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监测监控设计方案

安阳鑫龙煤业（集团）龙山煤业有限责任公司

KJ209N安全监控系统方案

目录

一、方案设计原则3

二、方案设计依据4

三、方案设计标准5

1、监测、监控设备选型原则5

四、矿井概况6

1、位置范围6

2、交通条件6

3、通信方式7

五、KJ209N型煤矿安全监控系统8

1、主要功能特点8

2、主要技术指标12

3、系统组成13

4、煤矿安全监控设备配置14

六、监控系统的安全措施21

1、设计方面21

2、设备安装调试、整定值方面21

3、运行维护和人员培训方面22

七、矿井安全监测监控系统运行的可靠性分析22

八、安全监控工程完成后的预期效果23

九、系统的运行维护与管理24

1、机构与培训24

2、系统运行管理24

3、系统维护管理25

4、系统的联网25

附表1龙山煤矿安全监测监控系统专项设计方案26

附表2KJ209N-F分站和KJ209N-D电源的性能参数27

一、方案设计原则

方案编制本着先进性、适用性、经济性、易操作性和可维护性为原则，在保持必要的技术先进性和满足生产、安全管理要求的前提下，保障建成后的系统技术先进，运行稳定可靠，维护操作方便，后期升级扩容能力强，投资经济有效。

并且本方案的设计内容完全符合新出行业标准所规定的全部条例。

二、方案设计依据

《煤矿安全规程》2006年版

《矿井通风安全质量标准化标准》

《煤矿监控系统总体设计规范》

《煤矿监控系统中心站软件开发规范》

《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》

《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》

《KJ209N型矿井综合安全监控系统产品标准》

《煤矿安全质量标准化标准》

《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）》

《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029-2007）》

《矿井通风安全装置使用管理规定》（煤安字[1995]562号）

三、方案设计标准

1、监测、监控设备选型原则

（1）监测、监控设备应符合国际、国家及行业的有关规程、规范、标准。

遵循先进、成熟、适用、可靠的原则，选用通过国家技术监督局认证、经有关部门检验取得“MA安全标志准用证”的产品。

（2）优先选用本质安全型设备。

（3）安全监测、监控设备必须具备故障闭锁功能

（4）安全监测、监控设备必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。

当主机和系统发生故障时，系统必须保证甲烷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电保护。

（6）为防止人为取消断电功能，保障煤矿安全生产，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。

KJ209N系统具有以上各项并满足AQ6201-2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》，由监控主机及其外设、传输接口、分站、传感器和信号电缆等组成，系统可对瓦斯、风速、负压、烟雾、温度、水位、流量等井下参数及局部通风机的开停、主要风门的开闭状况进行连续监测，对掘进工作面实现风电瓦斯闭锁，此外还对固定设备，采掘设备、供电系统等的开停工况、馈电开关状况及其他相关参数进行连续监测。

四、矿井概况

1、位置范围

龙山煤矿行政区划隶属河南省安阳市管辖，地理坐标为东经：

114°05′17″～114°06′51″，东距安阳市25km，北距水冶镇5km，京广铁路干线从安阳市通过，较为便利（见图1）。

本区属丘陵区，地形总的趋势是西高东低，矿区内地面标高在+144.50～+329.80m之间，相对高差215.30m。

矿区范围内沟谷纵横，季节性冲沟发育，泄水条件较好。

龙山煤矿矿井开拓方式为综合开拓，有5个井筒（4个斜井和1个立井），开采方法为单水平上下山开采，开采水平为-220m。

矿井现有2个生产采区（11采区、23采区）、2个准备采区（21采区和25采区）。

2、龙山煤矿地理位置图

图1工区地理位置与交通示意图

3、地质说明

安阳煤田区域构造格局以走向断层为主，褶曲次之，构造线总体方向呈北北东向。

火成岩在地表局部出露，在本矿西部有零星出露。

地层走向北西～南东，倾向北东方向，地层倾角浅部较陡30～38°，中部比较平缓4～21°，深部受构造影响倾角20～25°。

瓦斯治理历来是煤矿安全生产的重点与难点。

由于涉及技术装备、管理水平、人员素质、责任制度等多方面的问题，因此可以说防治瓦斯是一项极其繁杂的系统工程。

运用信息技术改善瓦斯防治管理手段、提升瓦斯管理水平，已经成为我国煤矿安全生产的迫切需求。

龙山煤矿自建矿井以来，煤与瓦斯突出比较严重，共发生煤与瓦斯突出111次，最大突出为1999年4月6日，在13081切眼35米处突出煤量1070吨，其次是1986年3月4日，11轨道上山，突出煤量902吨，死亡7人。

4、通信方式

矿井外部通信矿井对外通信采用已有光纤设施就近，接入附近电信局。

矿区也可利用移动电话与外界联系。

矿井内部调度通信通过设调度程控电话交换机作为井上下生产调度通信用。

矿井互联网通信矿井局域网已通过电信专线光线联接国际互联网可以方便的实现联网通讯及时了解国家最新的方针政策。

五、KJ209N型煤矿安全监控系统

KJ209N分站采用分站+电源箱+断电器+后备电池+传感器模式，监控系统各部件结构设计打破了常规方式，如KJ209N-F型监控分站与KJ209N-D防爆电源箱独立分开，在井下可以带电打开分站盖接线或更换插板，在不方便停电的场所应用极为适合。

KJ209N型监控系统的所有部件都采用高可靠设计和积木式结构，各部件的组合与分解非常方便。

如甲烷传感器、监控分站、遥控器、高压断电器等设备，控制逻辑全部集中在一块插板或模块上，机内无连线，维修更换简单。

非专职维修人员也能应急修理。

1、主要功能特点

1.1地面中心站部分

（1）操作采用全汉字菜单及窗口提示。

配有（智能）全拼、双拼、五笔及区位等多种汉字输入方法，人机界面友好，全面遵循WINDOWS窗口风格。

鼠标操作，通用性好，可操作性强。

（2）监测图页静态和动态编辑作图对用户开放，鼠标和键盘均可操作。

全面支持实时多任务。

在系统进行实时数据采集的同时，系统可进行记录、显示、分析运算、超限报警控制、查询、编辑、动态定义、绘制图形和曲线并打印实时报表、超限报表和班、日、月报表等工作。

（3）屏幕显示为页面式，图形文本兼容，每页显示的信息由用户自行定义编制，直至屏幕显示满为止，显示页可随意调出。

在监测显示画面中，可对数值、断电状态、馈电状态、设备开停状态、风门开关状态、报警信息、流量等根据监测量实现功能强大的模拟动画显示。

（4）可以在地面中心站连续集中监测处理多种环境和工况参数，模拟量和开关量可实现任意互换。

（5）监控软件中的控制逻辑可由用户设置编排。

具有井下任一分站的测点超限而由另一台分站控制断电的异地交叉断电功能。

并具有风、电、瓦斯闭锁功能。

在紧急情况下，系统操作人员可在地面中心站向井下分站直接发送控制命令，从而控制井下电器设备的断电或声光报警。

（6）KJ209N型矿井安全监控系统对采集到的数据进行实时分析处理，以数值、曲线、柱图等多种形式进行屏幕查询显示和打印，并形成相应的历史统计数据（每个模拟量测点的最大值、最小值、平均值；每个模拟量测点24小时内的最大值、最小值、平均值及确切时间；每个模拟量测点超限或故障的时间及次数累计值；每个开关量测点24小时内的开停及故障累计次数和累计时间），供有关人员随时查阅和打印。

（7）KJ209N型矿井安全监控系统具有很强的自检诊断功能，能及时发现系统自身配置设备事故，并在屏幕上以文本或图形方式直观显示，同时发出报警，并指出故障位置和原因。

还能在屏幕实时弹出信息窗，供维护人员查询打印，并将其记入运行报告文件。

可查询非正常状态的开始时间及持续时间。

具有人机对话功能：

通过主控软件设定断电参数、设定报警参数等。

（8）KJ209N型矿井安全监控系统提供有实时密采功能，并且实时密采数据可每天连续存储。

（9）KJ209N型矿井安全监控系统对各分站监测点的瓦斯浓度或其它模拟量参数每天形成班、日报表，并形成瓦斯浓度及其它模拟量参数的曲线图，可随时查询打印；开关量每天形成班、日报表。

（10）联机定义或修改系统中的各种传感器、分站及控制器的类型、安装位置及控制通道。

对模拟量传感器的上下限报警、断电值可多级别定义。

系统配置灵活，允许用户随时接入或删除分站、传感器、断电器。

（11）KJ209N型矿井综合安全监控系统具有良好的开发性和扩展性，集成方式灵活，用户可根据实际需要进行扩展。

可扩展接入诸如瓦斯抽放、工业电视、等多个子系统，形成一套集安全监控、生产调度管理、局矿办公自动化网络于一体的计算机监控网络综合系统。

有广域网接口，易于形成互联网络。

（12）KJ209N型矿井安全监控系统监测处理参数的类型丰富，模拟量有瓦斯、风速、负压、CO、氧气、水位等；开关量有设备开停、风门开关、馈电状态等。

（13）监控软件具有很方便的作图能力，并提供有相应的图形库，操作员可在不间断监测的同时，完成图形编辑、绘制和修改，在模拟图上相应位置实时数字显示各种传感器的数值。

（14）KJ209N型矿井安全监控系统软件设有口令保护，只有授权人员才能登录操作。

（15）在实时监视画面，可对屏幕任意显示测点单击鼠标右键，弹出快捷菜单，快速的查询该点的数据、曲线、定义、运行状况等信息。

（16）查询可同时显示多个测点的曲线并可通过游标获取相应的数值及时间，查询时间段可自行设定。

（17）系统具备双机切换功能，当某台监控主机出现故障等原因时，另一台监测主机可在5min内投入工作。

以上功能全部符合《煤矿安全规程》有关规定。

1.2、井下分站和电源

（1）井下分站含备用电源，当交流断电时，分站与传感器由备用电源供电，可连续供电2小时以上。

（2）在井下分站完全断电情况下之后恢复供电，即使井下分站与地面中心站失去通讯联络，分站也能够继续、独立地进行工作，自动恢复记忆，按照事先给定的要求实现瓦斯超限断电报警、断电和复电控制功能，断电逻辑可实现瓦斯风电闭锁装置和瓦斯断电仪的全部功能。

断电距离大于2Km。

（3）分站模拟量与开关量可以随意互换。

不受端口的限制，充分提高了分站端口的利用率，使系统设计更加优化。

（4）监控分站支持一根四芯电缆带2台传感器的应用，可节省大量电缆，减少施工量和维护量。

（5）分站具备故障闭锁功能；当与闭锁控制有关的监控设备未投入正常运行或故障时，立即切断相关电源并闭锁；当与闭锁控制有关的监控设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。

（6）分站具备超三分闭锁功能：

当主、备风机停止运行并且瓦斯传感器浓度超过3%，分站执行闭锁风机，使之不能启动。

（7）风门传感器具备语音报警功能。

2、主要技术指标

（1）系统的容量：

64个分站（可扩展到128个分站），

（2）数据传输速率：

1200bps；

（3）误码率≤10-8；

（4）传输方式：

FSK，

（5）扫描间隔：

≤0.4秒；

（6）巡检周期：

≤30秒

（7）软件运行环境：

WindowsXP/2003；

（8）网络环境：

Ethernet以态局域网（NT）；

（9）机房应配备电源和信号避雷器。

（10）机房应设专用配电柜或配电箱，并提供双路电源引入和相关配电装置。

UPS输入和稳压器的输入均由配电箱引出。

（11）机房内电压波动范围220V±10%,频率50HZ±2%,波形失真率≤20%。

（12）主要监测参数

序号

名称

型号

量程

单位

备注

1

低浓传感器

GJC4

0--4

%

2

高低浓传感器

GJ4/100

0—100

%

3

一氧化碳传感器

GTH1000

0—1000

ppm

4

风速传感器

GFW15

0.4--15

m/s

5

温度传感器

GWD100

0--100

℃

6

负压传感器

GPD100

0--5

KPa

此外，还可监测管道瓦斯、管道温度、管道压力、管道流量等模拟量；设备开停、馈电状态、风筒、以及各种矿用机电设备开停和风门、烟雾传感器等参数。

3、系统组成

地面中心站由监测主机、KJ209N-T矿用远程调制解调器；井下由KJ209N-F矿用本质安全型监控分站、KJ209N-D矿用隔爆兼本质安全型电源和各种传感器组成。

本项目完成后使系统能符合AQ6201-2006新标准并能包括：

三分闭锁、16路输入通道能够互换、主备机自动切换、软件动态图形显示、远程断电、一根线带2个模拟量传感器等功能。

系统网络拓扑图见图2

KJ209煤矿安全生产监控系统图图2

4、煤矿安全监控设备配置

4.1、机房连接示意图及主要设备

机房设备连接示意图见图3

龙山煤矿系统监控室连接图图3

4.2、KJ209N型矿井监控系统按井上、井下两部分设计

（1）井上部分设计

·冯工区在冯工区瓦斯抽放泵站及风机房各安装一套监控分站，瓦斯抽放输入管道中安装管道瓦斯传感器、温度传感器、负压传感器及流量传感器，室内安装一台低浓甲烷传感器，风机房安装一台负压传感器，主扇四节电机及三台抽放泵均安装机电设备开停传感器。

·一工区一工区风机房安装一套监控分站，室内安装一台负压传感器，监测风硐负压变化。

主扇四节电机均安装机电设备开停传感器。

·压风机房压风机房安装一套监控分站，三台压风机均安装机电设备开停传感器。

地面煤仓安装一台瓦斯传感器，并实现断电功能。

（2）井下部分设计

·采煤工作面井下两个采煤工作面分别在回风巷风门外及进风巷外各安装一套监控分站，在工作面风流、上隅角、回风流、回风流机电设备处及进风巷安装瓦斯传感器；回风口安装温度传感器、一氧化碳传感器，测风站安装风速传感器

·掘进工作面井下七个掘进工作面在配电点处各安装一套监控分站，在工作面、回风流及回风流机电设备处安装瓦斯传感器，风筒末端安装风筒传感器、风机上安装机电设备开停传感器，主要风门安装风门开关状态传感器及声光报警器，煤巷掘进工作面在回风口安装温度传感器、一氧化碳传感器及在测风站安装风速传感器；

·机电硐室井下四个变电所各安装一套监控分站，变电所内安装温度传感器。

·其它在采区回风巷、一翼回风巷测风站各安装一台高低浓瓦斯传感器及风速传感器，采区煤仓上口安装一台低浓瓦斯传感器，皮带运输机滚筒下风侧安装一台烟雾传感器。

所有传感器安装位置、报警值、断电值、复电值、断电范围严格按照《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）进行设置。

监控系统低压信号电缆应和高压供电线路分开悬挂，避免干扰。

4.3、传感器选型及配置

（1）甲烷传感器

选用GJC4、GJ4/100矿用本质安全兼隔爆型甲烷传感器，它可以连续自动的将井下瓦斯浓度转换成标准电信号传送给关联设备，具有就地显示瓦斯浓度值超限声光报警功能。

具有性能稳定，测量精确，响应速度快，结构坚固易维护，遥控调校故障自校自检等特点。

测量范围：

低浓O～4%CH4，高浓4～100%CH4，输出信号：

低浓200～1000Hz，高浓1200～2000Hz。

（2）一氧化碳传感器

选用GTH1000型一氧化碳传感器矿用本安型能连续监测和就地显示CO浓度值，超限声光报警功能。

对各种内外因火灾实现就地监测等特点。

测量范围为0～1000ppm，输出信号200～1000Hz。

（3）负压传感器

选用GPD100矿用本安型负压传感器，可实现对矿井风机、风门、通风巷道等地压力的连续监测。

能就地显示出被测压力值，并输出与被测压力成比例的信号供检测系统采集。

其测量范围O～100KPa，输出信号频率（200～1000）Hz、电流：

（1～5）mA。

（4）开停传感器

选用GKT5本安型矿用开停传感器，适用于煤矿等具有瓦斯煤尘爆炸危险场所的各种机电设备开停状态的连续实时监测。

具有体积小、质量轻、感应灵敏度高、抗干扰能力强、安装维修方便。

输出信号1/5mA电流型信号（二线制）。

显示方式，绿色灯为设备开，红色灯为设备停。

（5）风速传感器

选用GFW15矿用本安型风速传感器,适用于煤矿井下风速的测量。

具有遥控调校功能,能很方便的进行安装调校.该传感器是用压电超声原理研制成功的无转动部件,结构小型化,使用方便,检出量不受环境温度,气压,粉尘和电磁干扰影响.具有测量精确度高,范围广,维护方便等优点。

测量范围0.4～15m/s,输出信号200～1000Hz。

（6）风门传感器

选用GFK30矿用本安型风门传感器,适用于煤矿井下通风系统风门的开闭状态。

可与语音声光报警器配套使用，可实现语音风门提示及报警功能，并将风门开闭状态信号上传至中心站，也可与各类监控系统配套使用。

测量原理：

磁场感应。

输出信号：

触点型常开或常闭。

（7）温度传感器

选用GWD100矿用本安型温度传感器,适用于在煤矿等具有瓦斯煤尘爆炸危险的场所对温度的连续实时监测,能同时输出温度模拟信号,并就地显示温度测量值。

可与KJ209N等各种监控系统配套使用。

测量范围0～100℃,输出信号200～1000Hz。

表1-1-2矿井安全监控系统设备配置表

设备名称

布置地点

分

站

甲

烷

CH4

温

度

T

一氧

化碳

CO

风

速

F

负

压

P

设备

开停

KT

风筒

开关

FT

风

门

FM

烟

雾

YW

声光

报警

SG

断电器

DD

备注

压风机房

1

1

3

1

一工区风机房

1

1

4

冯工区

2

2

1

2

7

23043工作面

2

7

1

2

1

1

2

1

2

11101工作面

2

7

1

2

1

2

2

2

2

11071上顺槽

1

6

1

2

1

4

1

2

1

2

1

23煤柱

1

4

1

1

1

4

1

1

1

1

23022下顺槽

2

7

1

1

1

4

1

1

1

1

21集中运输巷

1

5

4

1

1

1

1

21041下底板抽放巷

2

6

1

4

1

2

2

1

25051上底板抽放巷

1

7

4

1

1

1

1

11011底板巷

2

4

2

4

1

1

1

1

中央变电所

1

1

1

4

1

11采区变电所

1

3

2

2

23采区变电所

1

4

1

2

1

25采区变电所

1

2

1

2

23皮带巷

1

1

4.4、断电器的选型安装及断电范围

矿井选用与KJ209N监控系统配套的KJ209N-F型监控分站,该分站具有本地执行断电的功能，当远距离断电或异地断电时就需要配接KDG0.3/660矿用隔爆兼本质安全型断电器。

断电范围参照国家AQ1029-2007标准进行设置。

断电范围图见附表4。

4.5、传输电缆

本设计安全监控系统传输电缆选用矿用阻燃信号电缆，下井主传输电缆型号为MHYVP1*4*1/1.38，共铺设3.5Km；传输支电缆型号为MHYV1*4*7/0.52，共铺设2Km；传感器与分站间为支线电缆型号为MHYV1*4*7/0.43，共铺设10Km。

六、监控系统的安全措施

监控系统的安全措施可分为三个方面

1、设计方面

在煤矿安全监控系统设计中，严格按照国家相关文件进行设计。

龙山煤矿安全监控系统设计有两台主机,一台工作,一台备用，能连续24小时不间断监测;为防止监控系统被雷击,在地面中心站机房及线路入井口处各装设一台KJ73型避雷器;为保证中心站停电时，系统能连续工作2小时以上,设计在中心站安装一台20KVA不间断电源,并选用具有内置备用电源的监控分站。

井下监控分站各种传感器均选用本安型设备,传输线路选用矿用阻燃信号电缆。

2、设备安装调试、整定值方面

（1）煤矿安全监测监控主机要安设在专门的机房或矿调度室,环境条件要好,附近不能有强磁场的电器设备,如发电机组、地面变电所、变压器等。

（2）线路安装要正确，接线时要使用专用接线盒（如二通、三通、四

通接线盒）。

地面线路架空敷设时需有承力钢索。

（3）井下分站及传感器应设在环境好无滴水的硐室或巷道内，设备接线要正确，按监控系统图要求正确接线，特别是工作面的闭锁装置和断电馈电开关一定要接线正确。

（4）各传感器安装的位置，请按井下平面布置图安装保证各传感器处于正常状态。

甲烷，一氧化碳，温度，风速等传感器应布置在巷道上方，垂直悬挂距顶板不大于300mm，距巷道侧壁不小于200mm。

其他传感器的设定值按《煤矿安全规程》要求进行设定。

3、运行维护和人员培训方面

（1）矿井应设立安全监控系统管理机构，由本矿井总工程师直接领导，设专职监控中心主任1名，根据井下安全监控设备、传感器数量和管理区域范围大小配齐井下安全监测工。

（2）监控值班员必须做到培训合格、持证上岗。

实行24小时不间断值班制度。

当系统出现异常问题时，值班监测工必须立刻向值班领导报告，值班领导必须立即按规定采取紧急措施予以处理，并记录在案。

（3）井下安全监测工实行24小时值班制度，系统发生故障，必须在8小时内处理完毕，故障处理期间，必须采取人工检测等安全措施。

（4）煤矿企业应建立健全安全仪表计量检验制度。

设立传感器调校、检修、鉴定台帐。

按照国家及自治区相关标准、规程、规范等规定。

对传感器进行定期的调试和校正，对甲烷超限断电功能进行测试。

七、矿井安全监测监控系统运行的可靠性分析

KJ209N型煤矿安全监控系统是采用北京鑫源九鼎科技有限公司生产的成套设备。

该公司有雄厚的技术实力。

公司通过了IS09001质量管理体系认证，有较高的信誉。

并有较好的售后服务。

该系统的各种传感器能与分站配套使用，主机的容量为64台分站（可扩容为128）。

本设计使用23台分站，因此，主机能力较大，而且有一台备用主机，所以系统主机运行是可靠的。

主机与井上、下分站之间信息传输是通过KJ209N-T型传输接口完成的,该接口可以实现主机与分站之间双向通讯,传输接口的传送距离与分站之间20Km,而本设计中从主机到最远的分站不超过4Km,因此该系统的信号传输是可靠的。

分站是实时采集各种参数信息,送回信息和接取主机命令的独立工作单元.本设计为保证突然断电时,分站也能连续工作,中心站设有不间断电源,分站均有内置电池备用电源,当外部电源断电时，备用电源能自动启动投入使用.供电时间不小于2小时,保证监控系统正常运行。

本方案采用的各种型号的传感器