矿井安全生产监测监控培训讲义

矿井安全生产监测监控主讲人：王广军安徽理工大学安全培训中心矿井安全监测监控煤矿信息集成化、智能化、网络化是当前煤矿监测监控系统发展的特点，也是煤矿安全生产的重要保证。我国目前正生产和推广集多类子系统的全矿井综合监控系统，这种系统由信息管理系统、矿井安全监测监控系统、生产设备自动控制系统及工业电视监视系统等组成。主要内容一、电气防爆二、矿井安全监测监控系统组成三、矿井安全监测监控系统现状与发展一、电气防爆矿用电气设备的分类I类为矿用电气设备Ⅱ类为工厂用电气设备电气防爆煤矿用防爆电气设备是按照国家标准GB3836《爆炸性环境用防爆电气设备》制造的。它适用于煤矿低瓦斯、高瓦斯和有煤尘与瓦斯突出、喷出的区域（其标志为“Ex”）矿用一般型电气设备是专为煤矿井下生产的不防爆的电气设备，只能用于低瓦斯矿井井底车场，总进风巷和主要进风巷。使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电铜室内也可采用一般型电气设备，其标志为“KY”。电气防爆电气防爆1.隔爆型电气设备d

该设备具有隔爆外壳的防爆电气设备，该外壳既能承受其内部爆炸性气体混合物引爆产生的爆炸压力，又能防止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。

电气防爆2.增安型电气设备e

该设备在正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的设备结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象的电气设备。电气防爆

3.本质安全型电气设备i

该设备全部电路均为本质安全电路的电气设备。所谓本质安全电路，是指在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。

电气防爆4.正压型电气设备p

该设备具有正压外壳的电气设备。即外壳内充有保护性气体，并保持其压力（压强）高于周围爆炸性环境的压力（压强），以阻止外部爆炸性混合物进入的防爆电气设备。

电气防爆5.充油型电电气设备o该设备全部或或部分件浸在在油内，使设设备不能点燃燃油面以上的的或外壳外的的爆炸性混合合物的防爆电电气设备。电气防爆6.充砂型电电气设备q该设备外壳内内充填砂粒材材料，使之在在规定的条件件下壳内产生生的电弧、传传播的火焰、、外壳壁或砂砂粒材料表面面的过热温度度，均不能点点燃周围爆炸炸性混合物的的防爆电气设设备。电气防爆7.浇封型电电气设备m该设备将电气气设备或其部部件浇封在浇浇封剂中，使使它在正常运运行和认可的的过载或认可可的故障下不不能点燃周围围的爆炸性混混合物的防爆爆电气设备。。电气防爆8.无火花型型电气设备n该设备在正常常运行条件下下，不会点燃燃周围爆炸性性混合物，且且一般不会发发生有点燃作作用的故障的的电气设备。。电气防爆9.气密型电电气设备h该设备具有气气密外壳的电电气设备。10.特殊型型电气设备s该设备异于现现有防爆型式式，由主管部部门制定暂行行规定，经国国家认可的检检验机构证明明，具有防爆爆性能的电气气设备。该型型防爆电气设设备须报国家家技术监督局局备案。二、矿井安全监测测监控系统组组成(1)监测传传感器及执行行机构(2)分站(3)主站(4)信息传传输系统监测传感器及及执行机构传感器负责采采集各种环境境参数，将被被测物理量信信号转换为电电信号。有些些传感器还有有显示和声光光报警功能。。执行机构的的功能是接收收来自传输系系统的信息，，并根据它执执行开、停、、断电等指令令，从而完成成各种控制功功能。传感器器的供电方式式有2种种：一种是1个传感感器1个个电源箱方式式；另一种是是集中供电的的方式，即若若干个传感器器共用1个个电源箱，，而这种电源源箱大多是与与系统分站在在一起。井下下使用的传感感器的供电电电源必须是本本质安全型的的。监测传感器传感器的基本本概念与定义义传感器是电子子测量仪器的的核心。它是是借助于检测测元件(又称称传感元件、、传感头)接接受物理量形形式信息(一一般为非电量量)，并按一一定规律将它它转换成同种种或别种物理理量形式信息息的仪器，通通常又称变换换器、变送器器、换能器等等。检测元件件接受的物理理量称为被测测参数，或称称被测量。对矿用传感器器的一般要求求(1)输入与与输出之间有有一定的函数数关系，经常常是单单值线性关关系；(2)较高的的灵敏度、精精度，安装方方向对检测精精度影响小，，且有较快的的反应速度；；(3)特性曲曲线的重复性性和随时间变变化的稳定性性好(4)抗干扰扰能力强，机机械、热、电电的过载稳定定性好；(5)防潮、、防爆、体轻轻、坚固、耐耐用。误差分析1)装置误差差与方法误差差2)基本误差差和附加误差差3)系统误差差和随机误差差4)绝对误差差和相对误差差绝对误差是指指测量仪器指指示值与实际际值之间差值值的绝对值△＝|X——A|式中△——绝绝对误差；X——测量仪仪器指示值；；A——实际值值(真值)。误差分析相对误差的定定义为：绝对对误差与约定定指示值之比比。由于选取取的约定指示示值不同，相相对误差又分分为实际相对对误差、标称称相对误差、、引用相对误误差。在实际际使用中，多多用引用相对对误差。例如：有一满满刻度100A的电流表表测量某电路路电流，指示示值为41A，实际值为为40A，则则有：绝对误差：△△＝41—40＝lA矿用传感器瓦斯、风速、、负压、一氧氧化碳、烟雾雾、温度、风风门开关；各各种机电设备备开停、电压压、电流、功功率、电度等等矿用传感器器瓦斯传感器沼气具有以下下特性：无色色、无味、无无臭常温常压压时呈气态；；相对于空气气的比重是0.554，，难溶于水；；扩散性较空空气高1．6倍；无毒，，但浓度很高高时，因氧含含量减少会引引起人窒息死死亡，不助燃燃，在空气中中达到一定浓浓度时(5％％一16％CH4)遇高温能引引起爆炸，引引爆温度一般般大于650℃，在空气气中沼气浓度度大于16％％CH4时，遇火燃烧烧。沼气与氧氧气在高温下下的反应是发发光、放热反反应，其反应应方程式如下下：CH4十202＝CO2十2H20十Q热催化式低浓浓沼气检测原原理图热热催催化沼气传感感器结构示意意图瓦斯传感器(1)铂丝线线圈(2)裁体①

比表面积积大，一般为为l0—100m2／g；②

耐热和传传热性能好；；③

防潮、耐耐化学腐蚀性性好；④有一定的机机械如度。(3)催化剂剂①活性大，由反反应物转化生生成物的转化化率高，②选择性高；③稳定性好；④使用期限长；；⑤工艺制造、、筛选方便。。瓦斯传感器瓦斯传感器进入燃烧室的的沼气分于在在检测黑元件件表面进行热热化学反应，，释放热量。。沼气的快速速氧化需要一一定的起始温温度和催化剂剂作用。检测测黑元件的第第一个作用是是为沼气氧化化提供外在条条件，通以较较大的工作电电流，将元件件温度加热到到沼气快速氧氧化的起始点点；沼气氧化放出出的热量与参参加反应的沼沼气分子的质质量成正比。。在传感器几几何结构、检检测元件电参参数一定时，，沼气氧化生生成的热量与与外界环境中中的沼气浓度度成正比瓦斯传感器热催化式低浓浓沼气传感器器的特点(1)在沼气气传感器有效效测量范围内内(一般0％％一4％CH4)线性好好，非线性误误差小；(2)灵敏度度高，即对应应单位沼气浓浓度电桥输出出V大，(3)灵敏度度相对稳定，，线性衰减慢慢，零点漂移移小；(4)重复性性好。瓦斯传感器造成沼气传感感器元件灵敏敏度下阵的主主要原因①高浓度沼气气激活失效②煤尘与水蒸蒸气的影响③元件化学组组分变化、中中毒失效瓦斯传感器瓦斯传感器瓦斯传感器热导式甲烷传传感器工作原原理：利用甲甲烷的热导率率高于新鲜空空气的热导率率，通过热敏敏元件测量甲甲烷空气混合合物热导率的的变化，进而而测的甲烷空空气混合物浓浓度的变化。。主要使用方向向：热导式高高浓度甲烷传传感器是我国国煤矿用于瓦瓦斯抽放管道道中监测瓦斯斯浓度的仪器器。热导传感器结结构示意图热导传感器特特性曲线热导传感器特特性曲线风速传感器矿用风速传感感器按工作原原理分有叶轮轮式、热线式式、超声波式式等。超声波风速传传感器超声波旋涡风风速传感器原原理框图分站分站的作用是是接收来自传传感器的模拟拟信号，并按按预先约定的的复用方式（（时分制或频频分制等）远远距离传送给给主站；同时时，接受来自自主站多路复复用信号（时时分制或频分分制等）。分分站还具有线线性校正、超超限判别、逻逻辑运算等简简单的数据处处理能力，对对传感器输人人的信号和主主站传输来的的信号进行处处理，控制断断电器工作。。传感器及执执行机构距分分站的最大传传输距离一般般不小于2km。。主站主站主要完成成地面非本质质安全型电气气设备与井下下本质安全型型防爆电气设设备的隔离。。主站还具有有控制分站的的发送与接收收、多路复用用信号的调制制与解调、系系统自检等功功能。主站一一般由主机（（含显示器））、打印机、、电视墙（或或投影仪、模模拟盘、多屏屏幕、大屏幕幕）、UPS电源等等组成。信息传输系统统连接井下分站站和地面中心心站系统的即即是信息传输输系统。三、矿井安全监测测监控系统现现状与发展煤矿安全监控控设备装备标标准应以保障障煤矿安全生生产为原则。。因此，煤矿矿安全监控设设备的装备标标准主要依据据矿井瓦斯等等级、自然发发火状况等确确定、不需要要考虑矿井的的生产能力。。系统中心站环境监测。主主要监测煤矿矿井下各种有有毒有害气体体及工作面的的作业条件，，如高浓度甲甲烷气体、低低浓度甲烷气气体、一氧化化碳、氧气浓浓度、风速、、负压、温度度、岩煤温度度、顶板压力力、烟雾等系统中心站生产监控。主主要监控井上上、下主要生生产环节的各各种生产参数数和重要设备备的运行状态态参数，如煤煤仓煤位、水水仓水位、供供电电压、供供电电流、功功率等模拟量量；水泵、提提升机、局扇扇、主扇、胶胶带机、采煤煤机、开关、、磁力起动器器运行状态和和参数等。系统中心站中心站软件。。具有测点定定义功能；具具有显示测量量参数、数据据报表、曲线线显示、图形形生成、数据据存储、故障障统计和报表表、报告打印印功能。其中中，部分系统统可实现局域域网络连接功功能，并采用国际通用用的TCP/IP网络协协议实现局域域网络终端与与中心站之间间实时通信和和实时数据查查询煤矿监控系统统井下分站l

开机机自检和本机机初始化功能能2

通信信测试功能3

分站设设程控功能（（实现断点仪仪功能、风电电瓦斯闭锁功功能、瓦斯管管道监测功能能和一般的环环境监测功能能等）4

死机自自复位功能且且通知中心站站5

接收地地面中心站初初始化本分站站参数设置功功能(如传感感器配接通道道号、量程、、断电点、断断电点、报警警上限和报警警下限等)煤矿监控系统统井下分站6

分站自动动识别配接传传感器类型（（电压型、电电流型或频率率型等）7分站本身身具备超限报报警功能8分站接收收中心站对本本分站指定通通道输出控制制继电器实施施手控操作功功能和异地断断电功能矿井安全监控控系统的装备备要求高瓦斯矿井、、煤（岩）与与瓦斯突出矿矿井，必须装装备矿井安全全监控系统。。没有装备矿矿井安全监控控系统的矿并并的煤巷、半半煤岩巷和有有瓦斯涌出的的岩巷的掘进进工作面，必必须装备甲烷烷风电闭锁装装置或甲烷断断电仪和风电电闭锁装置。。没有装备矿矿井安全监控控系统的无瓦瓦斯涌出的岩岩巷掘进工作作面，必须装装备风电闭锁锁装置。没有有装备矿井安安全监控系统统的矿井的采采煤工作面，，必须装备甲甲烷断电仪。。煤矿安全监监控设备之间间必须使用专专用阻燃电缆缆或光缆连接接，严禁与调调度电话电缆缆或动力电缆缆共用。防爆爆型煤矿安全全监控设备之之间的输人、、输出信号必必须为本质安安全型信号。。使用和维护矿井安全监控控系统必须具具有瓦斯、风风速、压差、、CO、温度度、微音、地地音等模拟量量监测，馈电电状态投备开开停和风筒开开关等开关量量监测、瓦斯斯浓度超限声声光报警和断断电／复电、、风一瓦斯一一电闭锁、断断电状态监测测、自检、显显示、存储、、打印报表等等功能。矿井井监控系统中中心站主机应应不少干2台台，1台工作作，l台备用用。当主机或或系统电缆发发生故障时，，系统必须保保证继续连续续正常工作时时间不小干于于2小时。系系统必须具有有防雷措施，，防止雷电引引起井下瓦斯斯煤尘爆炸。。使用和维护当瓦斯浓度超超限切断被控控电气设备的的电源后，严严禁自动复电电，只有当瓦瓦斯浓度降到到复电门限以以下时，方可可人工复电。。安全监控设设备未投入正正常运行或故故障时，必须须自动切断控控制区域设备备电源。传感器器的设设置瓦斯传传感器器的设设置瓦斯传传感器器应垂垂直悬悬挂，，距顶顶板（（顶梁梁）不不得大大于300mm，距距巷道道侧壁壁不得得小于于200mm。。采煤工工作面面甲烷烷传感感器的的设置置T0、、T1报报警浓浓度为为1.0%CH4,断电电浓度度为1.5%CH4，复电电浓度度小于于1.0%CH4，断电电范围围为工工作面面及回回风巷巷中全全部非非本质质安全全型电电气设设备；；T3、T4报报警浓浓度为为0.5%CH4,断电电浓度度为0.5%CH4，复电电浓度度小于于0.5%CH4，断电电范围围为进进风巷巷内非非本质质安全全型电电气设设备；；被串串采煤煤工作作面及及其进进回风风巷内内全部部非本本质安安全型型电气气设备备；T2报报警浓浓度为为1.0%CH4,断电电浓度度为1.0%CH4，复电电浓度度小于于1.0%CH4，断电电范围围为工工作面面及回回风巷巷中全全部非非本质质安全全型电电气设设备甲烷传传感器器的报报警浓浓度、、断电电浓度度、复复电浓浓度和和断断电范范围及及便便携式式甲烷烷检测测报警警仪的的报警警浓度度甲烷传传感器器的报报警浓浓度、、断电电浓度度、复复电浓浓度和和断断电范范围及及便便携式式甲烷烷检测测报警警仪的的报警警浓度度采煤工工作面面甲烷烷传感感器的的设置置Z型型通风风方式式采煤工工作面面甲烷烷传感感器的的设置置Y型型通风风方式式采煤工工作面面甲烷烷传感感器的的设置置H型型通风风方式式采煤工工作面面甲烷烷传感感器的的设置置W型型通风风方式式掘进工工作面面甲烷烷传感感器的的设置置T1报报警浓浓度为为1.0%CH4,断电电浓度度为1.5%CH4，复电电浓度度为小小于1.0%CH4。断电电范围围为掘掘进巷巷道内内全部部非本本质安安全型型电气气设备备；T2报报警浓浓度为为1.0%CH4,断电电浓度度为1.0%CH4，复电电浓度度为小小于1.0%CH4。断电电范围围为掘掘进巷巷道内内全部部非本本质安安全型型电气气设备备；T3报警浓浓度为为0.5%CH4,断电电浓度度为0.5%CH4，复电电浓度度为小小于0.5%CH4断电范范围为为被串串掘进进巷道道内全全部非非本质质安全全型电电气设设备高瓦斯矿井井双巷掘进进工作面甲甲烷传感器器的设置T1报警浓浓度为1.0%CH4,断电电浓度为1.5%CH4，，复电浓浓度为小于于1.0%CH4。断电电范围为掘掘进巷道内内全部非本本质安全型型电气设备备；T2报报警浓度为为1.0%CH4,断电浓度度为1.0%CH4，复复电浓度为为小于1.0%CH4。。断电范围围为掘进巷巷道内全部部非本质安安全型电气气设备；T3报警浓度为为1.5%CH4,断电浓度度为1.5%CH4，复复电浓度为为小于1.0%CH4。。断电范围围包括局部部通风机在在内的全部部非本质安安全电源。。有专用排瓦瓦斯巷的采采煤工作面面甲烷传感感器的设置置有专用排瓦瓦斯巷的采采煤工作面面甲烷传感感器的设置置机电硐室甲甲烷传感器器的设置其它甲烷传传感器的设设置其它甲烷传传感器的设设置其它传感器器的设置一氧化碳传传感器应垂垂直悬挂，，距顶板不不得大于300mm，距巷壁壁不得小于于200mm。一氧氧化碳传感感器的报警警值0.0024%CO其它传感器器的设置温度传感器器布置在巷巷道上方，，距顶板不不得大于300mm，距巷壁壁不得小于于200mm，温度度传感器报报警值30度。温度度传感器应应设置在风风流稳定的的位置甲烷传感器器的报警浓浓度、断电电浓度、复复电浓度和和断电范范围及便便携式甲烷烷检测报警警仪的报警警浓度甲烷传感器器的报警浓浓度、断电电浓度、复复电浓度和和断电范范围及便便携式甲烷烷检测报警警仪的报警警