安全监测监控.docx

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安全监测监控

第八章矿井安全监测监控

第一节概述

一、安全监测监控系统设置要求

根据本井田主要煤层瓦斯测试成果与潘谢矿区生产矿井瓦斯资料综合分析，本矿井应属高瓦斯矿井。

随着矿井开采深度的增加，局部可能出现煤与瓦斯突出现象。

本井田可采煤层除6-2和1煤层不自燃～很易自燃以外，其余均为很易自燃煤层，具有煤层自燃发火的危险，主要可采煤层的煤尘均具有强爆炸性。

据此，为及时掌握井下瓦斯、温度、一氧化碳等有关安全方面的参数及变化趋势，对井下环境参数进行实时监测监控，避免瓦斯爆炸与火灾灾害，选择合适的安全监测监控系统，对确保矿井安全生产是十分重要也是十分必要的。

本矿井安全监测监控系统包括与矿井安全有关的各子系统，主要是井下环境参数的监测和相关设备的闭锁控制以及井下排水系统、矿井通风系统、束管监测系统、瓦斯抽放系统、防灭火系统等。

本矿井安全监控系统由地面中心站、现场分站、安全生产参数传感器、断电仪、报警器以及信息传输介质、网络通讯接口等组成。

对矿井生产环境中影响安全生产的参数和设备进行自动检测和闭锁控制，并在地面中心站计算机上进行集中显示、记录、报警和自动报表等。

主要检测的参数有瓦斯浓度、风速、负压、温度、一氧化碳浓度、风门开关状态、风筒开关状态、煤仓煤位、井下水仓水位等。

同时在调度室能够对井下排水系统、矿井通风系统的设备进行集中控制,对瓦斯抽放系统和束管监测系统的设备运行状态和参数进行集中监视。

二、安全监测监控系统选择

1．开采技术条件和安全条件

本矿井采用立井、主要石门及分组大巷、分区通风、集中出煤的开拓方式。

矿井达到设计产量时，移交北一（13-1）、北一（11-2）下两个采区，分别装备1个13-1煤层一次采全高综采工作面和1个11-2煤层综采工作面。

采用走向长壁与倾斜长壁相结合的采煤方法，首采块段采用走向长壁布置。

一水平（－780m）井底车场位于13-1煤层底板岩层中，采区内布置3条上山即1条轨道上山、1条胶带机上山和1条专用回风上山。

矿井初期共装备8个掘进工作面，其中3个煤巷综掘面，3个岩巷普掘面，2个岩巷机械化作业线。

本矿井为高瓦斯矿井，各主要可采煤层瓦斯含量最大值为4.536～12.226m/t.r，其中，13-1煤层瓦斯含量较高，其余煤层相对较低；本井田可采煤层除6-2和1煤层不自燃～很易自燃以外，其余均为很易自燃煤层；本井田平均地温梯度为3.08℃/100m，预计-780m水平地温可达37.7℃～43.7℃,平均40.1℃,属地温异常区。

2．安全监测、监控系统选择

安全监测监控系统的选型应充分体现系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、经济性，满足矿井生产能力，及时有效获得监测、监视等管理信息的需要，同时还要考虑矿井近、远期的发展，产品的技术更新与升级换代，售后服务，传输接口等多方面的因素。

根据矿井的灾害种类及程度，确定设置集中固定式连续安全监测、监控系统。

第二节安全监测、监控和传输设备选择

一、监测监控设备选择

1、监测监控设备选型原则

1）设备必须符合有关国家标准和行业标准（如GB3836《爆炸性环境用防爆电气产品》、MT209《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》、MT210《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法》、《煤矿安全生产监测监控系统总体设计规范》、《煤矿安全生产监测监控系统软件设计规范》），通过煤炭行业标准化归口审查和国家技术监督局认证的检测机构的型式检验。

用于爆炸环境的煤矿安全监控设备，还必须通过国家技术监督局认证的检测机构防爆检验，并取得“防爆合格证”，同时还应取得原煤炭工业部“煤矿安全仪器装备定点生产许可证”。

2）优先选用本质安全型设备

3）安全监测、监控设备必须具有故障闭锁功能。

4）安全监测、监控设备必须具备瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。

当主机和系统发生故障时，必须保证瓦斯断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。

当电网停电后安全监测、监控系统必须保证正常工作时间不小于2h.

5）为防止雷电通过矿井安全监测、监控系统引起井下瓦斯爆炸，系统设备必须具有防雷保护。

6）为防止人为取消断电功能，保障煤炭安全生产，系统设备必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能。

7）所有监测设备的外壳防护等级不低于IP54。

8）所有监测监控设备必须工作稳定、性能可靠、反应灵敏、抗干扰能力强。

2、监测监控设备设置地点和布置

根据本矿井巷道布置、被检测的物理量位置、瓦斯等级等情况，井下各分站分别置于北一（13-1）及北一（11-2）下采区回采工作面上下顺槽、井底车场中央水泵房、各掘进工作面；瓦斯抽放分站、束管监测分站、通风系统分站分别置于地面瓦斯抽放站、束管监测站、通风机房；各分站至传感器距离不超过2.5km。

井下各分站设置在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中，安设时应垫支架，使其距巷道底板不小于300mm或吊挂在巷道中。

监控中心站设在行政办公楼调度中心调度台内，大屏幕显示器置于调度台上。

各传感器设置在能正确反应被测物理量或被测状态的位置，声光报警器设置在经常有人工作便于观察的地点。

井下安全监控设备的供电电源设置在采区变电所，严禁设置在断电范围内。

3、监控中心站和各分站主要设备的功能、数量

监控中心站具有以下功能：

1）手动遥控断电/复电功能，断/复电响应时间不超过系统巡检周期；

2）双机热备份，实现手动/自动切换，当工作主机故障时，备份主机投入工作，保证系统正常工作；

3）现场模拟量、开关量和累计量数据的采集、记录、查询、报表、实时与历史趋势曲线、柱状图显示、实时图形动态显示、打印等；

4）具有自诊断功能，当系统中传感器、分站、主站、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间，故障设备；

5）断电状态监测；

6）在不中断监测的条件下，完成现场各模拟量、开关量传感器的定义、设置、参数修改以及各种数据报表、曲线、图形画面的生成和修改；

7）对井下排水系统、矿井通风系统的设备进行集中控制；

8）瓦斯抽放系统和束管系统监测；

9）工作稳定，性能可靠，容错能力强，在操作不当时应有信息提示，且不影响系统的正常运行。

10）网络通信。

分站具有以下功能：

1）甲烷－风－电闭锁功能；

2）甲烷浓度超限声光报警和断电/复电控制；

3）异地断电/复电功能，断/复电响应时间不超过系统巡检周期的2倍；

4）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；

5）备用电池供电功能，当交流电源因故断开时，备用电池投入工作，在最大负荷下可连续供电2小时以上；

6）可自行消除瞬高、瞬低的干扰信号；

7）当因通信电缆原因，与地面中心站失去通信联络时，分站仍能

独立工作，按照预先设定的报警、断电要求实现监控功能。

中心站设置主机2台；矿井达产时，井下设置通用分站5台，瓦斯－风－电闭锁工作站8台，井上设置通用分站3台。

二、传输设备及器材选型

1、传输设备及器材选型原则

传输设备的误码率不超过10－8，传输处理误差不大于0.5％，传输速率不低于2400bps，最大巡检周期不超过25s，并满足监控要求，中心站至分站的传输距离不小于20km，分站至传感器、断电仪的传输距离不小于2km，系统可挂接的分站数量不低于64台，系统传输容量：

模拟量、开关量、控制量分别不少于512、512、256个。

其它与传输有关的要求均应符合《煤矿安全规程》及煤炭行业标准《煤矿用信息传输装置》。

安全监控设备之间的连接必须使用专用阻燃电缆，

2、传输设备及器材选型

设计采用调制解调器2台，传输电缆：

井筒为PUYV39型矿用信号阻燃聚氯乙烯护套粗钢丝铠装电缆；井下巷道为PUYV39－1型矿用信号阻燃聚氯乙烯护套细钢丝铠装电缆；传感器及控制电缆为PUYVR型矿用信号阻燃聚氯乙烯护套软电缆。

第三节监测设备各类传感器布置

一、回采工作面传感器选型及配置

1、传感器类型、数量、位置

设计在北一（13-1）及北一（11-2）下采区回采工作面各配置高低浓度瓦斯传感器三个，一氧化碳传感器、温度传感器、风速传感器、烟雾传感器各一个。

并在工作面上隅角设置便携式瓦斯检测报警仪1台。

瓦斯传感器分别布置在回采工作面的进、回风巷和工作面处。

风速传感器置于工作面进风巷，温度、烟雾和一氧化碳传感器均置于工作面。

三个瓦斯传感器设置平面位置见下图，并布置在巷道上方，垂直悬挂，距顶板（顶梁）不大于300mm，距巷道侧壁不小于200mm，且不影响行人和行车。

TT

10-15m≤10m

≤10m

2、传感器报警、断电、复电浓度及断电范围

采煤工作面瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于1.0％CH4、不低于1.5％CH4、低于1.0％CH4，断电范围为工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备；采煤工作面回风巷瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于1.0％CH4、不低于1.0％CH4、低于1.0％CH4，断电范围为工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备；采煤工作面进风巷瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于0.5％CH4、不低于0.5％CH4、低于0.5％CH4，断电范围为工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备。

二、掘进工作面传感器选型及配置

1、传感器类型、数量、位置

矿井达产时，共有8个掘进工作面，设计在所有掘进工作面均采用瓦斯－风－电闭锁工作站，其中北一（13-1）第二工作面胶带机顺槽、北一（11-2）下第二工作面胶带机顺槽及回风顺槽各包括2个配套的瓦斯传感器、2个风筒开关、2个局扇开停传感器、1个温度传感器、1个粉尘传感器、2个馈电状态传感器、2个声光报警器、2个断电控制器，其余5个掘进工作面各包括2个瓦斯传感器、1只风筒开关、1个局扇开停传感器、1个温度传感器、1个粉尘传感器、2个馈电状态传感器、2台声光报警器、2台断电控制器。

瓦斯传感器设置平面位置见下图，其余布置要求同上。

10~15m

≤5m

TT

F

1、传感器报警、断电、复电浓度

掘进工作面迎头瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于1.0％CH4、不低于1.5％CH4、低于1.0％CH4，断电范围为掘进工作面全部非本质安全型电气设备；掘进工作面回风流中瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于1.0％CH4、不低于1.0％CH4、低于1.0％CH4，断电范围为掘进工作面全部非本质安全型电气设备。

二、其它地点传感器选型及配置

1、副井井底中央水仓及北一（11-2）下采区水仓分别设置水位传感器各1台及设备开停传感器5台、3台。

2、2个主井井底煤仓、北一（13-1）及北一（11-2）下采区煤仓各设置料位传感器各1个。

3、北一（13-1）回风上山、北一（11-2）下回风下山、－780m北翼两条底板回风大巷及-780m南翼回风大巷分别设瓦斯传感器及风速传感器各1台,均设置在测风点附近。

4、矿井通风机房中,设置相应的风速传感器、负压传感器、电流传感器、设备开停传感器等。

5、矿井主要风门设置风门传感器，用以监测各风门的开、关状态，用以保证井下风路畅通。

被控设备开关的负荷侧设置馈电状态传感器。

6、在瓦斯抽放泵站内设低浓度瓦斯传感器、一氧化碳传感器、温度传感器各1台；在瓦斯抽放泵站输入、输出管路中分别设置高低浓瓦斯传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、一氧化碳传感器各1台。

当瓦斯抽放泵站室内瓦斯浓度不低于0.5％时报警，当瓦斯抽放泵站输出管路中瓦斯浓度低于30％时报警。

7、在回采工作面、掘进工作面及煤流转载点、装煤点处，设置设烟雾传感器、粉尘传感器。

8、在地面生产系统中的封闭煤仓、转载点、皮带走廊等可能有瓦斯积聚的地点设置低浓瓦斯传感器。

9、注氮防灭火、束管监测系统设置相应的各类传感器,并接入矿井安全监测系统。

10、井下胶带机的各类保护传感器设在井下胶带运输监控系统中，该系统将有关矿井安全的参数通过网络送至安全监控系统中心站。

11、采煤工作面采煤机上各设置机载式瓦斯断电仪1台，共2台；掘进工作面掘进机上各设置机载式瓦斯断电仪1台，共3台；辅助运输用防爆特殊型蓄电池电机车上各设置机载式瓦斯断电仪1台，共3台。

采煤机瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于1.0％CH4、不低于1.5％CH4、低于1.0％CH4，断电范围为采煤机电源；掘进机瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于1.0％CH4、不低于1.5％CH4、低于1.0％CH4，断电范围为掘进机电源；电机车瓦斯报警、断电、复电浓度分别是不低于0.5％CH4、不低于0.5％CH4、低于0.5％CH4，断电范围为机车电源。

第四节矿井各类传感器装备量

一、矿井传感器装备标准

本矿井主要灾害为瓦斯、煤尘爆炸、煤层自燃、地温引起的各种灾害，要求从通风、监测监控等各方面着手，使环境中的瓦斯量控制在规程规范限定的范围内，达到生产和人员的安全。

矿井年设计生产能力为500万吨，采用立井、主要石门及分组大巷、分区通风、集中出煤开拓方式，达产时共移交2个工作面，8个掘进头。

矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井，大多数可采煤层具有自燃发火的倾向。

矿井安全监测监控系统，应保障生产安全，提高全矿的自动化管理水平，并上联矿井局域网、集团公司广域网，实现矿区安全的综合调度与指挥。

矿井设置安全监控管理机构及详细的作业制度来保证矿井安全监测装置的正常运行和事故处理，操作要求要符合《煤矿安全规程》的内容。

二、矿井各类传感器装备量

1、矿井装备水平及发展趋势

井下拟安装的各类传感器均属国内先进水平的传感器。

目前传感器已向智能化、多功能化发展；配置更灵活，安装更方便。

2、各类传感器的装备量

高低浓瓦斯传感器：

26个；低浓瓦斯传感器：

5个；机载式瓦斯断电仪：

10个；风速传感器：

3个；温度传感器：

5个；负压传感器：

2个；烟雾传感器：

4个；一氧化碳传感器：

3个；风门开关传感器：

20个；风筒开关传感器：

10个；粉尘传感器：

8个；设备开停传感器：

40个；馈电状态传感器20个；煤位传感器：

6个；液位传感器4个。

上述传感器总量中包括20％备用量。

电流、电压传感器开列在矿井综合自动化系统中的电力监控系统中。

井下各类传感器类型、数量、位置见附图C11379A-274-1（井下传感器平面布置图）

第五节矿井安全监测监控系统运行可靠性分析

一、安全监测监控系统选择的合理性、先进性

本设计所采用的安全监测监控系统是集环境安全、信息管理、网络应用，同时兼容瓦斯抽放、火灾束管监测等子系统的煤矿安全综合监控系统。

产品具有良好的开放性和可扩展性，组态灵活，能够满足最优化最经济运行；具有独特的三级断电和交叉断电能力（中心站程控、分站控制和传感器就地断电），非常适合煤矿井下使用；系统可与矿井生产监控系统、电力监控系统、消防监视系统联网，在全矿乃至全矿区实现信息集中远程共享的能力。

二、安全监测监控系统选择的可靠性

1、产品符合原煤炭部“安全标志”的工厂生产技术条件规定的各项要求以及各项技术标准和相关国家标准；

2、系统能够在恶劣环境下长期稳定运行，故障率低，主要措施如

下：

（1）中心站主机采用高可靠性的工控机；

（2）中心站监控软件有自诊断功能；

（3）井下智能分站及传感器有相应的看门狗电路。

3、具有很强的人机交互能力,界面友好且有很强的容错能力；

（1）对操作人员的所有误操作都有识别能力，且有语音报警和对话框提示功能；

（2）系统配置信息设有口令保护，以便系统配置信息不被破坏；

4、故障发生时能以多种形式对操作者发出提示信息；

（1）颜色和图形提示；

（2）声音报警提示；

（3）实时信息窗提示；

5、系统有很强的故障诊断能力；

（1）通信故障；

（2）分站及传感器故障；

（3）电源供电状况；

（4）断电控制情况；

（5）软件运行情况；

6、系统在传输通道断路或短路情况下，将自动对故障分站降级

为瓦斯断电仪使用，使其以断电仪方式正常工作；

7、采用EEPROM芯片使故障设备具有有效的信息自动保护功能；

8、系统具有能够从故障点恢复到正常状态的能力；

9、系统在被破坏情况下可由看门狗程序修复并重新恢复正常工作的能力；

三、管理机构和人员培训的保证程度

在系统投入运行前，要求供方对需方技术人员进行技术培训，培训时供方应提供完整详细的培训资料，并派熟练称职的工程技术人员前往讲授、指导，直至确保系统投入正常运行。

矿井通风部门必须建立专门的安全监控机构，并应配备相应的具有通风和安全监控专业知识的工程技术人员。

安全监测人员的配备应符合《矿井通风安全监测装置使用管理规定》第56条的规定。

安全监测人员（包括干部）必须经过通风和安全监测专业培训，并取得合格证方可上岗位。

详见《矿井通风安全监测装置使用管理规定》第55～59条。