矿井安全监控系统

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1、矿井安全监控系统第一节、矿井安全监控系统概 述n一、煤矿安全监测工作的意义n煤矿自然灾害多，改善安全状况是关 系到发展的大事，为了安全，除加强 安全管理、培训外，安全监测工作现 代化也是加强安全工作的重要物质技 术保障，是防止各类事故发生，实现 煤矿管理现代化的必要手段，是一项 不容忽视的安全技术基础工作。一、煤矿安全监测工作的意义n（一）煤矿安全监测工作的必要性n1、是矿井安全生产的重要技术保证条 件；n2、是煤矿管理现代化的重要技术手段 ；n3、是煤矿生产发展的需要。一、煤矿安全监测工作的意义n（二）传统检测活动的局限性n1、主观性（以人为主）n2、间断性；n3、单一性；n4、滞后性（不能

2、实行实时监测）靠报 表。一、煤矿安全监测工作的意义n（三）安全监测工作的任务n1、提供信息；n2、探测和预报灾害事故；n3、制止灾害事故的发生；n4、进行设备的自动监控；n5、为救灾提供决策信息。一、煤矿安全监测工作的意义n（四）安全监测技术发展前景n1、安全监测系统应具备的主要功能n1）图形和数字显示n2）打印纪录；n3）报警、断电和闭锁；n4）被测参数发展趋势的比较和预测；n5）数据长期存储；n6）反馈指令和自动调控。一、煤矿安全监测工作的意义n2、发展前景n1）全面地系统监测；n2）多参数同时连续动态监测；n3）预测发展趋势，力争达到超前调整 与控制；n4）实时监测与控制，使功能动作时间

3、 与参数实际发生时间的时差趋近于零 ；n5）矿井生产全面自动化。二、矿井安全监控系统n矿井安全监控系统是由早期的甲烷单一参 数的监测系统，发展而来的多参数单方面的 安全监控系统。n矿井安全监控系统按其工作侧重分为环境监 控和生产监控两部分n（一）环境监控；n主要用来监控：甲烷浓度、CO浓度、二氧 化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、 负压、湿度、风门状态、风窗状态、风筒状 态、局部通风机开停、主扇开停、工作电压 、电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电 和甲烷风电闭锁控制等。二、矿井安全监控系统n（二）生产监控n包括：轨道运输监控系统；提升运输 监控系统；供电监控系统；排水监控 系统；火灾监控

4、系统；矿山压力监控 系统；煤与瓦斯突出监控系统和大型 机电设备健康状态监控系统。三、煤矿安全监控系统的构成n煤矿监控系统一般由井上及井下两大部分构成。n（一）井上部分n井上部分由地面中心站和调制解调器组成n1、地面中心站n地面中心站由微型机算机及其输入、输出设备组成。n2、调制解调器n调制解调器用来实现地面中心站计算机（一般型电气设备）井下 分站（矿井本安型）之间电气上的连接。它在系统中起三个作用 ：n、接收信号；它将井下分站发来的调制信号解调成符合IEEE标 准的信号，传送给地面中心站计算机。n、发送信号：将地面中心站计算机的控制命令码加以载波调制 ，向井下分站发送。n、安全隔离：井下分站是

5、本安型电路，地面中心站计算机是一 般型电路。调制解调器装有电阻保护式安全栅，实现电气通信上 本安和一般型电路的安全连接。调制解调器与井下分站的连接电 缆为4芯带屏蔽通信电缆，其中两芯为发送线，另两芯为接收线 。（二）井下部分n 井下部分由井下分站及其输入、输出设 备和电源、传输电缆组成。n 1、井下分站的输入设备n井下分站的输入设备为各种矿井传感器，通 常安装在各监测点上，向分站传送各种信号 。n按转换的信号不同分为模拟量输入设备和开 关量输入设备。模拟量输入设备主要是反映 各种环境参数传感器，如甲烷、一氧化碳、 氧气、风速、温度、压差等。开关量输入设 备主要是反映各种机电设备工作状态，如开

6、停传感器和生产数量的计数或计时（脉冲） 传感器等。（二）井下部分n2、井下分站的输出设备n井下分站的输出设备为各种控制器和报警装置，它 包括控制设备开停的继电器、断电器，用模拟电流 或电压控制对象进行连续调节的状态调节器，以及 声光报警装置。其作用是实现对机电设备的控制和 发出报警信号。n、甲烷断电仪n作为分站的断电控制器，适用于煤矿井下对低压自 动馈电开关或电磁启动器进行就地或远方控制。n、声光报警箱n声光报警箱正常状态下，绿灯亮。当“警报I”时，红 绿灯交替闭亮，这时蜂鸣器发出不小于90dB的报 警声响信号；当“警报”时，红灯常亮，声响报警 为长鸣声。（二）井下部分n3、井下分站n井下分站

7、置于电源箱上部，是以单片机为核心的微机 及其输入、输出接口组成。其作用是实现数据的传输 与接收处理。n4、井下分站的电源n井下分站电源多是单独的隔爆兼本安型电源，其作用 是将井下36V或127V（也有少数系统将660V动力电源 ）转换为传感器及分站用的本安型低压直流电源。n5、传输电缆n传输电缆以矿用通信电缆为主，当采用计算机基带传 输方式或传输可视信号时，则要求传输电缆为屏蔽式 同轴电缆。四、煤矿安全监控系统的特点n1、电气防爆：矿井安全监控系统的设备必须是防爆型 电气设备。n2、传输距离远：矿井安全监控系统的传输距离至少要 达到10km。n3、网络结构宜采用树形结构：受巷道分布影响。n4、

8、监控对象变化缓慢；在相同容量下，对传输速度要 求不高。n5、电网电压波动大，电磁干扰严重；n6、工作环境恶劣；n7、传感器（或执行机构）宜采用远程供电；因受防爆 的限制，不宜就地供电，现多采用分站远距离供电n8、不宜采用中间继电器：增加传输时间，降低系统传 输速度；有源设备因防爆要求，其电源困难，若远程 供电增加电缆芯线。五、对矿井安全监测系统的有关规定n（一）一般规定n1、所有矿井必须装备矿井安全监控系统。矿井安 全监控系统的安装、使用和维护必须符合有关规定 的要求。n2、安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光 缆，严禁与电话电缆或动力电缆等共用。n3、设备之间，输入、输出信号必须是本安信

9、号。n4、安全监控设备必须有故障闭锁功能。n5、矿井安全监控系统和其故障时，必须具有甲烷 断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。电网停电 时，系统必须保证正常工作不少于2小时。防雷、 断电、馈电状态监测。对矿井安全监测系统的有关规 定（二）安装、使用和维修有关规定n1、安全监控设备的电源必须取自被控开关的电源 侧。严禁接在负荷侧。n2、安全监控设备必须定期进行调试，校正，每月 至少一次。n3、甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载 体催化元件的甲烷检测设备，每7天必须使用校准 气样和空气气样调校一次。每7天必须对甲烷超限 断电功能进行测试。n4、每天必须检查安全监控设备及电缆，使用便携 式甲烷

10、检测报警仪或光学甲烷检测仪与甲烷传感器 进行对照，并将记录和检查结果报监测值班员。n当两者读数误差大于允许误差时，先以读数大者为 依据，采取安全措施并在8小时内对2种设备调试完 毕。（三）传感器的设置n1、安装地点n（1）低瓦斯矿井采掘工作面；n（2）高瓦斯和突出矿井采掘工作面及回风 巷；n（3）突出矿井工作面甲烷传感器不能控制 进风巷的非本质安全性电源时，也必须在进 风巷设置；n（4）被串联通风采掘面的进风巷；n（5）高、突矿井采煤工作面，必须在工作 面上隅角设置便携式甲烷检测报警仪。（三）传感器的设置n2、设置n（1）甲烷传感器垂直悬挂在巷道棚下 不大于300毫米处n（2）甲烷传感器垂直悬

11、挂距巷壁不小 于200毫米处。n（3）无淋水、支护完好。n（4）在有风筒的巷道中，严禁将甲烷 传感器悬挂在风筒出口或风筒漏风处 。（三）传感器的设置n3、报警、断电、复电甲烷浓度n（1）工作面报警1.0%、断电1.5%、 复电1.0%。n（2）回风巷报警1.0%、断电1.0%、 复电1.0%。n（3）进风巷报警0.5%、断电0.5%、 复电0.5%。（1）工作面报警1.0%、断电1.5%、复电1.0%。第二节、检测的基本概念n一、测量的基本概念n测量：就是把被测量的量与测量单位的标准量进行 比较的过程，其结果为被测量的量是测量单位的多 少倍，用数字和单位表示出来。n假设：X为被测量的量，A为测

12、量单位的标准量。n 二者之比为： ；m为无单位的纯数；n被测值为X= ； 如A=1V；m=10； X=10V。n测量结果是：被测量是测量单位标准的倍数关系。 包括两部分，数值和单位。n测量实质是一个比较过程，结果用数值或曲线等表 示，无论何种表示，结果应包括数值（正、负）和 相应的单位，否则无意义。二、变换的基本概念n1、通过中间变量比较n被测量量与标准量不是同一类物理参 数，双方通过中间变量比较，如压力 与温度，通过位移，变形量比较。n2、非电量的电量变换（变换与转换）三、测量方法n1、直接测量法n不需测量有函数关系的参数，而直接 测出被测量值的测量方法。如：用尺 量长度；用秤称重量，电压、

13、电流等 。n2、间接测量法n通过对与被测物理量有函数关系的其 他物理量的测量，才能得到被测量值 的测量方法。n如：测密度，则需测体积、质量获取 。三、测量方法n3、直接比较测量法n此法实际属于直接测量法，直读式指 示如压力表、电流表、温度计n4、微差测量法n属直接测量法；是将被测量值与只有 微小差别的已知量值进行比较，并测 出这两个量的差值用来确定被测量值 。n优点是用精度较低的仪器，可以得到 较高精度的测量结果，可以提高精度 。三、测量方法n例：电压表量程V=10v ；微差值 u=0.1v ；测量允许误差=0.02v ；n（1）直接测量u时相对误差：n（2）测量V的相对误差时：。三、测量方法

14、n5、零位测量法n通过调整一个（或几个）与被测量有已知平 衡关系的量，用平衡法确定被测量值的一种 方法，也称补偿测量法或平衡测量法。n测前调整标准值，使其与被测量偏差为零， 测量时一旦被测量发生微小变化，平衡被打 破出现偏差值，检测这一偏差测量被测量的 动态变化值。n6、组合测量法n属间接测量法；它是利用直接的不同组合， 测出一定数目的被测变量的不同组合，列出 一组方程，通过解方程得到被测量值。第三节、安全监测方法与传感 器n一、矿井环境参数及其基本监测方法n1、矿井环境参数n（1）沼气浓度n（2）氧气浓度n（3）CO，CO2，以及NO2、SO2、H2S等浓度。n（4）粉尘浓度n（5）风量与负

15、压n（6）温度以及煤层自燃n（7）其他参数。如：顶板活动状态、地质水文等n2、基本检测方法n采用参数变换方法进行测量与传输。即将接受的非电量值用 某种特定的手段变换为电量或电参量。这种变换又称非电量 测试技术。二、工况参数及测试n 工况参数是生产系统中各生产 环节或机械设备设施的工作状况参 数，它能直接或间接反映生产工艺 流程各环节的工作状况和机械设备 的工作状态，反映生产工艺活动的 效果和作业的安全程度。三、传感器的概念n1、概念n直接接受被测参数的有关数据（信息），并将接受的物理量信息 按一定规律变成同种或别种物理量信息的检测装置。敏感元件转 换器件测量电路电源n2、组成n1）敏感元件（检

16、测元件）n是直接接受被测参数的有关n数据（信息），并将被测的n非电量转换成另一种便于转n换为电量的非电量的器件。n（1）间接变换式n输入为非电量，输出仍为非电量，只有经过两次以上变换。如： 膜片、波纹管先变成位移量再变成电量。n（2）直接变换式n输入非电量，输出为电量。（实际起到敏感元件和转换器件两者 的作用）敏感元件转换器件测量电路电源三、传感器的概念n2）转换器件n是将敏感元件输出的非电量转化为电量的器 件。n3）测量电路n测量电路是一个放大器。或是通过电桥先是 将参数变换成电信号，然后在放大。除此： 一般还起非线性补偿、阻抗和电平匹配等功 能。n4）电源n提供工作电流。四、传感器的分类n1、按输入物理量分类n如：位移传感器、速度传感器、温度传感器、流量 传感器、力传感器等。n2、按工作原理分类n分为压电式、动圈式、电磁式、磁阻式等n3、按能量传递方式分类n1）能量控制型（无源传感器）。n2）能量变换型：（有源传感器）将非电能变换为 电能。n3）能量传递型传感器n在被测物理量传递过程中实现测量。如超声波式（ 一侧发射另一侧接收）。四、