矿山安全监控系统.pptx

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,安全工程实验教程,学院,矿山安全监控系统,一、实验目的,安全工程实验教程,通过动手技能的训练，使学生能够正确使用煤矿安全监测监控系统仪器仪表及设备，加强和深化综合应用安全监测监控技术的能力，根据具体安全问题及要求，提出切实可行的监测监控技术方案、并进行设备选型、安装调试及维护监测监控系统的能力。

二、仪器设备,矿山安全监控系统：

由传感器、井下分站、信号传输线路、地面中心站、监控软件组成，如图7-9所示：

图7-9矿山安全监控系统组成示意图,安全工程实验教程,二、仪器设备,安全工程实验教程,传感器：

CH4、CO、O2、CO2、H2S、温度、风速、风压、烟雾等传感器及开停等组成。

井下监控分站：

井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的及时发出报警和断电控制信号。

信号传输线路：

将监测到的信号传送到地面中心站的信号通道。

如无线传输信道、电缆、光纤等。

地面中心站：

由各种显示屏、数据存储、声光报警及指示电话等组成。

三、实验原理,安全工程实验教程,矿山安全监控系统是对对井下CH4、CO、O2、CO2等气体浓度的检测；对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测；对生产设备运行状态的监测、监控等。

其主要功能有：

（1）瓦斯、风速、温度、CO、局部通风机开停、风筒漏风、馈电状态监测等；

（2）瓦斯超限或掘进巷道停风时，声光报警、就地断电；（3）就地断电失效，远程断电；（4）就地断电和远程断电失效，指挥工人断电；（5）指挥撤人等；（6）瓦斯突出、通风系统、自燃火灾等监测。

三、实验原理,安全工程实验教程,1、传感器及配件

（1）高低浓度甲烷传感器主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度，可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给关联设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警等功能。

还可与各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套，适宜在煤矿采掘工作面、回风巷道等地点固定使用。

采用热催化原理与热导原理相结合来测量沼气浓度，并具有遥控调校、断电控制、故障自校自,检等新功能。

其外观如图7-10所示。

图7-10高低浓度甲烷传感器,三、实验原理,安全工程实验教程,其工作原理：

甲烷在催化剂作用下进行无火焰燃烧，产生热量使黑原件R1升温导致电阻变化。

正常时，输出信号给系统；当浓度达到报警值时产生声光报警，同时将信号发送给系统产生报警；当浓度达到断点值时报警并输出信号（AI）给系统判断后执行两道断电指令，同时发出断电信号（DO或）执行断电指令，并将切断信号（DI与）反馈给系统。

其工作流程如图7-11所示。

三、实验原理,安全工程实验教程,图7-11甲烷传感器工作流程示意图,三、实验原理,安全工程实验教程,

（2）一氧化碳传感器当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化。

一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。

其化学反应式为：

CO+H2OCO2+2H+2e（7-7）氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。

其化学反应式为：

1/2O2+2H+2eH2O（7-8）因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。

其化学反应式为：

2CO+2O22CO2（7-9）,三、实验原理,（3）风压传感器扩散硅差压气体传感器，将所测的差压信号经过精密补偿和信号处理，转换成标准电流（电压）信号输出，可直接与二次仪表和计算机控制系统连接，实现生产过程中的自动控制和检测，可广泛用于工业领域中进行非腐蚀性气体的差压测量，特别适用于风压测量。

其结构示意图如图7-15所示。

图7-15风压传感器结构示意图,安全工程实验教程,三、实验原理,安全工程实验教程,（4）温度传感器温度传感器采用的是热电偶测温原理。

热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。

由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流，温度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。

热电偶就是利用这一效应来工作的。

三、实验原理,（5）风速传感器在无限界流场中，垂直插入一根无限长的非流线型阻力体（旋涡杆或称旋涡体），当流经该非流线体的流速（V）大于某个值时，非流线体的两边即产生两列内旋，方向相反、交替出现的旋涡，旋涡的频率（f）与风速成线性关系。

这个现象被称为卡门涡街。

只要测到旋涡的频率（f）即可得到所需的风速（V）值。

其工作原理如图7-16所示。

图7-16风速传感器工作原理,安全工程实验教程,三、实验原理,安全工程实验教程,（6）烟雾传感器在两个金属平板之间加上直流电压，并在附近放上一小块同位素镅241。

当周围空气无烟雾时，镅241放射出微量的射线，使附近的空气电离。

于是在平板电极之间的直流电压的作用下，空气里就会有离子电流产生。

当周围空气有烟雾时，烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分离子吸附，使的空气中的离子减少，而且微粒本身也吸收射线，这两个因素使得离子电流减小。

烟雾越浓，离子电流减少越来越明显。

改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。

其检测原理如图7-17所示。

图7-17烟雾传感器检测原理,三、实验原理,开停传感器主要用于监测矿井机电设备、风门等的运行状态，将机电设备开停状态、风门的开关等状态信号转换为电流信号，传送到监控分站。

其外观如图7-18所示。

断电馈电转换器断电馈电转换器是矿井安全监控系统的配套设备，与监控分站配套使用实现远程断电，同时作为风电瓦斯闭锁装置的组成部分之一。

传感器监测被控电气设备的断电、馈电状态，通过监控分站将状态信息传送到地面中心站。

图7-18开停传感器,安全工程实验教程,三、实验原理,安全工程实验教程,风电甲烷闭锁装置装置用于监测煤矿甲烷和局部通风机状态，并实现当通风机未开或风力不足，以及甲烷超限报警时，能自动切断并闭锁被控区域动力电源的控制功能。

因此，使用该装置可有效地防止煤矿瓦斯爆炸事故。

闭锁装置适用于高瓦斯矿井，特别适用于采用局部通风的掘进工作面对甲烷的有效监控。

煤矿生产监控系统轨道运输监控系统主要用来监测信号机状态、电动转撤机状态、机车位置、机车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空（实）车皮数等，并实现信号机、电动转辙机闭锁控制、地面远程调度与控制等。

三、实验原理,安全工程实验教程,胶带运输监控主要用来监测皮带速度、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵向撕裂、跑偏、打滑、电机运行状态、煤仓煤位等，并实现顺煤流启动，逆煤流停止闭锁控制和安全保护、地面远程调度与控制、皮带火灾监测与控制等。

提升运输监控系统主要用来监测罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、阻车器状态等，并实现推车、提升闭锁控制等。

供电监控系统主要用来监测电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面远程控制等。

三、实验原理,安全工程实验教程,排水监控系统主要用来监测水仓水位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功率、阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面远程控制等。

大型机电设备健康状况监控系统主要用来监测机械振动、油质量污染等，并实现故障诊断。

采煤面综合自动化系统：

全面实现采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、泵站、顺槽皮带的集中联锁控制，与井下工业以太网联接实现在地面集控中心、调度室对采煤机位置及支架压力等上百个参数的远程实时监视，同时实现调度电话与工作面电话的联网通话。

如图7-19所示。

三、实验原理,图7-19采煤面综合自动化系统,安全工程实验教程,三、实验原理,2、井下分站监控分站可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将监测道德各种环境参数、设备状态传送到地面并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。

其外观如图7-20所示。

图7-20井下分站,安全工程实验教程,三、实验原理,安全工程实验教程,井下监控分站主要由单片机、看门狗自动复位、参数保存、输入数据采集、控制输出、通讯数值及状态显示、隔离电源、手动设置等电路组成。

分站工作时，首先根据分站各输入通道上所挂接的传感器类型，利用DPSK（调制解调）或RS485两种通讯方式接收地面中心站初始化数据对分站的各个通道分别进行定义、设置（也可用红外遥控器就地手动完成）。

工作过程中，分站通过数据采集电路对输入通道进行不间断的循环信号采集，使系统内部的各模拟开关根据设立、定义的指令自动切换到相应的转换电路上。

三、实验原理,当分站对挂按各类传感器的输入通道进行连续、不间断数据采集时，来自传感器的频率或电流信号在经过相应的交换后进入施密特整形及分频电路进行二次处理，最后送至单片机定时器供单片机进行采集、运算、分析、判断。

井下监控分站及与传感器连接示意图如图7-21所示。

图7-21监控分站及与传感器连接示意图,安全工程实验教程,三、实验原理,安全工程实验教程,3、信号传输线路矿井监控系统的传输距离至少要达到10km。

矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上。

由于巷道为分支结构，并且分支长度可达数千米。

因此，为便于系统安装维护、节约传输电缆、降低系统成本宜采用树形结构。

信号传输线路示意图如图7-22所示。

三、实验原理,安全工程实验教程,图7-22信号传输线路示意图,三、实验原理,4、地面中心（监测系统）地面主要设备是信息采集处理中心：

由传输接口、监测管理软件、监控主机、备用机、打印机、监视器以及信号避雷器等组成。

主要把井下上传的监测控制信息及时传输到各个生产部门，对井下环境进行综合分析和科学判断，确保矿山生产的安全。

常见煤矿地面监控中心（调度室）如图7-23所示。

图7-23煤矿地面监控中心（调度室）,安全工程实验教程,三、实验原理,风机运行画面图监控如图7-24所示。

图7-24某矿1#风机运行画面图,安全工程实验教程,三、实验原理,选煤厂监控系统如图7-25所示。

图7-25某矿选煤厂地面监控系统,安全工程实验教程,三、实验原理,泵房及变电所监控系统如图7-26所示。

图7-26泵房及变电所监控系统,安全工程实验教程,四、实验步骤,安全工程实验教程,

（1）参照安全监控系统组装图及应用接线方式，将各传感器、断电仪等与主机、电源、计算机等连接。

（2）系统连接无误后，释放不同的检测气体，查看监控系统的工作过程及状态。

五、注意事项,安全工程实验教程,线路连接过程中，务必在断电情况下进行，且不能湿手操作，连接结束后由指导老师确认合格后方可通电。