安全监测监控技术与应用课程设计

1、安全监测监控技术与应用课程设计31、1矿井简介31、2矿井通风系统31、3通风系统评价31、4井巷开拓及其特征参数32我国相关煤矿安全法规、安全技术标准及设计规范。32、1对于煤矿安全监测监控设计，我国相关的煤矿安全法规。32、2设计标准52、3平煤七矿安全监控系统设计内容、原则和方法。72、3、1设计的内容72、3、2设计原则82、3、3设计方法82、4监控范围确定。83矿井监控系统布置83、1传感器布置83、1、1功能概述83、1、2分采区传感器布置方法要求83、1、3分采区传感器用量统计123、1、4总结分析143、2分站布置143、2、1功能概述143、2、2分采区分站布置方法要求14

2、3、2、3分采区分站用量统计153、2、4总结分析173、3中心站布置173、3、1功能概述173、3、2中心站布置方法要求173、4传输线路系布置183、4、1类型选择183、4、2供电方式193、4、3电缆计算194系统及设备选型204、1型号选择204、1、1KJ90型煤矿综合监控系统204、1、2KJ95型煤矿综合监控系统234、1、3KJ101型矿井综合监控系统264、1、4系统选型对上述矿井综合监控系统进行技术及经济性对比304、2设备选型314、2、1总体要求314、2、2设备选型314、2、3地面主机房及其它配置335系统配置图345、1监控系统布置图345、2监控系统拓扑图3

3、46系统概算34参考文献361平煤七矿矿井实际条件1、1矿井简介平顶山七矿位于河南省平顶山市境内，矿区内铁路专用线与孟平、焦枝线接轨，煤炭运输便利。矿井原设计生产能力1、2Mt/a，1959年8月投产。1991年被中国统配煤矿总公司命名为现代化矿井。井田位于平顶山煤田的西南侧，北部以落差70200m的锅底山正断层为界。井田走向长6、25km，倾斜宽1、72km，面积10、75km?。现有可采煤层己15和己1617两个煤层。己15煤层较薄且地质条件复杂；己1617煤层为主采煤层，厚度24m，倾角平均12。矿井相对瓦斯涌出量15、23m/1,绝对瓦斯涌出量8、3m/min,属高瓦斯矿井；煤层有自然

4、发火倾向性，自然发火期1012个月；煤尘有爆炸性，挥发分值为32、035、0%;矿井最大涌水量3400m/h，正常涌水量1700m/h。1、2矿井通风系统矿井采用分区对角式通风系统。进风井位于井田中央，风流通过风机由副井进入，再分别有井田两侧的2号和3号立井及中央1号斜井回至地面。进风井口安设2台2K5894）10、4、7规定，矿井采区进回风巷、总回风巷、主通风机风硐，应设置连续风速传感器，并接入矿井安全监测系统。此外，在风速高于或低于设计风速20%时，发出声光报警。传感器安装地点一般设置在顶板较好，无明显淋水，又不妨碍运输和人、车工作，且前后至少10m,最好70m内无障碍物的安全地带。传感器

5、可挂在巷道壁面、中部，最好该点风速值能代表该点巷道断面的平均风速值。如果测点的风速不是平均风速，也可通过调整传感器内输出幅度电位器使输出信号值与巷道断面的平均风速值一致。传感器侧头的进风口和出风口一定要与风流方向一致，偏移角度应不大于5。（3）一氧化碳传感器布置一氧化碳传感器主要用于监测煤炭自燃的发展情况。目前，国家标准并没对一氧化碳传感器的布置做具体规定。根据经验并结合孔庄矿的煤炭自然发火特性，在本设计中一氧化碳传感器只布置在各回采工作面上隅角，与瓦斯传感器一同布置。传感器安装时，不要靠近热辐射源，以免引起内部温度升高而失准。传感器应垂直悬挂，在通电情况下不得倒置。应定期清除防尘罩的煤尘以保

6、证测量精度。（4）温度传感器布置温度传感器用于监测矿井环境温度、预防火灾。根据煤矿安全规程规定，采掘工作面不能超过26*，机电硐室不能超过30*。因此，本设计中，在采掘工作面和所有机电硐室（如变电所、炸药房、水泵房等）都布置上温度传感器，对温度进行严密监视。（5）负压传感器布置在矿井的通风工作中，矿井的风压是矿井通风的一个重要参数，通过对风压的连续监测，可为矿井的通风管理，风量的测配等通风安全工作及时提供必要的数据。在矿井均压灭火技术中，密闭内外的压力是灭火工作中的一个参数，它的连续监测对防灭火工作是分必要的。在煤矿还须监测瓦斯抽放泵的工作压力、井下主要风门两端的压力，这些情况下都需使用矿井负

7、压传感器。图3-5负压传感器安装示意图为了对全矿井用风量情况及其分配有较好的了解，在井底车场、各采区进回风巷及总回风巷设置负压传感器。传感器的固定支架埋入巷道侧壁或风机墙壁上，用水泥封。传感器应垂直固定，安装地点应无淋水。测量通风总负压与密闭压力时，负压传感器安装方法见图。测量风门时安装方法与之类似，但应注意正负压嘴不得装反。测量密闭压力时，一般选用0500Pa的传感器。（6）开关量传感器布置为了对井下各设备的工况参数进行实时的监控，需对设备安装各开关量传感器。在本设计中，对关系重大的风门、采区轨道巷绞车、人行车、皮带机、水泵及局扇进行重点监测。3、1、3分采区传感器用量统计针对所确定的监控范

8、围及上述传感器布置方法，各监测量统计如表4-1所示：总体上说，监控范围涉及整个矿井。但由于本监控系统侧重于井下环境参数的监测，因此，监控范围主要集中在各采煤工作面和采掘工作面。具体说来，主要有己17-22062综采工作面，己17-21121综采工作面，己-21051综采工作面，己17-23070综采工作面，以及己17-掘进工作面，己17-21011掘进工作面，己17-23060掘进工作面，己17-22091掘进工作面，此外，各东，中，西采区的回风巷、人行道、材料道以及各大巷，井底车场以及各硐室也在监控范围之内。表3-1监测量统计表-采区工作面监测区域监测量名称数量监测区域监测量名称数量己-21

9、051综采工作面及其周围瓦斯5己17-23070综采工作面及其周围瓦斯5风速1风速1风筒0风筒0温度1温度1一氧化碳1一氧化碳1开停0开停0馈电0馈电0风门1风门1氧气1氧气1烟雾1烟雾1己17-22062综采工作面及其周围瓦斯5己17-21121综采工作面及其周围瓦斯4风速1风速1风压0风压0温度1温度1一氧化碳1一氧化碳1开停0开停0馈电0馈电0风门1风门1氧气1氧气1烟雾1烟雾1表3-1监测量统计表-掘进工作面监测区域监测量名称数量监测区域监测量名称数量I己17-21081掘进工作面及其周围瓦斯5己17-21011掘进工作面及其周围瓦斯5风速0风速0风筒2风筒2温度1温度1一氧化碳0一氧

10、化碳0开停2开停2风门0风门0氧气1氧气1己17-23060掘进工作面及其周围瓦斯5己17-22091掘进工作面及其周围瓦斯5风速0风速0风门0风门0温度1温度1一氧化碳0一氧化碳0开停2开停2风筒2风筒2氧气1氧气2表3-1监测量统计表-其余地点监测区域监测量名称数量监测区域监测量名称数量风井和回风巷周围瓦斯3所有井底车场和机电洞室周围瓦斯11风速3风速2风压0风压1温度4温度12一氧化碳4一氧化碳3开停1开停6风筒2馈电2风门2风门5馈电0烟雾3风电瓦斯闭锁0风电瓦斯闭锁23、1、4总结分析在分区布置完后，经上述统计很清晰的将各采区大范围内传感器的布置展现出来。3、2分站布置3、2、1功能

11、概述由传感器输出的统一制式的信号必须进入井下发送装置才能进入下一级信息传输系统，这个发送装置称为井下分站。分站的作用是，收集接入的各种传感器送来的模拟信号并进行整理；根据中心站的命令将各种监测参数和设施、设备工作参数发送给中心站；接收中心站的控制信息，执行中心站的各种控制命令，控制所关联的设备、设施。一些智能化程度比较高的分站，在系统电缆断开后，分站仍能独立工作，如实现超限报警、断电、连续记录监测参数等。一般来说分站备有备用电源，在电网停电时仍能继续工作。表3-2传感器用量统计表传感器类别种类数量预留量（30）合计模拟量甲烷531669风速9312温度24832一氧化碳11415风压112氧气

12、传感器9312烟雾传感器7310风筒传感器10414开关量开停传感器15520风门状态传感器11415馈电传感器213风电瓦斯闭锁213总计1542073、2、2分采区分站布置方法要求分站布置时综合考虑以下几点：（1）根据监测量的数量和分布情况，确定分站的位置和数量。（2）因为一个分站的监测范围有限，为了能采集更多的信息量，分站的位置放在它所监测地区的中心位置。（3）为了保证分站能长期可靠地工作，分站一般放在环境条件较好和便于维护的地点（如采区变电所硐室）。3、2、3分采区分站用量统计按上述方法布置的分站数量统计如下表3-2所示：表3-3分站数量统计表分站序号拟安装地点传感器监测量名称数量12

13、号回风井口瓦斯浓度传感器2开停传感器1温度传感器1一氧化碳传感器1风速传感器1风门传感器12己17-22091掘进工作面（1）瓦斯浓度传感器2温度传感器1开停传感器2风筒传感器1氧气传感器13己17-22062综采工作面瓦斯浓度传感器5温度传感器1风速传感器1一氧化碳传感器1氧气传感器1烟雾传感器14东西胶带输送机大巷西末端瓦斯浓度传感器3风门传感器1开停传感器2风筒传感器2温度传感器2氧气传感器15己17-22091掘进工作面（2）瓦斯浓度传感器3温度传感器1风筒传感器16己17-22062综采工作面轨道下山采区煤仓瓦斯浓度传感器2温度传感器2一氧化碳传感器1开停传感器1烟雾传感器17中央变

14、电所、泵房、进风井温度传感器1风速传感器1开停传感器1馈电传感器1风电瓦斯闭锁1风压传感器18主井、采区煤仓和爆破材料库瓦斯浓度传感器3一氧化碳传感器2风速传感器1温度传感器2风门传感器1烟雾传感器19己17-21121综采工作面瓦斯浓度传感器4一氧化碳传感器1风速传感器1烟雾传感器1风门传感器1氧气传感器1温度传感器110己变电所馈电传感器1温度传感器1风门传感器1风电瓦斯闭锁111己17-21081掘进工作面瓦斯浓度传感器4开停传感器2温度传感器2风筒传感器2氧气传感器112己-21051综采工作面瓦斯浓度传感器6温度传感器1氧气传感器1风速传感器1烟雾传感器1一氧化碳传感器1131号回风

15、井和己17-21011掘进工作面和绞车房瓦斯浓度传感器6风速传感器1一氧化碳传感器1氧气传感器1温度传感器2风筒传感器2开停传感器214己三轨道上山采区煤仓和绞车房瓦斯浓度传感器2一氧化碳传感器1风门传感器4开停传感器1烟雾传感器1温度传感器215己17-23070综采工作面瓦斯浓度传感器5氧气传感器1烟雾传感器1一氧化碳传感器1温度传感器1风门传感器1风速传感器116己17-23060掘进工作面瓦斯浓度传感器4氧气传感器1开停传感器2温度传感器2风筒传感器2173号回风井和绞车房瓦斯浓度传感器2温度传感器1开停传感器1风门传感器1一氧化碳传感器1风速传感器1由此可以计算，总计有154个传感器

16、，需要17个分站。3、2、4总结分析通过分站布置将传感器以及分站的在煤矿井下的布置更清楚的展现在我们面前。更便于我们读图。3、3中心站布置3、3、1功能概述中心站是煤矿监控系统的地面数据处理中心。中心站完成监测信息的采集、处理、存储和显示功能，还向分站发送控制指令。现代煤矿监控系统对中心站一般要求能实现以下功能：（1）数据显示。按工作站实时显示各测点模拟量及开关量数据,按测点位置实时显示模拟量和开关量数据,同时可以观察实时曲线以及传感器故障情况。（2）曲线显示。各种模拟量实时曲线显示;历史曲线显示。（3）打印制表功能。打印每天安全参数日报表（每小时内模拟量出现的最大值和出现的时间）;模拟量超限

17、起止时间、地点、次数、最大值;打印各点模拟量各天的变化曲线。（4）存储功能。具有适当的存储容量，能存储一定数量的实时数据和历史数据。（5）联网功能。系统具有与上一级计算机系统传递信息或联网的接口，所有实时监测及人工输入的数可以便利地进入计算机矿井管理信息网络,方便有关部门及时了解安全和生产情况。3、3、2中心站布置方法要求为实现上叙功能，需配置相应的设备。在本设计中，中心站主要配置主监控计算机（一用一备）、打印机、监视器、视频处理器、网络服务器、交换机、路由器及各种监视终端。3、4传输线路系布置3、4、1类型选择1、传输方式矿井监控信息传输标准是矿井监控系统硬件通用、软件兼容、信道共用、信息共

18、享的基础，对促进矿井监控产品标准化、提高产品质量具有重要作用。矿井监控信息传输标准对矿井监控系统的传输介质、网络结构、传输方向、复用方式、信号量等进行了规定。2、传输介质煤矿井下的特殊环境制约了井下无线通信的发展，因此，除移动设备的监控外，一般都采用价格低廉，又便于安装维护的双绞线矿用电缆，也有采用大容量的光缆，以适应多媒体综合监控的需要。因此，矿井监控系统的传输介质可以是电缆、光缆等传输介质。3、网络结构一般工业监控系统电缆敷设的自由度较大，可根据设备、电缆沟、电杆的。位置选择星形、环形、树形、总线形等结构。而矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上。由于巷道为分支结构，并且分支长

19、度可达数千米。因此，为便于系统安装维护，节约传输电缆，降低系统成本，宜采用树形网络结构。4、传输方向单向传输仅适用于监测系统，全双工传输使用传输通道较多。因此，矿井监控系统宜采用半双工传输。5、复用方式常用的复用方式有频分制、时分制、码分制和它们的混合方式。比较如下：（1）时分制和码分制多路合成后的信号不会造成能量在时间上的集中，因而对本质安全性能无影响。频分制多路合成信号的路数愈多，则在传输线上的信号的瞬时功率和平均功率均正比的增大，有可能造成能量过分集中而危害到系统的本质安全性能。（2）时分系统可以方便的用多位数码传送模拟量，用1位码位传送开关量（模拟量比开关量有更多的信息量），这种传输方

20、式对信道资源的利用而言是经济合理的。频分系统由于区分频率的滤波难以做得非常敏锐，开关量和模拟量大体要站相同的频带宽度，这就造成开关量信道频率资源的浪费。码分制对开关量和模拟量的传输优于频分制，劣于时分制。（3）时分系统的信号形式与计算机所需的信号非常相近，故时分系统便于计算机接口和系统的智能化。码分制系统也便于计算机管理，而频分系统与计算机的借口则比较复杂。（4）在信息传输速率不高的情况下，时分系统中各路之间的相互干扰较小。码分制系统在系统同步情况下，各路之间无干扰。频分制系统各路干扰较大。（5）时分系统和码分系统中各路信息的发送与接收需要严格同步，否则将造成重大差错，而频分系统则不需要同步。

21、在传感器分散分布难以集中发送信息的场合，就显示出频分制这个可贵的优点。（6）从传输信道资源的利用方面来考虑，时分系统是将信道时间分配给某一路信源，而频分系统则是按频率分配给某一信源，当某一路信源停止工作时，该路资源就闲置不用，造成浪费。这是两者共同的缺点。码分制不将传输线的实在资源固定的划分，可以随时将冗余转化为系统的抗干扰能力，适合矿井监控系统多变的要求，达到自适限错。通过比较不难看出，频分制各项指标均不如时分制和码分制；码分制虽在信道自适应分配方面优于时分制，但在模拟量与开关量共同传输和设备复杂性方面劣于时分制。因此，矿井监控系统宜采用时分制复用方式。7、信号表示模拟量的信号可以是模拟信号

22、和数字信号两种。数字信号同模拟信号相比具有：抗干扰能力强；传输中的差错可以控制、传输质量高；可以传递各种消息，灵活通用；便于计算机存储、处理、传输；便于本质安全防爆隔离等特点。因此，宜采用数字信号传输，这包括分站至主站和传感器及执行机构至分站之间。虽然在现有多数系统中，传感器及执行机构到分站间的传输仍采用频率型和电流型等模拟信号，但由于现有传感器及执行机构有的已采用单片机，进行数字信号传输已分方便，并且不会过多增加成本。因此，传感器及执行机构到分站间的传输也宜采用数字信号。在同样传输速率情况下，不归零信号比归零信号的脉冲持续时间长，抗干扰能力强，传输距离远；矩形信号较其他波形信号设备简单。因此，矿井监控系统宜采用不归零矩形脉冲数字信号传输。3、4、2供电方式本设计中分站由主电