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监测监控系统讲义 矿井安全监测监控系统是高科技的产物，涉及传感技术、计算机技术、以及数据传输和通风与安全技术等多领域，是煤矿安全生产的重要装备，和瓦斯检查员人工检查相比，具有24小时不间断监测井下作业环境；瓦斯超限、机械设备运转异常进行声光报警、断电；地面监视和长期存储矿井监测参数等显著的特点。随着矿井监控技术的发展，监控设备的不断完善，监控设备使用和维护水平的不断提高，通风安全监控设备在煤矿安全生产中将发挥越来越重要的作用。 监测监控系统的组成 一个比较完善的监测监控系统由以下设备构成传感器、分站、断电器、电源、主站（传输接口）、计算机、打印机、电视墙（投影仪、模拟盘、多屏幕、大屏幕）、管理工作站、服务器、路由器、UPS电源以及避雷保护系统等组成。 如图1 第一讲 监测监控系统各部分的原理简述和作用 （结合KJ90监控系统） 一、传感器 煤矿监测用传感器的种类很多，大体可分为两类环境监测类瓦斯、CO、CO2、粉尘、烟雾等，用于机电设备运行状态监测类；馈电、开停、风门等。它们的作用都是将矿井被测物理量转换为电信号进行连续监测、显示和处理。 原理简述 模拟量传感器以KG9701为例 如图所示 图2 KG9701瓦斯传感器稳压电路有一个特点，由MC34063与分压电阻、续流二极管、电感等一个组成一个高效降压型稳压电路。一般传感器稳压电路本身耗电140MA，MC34063耗电仅为40MA。这样大大延长了传感器的供电距离。 9701瓦斯传感器为低浓传感器，只能监测04瓦斯，这是因为正如刚才所述，9701检测原理是通过空气中的瓦斯在催化元件表面进行无焰燃烧，使稳定的蕙登斯电桥发生偏移，通过检测偏移电流的方法监测瓦斯浓度的。瓦斯浓度越高燃烧越剧烈，当瓦斯浓度在4左右时，会很快损坏催化元件使其失去活性。为此，传感器特别设计保护电路，当瓦斯浓度达到4时，传感器CPU输出一个高电平到稳压电路4066的控制端，使4066导通，从而控制给蕙登斯电桥供电的三极管截止，停止为蕙登斯电桥供电，达到电桥上催化元件的目的。 为监测4以上的高浓段瓦斯，根据纯净空气和井下以含瓦斯杂质为主的混合空气的热导率不一样，且热导率与瓦斯浓度成正比例特性制成热导传感头。将热导、热催化传感头装在一个传感器中，形成组合式高低浓度传感器由传感器CPU控制，在低浓瓦斯时由热催化元件监测，在高浓段时由热导元件工作。 传感器对分站的信号传输即传感器制式通常采用200-1000HZ、5-15HZ、1-5MA等 主要技术指标 1、适用条件 环境温度0---40C 相对湿度≤98 大气压力80-----110Kpa相对海拔高度1000-2000M 风速0----8米 主要技术指标 测量范围 04 测量误差 01.00 ≤ 0.10 1.002 ≤ 0.20 2.004 ≤ 0.30 瓦斯显示浓度越高，测量误差越大 元件检测反应速度≤30S 热催化元件寿命1.5年 工作电流 ≤60MA、18V、DC 开关量传感器以风门传感器为例 如图3 二、分站 1、作用接受来自传感器的信号，并按预先设定的通讯方式向地面主站传送监测信号，接收并执行主站传达的指令。同时分站还具有线形校正、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来的指令进行处理，控制断电机构。 2、原理如图4 3、分站与主站的通讯方式 DPSK及RS485 DPSK方式由通信板，通过KJ90数据接口与地面中心站进行实时通讯，通讯速率为2400波特，通讯方式为两线无极性半双工，最远传输距离为25KM。 RS485方式为半双工基带有极性传输，通讯电路直接设计在分站主板上，无专门的通讯板。通讯速率为2400波特，通讯方式为两线有极性半双工，最远传输距离为15KM。 特点RS485通讯方式简单，投入少，易维护。但传输距离短。适用于小煤矿。 DPSK通讯方式较为复杂，维护难度大。但传输距离长。适用于大煤矿 通讯速率直接反应系统的反应速度，应该越高越好，但根据目前矿井使用的传输线是一种无叙和阻抗不匹配的树状网，不宜高频信号传输，提高传输速率后会大大增加系统的误码率，考虑到系统中常用传感器的反应时间为30秒，系统的反应速度再快也无实际意义，所以将系统的速率定位在1200-2400波特率，巡检周期在30秒左右。这也符合煤矿安全规程的规定。 三、计算机、主站 主站接收井下分站发送的信号，送计算机处理。接收计算机指令并送相应的分站执行。控制分站的信号的发送与接收，多路信号的调制与解调，完成地面非本质安全电器设备与井下本质安全型防爆电器设备的安全隔离。 计算机接收监测信号、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、与网络连接等。 四、系统的联网 随着监测监控系统规范化管理的深入，安全部门逐渐着手要求监控系统进行联网。以方便安全部门的监管和监测信息资源共享。 简述KJ90监控系统联网的三个阶段。 主控软件加综端、WED联网、WED全局联网 第二讲煤矿安全规程对煤矿是否装备监测监控及对监测监控设备的要求 1、对监测监控系统的要求 煤矿安全监控设备装备标准以保障煤矿安全生产为根本原则。因此，煤矿安全监控设备的装备标准主要依据矿井瓦斯等级、自然发火状况等确定，并不考虑矿井的生产能力。 安全规程明确规定 高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井必须装备矿井安全监测监控系统。 有条件的低瓦斯矿井应优先选择装备安全监控系统，没有装备矿井安全监控系统的矿井的煤巷、半煤巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面，必须装备瓦斯风电闭锁装置或风电闭锁装置和瓦斯断电仪。 没有装备矿井安全监控系统的矿井的工作面，必须装备瓦斯断电仪。 没有装备矿井安全监控系统的矿井的无瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面，必须装备风电闭锁装置，也可装备瓦斯风电闭锁装置。 上述的瓦斯断电仪必须具备下列功能1、瓦斯浓度达到或超过报警浓度时，声光报警；2、瓦斯浓度达到或超过断电浓度时，切断被控设备的电源并闭锁；瓦斯浓度低于复电浓度时，自动解锁；3、与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，应切断该设备所控制区域的全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁，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。（故障闭锁功能） 2、对监测监控设备的选型要求 1）、选择监控系统设备时，应优先选择本质安全型产品，并取得MA标志准用证（国家技术监督局认证的检验机构核发），防爆合格证（通过国家技术监督局认证的检验机构的防爆检查） 2监测监控系统电缆必须选用阻燃电缆，敷设时严禁和电话线、动力电缆合用，即无法保证本质安全防爆性能，且在计算机、传输电缆故障时无法及时了解井下瓦斯情况。 3）系统必须具备故障闭锁功能。 4）矿井监控系统必须具备瓦斯短电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。当系统计算机、传输电缆出现故障时，监测分站具有瓦斯断电仪、瓦斯风电闭锁装置的全部功能。 5）为保证对井下环境的连续监测，矿井监控系统、断电仪必须有后备电源，在电网停电时，保证系统正常工作2小时。 6）为防止雷电通过监控系统引起井下瓦斯爆炸，系统必须具有防雷保护。 7）为防止人为取消系统断电功能，保证煤矿安全生产，系统必须具有断电状态和馈电状态的监测、报警、显示、存储和打印功能。 8）系统的计算机必须双机备份，当工作计算机出现故障时，系统能立即切换到备份计算机并能立即投入监测。 8）另外，安全规程还要求系统具有地面手动遥控断电/复电、异地断电/复电等功能。这些系统功能在目前通过国家技术鉴定的监测监控系统上基本都能实现，重要的是我们在日常的使用和管理过程中用好、用到位这些功能，使系统充分发挥作用，为矿安全生产服务。 第三讲测监控系统的安装规范和日常管理 一、对矿井监测监控系统的安装规范化要求 1、对矿井新安装系统时，必须有专门的工程技术人员根据煤矿安全规程的规定结合矿井通风系统、供电系统的具体情况设计监测监控系统，设计包括监测监控系统传感器设置的种类、数量、具体设置位置，分站、动力开关的安设地点，信号电缆、电源电缆控制电缆的敷设，以及分站、传感器控制的区域等，并绘制出详细的监测监控系统图报矿总工程师批准。严禁漏设监测设备或漏控电器设备。 2、对新上马的采区，编制采掘作业规程或安全技术措施时，对传感器设置的种类、数量、具体设置位置，分站、动力开关的安设地点，信号电缆、电源电缆控制电缆的敷设，以及分站、传感器控制的区域等作出明确的规定，并绘制成图，报总工程师批准。 3、系统设备必须调试合格方可入井使用。 设备入井前的检查包括直观检查、技术指标和功能测试、传感器本安电源试验、通气检查等， 3、安全监控管理机构负责安全监控设备的安装、调试和维护工作。 4、在新开工需要安装监控设备的地点，使用单位工程技术人员在开工前根据已批准的作业规程、安全技术措施提出监测安装申报单，送报通风、机电及安全监控管理机构。安全监控管理机构严格按照监测安装申报单安装监控系统，在设置监测断电系统时，机电部门必须根据煤矿安全规程规定的断电范围的要求，提供断电条件、接通井下电源和控制线，在连接时必须有监测人员在现场监护。 5、安全监控设备的供电电源必须取自被控开关的电源测，使用监控系统或瓦斯断电仪等设备，当瓦斯浓度超过规定切断电源后，严禁自动复电，只有当瓦斯浓度降到安全规程规定值以下时，方可人工复电。 6、监测设备应设置在能正确反映被测物理量的的位置，分站设在便于人员观察，能就近取电源，方便控制被控设备的地点，并离地300MM进行挂牌管理。瓦斯、一氧化碳、温度传感器设在距巷道顶200MM，帮300MM的巷道中央；风速传感器应设在巷道中央，并使传感头的进风方向与风流方向一致。开停传感器应夹持正确，远离变压器等磁场源。 6、与安全监控设备关联的电器设备，电源线及控制线在撤除或改线时，必须与安全监控管理部门共同处理。严禁甩掉监控设备不用。在检修与安全监控设备的关联的电器设备，需要监控设备停止运行时，必须经矿调度室同意，制定相应的安全措施后方可进行。 7、复合型本质安全防爆电源箱（分站）应尽量设置在采区变电所。低（高）瓦斯矿井不能设置在工作面、回风巷，煤与瓦斯突出矿井不能设置在进风巷、工作面、回风巷。串联通风时不能设在被传巷道中。 8、凡因井下特殊条件不能按煤矿安全规程的要求设置监控设备的，必须由通风部门提出安全措施，报矿总工程师批准，并报集团公司通风处备案。 二、系统的日常规范化管理 1、当井下发现传感器显示超限时，现场值班领导或安全负责人应立即切断闭锁电源、撤出人员到安全地点，站岗并向矿调汇报。然后现场安全人员与瓦斯检查员一同逐步深入检查瓦斯查明原因。现场安全人员在不明原因时严禁怀疑传感器误显示而不切断电源撤出工作人员。 2、矿调度员接到必须作好记录，立即统治安全通风部门进行处理。 3、瓦斯检查员每班三次对监控系统进行巡回检查，用光学瓦斯检查仪校对传感器的显示，当两者误差大于允许值时，先以读数较大的为依据采取措施，安全监控人员必须在8小时对设备进行调校完毕。 4、安全监控部门人员必须24小时值班，当系统发生故障时立即下井处理，在处理故障时必须严格执行有关的规定填写故障登记表，井下无法处理时应在8小时内更换。在处理故障期间，必须采取人工监测措施，否则不允许生产。 5、安全监控管理部门必须建立巡回检查制度，定时检查校正设备的零点、灵敏度、报警点、断电点、复电点、显示数据、控制逻辑等。保证系统设备的防爆完好、显示准确，分站、传感器的设置符合规程的规定。每隔710天对系统的断电功能（瓦斯电笔锁）进行一次测试，确保系统断电可靠。并作好检查试验记录。 6、机电、安全监督管理部门至少每月一次对监控系统的系统的断电功能（瓦斯电笔锁）进行一次全面检查，检查时采取对传感器通入瓦斯气样的方式进行，检查结果应有记录可查。 7、对需要经常移动的传感器、报警器等安全监控设备，必须由采掘班组长按规定移动，严禁擅自将传感器等监控设备挪移规定的监测位置，更不允许擅自停止使用。 8、凡是经大修的传感器，必须经专门的计量检定机构鉴定合格后方可下井使用。（大修如更换传感器、电路板等） 9、系统设备运行612个月后，必须运到地面进行全面检修。 10、对损坏监测设施或擅自甩掉监测设施不用的责任人必须进行追查处理。 11、矿井必须建立系统设备的检修室、保管库房的场所，仪器设备应统一编号集中管理。并保证设备有最大使用数量0.4倍的存量备用。 第四讲传感器的调校 由于瓦斯等传感器采用载体催化元件检测元件，载体催化元件无法保持长时间的稳定，使用一段时间后，其零点、灵敏度都会发生漂移，甚至出现催化元件老化失去活性不吃瓦斯的现象，故定期对应传感器用气洋进行调校，以检查检测元件的零点及灵敏度。调校质量的好坏直接影响传感器监测的准确度。 传感器调校必须准备流量计、通气罩、瓦斯（一氧化碳）、空气气样等专用工具。需要说明的是调试气样有标准气样或校准气样两种，严禁使用民用瓦斯加空气兑成的自制气样。自制气样即无发准确检测浓度，又无法保证其稳定性。 标准气样由国家技术监督局部门负责组织、管理考核发证的单位进行配制，配气瓦斯采用标准甲烷物质（分一、二类），其所配瓦斯气样的稳定性、不确定性有严格的要求。 一类物质稳定性一年以上，不确定性≤1 二类物质稳定性半年以上，不确定性≤3 主要用于考察传感器的计量特性，质量是否合格，有法制性 校准气样由国家煤矿安全监察局部门负责组织、管理考核发证的单位进行配制，不确定性≤5。主要用于日常传感器调校。 第五讲监测中心室的建立以及监测数据的处理 1、建立监测中心室，配备两台计算机，一台工作、一台备用，配备一台打印机。当工作计算机出现故障时，系统能立即切换到备份计算机并能立即投入监测。 2、计算机电源应经在线式不间断电源或交流稳压器加后备式不间断电源供给（UPS交流稳压器蓄电瓶，一般选用100安时蓄电瓶）。当电网停电后，系统必须能独立工作时间不小于2小时。中心室必须有可靠的防雷保护。 3、矿井安全监控系统中心室必须实时监控全部采掘工作面的瓦斯浓度的变化及被控设备的通、断电情况。这要求井下全部设备上系统。严禁正常的设备上系统，不正常或超限的设备不上系统。 4、中心室值班员必须执行24小时值班制度，负责打印每天的监测日报表和各类数据、资料。 5、监测计算机只能用于瓦斯监测使用，严禁用于干与监测无关的工作。 6、为保证领导、部门访问监测网站了解监测信息，监测工应随时检查网络通讯情况，发现局域网络不通畅，必须立即汇报。严禁将网线撤差不用。 7、监测工必须认真监测显示屏所显示的各类监测信息，详细记录设备运行状况，接到报警立即通知相关领导、部门，并弄清原因作好记录。 8、监测监控系统负责人必须对当日获得的监测信息进行分析处理，写出主要情况、问题及处理意见的书面报告附在瓦斯日报表内送总工程师、矿长审阅存档备查。 9、矿长、总工程师应经常通过网络、终端了解井下瓦斯变化，调用计算机存储的资料，更好的指挥安全生产。 10、一、安全监测监控机构应建立以下台帐及报表 1、设备仪表台帐，2、监控设备检修记录、故障登记表，3、巡检记录，4、矿井安全监控日报，5、中心站运行日志，6、矿井监控系统设备的使用报表。7、 绘制监测监控系统图，并随井下作业的变化随时更新。 第六讲坚持监控系统设备的报废 系统设备有下列情况之一必须进行报废 1、设备老化、技术落后或超过规定使用年限的老旧设备。 2、通过修理，不能恢复精度和性能，不能通过计量特性检验的设备 3、严重失爆不能修复的。 4、遭受意外灾害，损坏严重无法修复的 5、国家或安全部门规定应淘汰的设备。 6、通过修理能恢复精度和性能，但一次修理费用超过设备原价的80，不如更新经济的设备。 白皎煤矿通风科 江向洋 2005、6