第10章矿井监控系统.docx
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第10章矿井监控系统
第十章监测、监控与计算机管理
第一节矿井安全监测系统
一、系统选择
目前，煤矿安全生产监测系统主要有KJ70N、KJ95N、KJ110N等系统，从性能、价格、扩展能力及市场占有率等方面考虑，KJ110N系统用于该矿井较为合理，同时该系统软件平台采用Windows操作系统。
设计选用KJ110N监测系统。
二、监测系统主要功能
1.系统可监测瓦斯、风速、风压、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数，也可监测煤仓煤位、水仓水位、风压、各种机电设备开停等生产参数。
2.系统兼容多种分站，最多可配置118台监控站，系统巡检周期小于6秒。
3.系统可实现风、电、瓦斯闭锁和断电仪的全部功能。
4.计算机或传输系统故障时，井下分站可继续独立工作。
5.系统具有模拟量、开关量故障报警及报警统计。
6.系统同时具有自动、手动断电,可实现本地、异地、区域断电。
7.停电后系统可工作2小时以上。
三、监测系统主要设备
KJ110N煤矿综合监测监控系统由四部分组成：
监控计算机、计算机网络及监控软件；传输接口及传输信道；供电电源及分站；各种传感器及执行器。
1.监控计算机安装Windows操作系统和KJ110N监控专用软件。
监控计算机通过传输接口向分站发送配置、巡检、控制等命令，接收分站返回的传感器数据、控制结果、同时完成数据的更新处理、存贮、报表打印等功能。
网络的功能是将分站的数据在局域网上传输到其它部门，以最大限度地监测数据的作用。
2.传输接口及传输信道：
传输接口将计算机非本安的RS232接口的信号转换成可与分站进行运算及通讯的本安RS485接口信号，主要起隔离、驱动的作用；传输信道地面采用矿用通信电缆，井下采用光纤传输。
3.分站主要作用是采集传感器的信号，并进行运算处理，同时通过主传输电缆和传输接口与地面计算机交换数据。
分站同时也根据采集的数据或地面计算机的指令完成各种控制功能。
本安电源将井下127V、660V交流电转成本安直流电源输出，给分站及传感器提供电源。
4.传感器是监测系统的感官，它将甲烷、风速、一氧化碳、温度、设备运行状态等物理量转换成标准的电信号供分站采集，传感器的工作电源通过分站提供。
四、系统配置
本系统由2台监测主站、6处监测分站及各种传感器组成，可以完成井上、井下安全环境及生产环节的监测。
主站使用双机热备，设在矿办公楼调度中心；地面分站设置于通风机房配电室；井下分站设置于相关硐室内。
主要配置如下：
1.地面中心站
研华工控机P42台
21吋彩色液晶显示器2台
激光打印机1台
KJ110-J1型传输接口1台
UPS电源10kVA4h1台
100M工业以太网络交换机1台
KJ110N系统软件1套
防雷装置1套
2.井下分站
⑴主变电所及主水泵房分站（分站1）
JF-F4型分站1台
JF-F2型分站1台
KDW0.3/660B型矿用电源2台
KJ110-J2型传输接口1台
甲烷传感器1台
温度传感器1台
风速传感器2台
设备开停传感器3台
馈电状态传感器3台
水位传感器2台
风门开启传感器3台
⑵20101掘进工作面巷口分站（分站2）
JF-F4型分站2台
KDW0.3/660B型矿用电源2台
甲烷传感器2台
一氧化碳传感器2台
温度传感器1台
风速传感器2台
风筒开关1台
瓦斯断电仪2台
设备开停传感器3台
馈电状态传感器3台
⑶20102工作面输送机头分站（分站3）
JF-F8型分站1台
JF-F2型分站1台
KDW0.3/660B型矿用电源2台
一氧化碳传感器3台
烟雾传感器3台
风速传感器2台
移动式救生舱专用传感器1台
风门开启传感器2台
⑷20101工作面运输巷口分站（分站4）
JF-F4型分站1台
KDW0.3/660B型矿用电源1台
风速传感器3台
风门开启传感器4台
⑸固定式避难硐室专用分站（分站5）
传感器采用专用避难硐室配套传感器
⑹201盘区掘进工作面巷口分站（分站6）
JF-F4型分站2台
KDW0.3/660B型矿用电源2台
甲烷传感器1台
一氧化碳传感器1台
风筒开关1台
瓦斯断电仪2台
设备开停传感器3台
馈电状态传感器3台
移动式救生舱专用传感器1台
风门开启传感器4台
⑺20102综采工作面回风巷口分站（分站7）
JF-F4型分站2台
KDW0.3/660B型矿用电源2台
甲烷传感器2台
一氧化碳传感器1台
温度传感器1台
风速传感器2台
瓦斯断电仪2台
设备开停传感器3台
馈电状态传感器3台
移动式救生舱专用传感器1台
3.地面分站
通风机房配电室分站
JF-F4型分站2台
JKDW0.3/660B型矿用电源2台
甲烷传感器1台
一氧化碳传感器1台
温度传感器1台
风速传感器3台
风压传感器1台
设备开停传感器4台
馈电状态传感器4台
风门开启传感器2台
各类传感器装备数量见表10-1-1。
五、系统热备功能
系统软件，主、备机之间利用以太网络实时同步主、备机之间数据，并判断对方运行状态，以达到热备效果：
日常主备机均正常运行，主备机数据时刻保持一致；
主机意外退出或死机后，备机在3分钟内自动启用；
主机恢复正常后，备机放弃通讯权，主机更新所有实时、历史数据。
表10-1-1各类传感器统计表
传感器种类
传感器数量
符号
传感器种类
传感器数量
符号
甲烷传感器
7
CH4
一氧化碳传感器
8
CO
温度传感器
4
T
风速传感器
14
V
风压传感器
1
hs
水位传感器
2
S
设备开停传感器
16
KT
风门开启传感器
15
fm
馈电状态传感器
16
KD
瓦斯断电仪
6
WD
风筒开关
2
FT
烟雾传感器
3
YW
第二节其他安全生产监控系统
一、KJ110N矿压监测系统
（一）概述
矿压监测系统采用KJ110N矿压监控系统，本系统配接顶板压力分机和顶板检测传感器，能够对工作面支架来压进行监测、分析，并对巷道顶板位移进行监测和跨落前预报。
对高档普采工作面的物理指标进行客观描述，方便技术人员对采煤安全进行分析、判断，给矿领导及相关人员提供科学依据，从而科学、细致的指挥安全生产。
系统软件能比较直观，动态的监测顶板的顶板压力、顶板的位移、老顶与伪顶的离层量，并通过表格直方图、曲线、报表等形式，对顶板压力数据进行实时或历史显示，并通过声、光等多种形式进行实时预警预报。
并能自动显示、打印、保存数据。
顶板压力分机安装在悬移支架的立柱上，能够预测预报岩层运动、岩体应力，并对支护初撑力进行判断，提醒支架操作人员按规操作预防局部冒顶，传感器将采集的数据通过上位机以图表曲线等形式反映给工作人员，方便实时了解矿井压力的动态变化过程。
给技术人员提供分析判断的原始依据。
顶板检测传感器安装在顺槽的顶板上，监测直接顶之间的位移，直接顶与伪顶之间的位移。
通过就地显示和上位机图表，曲线显示，实时监控巷道的变化趋势，为采煤安全提供科学的依据。
（二）系统主要功能
1.监测：
a.监测高档普采工作面支架和超前支护工作阻力，并能够现场显示和报警。
b.监测掘进和回采巷道顶板离层位移和速度，并现场报警。
c.监测锚网巷道锚杆或锚索的载荷应力。
d.监测围岩或煤体内部应力。
2.支持：
a.系统支持多种传输介质的数据通讯。
b.网络版监测软件支持多工作站在线监和信息共享。
实现：
c.软件可实现实时显示、趋势分析、统计分析、信息反馈功能。
3.维护：
a.系统嵌入硬件故障诊断功能。
若系统接入Internet网络可实现远程维护功能。
（三）系统构成
在20101工作面设置7台顶板压力检测分机。
其左中右压力通道分别对应监测支架的前、后立柱以及平衡千斤的压力变化数据，其数据通过安装在设备列车上一台综采通讯分站及中央变电所的KJ110N主站传到地面监控主机。
在20101工作面回风巷安装位移传感器，距风门口200米开始向工作面每隔100米安装一台，传感器的深基点（第二测点）装在距顶板的4米处，浅基点（第一测点）装在1米处，分别监测直接顶之间的位移,直接顶与伪顶之间的位移。
在20101工作面回风巷口安设通讯分站一台，为传感器提供电源,同时把传感器采集到的数据通过井下工业以太环网上传给上位机，即KJ110N通讯主站。
二、矿井工业电视监控系统
（一）概述
设计在地面行工业场地以及井下设置一套技术先进、设施完善的光纤工业电视监视系统。
工业电视系统共设置26台摄像机，其中地面工业场地的重要场所设置8台彩色摄像机；井下设置18台低照本安黑白固定摄像机。
摄像点配置见表10-6-2。
地面办公楼区域摄像机采用同轴电缆传输、控制电缆进行三可变控制，并采用抗雷击及强电气干扰技术；工业场地及井下摄像机全部采用光纤传输。
煤矿工业电视监控系统由前端摄像部分、信号传输部分、视频控制、显示和存储三个部分组成。
地面摄像机和井下隔爆摄像机实时采集监控点的场景信息，地面信号经同轴电缆或五类双绞线把图像信息传送至视频分配器；井下视频信号在KBA8隔爆兼本安光纤摄像仪内部完成视频信号-光信号的转换，光信号通过光缆接入到地面的视频光端机机柜，信号在光端机机柜中由接收光端机完成光信号-视频信号的转换后，接入视频分配器。
由视频分配器将视频信号分成两路，一路接入监视器实时显示监控点的图像；另一路接入视频服务器，经过相应的处理后，在屏幕上将图像显示出来，在显示图像的同时，把视频信号按照特定压缩标准进行压缩处理，转化为体积很小的多媒体数据流写入硬盘，形成多媒体文件，完成图像存储。
将视频服务器接入局域网，相关授权用户即可通过网络进行远程查看监视信息。
矿井工业电视视频信号传到矿内各分控室，进行显示、控制；然后通过网络的形式传到总控制室，通过计算机信号和视频信号切换器，投入到电视墙上进行显示、切换、控制。
在办公楼调度室设置一套67″3×2大屏幕投影拼接系统，各路图像信号通过视频分配器同时传输至硬盘录像机和视频矩阵切换器。
用户可根据需要利用视频矩阵切换器选择所需的图像信号进行显示；也可以在大屏幕同步显示。
硬盘录像机采用视频数字压缩技术，将信号上传至矿局域网计算机管理网络视频服务器，并且接入公司数据中心。
计算机管理网络上的用户可在工作站上观看工业电视信号。
（二）系统功能特点
工业电视监控系统综合了光纤通信、现代电子技术、现代控制技术、计算机图像处理技术。
此监视系统应用于需要实时监视生产和安全状况的重要场合，使被监视场所的情况一目了然。
系统不仅可以对监视区域进行全天24小时不间断实时监控，同时实现电视监视系统的实时处理、存储与回放；还可以可把监视场所的图像按时间或日期记录下来，当有警情发生时系统会及时、准确地报警；也可在事后对报警区域进行回放分析，为日后对事件的处理提供方便条件和重要依据。
是煤炭企业实现安全生产过程自动化、领导决策信息化、经营管理现代化的得力助手。
在地面的中央控制室可对全矿井安全生产过程及设备实现自动化监测和控制，安全生产监控信息可以通过内部局域网传送给矿级领导，同时领导出差在外也能随时通过因特网查看并控制自己企业内部的摄像机，随时了解自己企业的生产工作情况，使领导能随时了解生产、安全等信息，实现全矿井的统一调度、统一管理。
（三）系统功能特点
工业电视监控系统综合了光纤通信、现代电子技术、现代控制技术、计算机图像处理技术。
此监视系统应用于需要实时监视生产和安全状况的重要场合，使被监视场所的情况一目了然。
系统不仅可以对监视区域进行全天24小时不间断实时监控，同时实现电视监视系统的实时处理、存储与回放；还可以可把监视场所的图像按时间或日期记录下来，当有警情发生时系统会及时、准确地报警；也可在事后对报警区域进行回放分析，为日后对事件的处理提供方便条件和重要依据。
是煤炭企业实现安全生产过程自动化、领导决策信息化、经营管理现代化的得力助手。
在地面的中央控制室可对全矿井安全生产过程及设备实现自动化监测和控制，安全生产监控信息可以通过内部局域网传送给矿级领导，同时领导出差在外也能随时通过因特网查看并控制自己企业内部的摄像机，随时了解自己企业的生产工作情况，使领导能随时了解生产、安全等信息，实现全矿井的统一调度、统一管理。
表10-2-1工业电视摄像点配置表
序号
摄像机安装位置
摄像机型号
防护罩
云台
摄像型式
数量
行政福利
1
办公楼门厅
SCC4203P
室内
室内
彩色一体
1
2
办公楼广场
SCC4203P
全天候
一体
彩色一体
1
工
业
场
地
3
通风机房配电间
SCC4203P
室内
室内
彩色一体
1
4
驱动机房
SCC4203P
室内
室内
彩色一体
1
5
副井井口
SCC4203P
室内
室内
彩色一体
1
6
10kV变电所
SCC4203P
室内
室内
彩色一体
1
7
产品仓顶
SCC4203P
全天候
一体
彩色一体
1
8
锅炉房
SCC4203P
室内
室内
彩色一体
1
井
下
9
主变电所
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
10
主水泵房
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
11
大巷胶带机头
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
12
20101掘进工作面
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
13
20101工作面一号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
14
20102工作面带式输送机头一
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
15
20102工作面一号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
16
20102工作面三号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
17
20102工作面五号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
18
20102工作面带式输送机头二
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
19
20102采煤工作面
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
20
20102工作面二号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
21
20102工作面四号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
22
20102工作面六号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
23
一号固定式避难硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
24
201盘区掘进工作面
25
201盘区六号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
26
20103工作面一号置仓硐室
KBA8
IP54
无
黑白固定
1
三、人员管理系统
（一）概述
KJ251矿井人员管理系统采用先进的远距离无线射频识别技术和远程通讯技术，由地面管理计算机及软件、人员定位分站、人员标识卡及读卡器等组成。
可实现对矿井入井人员的实时监测、跟踪定位、轨迹回放、考勤统计、报表查询等功能。
人员随身携带的标识卡进入读卡器工作区域被激活后（未进入读卡器工作区域标识卡不工作---处于休眠状态），即将人员编码加密信息发射出去；读卡器接收到标识卡发来的无线信号，经分站接收处理后，提取出人员编码相关信息，经数据传输接口送至地面监控计算机，完成矿井人员自动跟踪定位管理和考勤。
（二）系统构成
KJ251人员管理系统主要由监控计算机、系统软件、人员定位分站、读卡器、人员标识卡、避雷器和传输接口等组成。
监控主机：
负责整个系统设备及人员检测数据的管理、分站实时数据通讯、统计存储、屏幕显示、查询打印、画面编辑、网络通讯等任务。
系统软件：
完成人员信息编码采集、识别、加工、显示、存储、查询和表打印。
人员定位分站：
通过与读卡器的有线通讯，实时获取人员编码数据（可本地显示）。
读卡器：
接收标识卡发出的无线人员编码信号。
人员标识卡：
承载唯一的人员编码信息，当被无线信号激活后，将编码数据发送给读卡器。
人员标识卡有矿帽式、矿灯式、胸卡、腰卡等多种方式可选。
根据系统在煤矿的现场使用情况反馈，便于对人员标识卡的管理，本方案选用矿帽式人员标识卡。
（三）系统主要特点
对井下人员可实时跟踪监测，位置自动显示。
可实时跟踪查询、打印当前及某时间段井下人员数量、活动轨迹及分布情况。
在人员出、入井口设置检卡器，用于检测入井人员标识卡的完好性以及每位下井人员携带1张卡唯一性检测功能。
目标识别器和标识卡具有完全独立的发射与接收部件，其核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成。
标识卡采用高级嵌入式微处理器，在嵌入式软件的控制下，实现睡眠、唤醒、解码、编码、通信及信息碰撞处理等功能。
标识卡超低能耗设计，并采用间歇式工作方式，可使用2年以上。
系统能方便实现识别范围的调整，识别距离0-100米可调。
系统能可靠识别静态或≤80Km/h的高速移动目标。
单台目标识别器可瞬间同时识别200个以上的人员标识卡。
乘车出入的工作人员无需下车，在车辆进入监测区域后，就可自动完成人员定位及考勤功能。
识别区域无方向性、无盲区，对人体没有伤害，已通过相关机构出具检验报告。
井下人员跟踪定位分站与地面中心站失去联系时，分站仍能独立工作，自动存储人员监测数据，当通讯恢复后监控主机可提取数据自动完成数据修复。
系统在进行实时数据采集时，可进行记录、显示、查询、编辑、人工录入、网络通信等。
系统中心站及网络终端可以联网运行,使网上所有终端在使用权限范围内都能共享监测信息，查询各类数据报表。
门禁功能。
根据需要在煤矿井下限制员工进入特殊区域。
如果有未经许可人员接近该区域可发出声光报警信号，同时地面监控主机也会发出报警信号。
报警功能。
可以对下井人员限制出入时间及地点，如果超过授权时间或进入XX的地点都会触发报警设备发出警示，以便控制人员迅速做出反映，采取安全措施。
系统可自动生成人员信息数据库，实现考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。
矿井一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。
系统具有人员活动轨迹再现功能。
四、矿压监测系统
（一）概述
矿压监测系统采用KJ110N矿压监控系统，本系统配接顶板压力分机和顶板检测传感器，能够对工作面支架来压进行监测、分析，并对巷道顶板位移进行监测和跨落前预报。
对综采工作面的物理指标进行客观描述，方便技术人员对采煤安全进行分析、判断，给矿领导及相关人员提供科学依据，从而科学、细致的指挥安全生产。
系统软件能比较直观，动态的监测顶板的顶板压力、顶板的位移、老顶与伪顶的离层量，并通过表格直方图、曲线、报表等形式，对顶板压力数据进行实时或历史显示，并通过声、光等多种形式进行实时预警预报。
并能自动显示、打印、保存数据。
顶板压力分机安装在综采支架的立柱上，能够预测预报岩层运动、岩体应力，并对支护初撑力进行判断，提醒支架操作人员按规操作预防局部冒顶，传感器将采集的数据通过上位机以图表曲线等形式反映给工作人员，方便实时了解矿井压力的动态变化过程。
给技术人员提供分析判断的原始依据。
顶板检测传感器安装在顺槽的顶板上，监测直接顶之间的位移，直接顶与伪顶之间的位移。
通过就地显示和上位机图表，曲线显示，实时监控巷道的变化趋势，为采煤安全提供科学的依据。
（二）系统主要功能
1.监测：
a.监测综采工作面支架和超前支护工作阻力，并能够现场显示和报警。
b.监测掘进和回采巷道顶板离层位移和速度，并现场报警。
c.监测锚网巷道锚杆或锚索的载荷应力。
d.监测围岩或煤体内部应力。
2.支持：
a.系统支持多种传输介质的数据通讯。
b.网络版监测软件支持多工作站在线监和信息共享。
实现：
c.软件可实现实时显示、趋势分析、统计分析、信息反馈功能。
3.维护：
a.系统嵌入硬件故障诊断功能。
若系统接入Internet网络可实现远程维护功能。
（三）系统构成
在20102工作面设置15台顶板压力检测分机。
其左中右压力通道分别对应监测支架的前、后立柱以及平衡千斤的压力变化数据，其数据通过安装在设备列车上一台综采通讯分站及中央变电所的KJ110N主站传到地面监控主机。
在20102工作面辅助运输巷、回风巷安装位移传感器，距风门口200米开始向工作面每隔100米安装一台，传感器的深基点（第二测点）装在距顶板的4米处，浅基点（第一测点）装在1米处，分别监测直接顶之间的位移,直接顶与伪顶之间的位移。
在20102工作面回风巷口安设通讯分站一台，为传感器提供电源,同时把传感器采集到的数据通过井下工业以太环网上传给上位机，即KJ110N通讯主站。
第三节使用与维护
1．安装断电控制系统时，必须根据断电范围要求，提供断电条件，并接通井下电源及控制线。
安全监控设备的供电电源必须取自被控制开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。
拆除或改变与安全监控设备关联的电气设备的电源线及控制线、检修与安全监控设备关联的电气设备、需要安全监控设备停止运行时，须报告矿调度室，并制定安全措施后方可进行。
2．安全监控设备必须定期进行调试、校正，每月至少1次。
甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备，每7天必须使用校准气样和空气样调校1次。
每7天必须对甲烷超限断电功能进行测试。
安全监控设备发生故障时，必须及时处理，在故障期间必须有安全措施。
3．必须每天检查安全监控设备及电缆是否正常，使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报监测值班员；当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在8h内对2种设备调校完毕。
4．矿井安全监控系统中心站必须实时监控全部采掘工作面瓦斯浓度变化及被控设备的通、断电状态。
矿井安全监控系统的监测日报表必须报矿长和技术负责人审阅。
5．必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、收发及维护。
每班要清理隔爆罩上的煤尘，发放前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值，不符合要求的严禁发放使用。
6．配制甲烷校准气样的装置和方法必须符合国家有关标准，相对误差必须小于5%。
制备所用的原料气应选用浓度不低于99.9%的高纯度甲烷气体。
安全监控设备布置图和接线图应标明传感器、声光报警器、断电器、分站、电源、中心站等设备的位置、接线、断电范围、传输电缆等，并根据实际布置及时修改。
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