第15章矿井安全生产监测系统.pdf

15-1 第十五章 矿井安全监测监控系统 第十五章 矿井安全监测监控系统 枣泉煤矿设计能力为 5.0Mt/a 的大型现代化矿井该矿属低瓦斯矿 井煤层属易自燃发火煤层煤尘具有爆炸危险性为矿井装备煤矿安 全监控设备是保障矿井安全生产的主要措施之一本设计根据煤矿安 全规程煤炭工业矿井设计规范矿井防灭火规范矿井通风安 全监测装置使用管理规定和煤矿条件确定该煤矿的安全监测监控 监视设备和防灭火信息监测同时完成安全设施管理以及生产安全信息 管理 第一节 系统功能 第一节 系统功能 随着国家对煤矿企业安全监测监控的不断提高和企业自身发展的需 要安全监测监控系统是煤矿安全生产的重要保障在以风定产先 抽后采监测监控十二字方针的指导下为了提高煤矿自动化水平 充分发挥安全监测监控系统的作用根据现行煤矿安全规程矿井 通风安全监测装置使用管理规定结合该矿井的建设规模安全监测及 生产监控合并 一一 环境监测 主要监测井下各种有害气体及工作的作业条件 如 高低浓度甲烷瓦斯气体一氧化碳风速温度压力负压粉 尘烟雾等 二二 生产监控监控井上下主要生产环节的各种生产参数和主要设 15-2 备的运行状态参数 如地面主变电所 井下中央变电所的电量 提升机 主扇通风机局扇皮带转载机配电开关和磁力启动器等的运行状 态和参数 三三 矿井安全监测监控中心设置在矿调度中心内矿井安全方面的 测点按煤矿安全规程矿井通风安全监测装置使用管理规定的相 关要求进行配备生产方面的测点按矿井生产管理惯例和监测监控系统 的产品技术说明书及相关设备资料进行配备 第二节 系统选择 第二节 系统选择 根据宁煤集团有限责任公司枣泉煤矿的实际情况从系统技术水平 先进性设备质量的安全可靠性经济使用合理性售后服务的周到性 等方面进行了比较 经过多年来的技术发展煤矿安全监测监控系统技术已经较为成熟 一些基础设施已达到国际先进水平目前生产煤矿采用的安全监测监 控系统的两种结构如下a干线式这种结构由地面中心站向井下引出 一条公共干线传感器都直接接入该公共干线该系统结构简单传输 速度高系统扩展灵活节约传感器电缆但需采用价格较高的智能传 感器造价偏高KJ31森透里昂等系统就属于该类型b塔式这种 结构由地面中心站若干井上下分站组成传感器都经过分站通过信号 转换后送至地面中心站该系统传输速率相对较低传感器电缆多但 采用价格较低的模拟量传感器其系统投资较低且传感器维护简单 典型的系统产品有 KJ4KJ25KJ95 等 15-3 本着系统安全可靠灵活实用便于维护节约投资的原则根据 该矿井的规模和井下开拓方式确定采用后者即塔式的系统结构型 式在设备选择上选择技术先进并经实践证明使用效果较好的监测 监控系统系统设备必须符合煤矿井下环境的使用条件井下设备必须 符合煤矿安全规程的有关规定具有防爆防潮能力以保证设备 本身的使用安全和可靠工作 经过比选本设计选用 KJ4-2000 型监测监控系统该系统采用标准 数据库存储数据以文字图形报表语音等多种形式显示数据方式 数据存储分为实时数据和趋势数据实时数据能精确反映瓦斯风速 负压一氧化碳等模拟量的实时测量值趋势数据反映模拟量统计值 如报警及解除报警时间及状态断电/复电时间和状态断电/复电逻辑 关系不符报警时间及状态设备/开停时间及状态系统具备三种控制功 能监控分站可实现本地控制异地程序断电/复电控制及中心站紧急手 动断电/复电控制中心站与分站分站与传感器之间具有良好的隔离性 能系统具有较强的抗干扰能力 依照矿井的灾害种类及灾害程度本系统对瓦斯一氧化碳温度 风速粉尘烟雾风筒风门主要设备的开停等参数进行监测监控 同时在井下两个采煤工作面设置 GC-85 火灾预报束管监测系统用 于煤矿气体成分监测预报煤层自然发火一旦发现有关指标超过或达 到临界值等异常变化时立即发出预报火灾预报束管监测系统作为安全 监测监控的一个子系统纳入全矿井安全监测监控系统 为了保证监控系统高效可靠地运行还配备了相应的维修仪表 15-4 第三节 KJ4-2000 系统组成及主要特点 第三节 KJ4-2000 系统组成及主要特点 KJ4-2000 系统是由原航空部科技局和原煤炭部技术发展司重点科技 公关项目系统已从通过鉴定时的第一代产品 KJ4 发展到第七代产品 KJ4-2000它先进的网络结构是实时多任务调度双线无极刑移频键 控传输方式十多种不同而又相互兼容的井下分站等使 KJ4-2000 系统 始终处于国内同类产品领先水平 KJ4-2000 系统以它的先进性可靠性实用性经济性深得广大用 户的关注和信任首套 KJ4 系统在铁法矿务局晓南矿已连续稳定运行 16 年之久目前该安全生产监控系统已在全国十五个省及自治区 的一百多个矿区安装运行占全国系统总容量的近三分之一 KJ4-2000 系统,由地面中心站和网络系统井下分站电源箱各种 矿用传感器矿用机电控制设备以及矿用安全生产监测应用软件组成 系统不仅能够准确及时地反映井下环境参数达到对灾害的早期 预测对事故进行必要的处理而且还能为生产调度及时提供各种设备 的运行情况进而有效的指挥生产系统组成可大可小可以根据煤矿 用户的实际需要灵活而具体的进行配置做到量身定制 一一 地面中心站 地面中心站 中心站采用主从工作两级分布式的网络系统可扩充至全双工或 三级分布式网络基本容量为 64 台井下分站可扩至 128 台井下分站 1 1 硬件配置 硬件配置 1中心站计算机-Windows 2000 支持下的工业控制计算机及服务器 2 图形工作站-可接 1-16 屏彩色显示器 54 寸 100HZ 背投或投影机 15-5 组成超大多屏彩色显示器墙即可显示一幅图形也可同时显示 多幅不同的图形 3多媒体远程终端所有定义参数和监测信息都从中心站主机中提 取不必单独定义具有查询主机所有历史数据的功能远程终端还具 有多媒体功能 可播放 VCD 并可通过 AV 端子输出到电视机 在播放 VCD 的同时允许用户随时查看系统的运行状态控制工业电视 4联接工业电视系统,中心站计算机中的监测信息和图像可以传送 到工业电视系统中工业电视图像可由网络直接传送到终端上使用 鼠标可直接控制镜头的变焦变倍光圈及转向 5打印机-可随机或定时打印各种数据曲线及报表 6KC6001 系列调制解调器是系统实现 FSK 通讯传输的关键部件 可根据分站类型选用不同型号的调制解调器 7雷击保护装置和 KC6001C或 DW 无线调制解调器 2 2 系统软件 系统软件 由后台软件 KJ2000S.X终端软件 KJ2000T.X 及图形工作站软件 KJ2000G.X 组成 软件特点软件特点三层结构体系客户端中间层数据库服务器数据全 部存数据库SQL SERVER2000提高数据安全可靠性 软件平台软件平台客户端支持 Windows 2000Windows 98中间层数据 库服务器支持 Windows 2000软件前后台分层管理后台负责通讯控 制前台负责定义显示支持两串口并行通讯缩减循检时间前台 软件部分用可视化面向对象的 Delphi 创建充分保证界面友好灵活 15-6 美观后台软件部分采用可视化面向对象的 Visual C 创建,充分利 用 Windows 2000 的多线程性能保证系统的实时性和可靠性 软件的主要功能安全检测生产监控和安全生产管理相结合 1 在不中断检测的条件下完成对传感器定义定义值的修改和 报表曲线图形的生成和修改 2 双串口主从队列两种扫描方式极大的缩短了扫描周期 3 可分页也可按列表或曲线图方式显示实时采集数据系统保 存全部传感器 14 昼夜的实时采集数据 4 每隔 5 分钟形成模拟量传感器的最大值最小值和平均值三个 记录按列表或曲线图方式显示和打印趋势数据趋势曲线可以伸缩 也可局部放大系统保存全部传感器 1 年的趋势数据 5 通用数据库格式保存趋势数据便于用户拷贝或传送至另一台 计算机进行井下瓦斯涌出预报分析和一氧化碳发火趋势分析 6 随时统计各分站的通讯供电报警断电/复电状态和被测 机电设备的运行状态形成最长时限六个月的运行统计报告 7 具备累计量采集和显示功能也可以接入核子秤系统实现原 煤产量的计算 8 传感器超限或开关量输入状态变化时分站能自动控制设备断 电和声光报警分站具备异地控制地面中心站具备手动最高优先级 控制功能便于用户按现场条件合理安排断电/复电控制 9 具备瓦斯抽放监测功能显示抽放区管道的流量浓度 温度瓦斯混纯量以及瓦斯抽放报表 15-7 10 根据采集数据迅速生成各种报表日报月报季报年报 表灵活选择报表风格报表界面友好图形化按钮易学易用 11 提供多大 30 多种静动态图元采用搭积木方式定义动态点 动态图元丰富动感和立体感好绘图修改可局部放大全图漫游显 示图形可以采用不同比例系统还具备循环图和多层嵌套显示方式 12 系统各种功能的调用均采用菜单式人机对话方式并能 自定义快捷功能键只须按一个键即可完成一系列操作命令 二二 井下工作站 井下工作站 井下工作站由井下分站电源箱传感器和断电控制设备组成 1 1 井下工作站的主要特点井下工作站的主要特点 同一个输入口既可以接频率型模拟量传感器也可以接开关量传感 器所有类型的井下分站都具备备用电池供电功能井下分站还具备记 忆功能在分站掉电时能自动保护原有的初始化信息和生产累加量信 息可自行消除瞬高瞬低的干扰信号当通讯电缆被砸断与地面中 心站失去通讯联络时井下分站仍能独立工作按照预先设定的报警 断电要求实现控制功能 2 2 井下分站具备风井下分站具备风瓦斯瓦斯电闭锁功能和瓦斯抽放监测功能电闭锁功能和瓦斯抽放监测功能 F 型G 型分站配有 5 位数码显示实时显示所监测到的模拟量值和 开关量状态 3 具有自检功能具有自检功能 系统可以检查单片机工作是否正常分站交直流供电状态开入/ 开出状态及模拟量的监测精度 15-8 4 具有双串口具有双串口 系统可作为各种子系统接口和数字传感器接口 5 具有中断功能具有中断功能 当使用 TLD 传输时系统可中断传输距离 20km20 个分站特别是 用于传输电缆阻抗严重衰减的老系统改造 三三 数据传输 数据传输 系统采用移频键控FSK技术抗干扰能力强传输距离远监控 半径达 20km数据通讯双线传输传输线的无级性给系统安装和维护 带来很大方便无论何种情况引起传输信号幅度变化从 0.1V 到 10V 之 间100 倍的变化幅度范围内不必对井下设备进行任何调整仍能保证 系统正常通讯这是系统可靠使用的技术保证也是 KJ4/2000 系统能长 期运行十几年的技术保证传输速率可以在 2400bit/s1200bit/s 600bit/s 中选用系统巡检时间不大于 30s按井下控制系统的要求设 计误码率小于亿分之一10 -8 四四 系统配套设备 系统配套设备 1 传感器配置传感器配置吸纳了国内外各传感器厂家的优质产品 15 类 29 种是国内配套传感器种类最多的监测系统 2 电缆电缆地面中心站到井下分站之间采用 MHYV32 通讯电缆井 下分站到传感器之间采用 MHYVR 和 ZF 型电缆 3 接线盒接线盒KLH9 系列接线盒有两通三通四通五通和六通 按实际接线要求选用 4 通讯安全栅通讯安全栅非本安信号需经过 DJHB通讯安全栅后才能 15-9 接入 KJ2000 系统的通讯传输电路 5 矿用断电器矿用断电器井下分站的断电控制信号通过 KDG3C矿用断 电器接入磁力起动器从而实现切断井下机电设备电源的目的 第四节 系统配置 一 第四节 系统配置 一 监控设备选择 监控设备选择 枣泉煤矿安全监测监控系统由地面中心站监控总站井上下 14 个监测监控分站和传感器等构成 1 监控总站由以下设备组成监控总站由以下设备组成 1 监测监控主机研华工控机 2 台1 用 1 备 2 配置 5kVA 交流稳压电源和 2kVA 的 UPS 电源 确保系统可靠性 3 配接 2 台图形工作站 4 HP 网络服务器 1 台 8 口集线器 1 台用作矿领导通风安 全调度等工作站的信息共享 5 系统中采用多 CPU高智能化的 KJ2007F 分站 14 个该分站本 身具有备用电池供电功能记忆功能可自行消除瞬高瞬低干扰信号 当通信电缆出现故障与地面中心站失去通信联络时仍可独立工作 按照预先设定的报警断电要求实现控制功能每个分站配接并遥控设定 16 个开关量或模拟量传感器断电控制点可达 8 个并可作为主站继 续挂接小分站 2 2 系统配置 系统配置 系统配置见 15-4-1 15-10 15-11 3 3 传感器 传感器 传感器配置见下表 序号 传 感 器 名 称 型 号 单位 数量 备 注 1 断电控制器 KDG6 台 8 2 低浓瓦斯传感器 KG 台 4 3 高低浓瓦斯传感器 KG3015 台 16 4 风速传感器 KG5006 台 9 5 温度传感器 KG3007 台 8 6 煤位传感器 KG1015 台 2 7 设备开停传感器 KGKT-C10-A 台 35 8 风门传感器 KG1012 台 9 9 风筒传感器 台 4 10 烟雾传感器 台 5 11 一氧化碳传感器 台 6 12 电量传感器 台 4 13 负压传感器含电源 KG4003 台 2 14 馈电开关传感器 台 6 15 粉尘传感器 台 8 16 远动开关 KZ6001 台 8 15-12 4 4 传输设备和传输线路 传输设备和传输线路 1 监控总站设有调制解调器将井上井下线路分为两路 2 在通往井下的线路上设置防雷器防止井上雷电等串入井下传 输线路选用符合煤矿井下环境的矿用信号电缆构成全矿井的监测监控 系统传输网络 3 传输设备及器材型号数量 监测监控系统的主传输电缆型号为 MHYV32 411/1.38,长度 6000 米模拟量传感器电缆,型号为 MHYVR 147/0.52, 长度 30000 米开关量传感器电缆,型号为 MHYVR 147/0.28, 长度 14000 米断 电电缆,型号为 MYQ-0.3/0.5 42.5, 长度 10000 米 上述电缆必须选用经检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻 燃电缆 第五节 井上下分站和各类传感器布置 一 井上下分站和各类传感器布置 一 井上分站布置 井上分站布置 1 井上 1 号分站设在主变电所分别对主变电所两回进线副井 提升机主井皮带进行监测监控 2 井上 2 号分站设在主扇风机房分别对风井风硐通风机制 氮机压风机进行监测监控 二二 井下分站布置 井下分站布置 井下分站布置见图 15-5-1 15-13 15-14 三三 监测设备各类传感器布置 监测设备各类传感器布置 1 1 监测设备选型的原则 监测设备选型的原则 依照矿井的灾害种类及灾害程度结合矿井的建设规模按照煤 矿安全规程矿井通风安全监测装置使用管理规定的相关规定和相 关专业的设计资料确定瓦斯风速一氧化碳温度负压烟雾 风筒开关设备开停风电瓦斯闭锁环节等测点位置设备选型及实施 方案等传感器采用符合煤矿井下环境的标准通用型传感器 2 2 监测设备各设置地点和布置 监测设备各设置地点和布置 结合本矿井的开采技术条件和安全条件矿井开拓布置及地面总平 面布置采区机械配备布置井下巷道开拓布置及机电峒室井上下供 电系统矿井通风系统等在地面中央变电所生产系统提升机房 通风机房空压机房井下中央变电所井下主排水泵房井下水仓 工作面进风巷工作面回风巷回采工作面回风巷等地点设置测点 3 3 回采工作面传感器选型及配置 回采工作面传感器选型及配置 井下采区配有二个采煤回采工作面传感器选配如下 1 在采煤工作面距工作面 10 米处设置高低浓度组合式瓦斯传 感器 1 个其报警值为 1CH4断电值为 1.5CH4断电范围为工作面及 回风巷中全部非本安电器设备复电值为1CH4 在工作面距工作面 10 米处设置一氧化碳传感器 1 个温度传感 器 1 个风速传感器 1 个 2 在采煤工作面的回风巷上部顺槽尾部距上山巷 15 米处设置 高低浓度组合式瓦斯传感器 1 个其报警值为 1CH4断电值为 1CH4 断电范围为工作面及回风巷中全部非本安电器设备复电值为1CH4 在采煤工作面的回风巷上部顺槽尾部距上山巷设置粉尘传感器 1 个温度传感器 1 个风速传感器 1 个 4 4 掘进工作面传感器选型及配置 掘进工作面传感器选型及配置 15-15 井下 12 采区配有三个煤巷综掘工作面二个普掘工作面传感器 的选配如下 1 在掘进工作面距掘进工作面头 5 米内设置高低浓度组合式 瓦斯传感器 1 个其报警值为 1CH4断电值为 1.5CH4断电范围为掘 进巷内全部非本安电器设备复电值为1CH4 2 在掘进工作面回来风流中掘进巷尾部至联络巷 15 米处设 置高低浓度组合式瓦斯传感器 1 个 其报警值为 1CH4 断电值为 1CH4 断电范围为掘进巷道内全部非本安电器设备复电值为1CH4 3 在工作面掘进头风筒设置风筒传感器 1 个工作面掘进头局扇 设置设备开停传感器 1 个工作面中的送风电器设备和瓦斯浓度构成 风电瓦斯闭锁 4 掘进头设置温度传感器粉尘传感器风速传感器各 1 个 5 5 其它地点传感器的选型及配置 其它地点传感器的选型及配置 1 在 12 采区煤流转载点设置瓦斯传感器粉尘传感器 1 个 2 在采区总风巷的测风站设置风速传感器温度传感器各 1 个 3 在 12 采区中部变电所爆破材料发放硐室均设置瓦斯传感器各 1 个 4 在 12 采区采煤工作面掘进工作面风门处设有风门传感器各 1 个 5 在风井的风峒内设置风速传感器和差压传感器各 1 个 6 井底水仓设置水位传感器 1 个 7 设备开停传感器 8 12 采区采煤机刮板机转载机带式输送机共 10 个 9 井下中央泵房水泵 3 个 10通风机房 2 个 11掘进局扇 3 个 15-16 12副井绞车房 1 个 13主井驱动机房 1 个 14制氮空压站 9 个 四四 矿井安全监测系统传感器布置参考表 矿井安全监测系统传感器布置参考表 矿井安全监测系统传感器布置参考表见 15-5-1