煤矿监测监控论文正稿

第一章绪论

1.1 概述国外监控系统及其技术的发展

矿井安全监控技术是伴随煤炭工业发展而逐步发展起来的。1815年，英国发明了世界上第一种瓦斯检测仪器－瓦斯检定灯，利用火焰的高度来测量瓦斯浓度。20世纪30年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，一直沿用至今。40年代，美国研制了检测瓦斯气体的敏感元件－铂丝催化元件。1954年，英矿安全研究所制成了最早的载体催化元件。60年代以后，主要的产煤国家都把发展体元件作为瓦斯检测仪器的主攻方向。电子技术的进步推动了瓦斯监控装置的进一步发展，首先是研制小型化个人携带式仪器，以后是矿井进空系统，如70年代后期法国研制的CTT63/40矿井监控系统英国的MINOS系统美国的SCADA系统等。

我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引进了一批安全监控系统，3装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况. 先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、 KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。

本系统分析了近年来我国煤矿安全生产监测监控系统的研制开发、推广使用、维护管理经验和存在的问题，在对系统的软件技术和功能、硬件及接口技术的可靠性和兼容性、传感器技术的稳定性和可靠性、企业安全生产信息化管理技术的深入研究的基础上设计而成。

第二章系统总体设计

2.1 矿井监控系统的组成

矿井监控系统由地面中心站、监控软件、传输接口装置、井下智能分站、各种相关矿用传感器等组成。地面中心站配备监控主机和打印机。主机通过传输接口与各分站通讯，监测主机屏幕可以显示动、静态图形、数据、曲线、通风（流向）图、测点配置图等，打印机可打印监测参数报表。其典型结构如图所示。

监测监控系统结构图

2.11 地面中心站

地面中心站能够实现各种监测数据的处理、显示、查询、储存、打印等功能，另外，操作员发出的设备控制命令也是通过地面中心站完成的。

生产参数的监测主要是指监控井上、井下主要生产环节各种生产参数和重要设备的运行状态参数，如煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水泵、提升机、局部通风机、主要通风机、带式输送机、采煤机、开关、磁力起动器等的运行状态和参数等。

环境参数的监测主要是指监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件，如高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳浓度、氧气浓度、风速、负压、井下空气温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。

同时，地面中心站也有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障统计和报表、报告打印功能。其中，部分系统可实现局域网络连接功能，并采用国际通用的TCP/IP网络协议实现局域网络终端与中心站之间实时通信和实时数据查询等功能。

2.12 井下分站

尽管监测监控系统的井下分站形式多样，但基本上都具备如下功能：

（1）开机自检和本机初始化功能；

（2）通信测试功能；

（3）分站具有自动控制功能（实现断电仪功能、风电瓦斯锁闭功能、瓦斯管道监测功能和一般的环境监测功能等）；

（4）死机自复位功能，且可以通知中心站；

（5）接收地面中心站初始化本分站参数设置功能（如传感器配接通道号、量程、断电点、报警上限和报警下限等）；

（6）分站自动识别配接传感器类型（电压型、电流型或频率型等）；

（7）分站自身具备超限报警功能；

（8）分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作功能和异地断电功能。

2.13传感器与控制器

传感器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统能正确反映被测环境和设备参数的关键技术和产品。目前国生产和用于煤矿监测监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器。以上传感器的开发和应用基本满足了煤矿安全生产监测监控的需要，但国产传感器在使用寿命、调校周期、稳定性和可靠性方面与国外同类产品相比还有很大差距，某些传感器（如瓦斯传感器）的稳定性还不能满足用户的需要。

煤矿井下使用的控制器主要是指各种规格的断电仪，其主体是由继电器构成，该断电仪的寿命长，可靠性高。

2.2相关术语及解释

⑴煤矿安全监控系统：具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成的系统。

⑵传感器：将被测物理量转换为电信号输出的装置。

⑶甲烷传感器：连续监测矿井环境气体中及抽放管道甲烷浓度的装置，一般具有显示及声光报警功能。

⑷风速传感器：连续监测矿井通风巷道中风速大小的装置。

⑸风压传感器：连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等地点通风压力的装置。

⑹一氧化碳传感器：连续监测矿井中煤层自然发火及胶带输送机胶带等着火时产生的一氧化碳浓度的装置。

⑺温度传感器：连续监测矿井环境温度高低的装置。

⑻烟雾传感器：连续监测矿井中胶带输送机胶带等着火时产生的烟雾浓度的装置。

⑼设备开停传感器：连续监测矿井中机电设备“开”或“停”工作状态的装置。

⑽风筒传感器：连续监测局部通风机风筒“有风”或“无风”状态的装置。

⑾风门开关传感器：连续监测矿井中风门“开”或“关”状态的装置。

⑿馈电传感器：连续监测矿井中馈电开关或电磁启动器负荷侧有无电压的装置。

⒀执行器(含声光报警器及断电器) ：将控制信号转换为被控物理量的装置。

⒁声光报警器：能发出声光报警的装置。

⒂断电控制器：控制馈电开关或电磁启动器等的装置。

⒃分站：煤矿安全监控系统中用于接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传送给传输接口，同时，接收来自传输接口多路复用信号的装置。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理、对传感器输入的信号和传输接口传输来的信号进行处理的能力，控制执行器工作。

⒄主机：一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络联接等。

⒅馈电异常：被控设备的馈电状态与系统发出的断电命令或复电命令不一致。

⒆瓦斯矿井：只要有一个煤(岩)层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井依照矿井瓦斯等级进行管理，分为低瓦斯矿井，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井。

(20)便携式甲烷检测报警仪：具有甲烷浓度数字显示及超限报警功能的携带式仪器。

(21)甲烷报警矿灯：具有甲烷浓度超限报警功能的携带式照明灯具。

（22）数字式甲烷检测报警矿灯：具有甲烷浓度数字显示及超限报警功能的携带式照明灯具。