8 煤矿安全监测监控系统PPT课件

1、第八章第八章 煤矿安全监测监控系统煤矿安全监测监控系统1 1 概述概述2 2 监测系统的结构监测系统的结构3 3 安全监测计算机网络基础安全监测计算机网络基础4 4 监控系统电源监控系统电源5 5 煤矿安全环境监测监控系统功能煤矿安全环境监测监控系统功能6 6 安全环境监测监控系统辅助管理安全环境监测监控系统辅助管理8.1 概述概述安全监测监控系统安全监测监控系统：多学科、综合性强：多学科、综合性强计算机技术计算机技术通信技术通信技术控制技术控制技术电子技术电子技术第一节第一节 概述概述安全安全监测监测监控监控系统系统楼宇安全监测通信系统楼宇安全监测通信系统建筑消防监测监控系统建筑消防监测监控

2、系统公路交通安全监控系统公路交通安全监控系统煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统一、安全监测监控系统组成一、安全监测监控系统组成1 1、测控系统的基本概念测控系统的基本概念“测测”检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；制参数等；“控控”根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产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。设备、执行机构等。监测系统监测系统若系统仅用于生产过程的监测，当安全参数达若系统仅用于生产过程的监测，当安全参数达到极限值时产生显示及声、光报警等输出的系统；到极限值时产生显示及声、光报警等输出的系统；监测监控

3、系统监测监控系统除监测外还参与一些简单的开关量控制，除监测外还参与一些简单的开关量控制，如断电、闭锁等的系统；如断电、闭锁等的系统；计算机监控系统计算机监控系统在监测系统上增加了对生产机械的控制、在监测系统上增加了对生产机械的控制、调节功能的系统。调节功能的系统。第一节第一节 概述概述长英科技为长英科技为楼宇温度监楼宇温度监测系统测系统8路总线路总线分支器分支器智能智能RS232/RS232/以太网以太网（TCP/IPTCP/IP）网桥网桥 多功能采多功能采集模块集模块连接网络整合连接网络整合一、安全监测监控系统组成一、安全监测监控系统组成第一节第一节 概述概述8.1 概述概述一、安全监测监控

4、系统组成一、安全监测监控系统组成第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述一、安全监测监一、安全监测监控系统组成控系统组成2)监测监控系统的组成监测监控系统的组成 人体实际上也是一个人体实际上也是一个“监测监控系统监测监控系统”。人通过五官。人通过五官（传感器）感受外界的信息，通过神经（传输信道）传输（传感器）感受外界的信息，通过神经（传输信道）传输给大脑（计算机），大脑经过分析、判断，指挥四肢等器给大脑（计算机），大脑经过分析、判断，指挥四肢等器官（执行机构）的动作。信息由大脑集中管理，产生的动官（执行机构）的动作。信息由大脑集中管理，产生的动作由四肢等器官分散控制，这里可以将其称为。作由

5、四肢等器官分散控制，这里可以将其称为。 煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为，如煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为，如图图8-1-1所示。所示。 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成典型煤矿安全监测监控系统的组成 集散测控系统第一节第一节 概述概述一、安全监测监控系统组成一、安全监测监控系统组成两级或三级管理的计算机集两级或三级管理的计算机集散系统散系统（DCS: Distributing DCS: Distributing Center SystemCenter System）：传感器：传感器：测控分站级测控分站级：传输信道：传输信道：中心站级。每个测控分站负中心站

6、级。每个测控分站负责某几路传感器信号的采集责某几路传感器信号的采集和某个执行机构的控制，实和某个执行机构的控制，实现了采集、控制分散；中心现了采集、控制分散；中心站负责数据的处理、储存、站负责数据的处理、储存、传输，实现了管理的集中。传输，实现了管理的集中。中心站与分站和计算机网络中心站与分站和计算机网络之间的通信、传感器到测控之间的通信、传感器到测控分站的数据传输、分站的数据传输、测控分站测控分站到执行或控制装置信号的传到执行或控制装置信号的传输，是通过传输信道实现的。输，是通过传输信道实现的。典型监测监控系统的组成典型监测监控系统的组成（1）测控分站）测控分站 测控分站，简称分站。根据放置

7、地点和防爆要求的不同测控分站，简称分站。根据放置地点和防爆要求的不同有有井下分站井下分站和和地面分站地面分站之分。之分。 分站的分站的主要功能主要功能是采集由传感器传来的环境安全参数、是采集由传感器传来的环境安全参数、设备工况参数等信息，并进行预处理。根据预先设定的参数设备工况参数等信息，并进行预处理。根据预先设定的参数极限，发出超限声、光报警信号和断电、闭锁信号，与中心极限，发出超限声、光报警信号和断电、闭锁信号，与中心站通过传输信道进行通信，传输被测量信息，接收中心站的站通过传输信道进行通信，传输被测量信息，接收中心站的命令。井上、井下信息的交换必须加安全栅隔离。命令。井上、井下信息的交换

8、必须加安全栅隔离。 测控分站的测控分站的核心核心是以单片机组成的微型计算机系统，包是以单片机组成的微型计算机系统，包括括CPU、ROM、RAM、I/O接口，必须的外设，系统软件和接口，必须的外设，系统软件和应用软件。应用软件。 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成1）传感器）传感器 将被测的物理量转换为便于传输和处理的电信将被测的物理量转换为便于传输和处理的电信号，经传输线和测控分站连接，为测控分站提供信号，经传输线和测控分站连接，为测控分站提供信息，按输出信号的种类传感器有模拟量传感器和开息，按输出信号的种类传感器有

9、模拟量传感器和开关量传感器。根据监控系统的特点和考虑抗干扰等关量传感器。根据监控系统的特点和考虑抗干扰等因素，很多传感器采用频率信号输出，为测控分站因素，很多传感器采用频率信号输出，为测控分站的采集和处理带来了很大的方便。的采集和处理带来了很大的方便。有的传感器本身就是智能传感器，输出为数字量有的传感器本身就是智能传感器，输出为数字量信号，可不设置测控分站，由传感器与中心站直接信号，可不设置测控分站，由传感器与中心站直接交换信息。交换信息。 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成矿用传感器矿用传感器 瓦斯、风速、负压、一

10、氧化碳、烟雾、瓦斯、风速、负压、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关；各种机电设备开停、电压、温度、风门开关；各种机电设备开停、电压、电流、功率、电度等矿用传感器电流、功率、电度等矿用传感器温度传感器温度传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成温度传感器温度传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成湿度传感器湿度传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成压力传感器压力传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成位移传感器位移传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成流量传感器流量传感器 8.

11、1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成粉尘浓度传感器粉尘浓度传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成风速传感器风速传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成角度传感器角度传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成高度传感器高度传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成称重传感器称重传感器 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成扭矩传感器扭矩传感器8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成 2）执行和控制装置）执行和控制装置 执行或控制装置是根据分站或中心站的命

12、令，执行或控制装置是根据分站或中心站的命令，进行状态转换和控制的装置，主要包括声、光报警进行状态转换和控制的装置，主要包括声、光报警装置，断电、闭锁装置等。装置，断电、闭锁装置等。 报警装置的作用是根据安全参数的极限值发出报警装置的作用是根据安全参数的极限值发出声、光报警信号。声、光报警信号。 断电、闭锁装置的作用是在安全参数超限时，断电、闭锁装置的作用是在安全参数超限时，切断工作面工作设备的电源，以免发生事故或防止切断工作面工作设备的电源，以免发生事故或防止事故的扩大，从而实现了工作面电源的闭锁。事故的扩大，从而实现了工作面电源的闭锁。 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组

13、成 （2）中心站）中心站 中心站的关键设备是主机，采用高可靠性的计算机，中心站的关键设备是主机，采用高可靠性的计算机，如工控机等作为主要部件。主机一般设置如工控机等作为主要部件。主机一般设置2台，采用冷备份台，采用冷备份或热备份的方式，互为备用。主机的作用是系统的生成、或热备份的方式，互为备用。主机的作用是系统的生成、系统的管理、进行数据的处理和输出、并进行必要存储，系统的管理、进行数据的处理和输出、并进行必要存储，必要时对关键设备实施控制。必要时对关键设备实施控制。 就其技术而言，测控系统是传感器技术、通信技术、就其技术而言，测控系统是传感器技术、通信技术、计算机技术、控制技术、网络技术等信

14、息技术的综合。计算机技术、控制技术、网络技术等信息技术的综合。 就其地位而言，测控系统是企业综合自动化就其地位而言，测控系统是企业综合自动化CIMS（Computer Integrated Manufacturing Systems，计算机集，计算机集成制造系统）中的子系统，是计算机网络中的结点。成制造系统）中的子系统，是计算机网络中的结点。 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全

15、监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（2）中心站）中心站 8.1 概述概述安全监测监控系统组成安全监测监控系统组成（1）合理利用瓦斯超限断电功能，杜绝瓦斯超限。）合理利用瓦斯超限断电功能，杜绝瓦斯超限。（2）监督安全技术措施的落实，及时消除瓦斯隐患。）监督安全技术措施的落实，及时消除瓦斯

16、隐患。（3）为快速查找瓦斯超限原因提供帮助。）为快速查找瓦斯超限原因提供帮助。（4）为矿井瓦斯治理提供基础数据。）为矿井瓦斯治理提供基础数据。8.1 概述概述安全监测监控系统的作用安全监测监控系统的作用： 安全监测监控系统应用于煤矿生产，起源于对矿井瓦安全监测监控系统应用于煤矿生产，起源于对矿井瓦斯进行检测的安全需求。据记载，世界上最早见诸于学会斯进行检测的安全需求。据记载，世界上最早见诸于学会报告的瓦斯爆炸事故是发生于报告的瓦斯爆炸事故是发生于1675年英国北威尔士欣煤矿年英国北威尔士欣煤矿的一次瓦斯爆炸。第一次伤亡超过百人的瓦斯爆炸事故发的一次瓦斯爆炸。第一次伤亡超过百人的瓦斯爆炸事故发生

17、于生于1825年的英国奈尔生多煤矿，死亡年的英国奈尔生多煤矿，死亡102人。第一个伤亡人。第一个伤亡超过千人的瓦斯爆炸事故发生于超过千人的瓦斯爆炸事故发生于1906年的法国傅立叶煤矿，年的法国傅立叶煤矿，死亡死亡1099人。由此可见，在测量措施和安全措施没有完备人。由此可见，在测量措施和安全措施没有完备以前，由于破坏力的巨大，煤矿瓦斯爆炸已经成为当时社以前，由于破坏力的巨大，煤矿瓦斯爆炸已经成为当时社会瞩目的安全问题。会瞩目的安全问题。 8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系统技术发展历程 1、瓦斯检测技术的发展过程、瓦斯检测技术的发展过程 最早最早英国英国1815年安

18、全灯：构造简单，性能可靠，使用寿年安全灯：构造简单，性能可靠，使用寿命长，用了命长，用了100多年。多年。 8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系统技术发展历程 1、瓦斯检测技术的发展过程、瓦斯检测技术的发展过程光学瓦斯检定器：光学瓦斯检定器：1925年年日本日本根据瓦斯气体对根据瓦斯气体对光线的折射率与空气的折射率不同的原理，利用干涉条纹光线的折射率与空气的折射率不同的原理，利用干涉条纹的位置来测定瓦斯浓度。的位置来测定瓦斯浓度。 8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系统技术发展历程8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系

19、统技术发展历程 1、瓦斯检测技术的发展过程、瓦斯检测技术的发展过程 催化型瓦斯监测仪器（占主要地位）：催化型瓦斯监测仪器（占主要地位）：1943年以前年以前-美美国国-VCC瓦斯测量仪瓦斯测量仪-用纯铂丝催化元件用纯铂丝催化元件;随后，日本随后，日本-制成最制成最早的载体催化元件早的载体催化元件;此后，据前联邦德国此后，据前联邦德国-研制成功利用氧化研制成功利用氧化铝（铝（Al2O3）为载体，钯（）为载体，钯（Pd）、钍（）、钍（Th）为催化剂的载）为催化剂的载体催化元件，获得了较好的测量性能。体催化元件，获得了较好的测量性能。8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系统技

20、术发展历程 2、国内外瓦斯安全监测监控系统、国内外瓦斯安全监测监控系统 1961年以后，英、美、法、德、日、前苏等工业发达年以后，英、美、法、德、日、前苏等工业发达国家，都把发展催化型仪器作为瓦斯检测的主要方向。同国家，都把发展催化型仪器作为瓦斯检测的主要方向。同时，从时，从1960年代开始，微型计算机技术、通信技术的发展，年代开始，微型计算机技术、通信技术的发展，使得国外煤矿安全监测已经不单单是自动监测矿井瓦斯浓使得国外煤矿安全监测已经不单单是自动监测矿井瓦斯浓度参数，而是集多种安全状态参数于一体监测的系统，是度参数，而是集多种安全状态参数于一体监测的系统，是传感器技术、半导体材料技术以及通

21、信技术综合产品。从传感器技术、半导体材料技术以及通信技术综合产品。从技术特性来看，其信息传输是靠空分制技术特性来看，其信息传输是靠空分制即一个测点信即一个测点信号靠一对电缆来传输。其中最具代表性的是号靠一对电缆来传输。其中最具代表性的是20世纪世纪60年代年代中期法国的中期法国的CCT63/40煤矿环境监测系统，它可测量瓦斯、煤矿环境监测系统，它可测量瓦斯、一氧化碳、风速、温度等一氧化碳、风速、温度等参数，最多可测参数，最多可测40个点。个点。8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系统技术发展历程1958年：最早，出现于的山西省年：最早，出现于的山西省纯铂丝元件为传感器纯

22、铂丝元件为传感器AQR-1型瓦斯测量型瓦斯测量仪。仪。1973年：长期连续监测瓦斯的年：长期连续监测瓦斯的AYJ-1型瓦斯遥测仪型瓦斯遥测仪ABD-1型瓦斯断电报警仪、型瓦斯断电报警仪、AQD-1型采煤机瓦斯断电控制仪等产品出现。型采煤机瓦斯断电控制仪等产品出现。同时，在同时，在1970年代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年代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。随着改革开放的国策出台，开始引进了波兰机械状态的监测，用电话来指挥生产。随着改革开放的国策出台，开始引进了波兰CMM安全检测系统，英国的安全检测系统，英国的MIN

23、OS系统，美国的系统，美国的DAN系统和联邦德国的系统和联邦德国的TF-200系系统。统。1980年：随着引进消化并进一步实现年：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煤矿条件，创造了一系列适合我国煤矿条件的监控系统。的监控系统。1990年：先后研制出年：先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80等煤矿安全监测监控系统。随后又相继推出了等煤矿安全监测监控系统。随后又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和和KJG2000等监控系统等监控系统, 以及以及MSNM,WEBGIS等煤矿安

24、全综合化和数字等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。化网络监测管理系统。 同时在同时在“先抽后采、监测监控、以风定产先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针和煤矿安全规程等法规十二字方针和煤矿安全规程等法规文件中，规定我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井必须装备矿井安全文件中，规定我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井必须装备矿井安全监测监控系统。监测监控系统。 8.1 概述概述二安全监测监控系统技术发展历程二安全监测监控系统技术发展历程中国中国三安全监测监控系统发展应用现状三安全监测监控系统发展应用现状1、国外安全监测监控系统发展和应用、国外安全监测监控系统发展和应用

25、国外安全监测监控系统，在应用于煤矿生产过程中，是集环境安全、国外安全监测监控系统，在应用于煤矿生产过程中，是集环境安全、生产控制、调度运输等各方面功能于一体的复合系统。截至目前，如生产控制、调度运输等各方面功能于一体的复合系统。截至目前，如果从系统信息传输方式来刻划的话，基本上每果从系统信息传输方式来刻划的话，基本上每10年就有又一代新产品年就有又一代新产品出现，目前还没有明确的划分标志。如果按照安全监测监控系统信息出现，目前还没有明确的划分标志。如果按照安全监测监控系统信息传输特征来区分的话，可以将其分为如下几代产品。传输特征来区分的话，可以将其分为如下几代产品。 8.1 概述概述第一代产品

26、：第一代产品：信息传输采用信息传输采用空分制空分制方式，这是国外最早应用于煤方式，这是国外最早应用于煤矿安全监测监控的信息传输方法。在矿安全监测监控的信息传输方法。在20世纪世纪60年代，英国煤矿的运输年代，英国煤矿的运输机控制、日本煤矿中的固定设备控制等大都采用这种技术，其中最具机控制、日本煤矿中的固定设备控制等大都采用这种技术，其中最具代表性的是法国的代表性的是法国的CCT63/40矿井环境监测系统，它可以检测瓦斯、矿井环境监测系统，它可以检测瓦斯、一氧化碳等多种参数，布置一氧化碳等多种参数，布置40多个测点。到了多个测点。到了20世纪世纪70年代末，这一年代末，这一系统在西欧一些国家共装

27、备了系统在西欧一些国家共装备了150多套。其中波兰在多套。其中波兰在70年代从法国引年代从法国引进这一技术后，推出了可测进这一技术后，推出了可测128个测点的个测点的CMC-1系统。系统。 8.1 概述概述第二代产品：第二代产品：其主要技术特征是信道的其主要技术特征是信道的频分制频分制技术的应用，它可以技术的应用，它可以大大减少传输信道电缆芯数目，于是很快取代了空分制系统。英、美、大大减少传输信道电缆芯数目，于是很快取代了空分制系统。英、美、德等国家的煤矿在德等国家的煤矿在20世纪世纪60年代后期就大量采用频分制技术。其中最年代后期就大量采用频分制技术。其中最具有表性的是西德具有表性的是西德S

28、iemens公司的公司的TST系统和系统和F+H公司的公司的TF200系统，系统，这些音频传输系统，信息传输技术以晶体管电路为主，它比空分制信这些音频传输系统，信息传输技术以晶体管电路为主，它比空分制信息传输前进了一大步。息传输前进了一大步。 8.1 概述概述第三代产品：第三代产品：是在集成电路技术出现以后，推动了是在集成电路技术出现以后，推动了时分制时分制信息传输信息传输技术发展。其中发展较快的是英国，英国煤炭研究院于技术发展。其中发展较快的是英国，英国煤炭研究院于1976年推出了年推出了轰动一时的以时分制为基础的轰动一时的以时分制为基础的MINOS煤矿监控系统。在皮带运输系统煤矿监控系统。

29、在皮带运输系统应用取得成功后，他们立即推广到井下环境监测、供电供水监测和洗应用取得成功后，他们立即推广到井下环境监测、供电供水监测和洗煤厂监控等方面，形成了全矿井监测监控系统。到了煤厂监控等方面，形成了全矿井监测监控系统。到了20世纪世纪80年代初，年代初，MINOS监控系统已经相当成熟，在英国国内得到大量推广，还向美国监控系统已经相当成熟，在英国国内得到大量推广，还向美国和印度出售过。这一系统的成功应用，开创了煤矿自动化技术和安全和印度出售过。这一系统的成功应用，开创了煤矿自动化技术和安全监控技术发展的新局面，直到今日，国内外各种监控系统尽管在功能监控技术发展的新局面，直到今日，国内外各种监

30、控系统尽管在功能性和产品的技术先进性上都有较大的提高，但系统的整体结构仍没有性和产品的技术先进性上都有较大的提高，但系统的整体结构仍没有太大的变化。太大的变化。 8.1 概述概述第四代产品：第四代产品：是以是以分布式微处理机分布式微处理机为基础的安全监控系统。近年来，为基础的安全监控系统。近年来，计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术以及计算机网络技计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术以及计算机网络技术等现代高新科技应用于煤矿监控系统，使得矿井安全监测监控技术术等现代高新科技应用于煤矿监控系统，使得矿井安全监测监控技术跻身于高科技之列。以美国最为突出，最具代表性的是美国跻身于高科

31、技之列。以美国最为突出，最具代表性的是美国MSA公司公司的的DAN6400系统，其信息传输方式虽然仍属于系统，其信息传输方式虽然仍属于时分制时分制范畴，但用原来范畴，但用原来的一般时分制的概念已经不足以反映这一高新技术的应用特点。的一般时分制的概念已经不足以反映这一高新技术的应用特点。淮南潘一矿淮南潘一矿19851985年引进年引进DAN6400DAN6400。 8.1 概述概述第五代产品：第五代产品：是是光纤通信技术光纤通信技术为基础的安全监控系统。采用光纤通为基础的安全监控系统。采用光纤通信技术是国外煤矿监测监控系统近年来发展的特点之一。光纤技术应信技术是国外煤矿监测监控系统近年来发展的特

32、点之一。光纤技术应用之一是利用光纤高速数据通道将地面中心站与井下分站连接起来，用之一是利用光纤高速数据通道将地面中心站与井下分站连接起来，提高信息传输速度，扩大系统容量。日本采矿研究中心利用局域网络提高信息传输速度，扩大系统容量。日本采矿研究中心利用局域网络(LAN)技术能够构成宽带传输线、具有高传输速率的特点，提出并开发技术能够构成宽带传输线、具有高传输速率的特点，提出并开发了双回路环形系统。新系统由地面站、局域网系统了双回路环形系统。新系统由地面站、局域网系统(主系统主系统)、本质安全、本质安全子系统构成。子系统构成。主系统由一对光纤构成环路；主系统由一对光纤构成环路；每个站之间最大通讯距

33、离达每个站之间最大通讯距离达6km；采用再生重复传输方法，传输速度采用再生重复传输方法，传输速度8.192Mbps；当某处电缆断开时，系统可以改变传输路线；当某处电缆断开时，系统可以改变传输路线；某分站断电时，可将该分站旁路，不但增加了系统的信息量，可靠某分站断电时，可将该分站旁路，不但增加了系统的信息量，可靠性也得到了很大的提高。性也得到了很大的提高。8.1 概述概述1995年美国矿业局开发了光纤环境监测报警系统年美国矿业局开发了光纤环境监测报警系统(FOREWARNS)，对矿井的对矿井的CO、NO2、SO2这这3种有毒气体进行监测。该系统由中心站种有毒气体进行监测。该系统由中心站(CMS)

34、通过一个大芯径光纤向通过一个大芯径光纤向3种传感器提供光源。中心站由显示单元、种传感器提供光源。中心站由显示单元、激光组件组成，通过分光器将光信号分布到每个敏感组件激光组件组成，通过分光器将光信号分布到每个敏感组件(RSU)上。利上。利用光纤技术监测瓦斯是气体传感器技术的新途径、新发展。美国、英用光纤技术监测瓦斯是气体传感器技术的新途径、新发展。美国、英国、瑞典、日本、澳大利亚等国家均开展了该技术的研究工作，澳大国、瑞典、日本、澳大利亚等国家均开展了该技术的研究工作，澳大利亚和美国还在煤矿进行了试验。利亚和美国还在煤矿进行了试验。8.1 概述概述该技术特点是利用了甲烷吸收某一特定波长的红外线能

35、量的原理，该技术特点是利用了甲烷吸收某一特定波长的红外线能量的原理，甲烷的强吸收带虽然在甲烷的强吸收带虽然在3.3m，但在该波长下，硅光纤材料传播红外线，但在该波长下，硅光纤材料传播红外线能量的损失太大一般是将波长选在其谐波，即能量的损失太大一般是将波长选在其谐波，即1.6m处。如果在光纤芯处。如果在光纤芯中，中，3.3m波长的红外光传播的光能损失是波长的红外光传播的光能损失是56dBkm。而在同一光芯中。而在同一光芯中其谐波的光能损失只是它的其谐波的光能损失只是它的156。此外，在这一波长的红外光源和探。此外，在这一波长的红外光源和探测器也是成熟的技术。光纤瓦斯传感器与载体热催化式瓦斯传感器

36、相测器也是成熟的技术。光纤瓦斯传感器与载体热催化式瓦斯传感器相比有明显的优点，主要表现为线性范围宽比有明显的优点，主要表现为线性范围宽(0100CH4)、线性误差小、线性误差小(0.1CH4)、稳定性好、稳定性好(0.1CH4月月)、响应时间短、响应时间短(s)、寿命长。由、寿命长。由于在危险场所无电气连接，所以安全性能好。于在危险场所无电气连接，所以安全性能好。8.1 概述概述2、国内安全监测监控系统的发展和应用、国内安全监测监控系统的发展和应用煤炭科学研究总院常州自动化研究煤炭科学研究总院常州自动化研究KJ1系统系统。20世纪世纪80年代初，引进了两套年代初，引进了两套CCT63/40矿井

37、环境监测系统，分别装矿井环境监测系统，分别装备了阳泉一矿和兖州东滩矿。备了阳泉一矿和兖州东滩矿。80年代中期，引进了两套年代中期，引进了两套CMC-20型系统装备了抚顺龙凤矿和开滦赵型系统装备了抚顺龙凤矿和开滦赵庄矿，并由抚顺煤矿安全仪器厂引进庄矿，并由抚顺煤矿安全仪器厂引进CMM-20制造技术。制造技术。 1984年，原煤炭部从西德年，原煤炭部从西德F+H公司引进一套公司引进一套TF200系统，装备了兖系统，装备了兖州兴隆庄煤矿，并由重庆煤矿安全仪器厂引进其制造技术。州兴隆庄煤矿，并由重庆煤矿安全仪器厂引进其制造技术。由此，国内不少矿井装备了由此，国内不少矿井装备了TF200系统。同年从美国

38、引进了两套系统。同年从美国引进了两套MSA公司（矿业安全设备有限公司）的公司（矿业安全设备有限公司）的DAN6400系统，分别装备在淮系统，分别装备在淮南潘一矿和鸡西的小恒山矿南潘一矿和鸡西的小恒山矿。8.1 概述概述在在20世纪世纪80年代初，原煤炭部组织了对国外煤矿安全监控技术进行年代初，原煤炭部组织了对国外煤矿安全监控技术进行大规模考察和引进工作，大大促进了国内安全监控技术的发展。大规模考察和引进工作，大大促进了国内安全监控技术的发展。如常州自动化所研制的如常州自动化所研制的KJ2系统于系统于1988年通过鉴定；年通过鉴定；航空部航空部634所的所的KJ4系统于系统于1986年通过鉴定；

39、年通过鉴定；镇江煤矿专用设备厂生产的镇江煤矿专用设备厂生产的A1系统于系统于1988年通过鉴定；年通过鉴定；淮南无线电厂生产的淮南无线电厂生产的A2系统于系统于1988年通过鉴定；年通过鉴定；海南煤矿安全仪器厂海南煤矿安全仪器厂1989年生产出了年生产出了KJ10系统；系统；中国矿业大学北京研究生部研制的中国矿业大学北京研究生部研制的ZKY-1系统于系统于1989年通过鉴定；年通过鉴定；天津煤矿专用设备厂引进生产的森头里昂系统也于同一时期通过鉴天津煤矿专用设备厂引进生产的森头里昂系统也于同一时期通过鉴定；定；常州自动化所研究的常州自动化所研究的KJ22经济型煤矿监控系统于经济型煤矿监控系统于1

40、991年通过鉴定；年通过鉴定；由常州自动化所、大同矿务局和阜新矿业学院研制的由常州自动化所、大同矿务局和阜新矿业学院研制的KJ7系统于系统于1991年通过鉴定，这些标志着我国煤矿安全测控系统进入了国产化的轨道。年通过鉴定，这些标志着我国煤矿安全测控系统进入了国产化的轨道。 8.1 概述概述进入进入20世纪世纪90年代，我国在安全监测监控技术方面的研年代，我国在安全监测监控技术方面的研制得到了进一步的发展，研制开发出了一批具有世界先进制得到了进一步的发展，研制开发出了一批具有世界先进水平的监测监控系统。水平的监测监控系统。如北京仙岛新技术研究所和抚顺安全仪器厂联合开发的如北京仙岛新技术研究所和抚

41、顺安全仪器厂联合开发的KJ66系统，系统，煤炭科学研究总院重庆分院的煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统，系统，上海嘉利矿山电子公司的上海嘉利矿山电子公司的KJ92系统，系统，煤科总院常州自动化研究所的煤科总院常州自动化研究所的KJ95系统等。系统等。8.1 概述概述如北京仙岛新技术研究所和抚顺安全仪器厂联合开发的如北京仙岛新技术研究所和抚顺安全仪器厂联合开发的KJ66系统系统8.1 概述概述煤炭科学研究总院重庆分院的煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统，系统，8.1 概述概述上海嘉利矿山电子公司的上海嘉利矿山电子公司的KJ92系统，系统，8.1 概述概述煤科总院常州自动化研究所的煤科总院

42、常州自动化研究所的KJ95系统等。系统等。8.1 概述概述其主要特点是，测控分站的智能化水平进一步提高，具有网络连接其主要特点是，测控分站的智能化水平进一步提高，具有网络连接功能；系统软件普遍采用了功能；系统软件普遍采用了Windows操作系统。操作系统。总结我国近总结我国近10年来煤矿安全监测监控系统的技术发展概况，主要表年来煤矿安全监测监控系统的技术发展概况，主要表现在以下现在以下5个方面：个方面： （1 1）矿井安全监测技术标准化工作逐步完善）矿井安全监测技术标准化工作逐步完善。为了规范管理煤矿监。为了规范管理煤矿监测系统，在原煤炭部组织下，相继制定了煤矿安全生产监控系统总测系统，在原煤

43、炭部组织下，相继制定了煤矿安全生产监控系统总体设计规范、煤矿监控系统软件设计规范以及甲烷、一氧化碳、体设计规范、煤矿监控系统软件设计规范以及甲烷、一氧化碳、风速等传感器行业标准。这些技术规范和标准对监测系统的技术规格、风速等传感器行业标准。这些技术规范和标准对监测系统的技术规格、实时性、可靠性、精度、软件功能、关联设备等技术指标和试验方法实时性、可靠性、精度、软件功能、关联设备等技术指标和试验方法做出了明确规定。这对我国煤矿安全监测系统的研究、设计及产品质做出了明确规定。这对我国煤矿安全监测系统的研究、设计及产品质量监督检验起到了指导作用和积极推动作用。量监督检验起到了指导作用和积极推动作用。

44、 8.1 概述概述（2 2）开发新型传输技术，系统容量扩大）开发新型传输技术，系统容量扩大。我国现有的矿井监测系统。我国现有的矿井监测系统的数据传输信道基本上采用电信号传输，既有模拟传输系统，也有数的数据传输信道基本上采用电信号传输，既有模拟传输系统，也有数字传输系统。从煤矿生产的实际情况出发，监控系统的网络结构，即字传输系统。从煤矿生产的实际情况出发，监控系统的网络结构，即中心站和监测分站之间的连接，一般采用树状网络结构。其最大特点中心站和监测分站之间的连接，一般采用树状网络结构。其最大特点是系统所用传输电缆少，但这种结构也存在着传输阻抗难以匹配、接是系统所用传输电缆少，但这种结构也存在着传

45、输阻抗难以匹配、接收端信号功率微弱、信噪比小、抗干扰能力差等问题。因此，一些系收端信号功率微弱、信噪比小、抗干扰能力差等问题。因此，一些系统采用了数字频带传输技术，一般是采用数字调频移频监控统采用了数字频带传输技术，一般是采用数字调频移频监控FSK调制调制解调技术，这是一种数字调制信号传输信息的方式，与基带传输方式解调技术，这是一种数字调制信号传输信息的方式，与基带传输方式相比，这种传输方式有较好的抗干扰能力。随着矿井监控系统容量的相比，这种传输方式有较好的抗干扰能力。随着矿井监控系统容量的增加，以及矿井调度通信功能的综合一体：增加，以及矿井调度通信功能的综合一体：KJ95就是集矿井调度通信、

46、就是集矿井调度通信、监测于一身的综合性系统。监测于一身的综合性系统。8.1 概述概述（3 3）应用软件丰富，系统功能增强）应用软件丰富，系统功能增强。随着微型计算机技术的快速发。随着微型计算机技术的快速发展，监控系统软件运行环境不断改善，应用软件的开发工作也不断深展，监控系统软件运行环境不断改善，应用软件的开发工作也不断深入。软件的不断升级、功能增强是近年来矿井监控系统技术进步的主入。软件的不断升级、功能增强是近年来矿井监控系统技术进步的主要方面。目前，矿井监控系统都采用了要方面。目前，矿井监控系统都采用了Intel系列系列CPU的工业控制机，的工业控制机，硬件配置增强，配有实时、多任务操作系

47、统。系统软件多运行在硬件配置增强，配有实时、多任务操作系统。系统软件多运行在Microsoft Windows95/98/2000/XP或或NT4.0中文操作平台上，不仅可以中文操作平台上，不仅可以充分利用多进程、多线程技术实时并发处理多任务，还具有丰富多彩充分利用多进程、多线程技术实时并发处理多任务，还具有丰富多彩的用户界面，使监控软件的前后台处理能力增强。的用户界面，使监控软件的前后台处理能力增强。 8.1 概述概述联网是矿井监控系统软件发展的重要方面。监控系统本身就是一个联网是矿井监控系统软件发展的重要方面。监控系统本身就是一个分布式计算机网络。随着煤矿计算机应用水平的不断提高和煤矿企业

48、分布式计算机网络。随着煤矿计算机应用水平的不断提高和煤矿企业管理的要求，需要将矿井监控系统与其他计算机构成网络，使网络各管理的要求，需要将矿井监控系统与其他计算机构成网络，使网络各节点上的计算机可以调用、分享监控信息，也可以处理管理信息。通节点上的计算机可以调用、分享监控信息，也可以处理管理信息。通过网络系统还可以方便地与矿务局计算机网络变换信息。现有的过网络系统还可以方便地与矿务局计算机网络变换信息。现有的KJ4、KJ95、KJF2000等监控系统都具备联网功能。如等监控系统都具备联网功能。如KJ95系统与矿井调度系统与矿井调度通讯系统组成网络，通信系统中的语音工作站不断访问服务器，如果通讯

49、系统组成网络，通信系统中的语音工作站不断访问服务器，如果发现井下某一测点瓦斯超限，确定报警语音信息，语音工作站将语音发现井下某一测点瓦斯超限，确定报警语音信息，语音工作站将语音信息转换成语音信号送交换机，再由交换机对井下进行广播报警。信息转换成语音信号送交换机，再由交换机对井下进行广播报警。 8.1 概述概述（4 4）矿井专业化安全监测系统不断涌现）矿井专业化安全监测系统不断涌现。目的主要是要防止发生瓦斯、火灾等重大灾害事故的发生。煤矿自目的主要是要防止发生瓦斯、火灾等重大灾害事故的发生。煤矿自然发火预测预报、瓦斯突出预报、矿井带式输送机巷火灾监测等一系然发火预测预报、瓦斯突出预报、矿井带式输

50、送机巷火灾监测等一系列专业安全监测系统相继研制成功。由煤科总院抚顺分院开发的列专业安全监测系统相继研制成功。由煤科总院抚顺分院开发的KJF系系统将束管监测技术与环境监测系统相结合，将束管系统置于井下，解统将束管监测技术与环境监测系统相结合，将束管系统置于井下，解决了束管监测技术存在的取样时间延迟问题，为采空区自燃火灾监测决了束管监测技术存在的取样时间延迟问题，为采空区自燃火灾监测预报及采空区注氯防火状态监测提供了手段；煤科总院重庆分院开发预报及采空区注氯防火状态监测提供了手段；煤科总院重庆分院开发的的KJ54型矿井安全监测系统是在现有监测系统的基础上，根据我国煤型矿井安全监测系统是在现有监测系

51、统的基础上，根据我国煤矿生产的实际情况和多年来与自然灾害斗争的实际经验，以多种自然矿生产的实际情况和多年来与自然灾害斗争的实际经验，以多种自然灾害的预报为目标而研制的新一代矿井安全监测系统。灾害的预报为目标而研制的新一代矿井安全监测系统。8.1 概述概述（5 5）重视、加强传感器的开发研究）重视、加强传感器的开发研究。煤炭科学研究总院重庆分院等单位采用单片微机研制出智能型甲烷传煤炭科学研究总院重庆分院等单位采用单片微机研制出智能型甲烷传感器，增加了红外线非接触调校和自动调校功能，传感器整机稳定性有了感器，增加了红外线非接触调校和自动调校功能，传感器整机稳定性有了一定提高。为了克服高浓度瓦斯冲击

52、造成催化元件失效的问题，一些研究一定提高。为了克服高浓度瓦斯冲击造成催化元件失效的问题，一些研究院所和企业采用催化和热导两种敏感元件研制了高、低浓度瓦斯传感器，院所和企业采用催化和热导两种敏感元件研制了高、低浓度瓦斯传感器，相应延长了传感器的使用寿命。后来煤炭科学研究总院抚顺分院和武汉大相应延长了传感器的使用寿命。后来煤炭科学研究总院抚顺分院和武汉大学分别研制出胶体电解质和固体电解质学分别研制出胶体电解质和固体电解质CO元件，解决了电解质泄漏问题，元件，解决了电解质泄漏问题，元件的使用寿命达到元件的使用寿命达到2年。为了适应煤矿监测系统的发展，还开发了新的年。为了适应煤矿监测系统的发展，还开发

53、了新的品种，如煤炭科学研究总院抚顺分院研制了品种，如煤炭科学研究总院抚顺分院研制了CO2传感器、传感器、O2传感器、采传感器、采空区多点温度传感器、微压力传感器及重庆分院研制的离子烟雾传感器等。空区多点温度传感器、微压力传感器及重庆分院研制的离子烟雾传感器等。8.1 概述概述四四、我国矿井安全监测监控技术发展方向、我国矿井安全监测监控技术发展方向1）紧密结合我国煤矿安全生产国情）紧密结合我国煤矿安全生产国情我国是一个煤矿灾害事故严重，特别是瓦斯爆炸事故频发的产煤大我国是一个煤矿灾害事故严重，特别是瓦斯爆炸事故频发的产煤大国。近年来出现的瓦斯爆炸事故大都发生在中小煤矿，而且都出现在国。近年来出现

54、的瓦斯爆炸事故大都发生在中小煤矿，而且都出现在没有监测监控系统或系统未能正常使用的矿井。因此，高突瓦斯矿井没有监测监控系统或系统未能正常使用的矿井。因此，高突瓦斯矿井必须装备安全监测系统。但应根据不同煤矿井型、产量及其安全状况必须装备安全监测系统。但应根据不同煤矿井型、产量及其安全状况开发装备相应的监测系统，使煤矿在经济上能够承受，使用起来可靠。开发装备相应的监测系统，使煤矿在经济上能够承受，使用起来可靠。8.1 概述概述2）重视专业化或专家系统的开发）重视专业化或专家系统的开发近年来，一些科研院所虽然进行了大量的研究工作，取得一些成果，近年来，一些科研院所虽然进行了大量的研究工作，取得一些成

55、果，但由于大部分是在独立的系统上进行的，没有广泛的适应性，无法推但由于大部分是在独立的系统上进行的，没有广泛的适应性，无法推广应用。今后，开发安全监控技术应特别注意将诸如瓦斯涌出规律、广应用。今后，开发安全监控技术应特别注意将诸如瓦斯涌出规律、瓦斯突出预测预报、煤自燃发火预测预报、带式输送机火灾早期预报、瓦斯突出预测预报、煤自燃发火预测预报、带式输送机火灾早期预报、均压通风自动调控以及矿井灾变期间抢险救灾指挥等技术融入监测系均压通风自动调控以及矿井灾变期间抢险救灾指挥等技术融入监测系统中，才能充分发挥监测系统的作用。统中，才能充分发挥监测系统的作用。 8.1 概述概述3）继续深入强化传感器技术

56、的研究）继续深入强化传感器技术的研究传感器是煤矿安全监测系统可靠运行的关键，虽然我们已经作了大传感器是煤矿安全监测系统可靠运行的关键，虽然我们已经作了大量的研究工作，但由于传感器运行在煤矿特殊的气候环境下，增加了量的研究工作，但由于传感器运行在煤矿特殊的气候环境下，增加了开发研究的难度，特别是一次敏感元件的稳定性和使用寿命仍然没能开发研究的难度，特别是一次敏感元件的稳定性和使用寿命仍然没能完全解决。完全解决。传感器、通信技术、计算机技术是信息产业的三大支柱传感器、通信技术、计算机技术是信息产业的三大支柱，已经受到国内外各行各业的重视。因此，国内外传感器技术进步将为已经受到国内外各行各业的重视。

57、因此，国内外传感器技术进步将为煤矿安全监测传感器的发展提供契机。为了提高煤矿安全监测传感器煤矿安全监测传感器的发展提供契机。为了提高煤矿安全监测传感器水平，在今后研究开发工作中，应注重以下方面：水平，在今后研究开发工作中，应注重以下方面： 8.1 概述概述(1) 关注国内外传感器发展热点，借鉴传感器新技术，开发适用于煤矿关注国内外传感器发展热点，借鉴传感器新技术，开发适用于煤矿的安全传感器。的安全传感器。微型化、集成化、智能化、系统化、低功耗是当今全球传感器发展的微型化、集成化、智能化、系统化、低功耗是当今全球传感器发展的方向，而光纤技术、生物工程技术、微电子技术及微加工技术等多种技方向，而光

58、纤技术、生物工程技术、微电子技术及微加工技术等多种技术的融合，可能使传感器性能最优化，这些都是我们在跟踪国内外新技术的融合，可能使传感器性能最优化，这些都是我们在跟踪国内外新技术时要特别关注的地方。术时要特别关注的地方。 8.1 概述概述(2) 解决煤矿安全传感器的稳定性、可靠性，提高传感器的制作质量，解决煤矿安全传感器的稳定性、可靠性，提高传感器的制作质量，在很大程度上依赖制作工艺。在很大程度上依赖制作工艺。先进的传感器制作工艺也是传感器技术创新的基础，诸如微机械加先进的传感器制作工艺也是传感器技术创新的基础，诸如微机械加工技术、平面制作工艺、薄膜制作工艺及传感器封装技术等对传感器工技术、平

59、面制作工艺、薄膜制作工艺及传感器封装技术等对传感器研究开发及传感器实现产业化、工程化起着至关重要的作用，这是一研究开发及传感器实现产业化、工程化起着至关重要的作用，这是一项十分重要的基础工作。项十分重要的基础工作。 8.1 概述概述(3) 应高度重视传感器功能材料的研究。应高度重视传感器功能材料的研究。当今世界各国已把纳米技术纳入了自己的关键技术中。美国国家关当今世界各国已把纳米技术纳入了自己的关键技术中。美国国家关键技术报告中指出：对先进的纳米技术的研究可能导致纳米传感器的键技术报告中指出：对先进的纳米技术的研究可能导致纳米传感器的产生；我国的一些研究单位研究表明，用纳米材料制作气体传感器时

60、，产生；我国的一些研究单位研究表明，用纳米材料制作气体传感器时，由于其本身具有高表面能，有较大的孔径和空容，其比表面是常规材由于其本身具有高表面能，有较大的孔径和空容，其比表面是常规材料的数十倍，在气固反应过程中能加快反应速度，提高反应灵敏度，料的数十倍，在气固反应过程中能加快反应速度，提高反应灵敏度，有利于改善气体传感器的性能。这些都值得我们在今后研究工作中借有利于改善气体传感器的性能。这些都值得我们在今后研究工作中借鉴。鉴。8.1 概述概述8.2 监测系统的结构监测系统的结构 一监测系统的种类一监测系统的种类环境监测系统环境监测系统工况监测系统工况监测系统瓦斯突出预报子系统瓦斯突出预报子系