矿井安全监控系统

•供电监控系统
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
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。
•火灾监控系统
监测CO、CO2、O2、温度、压差、烟雾等， 并通过风门风窗控制，实现均压灭火控制、 制氮与注氮控制等。
矿井监控系统一般组成：
• 传感器；
• 多屏幕；
• 执行机构；
• UPS电源；
• 分站；
• 远程终端；
• 电源箱（或电控箱）；• 网络接口电缆；
• 主站（或传输接口）；• 接线盒等。
• 主机（含显示器）； 结构见图1.3。
• 打印机；
• 模拟盘；
工作原理：
•传感器将被测物理量转换为电信号，经3芯
或4芯矿用电缆（1芯地线，1芯信号线，1芯 分站向传感器供电）与分站相连，并具有显 示和声光报警（有些没显示或声光报警）。
甲烷浓度信号进行调制，将调制后的信号 经2芯矿用信号电缆传至地面遥测仪（可达 10KM），为减少电缆，此段可采用频分多 路复用（5~10路）。断电仪同时对甲烷浓 度判别，若超断电浓度，则通过继电器切 断被控区域动力电源，并闭锁。
• 断电仪还兼作电源，将井下电网的交流电
转换为断电仪和传感器所需的本质安全型 直流电源。
1.2 全矿井综合监控系统
这是矿井监控系统发展方向。既可用于前述 的环境安全、运输等多方面的综合监控，又 可实现某些或某个方面监控的多参数、多功 能监测与控制并重、就地自动控制与地面人 为远动控制结合的系统。由智能传感器、智 能监控站、调度管理网络等组成。见书P8图 1.6。
1.2.1 智能传感器
道不共享、信息不共享、以监测为主，控 制功能、尤其远程控制功能不强、灾害预 报功能弱等问题。
• 发展方向：组态软件、现场总线、可编程
控制器、多媒体、计算机网络、GIS和智能 传感器等技术，向着监测与控制并重、就 地自动控制、远程人为控制、灾害预报、
硬件通用、软件兼容、信道共享、信息共享、 多参数、多功能、多媒体全矿井综合监控。
• 遥测仪对接收到的调制信号解调后显示，
并进行报警判别，超过报警浓度时发出声 光报警信号，同时记录仪记下甲烷浓度。
•主要技术特征：
单一甲烷监测、就地断电控制、声光报警、 数码管或模拟表头显示、多笔记录仪记录、 频分多路复用、单向模拟传输、树形网络结 构、采用分立组件或中、小规模集成电路。
•在发展甲烷遥测系统同时，为了保证运输系
统（轨道、提升、胶带等）安全、提高生产 率和设备利用率，推广应用了模拟盘调度系 统。
1.1.2 矿井监控系统组成
随着技术（传感器、电子、计算机、信息传 输）发展和要求提高，~发展为多参数单方面 监控系统（针对某一方面的多参数监控）。 包括：环境安全、轨道运输、胶带运输、提 升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、煤 与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控 系统。
•环境安全监控系统
CH4、CO、CO2、O2、H2S、风速、负压、湿 度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、 局扇开停、主扇开停及工作电压电流等监测， 并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电 闭锁控制等。
•轨道运输监控系统
监测信号机电动转辙机状态、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，并实现信号电动转辙机闭 锁控制，地面远程调度与控制等。
遥测仪
记录仪
甲烷传感器 断电仪 被控开关 被控开关 断电仪 甲烷传感器
交流电
交流电
• 工作原理：传感器将被测甲烷浓度转换为
电信号送断电仪（最大传输1KM ），并具 有浓度显示和浓度超过报警浓度后声光报
警功能（也有将声光报警箱与传感器分离 的）。用3芯或4芯矿用信号电缆，模拟基 带信号传输。断电仪对甲烷传感器送来的
•胶带运输监控系统
对皮带速度、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 仓煤位等监测，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。
•提升运输监控系统
对罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、 阻车器状态等，并实现推车、补车、提升闭 锁控制等监测。
⑴电路通用 可配接各种不同的传感组件，被测不同物理 量时只需更换传感组件，且同一传感器还可 同时接入多个传感组件构成多参数传感器。 ①便于用户维护；②备品备件少，便于配备， 大大提高产品质量和生产的批量；③便于维 护人员集中精力、深入细致地掌握电路原理， 及时处理故障，保证系统正常运行。
⑵数字信号传输与多路复用
矿井安全监控系统
主讲：何廷山 2007/06/28-2007/06/29
1 绪论
• ~是煤炭高产、高效、安全生产的保证； • ~推广应用，保障了煤矿的安全生产和矿工
生命安全；改善了作业环境，吸引人才降 低了误操作及违章作业概率；
• 一般工业监控原理和技术难以直接运用。
1.1 矿井监控系统组成
• 现有问题：硬件不通用、软件不兼容、信
•主机选用工控微型机或普通台式微型机、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。
• 投影仪、模拟盘、大屏幕、多屏幕、电视
墙等用来扩大显示面积，便于在调度室远 距离观察。
• 管理工作站或远程终端一般设在矿长或总
•执行机构（含声光报警及显示设备）将控制
信号转换为被控物理量，用矿用电缆与分站 相连。
•分站接收来自传感器的信号，并按预先约定
的复用方式（时分制或频分制）远距离传送
给主站（或传输接口），同时接收来自主站 （或传输接口）多路复用信号。分站具有线 性校正、超限判别、逻辑运算等简单数据处 理能力、对传感器输入的信号和主站传输来 的信号进行处理，控制执行机构工作。传感 器及执行机构距分站的最大传输距离一般不 大于2KM。故一般采用星形网络结构（1个传 感器或1个执行机构使用1根电缆与分站相连） 单向模拟传输。
⑶采用微机（含单片机）、大规模集成电路、 固态继电器及大功率电力电子器件、投影 仪、大屏幕、模拟盘、多屏幕、电视墙等， 具有彩显、磁盘记录、打印报表、联网等 功能。
单方面多参数监控系统解决了机械化采煤的 急需，但系统存有控制功能差、通用性差、 性能价格比低等问题。这既不符合监测与控 制并重、硬件通用、软件组态、现场总线监 控与多媒体的发展趋势，又难于满足煤炭高 产、高效、安全生产的需要。其主要表现见 教材。
工办公室，以便随时了解矿井安全及生产 状况。
• 数据服务器是主机与管理工作站及网络其
它用户交换监控信息集散地。
• 路由器用于企业网与广域网及电话线入网
等协议转换、安全防范等。技来自特征：⑴传感器及执行机构采用星形网络结构与分 站相连，单向模拟传输；
⑵分站至主站间采用树形、环形或树形与星 形混合网络结构；
1.1.1 早期的矿井监控系统
• ~由瓦斯遥测系统发展而来。 • 瓦斯遥测系统具有甲烷超限声光报警和断
电功能。
• 技术特征：单一甲烷监测、就地断电控制、
声光报警、数码管或模拟表头显示、多笔 记录仪记录、频分多路复用、单向模拟传 输、树形网络结构、采用分立组件或中、 小规模集成电路。
瓦斯遥测系统一般组成如下图：
•电源箱将井下交流电网电源转换为系统所需
的本质安全型直流电源，并维持电网停电后 正常供电不小于2h的蓄电池。
•主站（或传输接口）接收分站远距离发送的
信号，并送主机处理：接收主机信号、并送 相应分站。主站（或传输接口）主要完成地 面非本质安全型电气设备与井下本质安全型 电气设备的隔离，主站还具有控制分站的发 送与接收，多路复用信号的调制与解调，系 统自检等功能。
1.3.2 矿井监控系统的分类
⑴按监控目的分：环境安全、轨道运输…… ⑵按使用环境分：防爆型、矿用一般型、地 面普通型和复合型。⑶按复用方式分：频分 制、时分制、码分制和复合复用方式。⑷按 网络结构分：星形、环形、树形总线形和复 合形。⑸按信号传输方向分：单向、单工和 双工。⑹按传输信号分：模拟传输、数字传 输。⑺按调剂方式分：基带、调幅、调频和 调相。⑻按同步方式分：同步传输、异步传 输系统。
⑶网络设备由工作站（含多屏幕工作站、多 媒体工作站）和服务器等组成。一般采用 以太网。
1.2.4 现场总线与组态软件技术
1.3 矿井监控系统特点与分类
1.3.1 矿井监控系统特点 ⑴电气防爆。⑵传输距离远。⑶网络结构宜 采用树形结构。⑷监控对象变化缓慢。⑸电 网电压波动大。⑹工作环境恶劣。⑺传感器 （或执行机构）宜采用远程供电。⑻不宜采 用中继器。
具有信号采集、控制、与主站（或上级智能 控制站）双向数据传输等功能。 ⑴与传感器（含执行机构）信号传输采用数 字传输； ⑵采用组态软件技术，解决了分站通用问题。 ⑶采用现场总线技术，解决通信协议不通用、 不同分站难以接入同一系统。
1.2.3 调度管理网站
调度管理人员通过它与系统进行信息交换， 其功能体现为： ⑴采用计算机网络将工作在生产调度室、通 风调度室矿长办公室和总工办公室等许多工 作站联系在一起，工作站可利用网上的生产、 安全、销售、财会等多方面信息。通过授权 限制资源利用。 ⑵采用组态软件技术解决中心站软件通用问 题。
•矿山压力监控系统
监测地音、顶板位移、位移速度、位移加速 度、红外发射、电磁发射等，并实现矿山压 力预报。
•煤与瓦斯突出监控系统
监测煤岩体声发射、瓦斯涌出量、工作面煤 壁温度、红外发射、电磁发射等，并实现煤 与瓦斯突出预报。
•大型机电设备健康状况监控系统
监测机械振动、油质量污染等，并实现故障 诊断。