煤矿安全监测监控系统.ppt

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1、煤矿安全监测监控系统魏引尚魏引尚 （博士，教授）（博士，教授）西安科技大学西安科技大学E_mail:E_mail:内容提要内容提要n n上篇n n系统组成系统组成n n系统功能系统功能n n煤与瓦斯突出预警煤与瓦斯突出预警n n火灾监控与预警火灾监控与预警n n矿山压力监测与预矿山压力监测与预警警n n下篇n n系统与事故关系系统与事故关系n n规范标准规范标准n n系统设备维护系统设备维护n n制度建设制度建设n n事故应急预案事故应急预案上 篇 监控系统组成及其功能监控系统组成及其功能一、系统组成及其作用一、系统组成及其作用 n n监测监控系统是融计算机技术、通信技术、控制技术和电子技术为

2、一监测监控系统是融计算机技术、通信技术、控制技术和电子技术为一体的综合自动化产品。体的综合自动化产品。n n监测监控系统的功能一是监测监控系统的功能一是“测测”，即检测各种环境安全参数、设备工况，即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；参数、过程控制参数等；n n二是二是“控控”，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等执行机构等 n n组成组成n n硬件组成：传感器、执行单元、测控分站、信道、隔离栅、计算机及其硬件组成：传感器、执行单元、测控分站、信道、隔离栅、计算机及其外围设施。外围设施。n n软件组成：

3、操作系统、信息管理系统；软件组成：操作系统、信息管理系统；n n自动采集资料、处理资料并进行控制的系统自动采集资料、处理资料并进行控制的系统,具有及时、具有及时、准确、连续、可靠的优点准确、连续、可靠的优点,对保障矿井安全对保障矿井安全,提高矿井提高矿井“一通三防一通三防”管理水平管理水平,增强矿井抗灾能力增强矿井抗灾能力 。监测监控系统结构图监测监控系统结构图国外瓦斯安全监测监控系统 n n相关技术的发展：相关技术的发展：n n19461946年，电子计算机诞生；年，电子计算机诞生；1950197019501970年代，集成电路，大规模集年代，集成电路，大规模集成电路产生；成电路产生；196

4、01960年代，通信技术发展；年代，通信技术发展；n n瓦斯遥测技术瓦斯遥测技术n n遥测瓦斯仪遥测瓦斯仪n n2020世纪世纪6060年代中期法国的年代中期法国的CCT63/40CCT63/40煤矿环境监测系统，它煤矿环境监测系统，它可测量瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数，最多可测可测量瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数，最多可测4040个点。个点。n n2020世纪世纪70-8070-80年代，先进的安全监测监控系统相继诞生。年代，先进的安全监测监控系统相继诞生。n n2020世纪世纪8080年代年代-90-90年代，计算机网络技术促进了矿井综合年代，计算机网络技术促进了矿井综合自动化的发展

5、自动化的发展 国内瓦斯安全监测监控系统n n19581958年的山西省，它采用纯铂丝元件为传感器，后经多方协作研制出年的山西省，它采用纯铂丝元件为传感器，后经多方协作研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，随继研制成功以这种元件我国第一个达到实用水平的载体催化元件，随继研制成功以这种元件为传感器的为传感器的AQR1AQR1型瓦斯测量仪。型瓦斯测量仪。n n19731973年，由重庆煤矿安全仪器厂等年，由重庆煤矿安全仪器厂等5 5家单位协作，研制成功了长期连续家单位协作，研制成功了长期连续监测瓦斯的监测瓦斯的AYJ-1AYJ-1型瓦斯遥测仪，随后又有型瓦斯遥测仪，随后又有ABD1ABD1型瓦

6、斯断电报警仪、型瓦斯断电报警仪、AQD1AQD1型采煤机瓦斯断电控制仪等产品出现，我国催化型矿井瓦斯型采煤机瓦斯断电控制仪等产品出现，我国催化型矿井瓦斯检测仪器的品种渐次丰富起来。检测仪器的品种渐次丰富起来。n n19701970年代我国煤矿已经采用了多路载波传输技术和模拟显示进行环境年代我国煤矿已经采用了多路载波传输技术和模拟显示进行环境参数和机械状态的监测，用电话来指挥生产。参数和机械状态的监测，用电话来指挥生产。n n改革开放的国策出台，开始引进了波兰改革开放的国策出台，开始引进了波兰CMMCMM安全检测系统，英国的安全检测系统，英国的MINOSMINOS系统，美国的系统，美国的DAND

7、AN系统和联邦德国的系统和联邦德国的TF-200TF-200系统。到了系统。到了19801980年年代，随着引进消化并进一步实现代，随着引进消化并进一步实现“国产化国产化”，创造了一系列适合我国，创造了一系列适合我国煤矿条件的监控系统。煤矿条件的监控系统。n n19901990年代，自主研制的监测监控系统普遍推广使用年代，自主研制的监测监控系统普遍推广使用传感器简介n n定义：国标GB766687，n n把把“能够把特定的被测量信息（如物理量、化能够把特定的被测量信息（如物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用输出信号的器件或装置称为传感器输出

8、信号的器件或装置称为传感器”。n n“可用输出信号可用输出信号”，是指便于传输、便于处理，是指便于传输、便于处理的信号。就目前而言，电信号最能满足便于传的信号。就目前而言，电信号最能满足便于传输、便于处理的要求。输、便于处理的要求。n n也可以定义为把外界非电量信息转换成电信号也可以定义为把外界非电量信息转换成电信号输出的器件或装置输出的器件或装置 传感器的作用 n n现代信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理。现代信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理。n n信息采集离不开传感器技术。信息采集离不开传感器技术。n n传感器位于信息采集系统之首、检测与控制之前，是感知、传感器位

9、于信息采集系统之首、检测与控制之前，是感知、获取与检测的最前段。获取与检测的最前段。n n科学研究与自动化生产过程中所要获取的各类信息，都需科学研究与自动化生产过程中所要获取的各类信息，都需要通过传感器获取并转换成为电信号，没有传感器技术的要通过传感器获取并转换成为电信号，没有传感器技术的发展，整个信息技术的发展就成为一句空话。发展，整个信息技术的发展就成为一句空话。传感器的优点n n测量灵敏度高，应用范围广；测量灵敏度高，应用范围广；n n感测系统结构紧凑，安装调试方便；感测系统结构紧凑，安装调试方便；n n测量惯性小，反应速度快，频率特性好；测量惯性小，反应速度快，频率特性好；n n可进行

10、无接触测量和远程监测，并有较高的测量可进行无接触测量和远程监测，并有较高的测量精度；精度；n n在计算机技术的支持下，具有很高的自动测试程在计算机技术的支持下，具有很高的自动测试程度，智能化前景好。度，智能化前景好。传感器的组成传感器的组成敏感元件（又称预变换器），是用来感受被测物理量，并将它预先变换成为另一种形式的物理量的器件。转换元件，是将经预变换的非电信号变换为电信号的器件。信号处理电路，是将转换元件输出的电信号放大或处理为便于显示、记录、控制、传输的信号。二、安全监控系统功能1.1.矿井有害气体监测2.2.矿井环境状态参数监测3.3.矿井风门开关状态监测4.4.矿井机电设备状态监测5.

11、5.矿井生产状态在线监测2.1 矿井有害气体监测矿井有害气体监测n n热催化原理热催化原理(催化燃烧原理催化燃烧原理)监测瓦斯监测瓦斯n n甲烷等可燃气体在一定温度条件下，在催化剂甲烷等可燃气体在一定温度条件下，在催化剂（铂、铑、钯）等催化作用下，进行无焰燃烧，（铂、铑、钯）等催化作用下，进行无焰燃烧，在一定的浓度范围内，定量的甲烷燃烧放出定在一定的浓度范围内，定量的甲烷燃烧放出定量的热，生成二氧化碳和水。量的热，生成二氧化碳和水。n n释放出的热量释放出的热量QQ使元件的温度上升，造成铂丝的使元件的温度上升，造成铂丝的阻值变化。阻值变化。n n铂丝的电阻在铂丝的电阻在0 0630.74630

12、.74范围内与甲烷可燃气体范围内与甲烷可燃气体浓度成正比。浓度成正比。载体热催化传感器结构n n热催化元件热催化元件热催化元件热催化元件n n纯铂丝热催化元件的结纯铂丝热催化元件的结构如下图所示。元件仅构如下图所示。元件仅有一个纯铂丝螺旋圈，有一个纯铂丝螺旋圈，结构简单，制造容易。结构简单，制造容易。n n载体热催化元件是目前载体热催化元件是目前使用最广泛的一种催化使用最广泛的一种催化元件元件 ：由铂丝线圈、：由铂丝线圈、载体和催化剂组成。载体和催化剂组成。一氧化碳监测 n n原理：原理：COCO传感器的电化学池结构及工作原理如图。其内是一个装有三传感器的电化学池结构及工作原理如图。其内是一个

13、装有三个电极的电池，个电极的电池，WW为工作极，为工作极，C C为对极，为对极，R R为提供恒定电位。该电池在为提供恒定电位。该电池在恒定电位器产生的恒定电位作用下，在恒电位电池场中，通入恒定电位器产生的恒定电位作用下，在恒电位电池场中，通入COCO气气体并扩散至工作极时，体并扩散至工作极时，COCO气体发生氧化反应生成气体发生氧化反应生成CO2CO2；同时，气体中；同时，气体中的氧扩散到对极的氧扩散到对极C C处，发生还原反应。处，发生还原反应。MSA570系列一氧化碳检测报警器 n n可连续检测空气中可连续检测空气中COCO在在0 0600mg/m3600mg/m3范围内的浓度。当一范围内

14、的浓度。当一氧化碳浓度达到设定的预报值和报警值时，可分别发出报氧化碳浓度达到设定的预报值和报警值时，可分别发出报警信号，同时启动联锁触点信号带动蜂呜器发出报警。其警信号，同时启动联锁触点信号带动蜂呜器发出报警。其控制系统安装在控制室，传感器安装在测定现场，可远距控制系统安装在控制室，传感器安装在测定现场，可远距离连续检测离连续检测1 15 5点存在一氧化碳气体场所的浓度信号，传点存在一氧化碳气体场所的浓度信号，传输距离可达。测量精度为输距离可达。测量精度为5 5FSFS，响应时间小于，响应时间小于60S60S，传感，传感器寿命为器寿命为1212个月。个月。MSA580系列硫化氢检测报警器 n

15、n测定原理：同测定原理：同COCO测定测定n n580580系列的传感器是由电化学极普电池及有关电路组成，系列的传感器是由电化学极普电池及有关电路组成，被测气体通过隔爆片以及探头表面的塑料薄膜以扩散方式被测气体通过隔爆片以及探头表面的塑料薄膜以扩散方式进入极普电池采样区，极普电池使硫化氢氧化为硫酸，这进入极普电池采样区，极普电池使硫化氢氧化为硫酸，这种氧化过程与采样区内硫化氢的分压成正比，通过采样电种氧化过程与采样区内硫化氢的分压成正比，通过采样电路、放大电路及接口电路输出与环境气体中硫化氢浓度成路、放大电路及接口电路输出与环境气体中硫化氢浓度成比例的电信号。比例的电信号。氧气（O2）检测 n

16、 n电化学化测氧电化学化测氧电化学化测氧电化学化测氧 n n电化学燃料电池，电化学燃料电池，也称伽伐尼也称伽伐尼电电池，其原理如池，其原理如图图。一个失去一个失去电电子，另一子，另一个得到个得到电电子，如果在两极子，如果在两极间间加上加上负载负载就会有就会有电电流流输输出，出，电电流的大小取决流的大小取决于透于透过过薄膜的氧气量的多少，薄膜的氧气量的多少，测测量出量出电电流的数流的数值值，即可，即可获获得氧气的得氧气的浓浓度，度，从而达到从而达到测测定氧气定氧气(O(O2 2)浓浓度的目的。度的目的。43521O2传感器输入调节回路A/D转换器数字显示电源1-聚四氟乙烯薄膜，2-阴极，3-阳极

17、，4-电表，5-电解液电磁法测氧电磁法测氧(O2)n n氧气与其它气体不同的物氧气与其它气体不同的物理特性，氧气具有顺磁性，理特性，氧气具有顺磁性，指气体能被磁场吸引或排指气体能被磁场吸引或排斥的性质。当待气体进入斥的性质。当待气体进入具有磁场和加热线圈的气具有磁场和加热线圈的气室时，由于磁场和加热线室时，由于磁场和加热线圈的作用，使气流不断地圈的作用，使气流不断地流动形成所谓磁风，使气流动形成所谓磁风，使气室中的热敏元件阻值发生室中的热敏元件阻值发生变化破坏电桥平衡，不平变化破坏电桥平衡，不平衡电流大小与气样中氧气衡电流大小与气样中氧气量有关。量有关。2.2 环境状态参数监测环境状态参数监测

18、n n温度检测技术温度检测技术温度检测技术温度检测技术 n n热电偶热电偶n n热电热电阻温度阻温度计计：热热点阻、半点阻、半导导体体热热敏敏电电阻；阻；n n半半导导体体PNPN结测结测温温传传感器感器 n n半半导导体体PNPN结结温度温度传传感器具有体感器具有体积积小，响小，响应时间应时间快，在一定范快，在一定范围围内内线线性性度度较较好，功耗低，抗干好，功耗低，抗干扰扰能力能力强强等等优优点。因而在煤点。因而在煤矿矿井下比井下比较恶较恶劣的劣的环环境下，得到了境下，得到了较较好的推广好的推广应应用。用。n n红外测温计红外测温计 n n任何物体只要温度高于任何物体只要温度高于绝对绝对零

19、度，就会不断零度，就会不断产产生生红红外外辐辐射，温度越高，射，温度越高，辐辐射功率越大。只要知道物体的温度射功率越大。只要知道物体的温度T T和比和比辐辐射率射率，就能，就能计计算出它所算出它所发发射的射的辐辐射功率射功率P P；若知道物体所；若知道物体所发发射的射的辐辐射功率，射功率，则则可求出它的温可求出它的温度。度。n n超声波旋涡风速传感器超声波旋涡风速传感器 n n原理：卡曼涡街理论，就是在无限流场中，垂直流体流向插入一原理：卡曼涡街理论，就是在无限流场中，垂直流体流向插入一根无限长的非流线型阻挡体（旋涡发生体），在雷诺数为根无限长的非流线型阻挡体（旋涡发生体），在雷诺数为2002

20、005000050000范围内，阻挡体的下游将产生内旋的、互相交替的旋涡列范围内，阻挡体的下游将产生内旋的、互相交替的旋涡列,其旋涡频率其旋涡频率f f与流体流速与流体流速V V成正比，与阻挡体直径成正比，与阻挡体直径d d成反比。成反比。n n 式中式中 St St-常数，在雷诺数常数，在雷诺数Re=200Re=20021052105范围内，对于园柱体；范围内，对于园柱体；n n f f-卡曼旋涡频率，次卡曼旋涡频率，次/s/s；n n VV-流体流速，流体流速，m/sm/s；n n d d-挡阻体直径，挡阻体直径，mm。n n 由公式可知，只要准确测出旋涡频率由公式可知，只要准确测出旋涡频

21、率f f，就可以确定出流体流速，就可以确定出流体流速的大小，即风速的大小。的大小，即风速的大小。超声波旋涡风速传感器构造超声波旋涡风速传感器性能指标n n目前，这类传感器型号有：目前，这类传感器型号有：FC-1FC-1型、型、FC-2FC-2型、型、KG5002KG5002型、型、KGF3KGF3型、型、VA216VA216型、型、CW-1CW-1型、型、KG3088KG3088型等风速传感器。型等风速传感器。CW-1CW-1型主要技术指标：本安电源：型主要技术指标：本安电源：121224V24V（300mA300mA）；）；输出信号：输出信号：0 0150150（20020010001000

22、）Hz,1Hz,15mA5mA；测量范围：；测量范围：15m/s15m/s；测量误差：。；测量误差：。n nKG3088KG3088型主要技术指标：本安电源：型主要技术指标：本安电源：121218V18V（80mA80mA）；）；输出信号：输出信号：0 0150150（20020010001000）Hz,1Hz,15mA5mA；测量范围：；测量范围：15m/s15m/s；测量误差：。；测量误差：。压力传感器 n n差动变压器负压传感器差动变压器负压传感器差动变压器负压传感器差动变压器负压传感器 n n差动变压器原理。差动变压器原理。其探头是由差压膜其探头是由差压膜盒和差动变压器组盒和差动变压器

23、组成的差压变换器，成的差压变换器，并将差压膜盒和差并将差压膜盒和差动变压器封装在一动变压器封装在一个容器内，容器上个容器内，容器上留有两个压力输入留有两个压力输入孔以传递压力孔以传递压力.压力传感器n n固态压阻型传感器固态压阻型传感器:n n压阻效应压阻效应半导体材料（硅晶体）在压力作用下，半导体材料（硅晶体）在压力作用下，晶格发生变化，导致其电阻率发生变化。晶格发生变化，导致其电阻率发生变化。湿度检测仪器n n电解质湿敏传感器电解质湿敏传感器 n n不挥发性的盐溶解于水的结果是降低了水的蒸气压，盐的浓度愈大，不挥发性的盐溶解于水的结果是降低了水的蒸气压，盐的浓度愈大，则溶液的蒸汽压降低愈多

24、。利用这一现象，可在有一对电极的绝缘基则溶液的蒸汽压降低愈多。利用这一现象，可在有一对电极的绝缘基板上，涂上潮解性盐的水溶液。这种电解质溶液薄膜，能随空气中水板上，涂上潮解性盐的水溶液。这种电解质溶液薄膜，能随空气中水蒸汽的变化而吸湿或脱湿，从而使两电极间的电阻值随空气湿度大小蒸汽的变化而吸湿或脱湿，从而使两电极间的电阻值随空气湿度大小而变化。而变化。n n羟乙基纤维素羟乙基纤维素羟乙基纤维素羟乙基纤维素炭湿敏元件和金属氧化物陶瓷湿敏炭湿敏元件和金属氧化物陶瓷湿敏炭湿敏元件和金属氧化物陶瓷湿敏炭湿敏元件和金属氧化物陶瓷湿敏元件制作的传感器元件制作的传感器元件制作的传感器元件制作的传感器n n以

25、聚苯乙以聚苯乙烯烯塑料作基体，基体上面两塑料作基体，基体上面两侧侧敷以两金属敷以两金属电电极，极，中中间间敷以湿度感敷以湿度感应应薄膜。湿度感薄膜。湿度感应应薄膜由薄膜由羟羟乙基乙基纤维纤维素、素、炭粉、山梨醇和三硝基甲苯等混合而成。炭粒在胶膜内炭粉、山梨醇和三硝基甲苯等混合而成。炭粒在胶膜内处处于于悬悬浮状浮状态态，在正常情况下，在正常情况下，纤维纤维素不素不导电导电，但炭是，但炭是导电导电体，由于体，由于悬悬浮炭粒的互相接触，在两浮炭粒的互相接触，在两电电极极间间构成一构成一个具有一定个具有一定电电阻的阻的导导体，体，电电阻的大小与炭粒接触情况有阻的大小与炭粒接触情况有关。由于关。由于纤维

26、纤维素具有吸湿膨素具有吸湿膨胀胀作用。作用。2.3 2.3 风门开停状态监测风门开停状态监测KGE12KGE12系列矿用风门开关传感器是磁性驱动的位置开关系列矿用风门开关传感器是磁性驱动的位置开关传感器，系矿用本质安全型产品如图。传感器，系矿用本质安全型产品如图。一、工作原理:n nKGE12KGE12系列风门传感器是一种磁性驱动的接近开关，它将系列风门传感器是一种磁性驱动的接近开关，它将触发磁铁装在风门上，而把开关组件安装在对应的门框上。触发磁铁装在风门上，而把开关组件安装在对应的门框上。n n当风门关闭时，触发磁钢紧靠开关组件，由磁力产生的磁当风门关闭时，触发磁钢紧靠开关组件，由磁力产生的

27、磁场使开关组件维持闭合（或断开）状态，这时由舌簧开关场使开关组件维持闭合（或断开）状态，这时由舌簧开关输出一闭合（或断开）信号给监测系统分站或向地面传输输出一闭合（或断开）信号给监测系统分站或向地面传输信号的载波设备，经数据线在地面中心站或模拟盘显示风信号的载波设备，经数据线在地面中心站或模拟盘显示风门门“关关”状态。状态。n n当风门打开时，触发磁钢离开了舌簧开关，开关组件即输当风门打开时，触发磁钢离开了舌簧开关，开关组件即输出一断开（或闭合）信号给监测系统让或向地面传输信号出一断开（或闭合）信号给监测系统让或向地面传输信号的载波设备，经数据线在地面中心站模拟盘显示风门的载波设备，经数据线在

28、地面中心站模拟盘显示风门“开开”状态。状态。风门开停传感器风门开停传感器性能性能:n n防爆型式：矿用本质安全型。防爆标志：防爆型式：矿用本质安全型。防爆标志：ExibIExibI（150150）使用环境温度：使用环境温度：-5-5+40+40；输入电源：输入电源：DC1024VDC1024V；动作距离：不小于动作距离：不小于30 mm30 mm，不大于，不大于70 mm 70 mm；防护等级：防护等级：IP54IP54；n n信号输出型式：信号输出型式：型：一组转换接点，型：一组转换接点，型：恒流型：恒流-5mA/+5mA5mA/+5mA，型：恒流型：恒流0/5mA0/5mA。输出信号传输距

29、离：输出信号传输距离：2Km2Km；外型尺寸外型尺寸mmmm：开关组件：开关组件：13852311385231；触发磁钢：触发磁钢：13852311385231；触发磁钢材质：氧化物磁钢；触发磁钢材质：氧化物磁钢；触发磁钢特点：抗老化、抗杂散磁场、全密封；触发磁钢特点：抗老化、抗杂散磁场、全密封；2.4 机电设备开停状态检测KGT9KGT9型开型开型开型开/停传感器停传感器停传感器停传感器n n开开/停传感器主要用于检测煤矿主要机电设备的运转状态。停传感器主要用于检测煤矿主要机电设备的运转状态。n n该传感器把检测到的开该传感器把检测到的开/停信号以停信号以5mA5mA的恒流或一继电器触点信号

30、的的恒流或一继电器触点信号的形式传输给监测分站如图。为了解矿井主要设备的运行状态，运转时形式传输给监测分站如图。为了解矿井主要设备的运行状态，运转时间长短，统计设备利用率提供依据。该传感器适用各种类型交流驱动间长短，统计设备利用率提供依据。该传感器适用各种类型交流驱动的用点设备。在供电电流不小于的用点设备。在供电电流不小于10A10A的情况下，均可检测出设备的开的情况下，均可检测出设备的开/停状态。停状态。开开开开/停传感器主要技术指标停传感器主要技术指标停传感器主要技术指标停传感器主要技术指标n n供电电源供电电源 本安型本安型15V DC15V DCn n最大工作电流最大工作电流 30mA

31、 30mAn n使用环境温度使用环境温度 -20 -20-40-40n n相对湿度相对湿度 95%95%n n输出信号输出信号 恒流恒流5mA5mA 继电器触点信号继电器触点信号n n防爆标志防爆标志 Exib ExibKGKT-C10型开型开/停传感器电路原理停传感器电路原理n nKGKT-C10KGKT-C10型开型开/停传感器电路如图停传感器电路如图5-35-3所示。图中所示。图中L L为检测为检测线圈。当机电设备工作时，有电流流过供电电缆，在其周线圈。当机电设备工作时，有电流流过供电电缆，在其周围产生磁场，通过电磁感应，在围产生磁场，通过电磁感应，在L L上感应出电压信号。上感应出电压

32、信号。感应信号经感应信号经ICIC放大，电压放大倍数放大，电压放大倍数Av=RPAv=RP1 1/R/R1 1=470/0.511000=470/0.511000。放大的电压信号，再经放大的电压信号，再经V V1 1，V2V2及及C2C2构成的整流滤波电路，构成的整流滤波电路，将交流信号变为直流信号。将交流信号变为直流信号。2.5 矿井生产在线监测n n煤仓位状态监测 煤仓贮煤位置检测，采用超声波料位传感器。煤仓贮煤位置检测，采用超声波料位传感器。超声波料位置测量原理与回声测距原理相同，装超声波料位置测量原理与回声测距原理相同，装在料仓顶部的探测器不断发射固定频率的超声波，在料仓顶部的探测器不

33、断发射固定频率的超声波，经被测物料表面的繁盛，其反射回波部分由探测经被测物料表面的繁盛，其反射回波部分由探测器接收，根据超声波往返时间即可换算出反射物器接收，根据超声波往返时间即可换算出反射物料表面与探测器发射之间的距离，料仓料位即可料表面与探测器发射之间的距离，料仓料位即可得知。得知。n nKG1003KG1003型矿用超声料位计由控制箱，探测器和显示箱组型矿用超声料位计由控制箱，探测器和显示箱组成，适用于连续检测井下各种物料料仓的料位。同时也可成，适用于连续检测井下各种物料料仓的料位。同时也可适用与地面易爆环境场合的料仓的料位检测。适用与地面易爆环境场合的料仓的料位检测。n nKG1003

34、KG1003型矿用超声料位计主要技术指标型矿用超声料位计主要技术指标n n探测器工作频率探测器工作频率 18kHz 18kHzn n探测器重复频率探测器重复频率 n n测量距离测量距离 125m 125mn n控制箱输入电压控制箱输入电压 AC 127V AC 127Vn n显示箱显示显示箱显示 11 11个发光二极管显示料位百分数个发光二极管显示料位百分数n n显示箱输出显示箱输出 1-5mA 1-5mA核子皮带秤核子皮带秤n n电子皮带秤重部分机械机构复杂，维护不方便，因此，人电子皮带秤重部分机械机构复杂，维护不方便，因此，人们研制出利用放射性原理的核子皮带秤，该皮带秤检测装们研制出利用放

35、射性原理的核子皮带秤，该皮带秤检测装置如图所示。只需将检测框架套在皮带外即可使用。置如图所示。只需将检测框架套在皮带外即可使用。采煤机组位置传感器n n采煤机是综采工作面的主要机械，它的运行情况采煤机是综采工作面的主要机械，它的运行情况基本上可以反映整个综采工作面的生产进程。采基本上可以反映整个综采工作面的生产进程。采煤机机组位置速度传感器可以将采煤机在工作面煤机机组位置速度传感器可以将采煤机在工作面的位置变动情况连续地采集并报告给地面中心。的位置变动情况连续地采集并报告给地面中心。这样在地面中信站可以用屏幕或模拟盘显示采煤这样在地面中信站可以用屏幕或模拟盘显示采煤机开停状态和位置从而使调度人

36、员掌握工作面生机开停状态和位置从而使调度人员掌握工作面生产情况。产情况。链式牵引采煤机在工作面的布置图图5-8 接近开关位置示意图三、煤与瓦斯突出预警三、煤与瓦斯突出预警n nKJ110KJ110系统煤与瓦斯突出预警功能系统煤与瓦斯突出预警功能系统煤与瓦斯突出预警功能系统煤与瓦斯突出预警功能n n 根据现场实际生产条件，由用户通过参数定义，和综合根据现场实际生产条件，由用户通过参数定义，和综合布置瓦斯、风速、地音（声发射）、红外测温探头和开关布置瓦斯、风速、地音（声发射）、红外测温探头和开关量传感器，构成实时分析监控单元。量传感器，构成实时分析监控单元。n n 综合分析和实时处理资料，能够自动

37、寻找、确定适合安综合分析和实时处理资料，能够自动寻找、确定适合安装矿井实际生产条件的、预测突出危险的判据和指标。装矿井实际生产条件的、预测突出危险的判据和指标。n n 通过分析瓦斯、风速、声发射、红外温度传感器收集的通过分析瓦斯、风速、声发射、红外温度传感器收集的资料，进行综合分析、处理、判断、预测突出危险性：资料，进行综合分析、处理、判断、预测突出危险性：n n 倾向性突出危险预测：估计未来倾向性突出危险预测：估计未来2-72-7天内有无突出事故发生的危天内有无突出事故发生的危险性，确定工作面是否已进入突出危险区域。险性，确定工作面是否已进入突出危险区域。n n 威胁性突出危险性预测：对已预

38、报进入突出危险区域的工作面，威胁性突出危险性预测：对已预报进入突出危险区域的工作面，评估工作面是否已处于突出危险状态。评估工作面是否已处于突出危险状态。n n 详细分析、处理临近突出前的数据和资料，预测工作面应详细分析、处理临近突出前的数据和资料，预测工作面应力集中的程度，确定突出事故可能发生的位置力集中的程度，确定突出事故可能发生的位置 n n突出事故发生后，预告已经发生事故的规模和类突出事故发生后，预告已经发生事故的规模和类型，为控制事故涉及的范围和处理事故提供依据。型，为控制事故涉及的范围和处理事故提供依据。n n事故（突出）发生后，能够鉴别事故类型和规模，事故（突出）发生后，能够鉴别事

39、故类型和规模，自动建立事故档案，为查询分析事故原因提供依自动建立事故档案，为查询分析事故原因提供依据。据。n n分析突出事故特性参数，根据预测预报的准确性，分析突出事故特性参数，根据预测预报的准确性，自动校核危险判据指标，逐步提高突出危险预测自动校核危险判据指标，逐步提高突出危险预测判据指标的准确性。判据指标的准确性。四、四、火灾监控与预警火灾监控与预警矿井火灾在线监测技术n n利用监测监控系统，安装布置利用监测监控系统，安装布置COCO、氧气、烟雾、温度等、氧气、烟雾、温度等参数传感器进行矿井火灾监控。参数传感器进行矿井火灾监控。n n安装地点：安装地点：n n皮带机头（外因）皮带机头（外因

40、）n n硐室（外因）硐室（外因）n n工作面（上隅角）（内因）工作面（上隅角）（内因）n n采空区（内因）采空区（内因）n n及时发现火灾事故隐患，当监测点及时发现火灾事故隐患，当监测点COCO、氧气浓度等发生、氧气浓度等发生突变是，即时报警。突变是，即时报警。矿井火灾束管检测系统矿井火灾束管检测系统：n n是一套集实时数据采集、数据分析、数据存储及数据发一套集实时数据采集、数据分析、数据存储及数据发布功能于一体的矿山气体发火和爆炸性全自动分析、预警布功能于一体的矿山气体发火和爆炸性全自动分析、预警和发布系统和发布系统 。n n对矿山各重点区域的对矿山各重点区域的COCO、CO2CO2、CH4

41、CH4、O2O2浓度进行浓度进行2424小小时连续循环监测分析，时连续循环监测分析，C2H6C2H6、C2H4C2H4、C2H2C2H2、H2H2、N2N2等等气体的浓度通过色谱进行采样分析，并将监测结果和采样气体的浓度通过色谱进行采样分析，并将监测结果和采样气体组分存入数据库中，以报表、曲线、爆炸三角形、爆气体组分存入数据库中，以报表、曲线、爆炸三角形、爆炸趋势四方图等形式在网上实时发布炸趋势四方图等形式在网上实时发布 n n JSG6 JSG6矿井火灾束管监测系统矿井火灾束管监测系统矿井火灾束管监测系统矿井火灾束管监测系统将广泛使用的煤矿实时监将广泛使用的煤矿实时监控系统监测到的气体组分数

42、据、各区域的人工现场测量组控系统监测到的气体组分数据、各区域的人工现场测量组分数据、现场球胆取样地面测量的组分数据自动导入到系分数据、现场球胆取样地面测量的组分数据自动导入到系统的数据库，并以报表、曲线、爆炸三角形、爆炸趋势四统的数据库，并以报表、曲线、爆炸三角形、爆炸趋势四方图等形式在网上实时发布方图等形式在网上实时发布 。n n 矿山管理人员通过该系统掌握这些气体的数据来了解矿山管理人员通过该系统掌握这些气体的数据来了解矿井的状况，可以对矿井的井下瓦斯矿井的状况，可以对矿井的井下瓦斯/通风系统做到最好通风系统做到最好的管理。让矿山管理人员侦测出早期自燃发火、爆炸和毒的管理。让矿山管理人员侦

43、测出早期自燃发火、爆炸和毒气的气体指标，以便有效地控制潜在的煤矿自燃发火和爆气的气体指标，以便有效地控制潜在的煤矿自燃发火和爆炸风险，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供炸风险，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供科学依据，降低矿井火灾和瓦斯爆炸发生的机率，从而减科学依据，降低矿井火灾和瓦斯爆炸发生的机率，从而减少矿井安全事故少矿井安全事故 。五、矿山压力监测与预警五、矿山压力监测与预警n n矿山压力事故：周期来压、顶板冒落、冲击地压。矿山压力事故：周期来压、顶板冒落、冲击地压。n n冲击地压的实时预测，是监测监控系统的一智能模冲击地压的实时预测，是监测监控系统的一智能模块，利用监

44、测信息进行分析，实现预测。块，利用监测信息进行分析，实现预测。n n功能及特点：功能及特点：n n根据监测冲击地压事故工作面的类型，由用户定义有关参根据监测冲击地压事故工作面的类型，由用户定义有关参数，按照一定的阵列布置声发射探头，构成冲击地压监测数，按照一定的阵列布置声发射探头，构成冲击地压监测单元。单元。n n通过实时分析声发射传感器所接受的探头总事件数，大事通过实时分析声发射传感器所接受的探头总事件数，大事件数，能量等参数的变化，评估工作面是否已进入集中应件数，能量等参数的变化，评估工作面是否已进入集中应力区。力区。n n对于已经进入应力区的工作面，加强数据采集和实时对于已经进入应力区的

45、工作面，加强数据采集和实时分析的密度。判断是否已处于危险状态。分析的密度。判断是否已处于危险状态。n n通过声源定位，确定集中应力区的位置，判断事故可通过声源定位，确定集中应力区的位置，判断事故可能发生的规模和涉及的范围，为防止冲击地压采取相能发生的规模和涉及的范围，为防止冲击地压采取相应的措施提供依据。应的措施提供依据。n n突出事故发生后，确定已经发生事故的规模和位置，突出事故发生后，确定已经发生事故的规模和位置，为控制事故涉及的范围和处理事故提供依据。为控制事故涉及的范围和处理事故提供依据。n n冲击地压发生后，自动建立事故档案库，为查询分析冲击地压发生后，自动建立事故档案库，为查询分析

46、事故原因，提供依据。事故原因，提供依据。n n分析冲击地压事故特征参数，根据预测预报的准确性，分析冲击地压事故特征参数，根据预测预报的准确性，自动校核危险判据指标，逐步提高预测指标的准确性。自动校核危险判据指标，逐步提高预测指标的准确性。下 篇 监控系统组成及其功能监控系统组成及其功能一、监控系统与煤矿安全事故n n现存问题现存问题 煤矿应按照煤矿安全规程和煤矿应按照煤矿安全规程和AQ1029-2007AQ1029-2007煤煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范安装、使矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范安装、使用、维护和管理系统。但部分煤矿传感器装备数量和用、维护和管理系统。但部分煤矿传感

47、器装备数量和地点不满足上述规程和标准的要求，更没有按照规程地点不满足上述规程和标准的要求，更没有按照规程和标准调校和维护，甚至将传感器报警浓度调高，不和标准调校和维护，甚至将传感器报警浓度调高，不使用断电控制功能等。使用断电控制功能等。几起瓦斯事故因素分析几起瓦斯事故因素分析几起瓦斯事故因素分析几起瓦斯事故因素分析 河北唐山刘官屯煤矿河北唐山刘官屯煤矿“12.7”“12.7”特别重大瓦斯爆炸特别重大瓦斯爆炸事故（死亡事故（死亡108108人）、山西大同煤矿集团焦家寨矿人）、山西大同煤矿集团焦家寨矿“11.5”“11.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡特别重大瓦斯爆炸事故（死亡4747人）、山西人）

48、、山西临汾瑞之源煤矿临汾瑞之源煤矿“12.5”“12.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死特别重大瓦斯爆炸事故（死亡亡105105人）、山西焦煤集团屯兰矿人）、山西焦煤集团屯兰矿“2.22”“2.22”特别重大瓦特别重大瓦斯爆炸事故（死亡斯爆炸事故（死亡7878人）、河南平顶山市新华四矿人）、河南平顶山市新华四矿“9.8”“9.8”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡特别重大瓦斯爆炸事故（死亡7979人），事故矿人），事故矿均没有按规程和标准要求安装、维护和使用系统。有均没有按规程和标准要求安装、维护和使用系统。有的传感器装备数量不足，有的安装地点不正确，有的的传感器装备数量不足，有的安装地点不正确，有的报警浓

49、度、断电浓度和断电控制设置不正确，有的从报警浓度、断电浓度和断电控制设置不正确，有的从不调校、有的不能正常运行、形同虚设。不调校、有的不能正常运行、形同虚设。例如：例如：20092009年年2 2月月2222日发生死亡日发生死亡7878人的特别重大瓦人的特别重大瓦斯爆炸事故的屯兰矿是事故矿中煤矿安全监控系统使斯爆炸事故的屯兰矿是事故矿中煤矿安全监控系统使用维护最好的煤矿，但仍存在着下述严重问题：用维护最好的煤矿，但仍存在着下述严重问题：（1 1）将回风巷甲烷传感器报警值和断电值调高至）将回风巷甲烷传感器报警值和断电值调高至2.5%2.5%，如图，如图2 2所示。所示。（2 2）将）将4 4台电

50、气开关开关设置在微风的台电气开关开关设置在微风的1240312403工作工作面面1 1号联络巷，但不设置甲烷传感器，如图号联络巷，但不设置甲烷传感器，如图3 3所示。因所示。因此，煤矿安全规程（此，煤矿安全规程（20102010年版）第年版）第132132条第二款修条第二款修改为改为“井下个别机电设备设在回风流中的，必须安装井下个别机电设备设在回风流中的，必须安装甲烷传感器并具备甲烷超限断电功能甲烷传感器并具备甲烷超限断电功能”。这就要求开关等电气设备应设置在全风压进风处，这就要求开关等电气设备应设置在全风压进风处，若不能满足，应设置甲烷传感器，并具备甲烷超限断若不能满足，应设置甲烷传感器，并