系统特有的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 25 页24 / 25 二线制叠加码，系统自动识别无须定义，几乎可以配接国内外所有厂家的传感器。 KJ101N-F1 型矿用监控分站传感器电源各路独立，稳压18V，限流 200300mA(可调，无论恒流型还是恒压型传感器都可以直接配接，无须更改电路。该系统的传感器兼有多种输出制式，如：各种标准的频率量515；0300；05000；2001000：200600960等，模拟量15mA：420mA；还有

32、 ADJ-2 和串行码方式。10.5.15、丰富而实用的功能KJ101N 型煤矿安全监控系统设计有很多新颖实用的功能，其中绝大部分都是该系统独有的，在此仅作部分介绍。监控系统的故障中有近70是传输线造成的，该系统设计有智能三通 (KFFl 遥控分路器 ，当系统传输线发生短路时，能自动切除短路支线并报警记录。随着监控产品的技术升级，单片机的应用己普及到传感器，但随之而来的“死机”问题尚不能完全杜绝。该系统独有的总清“分站”和总清“传感器”功能使系统趋于完美。使用人员无须下井，在地面可随意下发总清启动命令，以唤醒“死锁”的分站和传感器。该系统井下设备广泛应用了红外遥控、遥调技术，分站电源的“开关”

33、，风电瓦斯闭锁状态的“解锁”，传感器“零点、精精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 25 页25 / 25 度”的调校，传感器输出制式的设定，报警、断电值的修改，全部能通过红外遥控器操作，减少了井下设备开盖的麻烦。该系统设计有断电状态回传功能，远程断电器(KJ101N-F1 矿用监控分站继电器箱 上设有馈电状态传感器，在执行远程断电的同时回传被控设备的供电状态。设备构成简单，无须另设线路，可有效解决人为破坏断电控制的难题。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 25 页