矿井监测监控系统

六大系统之矿井监测监控系统2/2/2023112安全监控系统的使用与维护3煤矿安全监控系统简介主要内容安全监控系统现状与问题4煤矿安全监控系统2/2/20232安全监控系统的定义：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。安全监控系统的构成：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、煤矿排水监控系统、煤矿火灾监控系统、矿山压力监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、人员位置监测系统等。

2/2/20233一、矿井安全监控技术发展概况2/2/20234我国矿井安全监控技术发展建国初期，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；60年代初期，研制达到使用水平的载体催化元件和AQR-1型瓦斯测量仪。70年代研制出瓦斯断电仪；80年代初期，从欧美引进、吸收矿井监控系统；80年代以后，逐步开发出KJ126、KJF2000、KJ95、KJ90等系统。2/2/20235二、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:

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：数字基带传输、数字频带传输

；

2/2/202362/2/202371）、可实时采集各种传感器传来的数据:2）、系统具有甲烷超限报警功能：甲烷传感器用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量，当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的报警点时，由系统发出声、光报警信号。当甲烷浓度恢复到预置的报警值以下时，能自动解除报警。3）、甲烷超限断电及闭锁功能：当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的断电点浓度时，输出切断被控区域动力电源并闭锁；当被监视区域风流中甲烷浓度降到预置的复电点浓度时，能自动解锁，恢复供电。断电点参数设置连续可调。三、安全监控系统的主要功能

2/2/202384）风电闭锁功能：当局部通风机停止运转或风筒中风速低于规定数值时，装置输出切断被控区域动力电源信号并闭锁；当局部通风机恢复正常工作时，装置能自动解锁。5）其他功能：此外系统还可实现一氧化碳、温度、风压、风速、风门等环境参数与工况参数超限声光报警等功能。三、安全监控系统的主要功能

2/2/20239基于以上功能，安全监控系统可以起到以下作用：

1、避免或减少由于电气设备失爆、违章作业、电气设备故障电火花或危险温度引起瓦斯爆炸；2、避免或减少采、掘、运等设备运行产生的摩擦碰撞火花及危险温度等引起瓦斯爆炸；3、提醒领导、生产调度等及时将人员撤至安全处。4、提醒领导、生产调度等及时处理事故隐患，防止瓦斯爆炸等事故发生。5、还可通过煤矿安全监控系统监控瓦斯抽放系统、通风系统、煤炭自燃、瓦斯突出等。6、煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用，当煤矿井下发生瓦斯（煤尘）爆炸等事故后，系统的监测记录是确定事故时间、爆源、火源等重要依据之一。返回2/2/202310煤矿安全监控的主要内容对井下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。煤矿安全监控系统组成一般由传感器、井下分站、传输线路、地面中心站、监控软件组成，如下图所示：2/2/202311矿井安全生产监控系统2/2/2023122/2/202313煤矿安全监控系统工作原理：

传感器将被测物理量转换为电信号，并具有显示和声光报警功能（有些传感器没有显示、或没有声光报警）。

执行机构（含声光报警及显示设备）将控制信号转换为被控物理量。

分站接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传送给主站（或传输接口），同时，接收来自主站（或传输接口）多路复用信号。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理能力、对传感器输入的信号和主站（或传输接口）传输来的信号进行处理，控制执行机构工作。2/2/202314

电源箱将交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于2小时的蓄电池。

传输接口接收分站远距离发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站。传输接口还具有控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，系统自检等功能。

主机一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、联网等。

2/2/202315煤矿安全监控系统的特点：

煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃易爆可燃性气体和腐蚀性气体，潮湿、淋水、矿尘大、电网电压波动大、电磁干扰严重、空间狭小、监控距离远。因此，矿井监控系统不同于一般工业监控系统，矿井监控系统同一般工业监控系统相比具有如下特点：

(1)电气防爆。一般工业监控系统均工作在非爆炸性环境中，而矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备，并且不同于化工、石油等爆炸性环境中的工厂用防爆型电气设备。

2/2/202316爆炸性危险物质分类:I类：矿井甲烷；II类：爆炸性气体混合物(含蒸汽、薄雾)，如乙醚、民用煤气、乙炔等。III类：爆炸性粉尘和纤维，如镁粉、铝粉、小麦粉亚麻纤维、火火药等。2/2/202317

(2)传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，仅为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要达到10千米。

(3)网络结构宜采用树形结构。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结构。

(4)监控对象变化缓慢。矿井监控系统的监控对象主要为缓变量，因此，在同样监控容量下，对系统的传输速率要求不高。

(5)电网电压波动大，电磁干扰严重。由于煤矿井下空间小，采煤机、运输机等大型设备启停和架线电机车火花等造成电磁干扰严重。

(6)工作环境恶劣。煤矿井下除有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性气体外，还有硫化氢等腐蚀性气体，矿尘大、潮湿、有淋水、空间狭小。因此，矿井监控设备要有防尘、防潮、防腐、防霉、抗机械冲击等措施。2/2/202318

(7)传感器（或执行机构）宜采用远程供电。一般工业监控系统的电源供给比较容易，不受电气防爆要求的限制。矿井监控系统的电源供给，受电气防爆要求的限制。由于传感器及执行机构往往设置在工作面等恶劣环境，因此，不宜就地供电。现有矿井监控系统多采用分站远距离供电。

通过上面对矿井监控系统的分析，可以看出，矿井监控系统不同于一般工业监控系统。因此，直接用一般工业监控的理论和技术解决矿井监控的问题是行不通的。不是不符合电气防爆要求，就是传输距离太近，或网络结构不适合用于矿井监控系统，或不能进行总线供电，或节点容量太小等等。因此，有必要研究适合矿井监控系统的理论和技术。返回2/2/202319一、甲烷传感器的设置1、甲烷传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。2、甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合规定。传感器的设置：2/2/202320二、其它传感器的设置

（一）一氧化碳传感器的设置1、一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。2、开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面回风巷必须设置一氧化碳传感器，地点可设置在上隅角、工作面或工作面回风巷，报警浓度为≥0.0024%,如图9所示。3、带式输送机滚筒下风側10-15m处宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。4、自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。5、开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。2/2/202321

（二）风速传感器的设置风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。当风速低于或超过《煤矿安全规程》的规定值时，应发出声、光报警信号。（三）风压传感器的设置

主要通风机的风硐应设置风压传感器。风硐是连接主通风机和风井的一段巷道。风量大，内外压差大。（四）瓦斯抽放管路中传感器的设置

瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中宜设置流量传感器、温度传感器和压力传感器；利用瓦斯时，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。防回火安全装置上宜设置压差传感器。

2/2/202322

（六）温度传感器的设置

1、温度传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应不影响行人和行车，安装维护方便，不影响行人和行车。2、开采容易自燃，自燃煤层及地温高的矿井采煤工作面应设置温度传感器。温度传感器的报警值为30℃。如图10所示。3、机电硐室内应设置温度传感器，报警值为34℃。

2/2/2023232/2/202324（七）开关量传感器的设置主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器。2/2/202325使用与维护要点

（1）选用符合《AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求》等，取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证的系统。（2）按照《煤矿安全规程》和《AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》设计、安装、使用、管理与维护系统。（3）甲烷、风速、风压、风筒、风门、局部通风机开停、主通风机开停、馈电状态等传感器要按规定的数量和地点正确安装与维护。

2/2/202326

（4）根据被控对象的不同，正确连接甲烷断电闭锁和风电闭锁。（5）根据工作面和回风巷等不同地点，正确设置报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电区域。（6）每隔10天使用校准气样和空气气样对甲烷传感器进行正确调校，同时对甲烷断电闭锁和风电闭锁功能进行测试。（7）甲烷超限报警、断电、馈电异常、停风报警后，要及时采取停电、撤人等安全措施。

返回2/2/202327第四节煤矿安全监控系统使用现状和问题

煤矿安全监控系统在全国高瓦斯矿井和有瓦斯煤(岩)突出的矿井及部分低瓦斯矿井普遍装备使用,但目前有不少煤矿的安全监控系统没有发挥出应有的作用。究其原因,有些矿的领导和主管技术干部对监控系统的重要性认识不够,由此产生一系列问题:监控技术人员不能适应工作需要,设备选型不妥,使用维护不当,仪器待修率高。2/2/202328现场维护和管理中存在的问题传感器的设置数量不足，种类不全，地点、位置不符合要求。甲烷传感器调校周期过长，方法不对。不测试断电闭锁功能，断电闭锁失效。地面中心站的装备管理存在问题，无备用主机和电源。培训不到位,维护、管理人员缺乏相关知识，不会操作、维修。

人为破坏监控系统的监控功能，将传感器报警浓度调高，不使用断电控制功能等2/2/202329煤矿安全监控系统使用现状

这一系列问题严重影响了安全监控系统的安全保障作用,只有从思想、技术、物质等方面着手解决,才能发挥出应有的作用。2/2/2023302、解决办法1、煤矿应按照《煤矿安全规程》和《AQ1029-2007煤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。2、加强对维护、管理人员的培训,使之具备相关知识，懂操作和简单的维修。3、充分依靠测控仪器区域服务中心的技术力量，搞好系统维护。4、加强使用管理，杜绝使用中的违章现象；下井管理人员带便携式甲烷检测报警仪，发现与甲烷传感器读数误差大于允许误差时，应立即通知安全监控部门进行处理。2/2/2023312、解决办法5、地面中心站值班应设置在矿调度室内；实行24h值班制度；按瓦斯事故应急预案遥控区域断电。6、改变以往中小型煤矿将甲烷传感器送到维修中心调校的做法，因为送维修中心调校不能测试断电闭锁功能，而且频繁拆卸易产生故障，传感器在运输过程中由于碰撞等原因易产生误差，煤矿应建立检修室，甲烷传感器应在井下调校，方法简单容易掌握。暂不具备条件的应由区域服务中心调校人员下井调校。2/2/2023322、解决办法7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：安全监控系统是否有安全标志且符合6201标准，系统井下配置是否符合安标证书的规定。系统中心站、分站、传感器等设备安装设置是否符合要求。监控系统布置图及中心站显示是否与实际设置相符。系统是否昼夜不间断运行。装备到位2/2/202333解决办法7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：甲烷传感器等设备是否按规定周期正确调校，其报警值、断电值、复电值是否符合规定。中心站主机是否真实反映了监测对象的数值或状态。煤矿是否有检修室，仪器和校准气体的配备是否符合规定。数据准确2/2/2023342、解决办法7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：瓦斯超限达到断电值时，安全监控系统是否切断被控设备的电源并闭锁，断电与馈电数据是否对应。瓦斯断电控制图是否符合规定。断电接线是否正确。是否按期测试瓦斯超限断电闭锁和风电瓦斯闭锁功能并有记录。断电可靠2/2/2023352、解决办法7、加强对安全监控系统的检查，重点检查以下问题：管理机构、规章制度、人员培训、设备维护、图纸资料和报表管理是否符合要求。瓦斯事故应急预案是否符合要求。管理规范2/2/202336案例

河北唐山刘官屯煤矿“12.7”特别重