煤矿安全生产监控系统及安全管理.ppt
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1、贵州大学大学贵州大学大学 机电工程系机电工程系煤矿安全生产监控系统煤矿安全生产监控系统及安全管理及安全管理煤矿安全生产监控系统与安全管理煤矿安全生产监控系统与安全管理煤矿安全生产监控系统简介1煤矿安全监控系统2矿井安全监控系统安全管理3第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介v煤矿安全生产监控系统是指具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能,用于煤矿通风安全及生产环节监控的系统,包括煤矿安全监控系统、煤矿瓦斯抽采(放)监控系统、煤矿轨道运输监控系统、煤矿胶带运输监控系统、煤矿供电监控系统那个、煤矿排水监控系统、煤矿火灾监控系统、矿
2、山压力监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、人员位置监测系统等。第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介一、矿井安全监控技术发展概况一、矿井安全监控技术发展概况v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,一直延用至今。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(SMRE)制成了最早的载体催化元件。60年代以后,主要产煤国家都把发展载体催化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
3、测装置的进一步发展,首先是研制小型化个人携带式仪器,以后是矿井监控系统,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。第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介v我国矿井安全监控技术经历了从简单到复杂、从低水平到高技术的发展过程。从建国初期到70年代,煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定器、瓦斯检定灯、检知管、风表等携带式仪器检测井下环境参数。60年代初期,我国开始研制载体催化元件,1964年煤炭部组织有关研究所、制造厂攻关,研制了第一种达到使用水平的载体催化元件;接着,抚顺煤矿安全仪器厂研制出以该元件为传感器的AQR-1型
4、瓦斯测量仪。随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展,特别是大规模集成电路、微型计算机的广泛应用,使监控技术进入了新的发展时期。v70年代瓦斯断电仪问世,装备在采掘工作面、回风巷道等井下固定地点,实现了对瓦斯的自动连续监测及超限时自动切断被控设备的电源;随后,陆续研制了便携式瓦斯检测报警仪、瓦斯报警矿灯。第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介v80年代初期,从欧美国家先后引进了数十套矿井监控系统,如法国的CTT63/40系统、波兰的CMC-1系统、CMM-20系统、英国的MINOS系统、西德的TF200系统、美国的DAN6400系统及配套的传感器和便携式仪器装备矿井,
5、并相应地引进了部分监控系统、传感器和敏感元件的制造技术,由此推动了我国矿井安全监控技术的发展进程。v1983年以后,国内有多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定,逐步实现了对矿井安全、生产方面多种参数的连续监测、监控、数据储存和数据处理。目前,我国已有数十家科研、制造单位生产矿井监控系统、各种传感器、瓦斯报警断电仪、瓦斯遥测报警断电仪、风电瓦斯闭锁装置、自动排瓦斯装置、便携式瓦斯检测报警仪、智能式瓦斯检测报警记录仪、瓦斯氧气双参数检测报警仪、多参数检测仪、瓦斯报警矿灯等数百种监控产品。v 第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介v90年代以后,随着电子技术的发展,特别是计算机
6、和控制技术的发展,特别是总线传输技术的发展,煤矿安全生产监控技术已经发展成为一个综合、复杂的多功能系统。如KJ90煤矿安全综合监控系统,KJ126煤矿安全监控系统,KJ95安全监控系统,KJF2000安全监控系统等,涉及到传感器、电工技术、电子技术、电力电子技术、计算机、通讯、自动控制、化学等多门学科,与矿山的采、掘、机、运、通等生产环节紧密相关,功能复杂,技术难度高,要求监控技术人员具有较高的技术素质。第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介二、煤矿安全生产监控系统的分类二、煤矿安全生产监控系统的分类煤矿安全生产监控系统可按照监控目的、信号传输方式、网络结构等来进行分类
7、,如按传输信号复用方式分为:时分制系统、频分制系统、码分制系统、复合复用方式(同时采用频分制、时分制、码分制中两种或两种以上的系统);按系统网络结构可分为:树形、环形、星形、总线形等;按传输信号的调制方式可分为:基带、调幅、调频、调相等;按工作方式可分为:主从方式、多主方式等。第一节第一节 煤矿安全生产监控系统简介煤矿安全生产监控系统简介v按监控目的分类:按监控目的分类:(1)煤矿安全监控系统)煤矿安全监控系统(2)煤矿瓦斯抽采(放)监控系统)煤矿瓦斯抽采(放)监控系统(3)煤矿轨道运输监控系统)煤矿轨道运输监控系统(4)煤矿胶带运输监控系统)煤矿胶带运输监控系统(5)提升运输监控系统)提升运
8、输监控系统(6)煤矿供电监控系统)煤矿供电监控系统(7)煤矿排水监控系统)煤矿排水监控系统(8)煤矿火灾监控系统)煤矿火灾监控系统(9)矿山压力监控系统)矿山压力监控系统(10)煤与瓦斯突出监控系统)煤与瓦斯突出监控系统(11)人员位置监测系统)人员位置监测系统(12)综合监控系统)综合监控系统第二节第二节 煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统v煤矿安全监控的主要内容包括:对井下CH4、CO、O2、CO2等气体浓度的检测;对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测;对生产设备运行状态的监测、监控等。v煤矿安全监控系统一般由传感器、井下分站、传输线路、地面中心站、监控软件组成,如下图所
9、示:安全监控系统安全监控系统图图1 煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统第二节第二节 煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统一、煤矿安全生产监控系统基本构成1.传感器传感器2.井下监控分站井下监控分站井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机系统,可挂接多种传感器,能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测,具有多通道,多制式的信号采集功能和通讯功能,通过工业以太网或总线方式能及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站,并执行中心站发出的及时发出报警和断电控制信号。3.信号传输网络信号传输网络将监测到的信号传送到地面中心站的信号通道。如无线传输信道、电
10、缆、光纤等。4.地面中心站地面中心站二、煤矿安全生产监控设备二、煤矿安全生产监控设备(一)传感器v1.高低浓度甲烷传感器v2.一氧化碳传感器v3.矿用氧气传感器v4.温度传感器v5.风速传感器v6.烟雾传感器v7.开停传感器二、煤矿安全生产监控设备二、煤矿安全生产监控设备(二)、便携式气体检测报警仪(三)、甲烷报警矿灯(四)、井下分站(五)、安全监控系统传感器传感器v煤矿安全监测主要通过检测仪器来实现。一个简单的检测仪器通常由传感器、信号变换电路及电源等部分构成。借助于敏感元件,对被测物理量进行检测和信号变换,输出模拟量信号或开关量信号的装置,称为传感器。传感器主要由敏感元件、转换器件、测量及
11、变换电路和电源等组成,如图所示。被测量敏感元件转换元件电源测量电路地面中心站地面中心站v煤矿监控系统中心站是煤矿环境安全和生产工况监控系统的地面数据处理中心,用于完成煤矿监控系统的信息采集、处理、储存、显示和打印功能,必要时还可对局部生产环节或设备发出控制指令和信号,中心炸一般由主控计算机及其外围设备和监控软件组成,通常设置在煤矿监控中心或生产调度室中。高低浓度甲烷传感器高低浓度甲烷传感器v主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度,可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给关联设备,并具有就地显示沼气浓度值,超限声光报警等功能。还可与各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套,
12、适宜在煤矿采掘工作面、回风巷道等地点固定使用。采用热催化原理与热导原理相结合来测量沼气浓度,克服了单一元件测量过程中的不稳定现象,具有性能稳定、测量精确、响应速度快,结构坚固、易使用易维护等特点。并具有遥控调校、断电控制、故障自校自检等新功能。井下分站井下分站v KJ90-F8/KJ90-F16型井下监控分站(以下简称分站)是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机系统,可挂接多种传感器,能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测,具有多通道,多制式的信号采集功能和通讯功能,通过工业以太网或总线方式能及时将监测道德各种环境参数、设备状态传送到地面并执行中心站发出的
13、各种命令,及时发出报警和断电控制信号。第三节第三节 矿井安全监控系统安全管理矿井安全监控系统安全管理v一、矿井安全监控系统一般规定一、矿井安全监控系统一般规定v1.煤矿企业应建立安全仪表计量检验制度。v2.高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯突出矿井,必须装备矿井安全监控系统。没有装备矿井安全监控系统的矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面,必须装备甲烷风电闭锁装置或甲烷断电仪和风电闭锁装置。没有装备矿井安全监控系统的无瓦斯涌出的岩巷掘进工作面,必须装备风电闭锁装置。没有装备矿井安全监控系统的矿井的采煤工作面,必须装备甲烷断电仪。v3.采区设计、采掘作业规程和安全技术措施,必须对安全监控设备
14、的种类、数量和位置,信号电缆和电源电缆的敷设,控制区域等做出明确规定,并绘制布置图。v4.煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连第三节第三节 矿井安全监控系统安全管理矿井安全监控系统安全管理v接,严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。防爆型煤矿安全监控设备之间的输入、输出信号必须为本质安全型信号。安全监控设备必须具有故障闭锁功能:当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时,必须切断该监控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;当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。矿井安全监控系统必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能;当主机或系统电缆发生故障时,
15、系统必须保证甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能;当电网停电后,系统必须保证正常工作时间不小于2h;系统必须具有防雷电保护;系统必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能;中心站主机应不少于2台,1台备用。二、安装、使用和维护的安全管理二、安装、使用和维护的安全管理v1.安装断电控制系统时,必须根据断电范围要求,提供断电条件,并接通井下电源及控制线。安全监控设备的供电电源必须取自被控制开关的电源侧,严禁接在被控开关的负荷侧。拆除或改变与安全监控设备关联的电气设备的电源线及控制线、检修与安全监控设备关联的电气设备、需要安全监控设备停止运行时,须报告矿调度室,并制定安全措施后
16、方可进行。v2.安全监控设备必须定期进行调试、校正,每月至少1次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备,每7天必须使用校准气样和空气样调校1次。每7天必须对甲烷超限断电功能进行测试。安全监控设备发生故障时,必须及时处理,在故障期间必须有安全措施。二、安装、使用和维护的安全管理二、安装、使用和维护的安全管理v3.必须每天检查安全监控设备及电缆是否正常,使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照,并将记录和检查结果报监测值班员;当两者读数误差大于允许误差时,先以读数较大者为依据,采取安全措施并必须在8h内对2种设备调校完毕。v4.矿井安全监控系统
17、中心站必须实时监控全部采掘工作面瓦斯浓度变化及被控设备的通、断电状态。矿井安全监控系统的监测日报表必须报矿长和技术负责人审阅。v5.必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、收发及维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘,发放前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值,不符合要求的严禁发放使用。二、安装、使用和维护的安全管理二、安装、使用和维护的安全管理v6.配制甲烷校准气样的装置和方法必须符合国家有关标准,相对误差必须小于5%。制备所用的原料气应选用浓度不低于99.9%的高纯度甲烷气体。v7.安全监控设备布置图和接线图应标明传感器、声光报警器、断电器、分站、电源、中心站等设备的位置、接
18、线、断电范围、传输电缆等,并根据实际布置及时修改。三、甲烷传感器和其他传感器的设置的安全规定三、甲烷传感器和其他传感器的设置的安全规定v1.甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合表3规定。v2.低瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面,必须在工作面设置甲烷传感器。v3.在回风流中的机电设备硐室的进风侧必须设置甲烷传感器。v4.高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时,装煤点、瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器。v5.在煤(岩)与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中,进风的主要运输巷道和回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时,蓄电池电机
19、车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪,柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过0.5%时,必须停止机车运行。三、甲烷传感器和其他传感器的设置的安全规定三、甲烷传感器和其他传感器的设置的安全规定v6.瓦斯抽放泵站必须设置甲烷传感器,抽放泵输入管路中必须设置甲烷传感器。利用瓦斯时,还应在输出管路中设置甲烷传感器。v7.装备矿井安全监控系统的矿井,每一个采区、一翼回风巷及总回风巷的测风站应设置风速传感器,主要通风机的风硐应设置压力传感器;瓦斯抽放泵站的抽放泵吸入管路中应设置流量传感器、温度传感器和压力传感器,利用瓦斯时,还应在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器。
20、v装备矿井安全监控系统的开采容易自燃、自燃煤层的矿井,应设置一氧化碳传感器和温度传感器。v装备矿井安全监控系统的矿井,主要通风机、局部通风机应设置设备开停传感器,主要风门应设置风门开关传感器,被控设备开关的负荷侧应设置馈电状态传感器。第四第四节 矿山山监控系控系统的的单片机控制片机控制 矿山监控系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。世界各主要产煤国对此都十分重视,推广使用了环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统,提高了生产率和设备利用率,增强了矿山安全。由于煤矿井下是一个特殊的工作环境,有瓦斯(主要成份是甲烷)
21、等易燃、易爆性气体,有硫化氢等腐蚀性气体,有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大,电磁干扰严重、电网电压波动大、工作场所分散且距离远。因此,矿山监控系统不同于一般工业监控系统。这主要体现在电气防爆、传输距离远、网络结构宜采用树形结构、监控对象变化缓慢、电网电压波动适应能力强、抗干扰能力强、抗故障能力强,不宜采用中继器、传感器宜采用远程供电、设备外壳防护性能要求高等方面。采用监控系统后,保障煤炭高产、高效安全生产,具有重大的实用价值。第四第四节 矿山山监控系控系统的的单片机控制片机控制一、一、单片机概述片机概述 单片机在矿山监控系统的应用十分广泛,而单片机的使用方法是掌握单片机系统的前提。因此,只有
22、真正掌握了单片机的内部结构及系统组成,才能够根据其内部结构特点选择合适的指令编制程序,设计外围电路,才能确保单片机系统的构成。单片机技术发展十分迅速,产品种类琳琅满目。为满足工业控制的要求,选择合适型号的单片机进行系统设计是每一个单片机使用者必须掌握的技能。因此,只有通过了解单片机的发展过程及产品近况,掌握当前市场主流单片机型号、种类及其特点才能设计出满足工作要求的单片机系统。二、二、单片机系片机系统分析分析v 单片机的元件识别主要包括认识单片机实物,掌握单片机内部结构特点,了解单片机扩展芯片,了解单片机电路系统构成等。为能正确地编制程序并设计外围电路,实现单片机系统,首先必须先认识单片机实物
23、并掌握单片机内部结构特点等相关知识。单片机的发展分类主要包括单片机的发展过程及产品近况,了解当前市场主流单片机型号及种类,了解单片机的特点及应用领域等。通过了解主流单片机型号及种类,并能通过查找资料确定单片机的主要性能,进而选择合适型号的单片机进行系统设计。(三)矿山综合监控系统三)矿山综合监控系统 矿山综合监控系统是一种可用于全面综合监控,又可实现某些或某个方面监控的多参数、多功能系统。全矿井综合监控系统由智能传感器、智能监控站、调度管理网络等组成。如图1-5所示。图15全矿井综合监控系统1、智能传感器(1)智能传感器使用一种通用电路,便于维护人员集中精力,深入细致地掌握电路原理,达到每一位
24、具有一定电路基础的维护人员均能及时处理故障的要求。以保证系统正常运行。同时由于电路统一备用组件种类少,也便于备件的准备。传感元件放大电路小信号检测A/D转换器单片机最小系统显示电路声光报警电路信号输出电路图1-6智能传感器(2)数字信号传输与多路复用 智能传感器采用数字信号传输,多台传感器共享一根多芯电缆接成树形结构与智能监控站相连。当传感器远离智能监控站而靠近系统传输电缆时。智能传感器可直接接系统电缆,如图1-7所示。图1-7智能传感器直接接系统电缆 现有传感器没有采用数字信号输出和多路复用,主要是因为现有传感器采用单片机的较少,实现时分多路复用困难。另一个原因是早期传感器耗能大,一对芯线只
25、能为一台传感器供电。例如:早期甲烷传感器工作电流为300mA、传感器输入电压为724V。若由24V本安电源供电供电电缆环路电阻为26 nKm,其供电距离为(247)(0 3261_218Km。若向2台传感器供电,则供电距离仅为109Kin,不满足2Km输距离的要求。而目前传感器的工作电流一般不大于100mA,特别是一些温度、开关量等传感器工作电流不大于10mA,从而解决了一对芯线为多台传感器远距离供电问题。因此,传感器电缆复用路数,并不取决于监测周期、传输速率和地址编码,而取决于传感器的供电电流,这就给传感组件降低消耗提出了新的要求。(3)就地控制智能传感器传输的串行数字信号除数据(模拟量传感
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