煤炭安全监控系统综述

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。

采煤工作面自动化系统
低瓦斯和高瓦斯矿井采煤工作面采用串联通 风时，被串工作面的进风巷设置甲烷传感器 T4，如图1a所示。Z型、Y型、H型和W型通风 方式的采煤工作面甲烷传感器的设置参照上 述规定执行，如图1b～图1e所示。
10m～15m T2 T1 ≤10m
上隅 角
T0
10m～15m T3
≤10m
T4
（a）
10m～15m
表1 2000年～2007年全国煤矿发生一次死亡百人以上事故
时间 地点 类别 瓦斯煤尘 爆炸 瓦斯爆炸 死亡人数 162 124 2000.09.27 贵州省水城矿务局木冲沟煤矿 2002.06.20 黑龙江省鸡西矿业集团城子河煤矿
2004.10.20 河南郑煤集团大平煤矿
2004.11.28 陕西铜川矿业集团陈家山煤矿 2005.02.14 辽宁阜新矿业集团孙家湾海洲立井
瓦斯爆炸
瓦斯爆炸 瓦斯爆炸
148
166 214
2005.08.07 广东省兴宁市大兴煤矿
2005.11.27 黑龙江七台河矿业集团东风煤矿
透水事故
煤尘爆炸
121
171
2005.12.07 河北省唐山市开平区刘官屯煤矿
2007.12.05 山西省临汾市洪洞瑞之源煤业有限公司
瓦斯爆炸
瓦斯爆炸
108
105
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。 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。
2007年全国煤炭总产量约为25.5亿吨， 全国煤矿发生各类死亡事故 2421 起，死亡 3786 人，百万吨死亡率约为 1.485 。 2007 年 全国煤矿发生一次死亡 10人以上的重特大事 故 28 起，死亡 573 人。其中，重特大瓦斯事 故 22 起，死亡 460 人，事故起数和死亡人数 分 别 占 全 国 煤 矿 重 特 大 事 故 的78.6%和80.3%。
炭装卸载及绞车运行的全自动化；选煤厂自动化系
统实现了对整个地面生产系统上百台设备的集中控 制。





因此，瓦斯防治是减少煤矿死亡事 故总量的首要工作，是煤矿安全生产工 作的重中之重。
因此，瓦斯防治是减少煤矿死亡事故总量的 首要工作，是煤矿安全生产工作的重中之重。 避免或减少瓦斯爆炸事故的方法 当空气中瓦斯浓度达到 5% ～ 15% CH4 （ 4% ～ 16%CH4 ）时，在一定能量的火源作用下，就会发 生瓦斯燃烧和爆炸。因此，避免或减少瓦斯爆炸 的发生就要控制空气中瓦斯浓度和火源。 使瓦斯浓度大于爆炸限 地下气化、地下液化、无人采煤。
煤矿安全监控系统的功能 （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。
6.3 采煤工作面甲烷传感器的设置 6.3.1 长壁采煤工作面甲烷传感器必须按 图1设置。U型通风方式在上隅角设置甲烷传 感器T0或便携式瓦斯检测报警仪，工作面设 置甲烷传感器T1 ，工作面回风巷设置甲烷传 感器T2；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器 T1不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质 安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感 器 T 3；
2006年全国煤炭总产量约为23.25亿 吨，全国煤矿发生各类死亡事故 2945 起， 死亡 4746 人，百万吨死亡率 2.04 。 2006 年全国煤矿发生各类一次死亡 10 人以上 的特大事故39起，死亡744人，其中，特 大瓦斯事故25起，死亡472人，事故起数 和死亡人数分别占全国煤矿特大 事故的64.1%和63.4%。
皮带张 紧系统 皮带电 皮带电 机开关 机开关 皮带电 机开关 皮带张 紧系统 皮带电 皮带电 机开关 机开关 皮带电 机开关
转载机
支架 支架 支架
破碎机
T
前部 运输机
后部运输机
未
采
区
23 米
支架 支架 支架
采煤机
电液支架控制主机 （ PM31）
电话机
至地面集控室
工业以太网
采煤机 运输机 运输机 转载机 破碎机 开关 开关 开关 开关 开关 泵站 开关 泵 站 开 关
6.3.2 采用两条巷道回风的采煤工作面甲 烷传感器必须按图 2设置。甲烷传感器T0、T1 和 T2 的设置同图 1a ；在第二条回风巷设置甲 烷传感器 T5 、 T6 。采用三条巷道回风的采煤 工作面，第三条回风巷甲烷传感器的设置与 第二条回风巷甲烷传感器 T5 、 T6 的设置相同。
T6
10m~15m
≤10m
T1
T2
（b）
10m～15m ≤10m T1 T2
（c）
10m～15m T1 ≤10m
10m～15m T1 T2
T2
≤10m
（d）
10m～15m T2 T1
≤10m
（e） A—U型通风方式； b—Z型通风方式； c—Y型通风方式； d—H型通风方式； e—W型通风方式. 图1 采煤工作面甲烷传感器的设置
10m～15m
T7 10m~15m 10m~15m T8
T2
T1 10m~15m
T0
（a）
10m~15m T2 T1 ≤10m T0
T8
10m～15m
T7
10m~15m
（b）
图3有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器的设置
6.3.4 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工 作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回 风巷中部增设甲烷传感器。 6.3.5 采煤机必须设置机载式甲烷断电仪 或便携式甲烷检测报警仪。 6.3.6 非长壁式采煤工作面甲烷传感器的 设置参照上述规定执行，即在上隅角设置甲 烷传感器T0或便携式瓦斯检测报警仪，在工 作面及其回风巷各设置1个甲烷传感器。
2005年全国煤炭总产量21.9亿吨， 全国煤矿发生各类死亡事故3306起，死 亡5938人，百万吨死亡率2.71。2005年 全国煤矿发生各类一次死亡10人以上的 特大事故58起，死亡1739人；其中，特 大瓦斯事故40起，死亡1160人，事故起 数和死亡人数分别占全国煤矿特大事故 的69%和66.7%。
10m~15m
T5
≤10m
T0
T2
T1
≤10m
图2采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器的设置
6.3.3 有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器 必须按图3设置。甲烷传感器T0、T1、T2 的设置同 图1 a；在专用排瓦斯巷设置甲烷传感器T7，在工 作面混合回风风流处设置甲烷传感器T8，如图3a、 图3b所示。
提 纲
1 2 3 4 矿井监控的意义 矿井监控的特点 矿井监控关键科学技术问题 煤矿井下电磁环境与电磁兼容
1 矿井监控的意义
煤炭行业是高危行业，瓦斯、煤尘、 水灾、火灾、冲击地压等困扰着煤炭工 业的健康发展。其中，瓦斯（煤尘）爆 炸事故是煤炭生产最严重的灾害。
2004年全国煤炭总产量19.56亿吨， 全国煤矿发生各类死亡事故 3641 起，死 亡 6027 人，百万吨死亡率 3.08 。 2004 年 全国煤矿发生各类一次死亡 10 人以上的 特大事故 42 起，死亡 1008 人；其中，特 大瓦斯事故32起，死亡867人，事故起数 和死亡人数分别占全国煤矿特大事故的 76.2%和86%。
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。
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。
列车 变电站
地面调度电话机

矿井电机车运输自动化系统
矿井电机车运输自动化系统是一个基于 工业以太网的信集闭系统，在地面集控中心 实现对井下轨道运输的调度、信号的闭锁、 道岔的自动控制及运输状况的在线监测，地 面操作员直接与司机对话联系，撤消了井下 调度室，使矿井运输管理跃上一个新的水平。
http://www.hxytecΒιβλιοθήκη
轨道运输监控操作场面


矿井皮带自动化系统
矿皮带自动化系统在每条皮带设置门类齐全的 保护装置、起停信号预报、工业电视摄像头、移动 通信装置，控制信号、保护信号、开停信号均由设 在皮带机头的 PLC 装置进行集成后，接入井下工业 以太网平台传至地面集控中心，在地面集控中心， 工作人员通过观看现场的工业电视图像，通过与巡 检工移动电话联系，可靠地实现了对井下所有主运 输皮带的开停控制，实现井下现场无人值守，撤消 皮带工区，井下上百人开停皮带的工作场景成为历 史，取而代之的是地面集控中心。
(2)传输距离远。一般工业监控对系 统的传输距离要求不高，仅为几千米， 甚至几百米，而矿井监控系统的传输距 离至少要达到10千米。
(3)网络结构宜采用树形结构。一般 工业监控系统电缆敷设的自由度较大， 可根据设备、电缆沟、电杆的位置选择 星形、环形、树形，总线形等结构。而 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。
使瓦斯浓度小于爆炸限 降低瓦斯浓度：抽采（放）、通风 等；但不能保证任何时间和地点都满足 要求。 控制火源 电气火花（约占 50 ％，监控、防爆、 违章、设备故障等）、放炮、煤炭自燃、 摩擦撞击、其他明火等。
煤矿安全监控系统的作用 原理 当瓦斯超限、或掘进巷道局部通风机 停风时，切断相关区域的电源并且闭锁， 避免或减少由于下述火源引起瓦斯和煤尘 爆炸： （1）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）摩擦碰撞火花及高温等。

皮带集控操作场面


供电、排水、通风、提升、选煤自动化系统
根据同样原理，供电自动化系统实现了对井下 变电所的地面停送电控制；排水自动化系统实现了 对井下的自动排水；通风自动化系统实现了对矿井 通风机的远程开停控制；提升自动化系统实现了煤
2008 年全国煤炭总产量约为 27.2 亿吨， 全国煤矿发生各类死亡事故 1954 起，死亡 3215人，百万吨死亡率约为1.182。2007全 国煤矿发生一次死亡 10 人以上重特大事故 38起，死亡707人。其中，重特大瓦斯事故 17起，死亡334人，事故起数和死亡人数分 别占全国煤矿重特大事故的44.7%和 47.2 %。 2000年至今以来，全国煤矿发生一次 死亡百人以上事故9起，其中7起是瓦斯事 故，如表1所示 。
2矿井监控的特点 煤矿井下是一个特殊的工作环境， 有易燃易爆可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、空间狭小、监控距离远。 因此，矿井监控系统不同于一般工业监 控系统，矿井监控系统同一般工业监控 系统相比具有如下特点：
(1)电气防爆。一般工业监控系统均 工作在非爆炸性环境中，而矿井监控系 统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤 矿井下。因此，矿井监控系统的设备必 须是防爆型电气设备，并且不同于化工、 石油等爆炸性环境中的工厂用防爆型电 气设备。