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1、煤矿安全监控技术 中国矿业大学（北京）副校长 教授 博士生导师 孙继平 1 系统组成及工作原理 1.1 定义 煤矿安全监控系统用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度 、二化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈 电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风 机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭 锁控制等。 1.2 组成 系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱（或 电控箱）、主站（或传输接口）、主机（含显示器）、系 统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端 、网络接口电缆和接线盒等组成，如图1所示。 矿井安全生产监控系统 1.3 工作原理 传感器将被测物理量转换为
2、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。 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
3、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。 1.4 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
4、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)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。 (
5、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 。 (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
6、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。 (8)不宜采用中继器。煤矿井下工作环境恶劣，监 控距离远，维护困难，若采用中继器延长系统传输距 离，由于中继器是有源设备，故障率较无中继器系统 高，并且在煤矿井下电源的供给受电气防爆的限制， 在中继器处不一定好取电源，若采用远距离供电还需 要增加供电芯线。因此，不宜采用中继器。 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
7、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。 2 系统作用及使用 2.1 作用 （1）当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷 道停风时，煤矿安全监控系统自动切断相关区域的电 源并闭锁同时报警：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；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；提醒领 导、生产调度等及时将人员撤至安全处。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。 （2）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。
8、 （3）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。 2.2 现存问题 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。但部分煤矿传感器装备数量和 地点不满足上述规程和标准的要求，更没有按照规程 和标准调校和维护，甚至将传感器报警浓度调高，不 使用断电控制功能等。 笔者作为国务院煤矿事故调查专家组组长参加的 河北唐山刘官屯煤矿“12.7”特别重大瓦斯爆炸事故 （死亡108人）、山西大同煤矿集团焦家寨矿“11.5”
9、特别重大瓦斯爆炸事故（死亡47人）、山西临汾瑞之 源煤矿“12.5”特别重大瓦斯爆炸事故（死亡105人） 、山西焦煤集团屯兰矿“2.22”特别重大瓦斯爆炸事 故（死亡78人）、河南平顶山市新华四矿“9.8”特别 重大瓦斯爆炸事故（死亡79人），事故矿均没有按规 程和标准要求安装、维护和使用系统。有的传感器装 备数量不足，有的安装地点不正确，有的报警浓度、 断电浓度和断电控制设置不正确，有的从不调校、有 的不能正常运行、形同虚设。 例如：2009年2月22日发生死亡78人的特别重大瓦 斯爆炸事故的屯兰矿是事故矿中煤矿安全监控系统使 用维护最好的煤矿，但仍存在着下述严重问题： （1）将回风巷甲烷传
10、感器报警值和断电值调高至 2.5%，如图2所示。 （2）将4台电气开关开关设置在微风的12403工作 面1号联络巷，但不设置甲烷传感器，如图3所示。因 此，煤矿安全规程（2010年版）第132条第二款修 改为“井下个别机电设备设在回风流中的，必须安装 甲烷传感器并具备甲烷超限断电功能”。 这就要求开关等电气设备应设置在全风压进风处 ，若不能满足，应设置甲烷传感器，并具备甲烷超限 断电闭锁功能。由于采煤工作面回风巷和掘进巷道已 设置甲烷传感器，因此，设置在采煤工作面回风巷和 掘进巷道的电气设备可不再单独设置甲烷传感器。 （3）系统工作不稳定，事故前20分钟内，监测 信号中断4次，如图2所示。 图
11、2 瓦斯监测数据多次中断、断电值调为2.5%CH4 图3 12403采煤工作面1号联络巷布置图 2.3 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。 （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
12、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。 3 相关标准及规程宣讲 3.1 相关标准及规程 有关煤矿安全监控系统的安装、使用、维护与管 理的标准和规程有煤矿安全规程第3章通风安全监 控、AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用 管理规范。 有关煤矿安全监控系统生产、设计、测试与检验 的标准有6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求 、MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术
13、条件、MT/T1005-2006矿用分站、MT/T1006- 2006矿用信号转换器、MT/T1007-2006矿用信息传 输接口、MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软 件通用技术要求、MT/T1079-2008矿用断电控制器 、MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源、 MT/T1081-2008矿用网络交换机、MT/T772-1998 煤矿监控系统性能测试方法、MT/T899-2000矿用 信息传输装置等。 3.2 煤矿规程第3章通风安全监控宣讲 3.31029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管 理规范宣讲 3.4 AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求 宣讲 3.5 其他相关标准宣讲 谢 谢!
