煤矿安全监控技术与系统.pdf

第3 8 卷第1 O 期 2 0 1 0年 1 0月 煤 炭 科 学技 术 Co a l Sc i e n c e a n d Te c hn o l o g y V0 1 ． 38 0c t ． No ．1 O 2 01 0 - - l 曩 爆矿井 下安参 溜-斟 穴 大系统 ， ，觏 [ 编者按 ] 2 0 1 0年 7月 1 9日国务 院颁布 了 关于进 一步加 强企业安全生产． Y - 作 的通知 国发 f 2 0 1 0 ]2 3号，以下简称 通知 。 通知规定煤矿和非煤矿 山要制定和 实施生产技术装备标准 ，安装监 测监控 系统、井下人员定位 系统、紧急避险系统 、压风 自救 系统、供水施救 系统和通信联络系统等技术装备 以下简称安全避险 “ 六大系统” ，并于 3年之 内完成。根据 通知精神 ，国家安全生产监督管理 总局 、 国家煤矿安全监察局颁布 了 关于建设完善煤矿井下安全避险 “ 六大 系统” 的通知 安监总煤装 [ 2 0 1 0 ] 1 4 6号 ，分别就煤矿建设完善安全避险 “ 六大 系统”的重要性、 目标要 求、组织领导、管理及监 管监察等 方面做 了详细的安排和部署。为进一步 宣传 、贯彻、落实 通知 及安监总煤装 [ 2 0 1 0 ]1 4 6号文件精神 ， 煤炭科 学技术 杂志社邀请 中国矿业大学 北京副校长孙继平教授 、国家安全生产专家组煤矿组组长卢 鉴章研究员、安标 国家矿用产品安全标志 中心副主任杨大明研究员等 国家煤矿安全监察局指定 的负责 “ 六 大系统”解析工作的专家，从 系统的定义、安装 的 目的和意义、系统的组成、系统的使用要求、应 用情况、 案例分析及存在的问题和建议等几个方面对 “ 六大系统”进行详细解析。同时应企业要求，为 了让煤炭 生 产企业能够全面 了解 目前 “ 六大 系统” 的产品性能及生产厂 家的具体情况，便 于企业选择 和安 装，配合 “ 煤矿井下安全避险 ‘ 六大系统 ’解析” 专栏 ， 煤炭科学技术 杂志社拟在 2 0 1 1年第 1 1 、1 2期对 “ 六大 系统”技术装备进行集中介绍，欢迎煤炭生产企业、科研 院所及设备厂家借助 煤炭科 学技术 品牌知名 度高、影响力广、发行量大的优势开展广泛的技术 交流和产品推广活动。本期我刊重点解析 “ 六大 系统” 之一的 “ 监测监控 系统” ，第 1 1和 1 2期将分别解析“ 井下人 员定位 系统、紧急避 险系统、压风 自救 系统、 供 水施 救 系统和 通信联 络 系统” 。 煤矿安全监控技术与 系统 孙 继 平 中国矿业大学 北京煤炭资源与安全开采国家重点实验室 ，北京1 0 0 0 8 3 摘要研 究了煤矿安全监控系统在瓦斯、火灾等重特大事故防治和事故调查 中的作用；分析 了煤 矿安全监控系统使用与管理存在 的问题 ；提 出了煤矿安全监控系统使用与管理技术要点① 甲烷 、 风速 、风压 、风筒、风 门、局部通风机开停 、主要通风机开停 、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 ；②根据被控对象的不同，正确连接 甲烷断电闭锁和风 电闭锁 ；③根据工作 面和 回风巷等不 同地点，正确设置报警浓度、断电浓度 、复 电浓度和断电区域；④每 隔 1 0 d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 ； ⑤ 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。 关键词 安全监控 ；灾害防治；预警 ；安全避险；六大系统；煤矿 中图分类号T D 6 7 文献标志码 A 文章编号0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 4 M i n e Sa f e t y M o n i t o r i ng a nd Co n t r o l Te c hn o l o g y a n d S y s t e m S UN J i p i n g S t a t e K e y L a b o fC o a l R e s o u r c e s a n d S a f e t Mi n i n g， C h i n a U n i v e r s i ty o fMi n i n g a n d T e c h n o l o g y B e i i n g ， B e ii n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r h a d a s t u d y o n t h e e f f e c t o f t h e mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m i n t h e p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f t h e mi n e g a s ，mi n e fi r e d i s a s t e r a n d o t h e r a c c i d e n t s a n d t h e a c c i d e n t i n v e s t i g a t i o n s ．T h e p r o b l e ms e x i s t e d i n t h e a p p l i c a t i o n a n d ma n a g e me n t o f t h e mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m w e r e a n a l y z e d ．T h e t e c h n i c a l k e y p o i n t s o f t h e a p p l i c a t i o n a n d ma n a g e me n t f o r t h e mi n e s a f e t y 基金项 目教育部博士点基金资助项 目 2 0 0 8 0 2 9 0 0 0 0 8 ，2 0 0 9 0 0 2 3 1 1 0 0 0 8 2 0 1 0 年 第1 0 期 煤 炭 科 学 技 术 第3 8 卷 mo ni t o r i n g a nd c o n t r o l we r e p r o v i d e d． Fi r s t l y，t h e s e ns o r s f o r t he me t h a n e，a i r v e l o c i t y，v e n t i l a t i o n p r e s s ur e，v e n t i l a t i o n t u bi n g，v e nt i l a t i o n d o o r ，o n ／o ff o f t h e l o c a l f a n，o n ／o ff o f t h e ma i n f a n，f e e d s t a t u s a n d o t h e r s s ho ul d b e c o r r e c t l y i n i n s t a l l a t i o n a nd ma i n t e na n c e a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e d q u a n t i t y a n d l o c a t i o n s ．S e c o n d l y ， a c c o r d i n g t o t h e d i f f e r e n t c o n t r o l l e d o b j e c t s ，t h e p o w e r o ff i n t e r l o c k i n g a n d t h e v e n t i l a t i o n a n d p o we r i n t e r l o c k i n g o f t h e me t ha n e s h o u l d b e c o rre c t l y c o n ne c t e d． Th i r d l y，a c c o r d i ng t o t h e d i f f e r e n t l o c a t i o ns o f t he wo r k i n g f a c e s，a i r r e t ur n i ng g a t e wa y a nd o t h e r s，t h e a l a r mi ng g a s d e n s i t y，t h e p o we r o ff g a s d e n s i t y，t h e po we r r e s e t g a s d e ns i t y a n d t h e p o we r o ff a r e a s h o u l d b e c o rr e c t l y s e t u p ．F o u r t h l y ，e a c h 1 0 d a y s ， t h e m e t h a n e s e n s o r s s h a l l b e c o r r e c t l y a d j u s t e d w i t h t h e s t a n d a r d g a s s a m p l e a n d a i r s a mp l e a n d t h e me t h a n e p o we r o ff i n t e r l o c ki n g a n d t h e v e n t i l a t i o n a n d p o we r i n t e r l o c k i n g f un c t i on s s h a l l b e me a s u r e d a nd t e s t e d． At l a s t b u t n o t t h e l e a s t a f t e r t h e a l a r mi n g o f t h e me t h a n e o v e r l i mi t ，p o w e r o ff， f e e d a b n o r ma l a n d v e n t i l a t i o n s t o p p e d， t h e s a f e t y me a s u r e s o f t h e p o we r o ff，i ne u e v a c ua t i o n an d o t h e r s s ha l l b e o n t i me c o n d uc t e d． Ke y w o r d s s a f e t y m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l ； d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l ； p r e - w a r n i n g ； r i s k s af e l y a v o i d e d ；s i x ma j o r s y s t e m；m i n e 1 概 述 煤矿安全监控系统用来监测甲烷浓度、一氧化 碳浓度 、二氧化碳浓度 、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_J f 停 、主要通风机开停等参数 ，并实现甲 烷超限声光报警 、断电和 甲烷风 电闭锁控制等 。 煤矿安全监控系统是瓦斯 、火、冲击地压 、煤尘等 重特大事故防治的有效措施之一 ，在煤矿安全生产 中发挥着重要作用 。国务院颁 布的 关于进一步 加强企业安全生产丁作的通知 国发 [ 2 0 1 0 ]2 3 号 和国家安全生产监督管理 总局 国家煤 矿安全 监察局颁布的 关于建设完善煤矿井 下安全避 险 “ 六大系统” 的通知要求全 国煤矿安装监测监控 系统 、井下人员定位系统 、紧急避险系统 、压风 自 救系统、供水施救系统 和通信联络 系统等技术装 备。其中要求建设完善矿井监测监控系统 ，充分发 挥其安全避险的预警作用。 煤矿井下是一个特殊的工作环境 ，有易燃易爆 叮燃性气体 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、空问狭小 、监控 距离远。因此矿井监控系统不同于一般工业监控系 统，其与一般工业监控 系统相 比具有如下特点。 ①电气防爆 ；②传输距离远；③网络结构宜采用树 形结构 ；④监控对象变 化缓慢 ；⑤ 电网电压波动 大，电磁 干扰严 重；⑥工作环境恶劣 ；⑦ 传感器 或执行机构宜采用远程供 电；⑧不宜采用中继 器。因此直接用一般工业监控的理论和技术无法解 决矿井监控的问题。要么不符合电气防爆要求 ，要 么传输距离太近，或网络结构不适合用于矿井监控 系统 ，或不能进行总线供电，节点容量太小等。因 此有必要研究适合矿井 监控系统的理论和技术。 2 2 系统组成及工作原理 矿井监控 系统～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 、U P S电源 、远程终端 、网络接 口、电缆和 接线盒等组成 ，如图 1所示 。 图 1 煤 矿安全监控 系统 1 传感器将被测物理量转换为电信号 ，并具 有显示和声光报警 功能 有些传感 器没有显示或 声光报警功能 。 2 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 。 3 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 孙继平煤矿安全监控技术与系统 2 0 1 0年第 1 0期 或传输接 口传输来的信号进行处理 ，控制执行 机构工作。 4 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 h的蓄电池。 5 传输接 口接收分站远距离发送 的信号 ，并 送至主机处理 ；接收主机信号，并送相应分站。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。 6 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。 3系统作用 1 瓦斯及通风监控。监测 甲烷浓度 、风速 、 风压 、馈电状态 、风门状态 、风筒状态 、局部通风 机开停、主要通风机开停等。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 ，其作 用如下①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 ；② 避免或减少采 、掘 、运等设备运行产生的 摩擦撞击火花及危险温度等引起 瓦斯爆炸 ；③ 提 醒领导 、生产调度员等及时将工作人员撤 至安全 处；④ 提醒领导 、生产调度员等及时处理事故 隐 患，防止瓦斯爆炸等事故发生。 2 瓦斯抽采 放 系统监控。① 监测抽采 放 管路 中甲烷浓度 、流量 、压力 、温度 、一氧 化碳浓度 、阀门开度等管道参数 ；②监i 贝 0 瓦斯抽采 放 泵站室内甲烷浓度 、井下临时抽采 放瓦 斯泵站下风侧栅栏外甲烷浓度等环境参数 ；③监测 电机温度 、抽采 放 泵真空度 、抽采 放 泵 轴温等设备参数 ；④监测水量 、水压 、冷却水池水 温 、水位等供水参数 ；⑤ 监测 电流 、电压 、功率 因素等供电参数；⑥ 监测供气管道正压、温度、 甲烷浓度 、流量、供气阀开度等供气参数 ；⑦ 监 测罐高 、罐压 、罐内甲烷浓度、密封水位、密封水 温等储气罐参数 ；⑧ 监测瓦斯抽采 放泵状态 、 阀门状态、供水状 态等 ；⑨监 测瓦斯 抽采 放 混合量和纯瓦斯量等 ；⑩控制瓦斯抽采 放泵 、 阀门等 。 3 火灾监控。监测一氧化碳浓度 、二氧化碳 浓度 、氧气浓度 、温度 、压差 、烟雾 等，控 制风 门、风窗实现均压灭火 ，控制注氮等。 4 瓦斯突出预警。监测煤岩体声发射 、瓦斯 涌出量等 ，结合瓦斯地质信息等 ，实现煤与瓦斯突 出预警 。 5 矿山压力监测与预警。监测声发射 、液压 支架和单体液压支柱工作阻力及下缩量 、巷道顶底 板位移 、顶板 离层位移、锚杆拉力 、钻孔应力等 ， 预警 冲击地压 、顶板大面积来压等。 6 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。 4 现存 问题 煤矿应按 照 煤矿安全规程 和 A Q 1 0 2 9 2 0 0 7 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。 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。有些煤矿存在如下问题 传感器装备数量 不足 ；安装地点不正确 ；报警浓度 、断电浓度 和断 电控制设置不正确 ；从不调校 ，有的系统不能正常 运行 、形同虚设等。甚至部分煤矿有意调高系统报 警值和断电值；调低甲烷传感器灵敏度；将甲烷传 感器置于局部通风机风筒中或新鲜风流 中；遮盖甲 烷传感器气室 ；不使用 甲烷电闭锁和风电闭锁功 能；系统报警时将 甲烷传感器拔脱等。 笔者作为多起煤矿特别重大事故 国务院煤矿事 故调查专家组组 长参加调查河北唐 山刘 官屯煤矿 “ 1 2 7 ”特别重大瓦斯爆炸事故、山西大同煤矿 集团焦家寨矿 “ 1 1 5 ” 特别重大瓦斯爆 炸事故 、 山西临汾瑞之源煤矿 “ l 2 5 ”特别重大瓦斯爆炸 事故 、山西焦煤集团屯兰矿 “ 2 2 2 ”特别重大瓦 斯爆炸事故 、河南平顶 山市新华 四矿 “ 9 8 ”特 别重大瓦斯爆炸事故 ，事故矿均没有按规程和标准 要求安装 、维护和使用系统。例如 发生 “ 9 8 ” 特别重大瓦斯爆炸事故 的河南平顶 山市新华 四矿， 为躲避监管，将 甲烷传感器设置在新鲜风流中；当 2 0 1 0 年 第1 0 期 煤 炭 科 学 技 术 第3 8 卷 瓦斯超限报警时，将 甲烷传感器电缆拔脱 。 5 使用与维护技术要点 1 选用符合 A Q 6 2 0 1 --2 0 0 6 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 A Q 1 0 2 9 --2 0 0 7 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 、主要通风机开停 、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 置报警浓度 、断电浓度、复电浓度和断电区域。 6 每隔 1 0 d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。 8 煤矿安全规程 2 0 1 0年版第 1 3 2条 第 2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 ，必须设置 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 掘进巷道已按要求设置了甲烷传感器 ，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。但设置在其他没有甲烷传感 器地点的电气设备 ，必须设置甲烷传感器 ，并具备 甲烷超限断电闭锁功能。 9 严禁调高瓦斯报警浓度和断 电浓度 。因 为煤矿安全监控系统显示的瓦斯浓度滞后于现场实 际 ，并且不一定是最高浓度①空气中甲烷气体爆 炸界限一般是 5 ％ ～1 6 ％，当混入一氧化碳 、硫化 氢等其他可燃性气体和煤尘后 ，爆炸下限值会下降 至 4 ％；②瓦斯报警浓度和断 电浓度的确定考虑 了 时间的滞后，如瓦斯运移时间、传感器反应时问和 监控系统传输和处理时间等；③瓦斯报警和断电浓 度的确定考虑了瓦斯空间分布的不均匀性 ，如传感 器吊挂位置不一定是瓦斯浓度最高的位置 。 4 6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 、A Q 1 0 2 9 --2 0 0 7 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 A Q 6 2 0 1 --2 0 0 6 煤矿安全监控系统通 用技术要求、M T ／ T 1 0 0 4 --2 0 0 6 煤矿安全生产 监控系统通用 技术条件、MT ／ T 1 0 0 5 --2 0 0 6 矿 用分站 、MT ／ T 1 0 0 6 --2 0 0 6 矿用信号转换器、 MT ／ T 1 0 0 7 --2 0 0 6 矿 用 信息 传输 接 口、M T ／ T 1 0 0 8 --2 0 0 6 煤矿安全生产监控系统软件通用技术 要求 、M T ／ T 1 0 7 9 --2 0 0 8 矿 用 断 电控 制器 、 MT ／ T 1 0 7 8 --2 0 0 8 矿用本质安全输 出直流 电源、 MT ／ T 7 7 2 --1 9 9 8 煤 矿监控系 统性能测试 方法 和 MT ／ T 8 9 9 --2 0 0 0 矿用信息传输装置 等。 7 结 语 煤矿安全监控系统是煤矿井下安 全避险 “ 六 大系统”之一 ，在煤矿安全生产 中发挥着鼋要作 用。要充分发挥煤矿安全监控 系统 的安全保障作 用 ，就必须按照 煤 矿安全规程 和有关标 准的 要求 ，正确安装 、使用 、维护与管理系统 ，避免或 减少瓦斯爆炸等事故发生。 参考文献 [ 1 ] 孙继平．煤 矿监 控 系统 手册[ K] ．北 京 煤 炭工 业 } t j 版 社 ，2 0 0 7 ． [ 2 ] 孙 继 平． 矿 用 现 场 总 线 的探 讨[ J ] ．煤 矿 设计 ，1 9 9 7 1 22 7 3 0 ． [ 3 ] 孙继平．煤矿安全生产监控与通信 [ M] ．北京 煤 炭工 、 版社 ，2 0 0 9 ． [ 4 ] 孙继 平． 煤矿安 全监控 系统 [ M] ．北 京煤 炭工 业 出版 社 ，2 0 0 6 ． [ 5 ] 孙继平．屯兰煤矿 “ 2 2 2 ”特别重大瓦斯爆 炸事 故原因及 教训[ J ] ．煤炭学报 ，2 0 1 0 ，3 5 1 7 2 - 7 5 ． 作者简介 孙继平 1 9 5 8 一 ，男 ，山西翼城 人 ，教授 ，博士 生导师，博士， 现任中国矿业大学 北京副校长， 长期从事煤 矿安全生产监控与 通信 、安全生产信 息化及煤矿电气安全方面的研 究和实践工作。T e l 0 1 0 6 2 3 3 1 9 2 9，E - ma i l s i p c u mt b ． e d u ． lfl 收稿 日期2 0 1 0 0 8 2 6 ；责任编辑赵瑞