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1、1 矿井监控系统功能及分类 矿井安全监控系统 矿井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。,瓦斯监控系统作用和原理 当瓦斯超限、或掘进巷道局部通风机 停风时，切断相关区域的电源并且闭锁， 避免或减少由于电气火源引起瓦斯和煤尘 爆炸。,早期的瓦斯监控系统,矿井监控系统是由瓦斯遥测系统发展而来的，如图所示。,早期的瓦斯遥测系统,瓦斯遥测系统是用来监控井下环境中甲烷浓度的监控系统，并具有瓦斯超限声光报警和断电功能。瓦斯遥测系统一般由甲烷传感
2、器、断电仪、遥测仪和记录仪组成。 甲烷传感器将被测甲烷浓度转换为电信号送断电仪，并具有甲烷浓度显示和甲烷度超过报警门限后声光报警功能。,断电仪对甲烷传感器送来的甲烷浓度信号进行调制，将调制后的信号经2芯矿信号电缆远距离传送至位于地面的遥测仪。 遥测仪对接收到的调制信号解调后显示，并进行报警判别，当甲烷浓度超过报警限时，发出声光报警信号。记录仪将甲烷浓度实时记录下来 。,在发展甲烷遥测系统的同时，为了保证轨道运输、提升运输、胶带运输等运输系统的安全、提高生产率和设备利用率，推广应用了模拟盘调度系统。例如，用于轨道运输监控的信、集、闭系统，用于提升运输监控的信号系统和用于胶带运输监控的信号系统等。
3、,这些系统均采用集中监控，每路信号使用一对电缆芯线接至总控制台、总控盘使用指示灯显示设备状态，为形象直观、常常将设备图形等制成背景，在被监控的设备处设置指示灯，如图所示。,模拟盘调度系统,矿山监控系统现状,早期的瓦斯遥测系统和模拟盘调度系统虽在煤矿安全生产、提高生产率和设备利用率方面起到了重要作用，但由于这些系统监测参数单一，监测容量小，电缆用量大、系统性能价格比低。因此，难以满足煤矿对矿井监控提出的越来越高的要求。 随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监控系统由早期的单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统。,这些系统均针
4、对某一方面的多参数监控，这包括环境安全监控系统、轨道运输监控系统，胶带运输监控系统、提升运输监控系统、供电监控系统、排水监控系统、矿山压力监控系统、火灾监控系统、水灾监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、大型机电设备健康状况监控系统等。,这些系统一般由传感器、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）、打印机、模拟盘、多屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口电缆和接线盒等组成，如图所示。,矿井安全监控系统,电力监测系统,1 号变电站,井下系统,地面系统,分站 分站接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式（时分制或频分制等）远距离传送给主站，同时，接收来自主站多路复用信
5、号（时分制或频分制等）。,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传输来的信号进行处理，控制执行机构工作。,尽管各厂家的监控系统井下分站形式多样，但基本上具备了如下功能： 开机自检和本机初始化功能； 通信测试功能； 分站设程控功能（实现断点仪功能、风电瓦斯闭锁功能等） 死机自复位；,接收地面中心站初始化本分站参数设置功能(如传感器配接通道号、量程、断电点、报警上限和报警下限等) ； 分站自动识别配接传感器类型（电压型、电流型或频率型等） ； 分站本身具备超限断电和报警功能； 分站就地显示功能； 分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作
6、功能和异地断电功能 。,传感器及执行机构距分站的最大传输距离一般不大于2Km。因此，一般采用星形网络结构（1个传感器或1个执行机构使用1根电缆与分站相连）单向模拟传输。 分站至主站（通信接口）之间最大传输距离达10Km，通常采用矿用信号电缆或光缆，树形网络结构、或环形网络结构、或树形与星形混合网络结构。,矿井监控系统传感器 电传感器：将被测物理量转换为电信号，经3芯或4芯矿用电缆（其中1芯用于地线、1芯用于信号线、1芯用于分站向传感器供电）与分站相连，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）。,瓦斯传感器 (1)催化燃烧式瓦斯传感器 工作原理:利用敏感元件对甲烷(或其它可
7、燃气体)的催化作用,使甲烷在元件表面上发生无焰燃烧,放出热量,使温度上升,检测元件可随自身温度变化测定气体浓度.,矿用电传感器供电方式 矿用电传感器的供电方式有内部供电和外部供电两种。 电传感器的内部供电方式包括传感器自带整流电源和蓄电池（或干电池）两种。传感器自带整流电源，体积大、重量重，并且在传感器的设置位置上，不一定好取交流电源。因此，该种供电方式在矿用传感器中很少采用。蓄电池（或干电池）供电，需要定期对蓄电池充电（或更换干电池），维护工作量较大，只适用于能耗很小的传感器。,矿井监控系统中的电传感器一般都需要有辅助电源，并且对电源的功率要求都较高。为了满足传感器对电源功率的要求，减小传感
8、器体积，便于维护，一般都采用外部供电方式。传感器的外部供电方式包括就近供电和集中供电两种。,外部就近供电方式是指由系统分站电源、或电控箱、或电源箱向传感器供电的方式，如下图所示。外部就近供电方式同集中供电相比具有供电距离近、功耗小、简单方便等优点。因此是矿井监控系统电传感器的主要供电方式，得到了广泛的应用。为了保证在交流电网短时停电的情况下，电传感器仍能正常工作不小于2小时，在一些分站电源、或电控箱、或电源箱中还设置了一定容量的蓄电池。,外部就近供电方式,集中供电方式：为了保证在井下供电不正常的情况下，仍能对被测物理量进行监测，有的矿井监控系统采用了中心站集中供电方式，在中心站集中供电方式中，
9、每一电传感器都必须有一电缆与中心站相连。因此，在同样的监控容量下，需要的电缆较多，系统投资较大，并且不便于安装维护。,光纤传感器,由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号处理得到所期待的被测量。,光纤温度传感器原理示意图,矿用甲烷光纤传感器,光纤传感器的特点,1）采用光波传递信息，不受电磁干扰，电气绝缘性能好，可在矿井强电磁干扰下完成传统的传感器难以完成的某些参量的测量。 2）光波传输无电能和电火花，不会引起被测介质的燃烧和爆炸。而且耐高压耐腐蚀。 3）某些光纤传感器的工作优于传统的传感器 4）重量轻、体积小、可挠性
10、好，可在井下狭小的空间使用 5）具有良好的几何形状适应性 6）频带宽，动态范围大，对被测对象不产生影响，利于提高精度 7）利用现有的光通讯技术，易于实现远距离测控,基于矿用光纤传感器的矿井监控系统,优势：不需要电源，本质安全，结构简单 存在的问题：无法就地断电，传感器不能报警和显示,煤矿安全监控的发展趋势 系统结构由DCS向FCS化方向发展 宽带化 系统标准化 系统开放化 综合化方向发展 系统智能化,煤矿安全规程2010版有关安全监控规定如下： 第三章 通风安全监控 第一节一般规定 第一百五十七条 煤矿企业应建立安全仪表计量检验制度。 第一百五十八条 所有矿井必须装备矿井安全监控系统。矿井安全
11、监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求。 第一百五十九条 采区设计、采掘作业规程和安全技术措施，必须对安全监控设备的种类、数量和位置，信号电缆和电源电缆的敷设，控制区域等做出明确规定，并绘制布置图。,第一百六十条 煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接，严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。 防爆型煤矿安全监控设备之间的输入、输出信号必须为本质安全型信号。 安全监控设备必须具有故障闭锁功能：当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，必须切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。,矿井安全
12、监控系统必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能；当主机或系统电缆发生故障时，系统必须保证甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能；当电网停电后，系统必须保证正常工作时间不小于2h；系统必须具有防雷电保护；系统必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能；中心站主机应不少于2台，1台备用。,技术要求,为满足矿井安全监控要求，矿井安全监控系统除应满足下列要求： （1）系统应具有甲烷、风速、压差、一氧化碳浓度、温度等模拟量监测，馈电状态、设备开停、风筒开关、风门开关、烟雾等开关量监测和累计量监测功能。 （2）系统应具有甲烷浓度超限声光报警和断电复电控制功能。 （3）系统应具有
13、甲烷风电闭锁功能。 （4）系统应具有馈电状态监测功能。,煤矿安全监控设备必须符合有关国家标准和行业标准，通过煤炭行业标准化归口审查，通过国家技术监督局认证的检测机构的型式检验，并取得“MA标志准用证”。用于爆炸性环境的煤矿安全监控设备，还必须通过国家技术监督局认证的检测机构的防爆检验，并取得“防爆合格证”。,在各种防爆型式中，本质安全型防爆电气设备具有防爆安全性能好、电缆上传递的信号安全可靠等优点。因此，用于爆炸性环境的煤矿安全监控设备应优先采用本质安全型，防爆型煤矿安全监控设备之间的输入输出信号必须为本质安全型信号。,煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话电线和动力电缆
14、等共用，确保其本质安全防爆性能。同时当监控信号电缆发生故障时，还可通过调度电话及时了解井下甲烷浓度等信息。若监控信号与调度电话共用电缆，其本质安全防爆性能难以保证，并且当电缆发生故障时，监控设备和调度电话均无法正常工作，不能及时了解井下甲烷浓度等信息。,AQ6201-2006 煤矿安全监控系统通用技术条件要求 4.5.2.2 系统必须由现场设备完成甲烷风电闭锁功能： a) 掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时，声光报警；掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5%时，切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面甲烷浓度低于1.0%CH4时，自动解锁； b) 掘进工作面回风流
15、中的甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时，声光报警、切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0%CH4时，自动解锁；,c)被串掘进工作面入风流中甲烷浓度达到或超过0.5%CH4时，声光报警、切断被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当被串掘进工作面入风流中甲烷浓度低于0.5%CH4时，自动解锁； d)局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，声光报警、切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当局部通风机或风筒恢复正常工作时，自动解锁； e)局部通风机停止运转，掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0%CH4，必须对局部通风
16、机进行闭锁使之不能起动，只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁；当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5%CH4时，自动解锁；,f)与闭锁控制有关的设备（含分站、甲烷传感器、设备开停传感器、电源、断电控制器、电缆、接线盒等）故障或断电时，声光报警、切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；与闭锁控制有关的设备接通电源1分钟内，继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。严禁对局部通风机进行故障闭锁控制。,条款理解为以下4个方面: 风电闭锁功能,即停风停电, 甲烷电闭锁功能,是指指定区域甲烷体积分数超限切断电源; 甲烷风闭锁功能,即指定区域甲烷体积分数超限闭锁局部通风机电源; 故障闭锁功能,是指与闭锁控制有关的设备故障时,切断该设备所监控区域电源,但严禁对局部通风机进行故障闭锁。,甲烷
