畢業設計（論文）
題 目： 煤礦安全生產監測監控係統
所屬係部
所學專業
班 級
學生姓名
指導教師
職 稱
20 年 月
煤礦安全生產監測監控係統
摘要：
礦井安全生產監測監控係統是一種能夠自動采集和處理數據並進行相應控製的係統。它能夠實現甲烷超限斷電、停風斷電、通風係統監測監控、煤與瓦斯突出預報、火災監測與預報、水災監測與預報、礦山壓力監測與預報等，從而減少瓦斯與煤塵爆炸、火災、水災、頂板等災害事故發生，有效地保障煤礦安全生產和礦工生命安全。
關鍵字：
傳感器 分站 地麵監控係統
目錄
第一章 煤礦安全生產監測監控係統的發展現狀與發展趨勢 2
1.1 煤礦安全生產監測監控係統的發展現狀 2
1.2 煤礦安全生產監測監控係統的發展趨勢 2
第二章 煤礦安全生產監測監控係統的組成 3
2.1 地麵中心站 4
2.2 下分井站 4
2.3 傳感器與控製器 5
第三章 便攜式安全生產檢測裝置 5
3.1 熱催化式甲烷檢測報警儀的工作原理 5
3.2 熱催化式甲烷檢測報警儀的主要性能指標 5
第四章 礦用監控係統傳感器 6
4.1 智能遙控甲烷傳感器 7
4.1.1 甲烷傳感頭 7
4.1.2 供電電源 7
4.1.3 放大器及A/D變換器 7
4.1.4 紅外遙控器及接收器 7
4.1.5 單片機 7
4.1.6 顯示電路 8
4.2 一氧化碳傳感器 8
4.2.1 電化學式KG3002型一氧化碳傳感器 8
4.3 溫度傳感器 8
4.3.1 熱電偶、熱電阻及熱敏電阻溫度傳感器 8
4.3.2 半導體式溫度計 9
4.3.3 紅外光式溫度傳感器 9
4.4 開關量傳感器 9
4.4.1 觸點傳感器 9
4.4.2 幹簧管傳感器 9
4.4.3 光電傳感器 9
4.4.4 電磁感應式開關量傳感器 9
第四章 礦山供電係統 9
4.1 礦井供電的類型 9
4.2 井下中央變電所 10
4.2.1井下中央變電所的結線 10
4.2.2 井下中央變電所的位置和硐室布置 11
4.3 采區變電所 12
4.3.1 采區變電所的結線 12
4.3.2 采區變電所的位置和硐室布置 （圖4-4） 12
4.4 綜采工作麵供電與工作麵配電點 12
4.4.1 綜采工作麵供電（圖4-5） 12
4.4.2 工作麵配電點 12
第五章 礦用現場總線的選擇 13
第一章 煤礦安全生產監測監控係統的發展現狀與發展趨勢
《煤礦安全規程》第一百五十八條明確規定：“所有礦井必須裝備礦井安全監測監控係統。礦井安全監測監控係統的安裝、使用和維護必須符合本規程和相關規定的要求。”
自2000年以來，隨著國家對煤礦企業安全生產要求的不斷提高和企業自身發展的需要，我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井陸續在裝備礦井監測監控係統。係統的裝備大大提高了礦井安全生產水平和安全生產管理效率，同時也為該技術的正確選擇、使用、維護和企業安全生產信息化管理提出了更高的要求。
1.1 煤礦安全生產監測監控係統的發展現狀
我國監測監控技術應用較晚，20世紀80年代初，從加拿大、法國、德國、英國和美國等引進了一批礦井安全生產監測監控係統（如DAN6400、TF-200、MINOS和SCADA），這些係統在我國煤炭行業中發揮了巨大作用，也為我國研製礦用監測監控係統提供了良好的借鑒。上述係統均是綜合型監測監控係統，但側重於安全參數的檢測和控製，且這些監測監控係統存在如下問題：①性價比過低，即係統價格過高，難以承受；②主監測機的係統軟件在文檔處理上有些不符合我國企業實際情況；③井下工作站的體積、質量比較大；④技術服務上有缺陷；⑤有些係統的技術並非一流。
在引進國外監測監控係統的同時，通過消化、吸收並結合我國煤礦的實際情況，先後研製出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等監測監控係統。目前，這些係統已經在我國煤礦得到廣泛運用。實踐表明，安全監測監控係統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用，各局礦已作為一項重大安全裝備。由於當時相當一部分監測監控係統由於技術水平低、功能和擴展性能差、現場維修維護和技術服務跟不上等原因，或者已淘汰、或者停產。因此造成相當一部分礦井無法繼續正常使用已裝備的係統。特別是近年來由於老係統服務年限將至，已無繼續維修維護的必要，係統麵臨更新改造的機遇。
隨著電子技術、計算機軟硬件技術的迅猛發展和企業自身發展的需要，國內各主要科研單位和生產廠家又相繼推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等監測監控係統，以及MSNM、WEBGIS等煤礦安全綜合化和數字化網絡監測管理係統。同時，在“以風定產，先抽後采，監測監控”十二字方針和煤礦安全規程有關條款指導下，規定了我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監測監控係統。因此，大大小小的係統生產廠家如雨後春筍般的不斷出現，為用戶提供了更多的選擇機會、也促進了各廠家在市場競爭條件下不斷提高產品質量和服務意識。
1.2 煤礦安全生產監測監控係統的發展趨勢
隨著計算機技術、網絡技術、微電子技術的不斷發展，特別是著眼於我國煤礦安全生產的實際，煤礦安全生產監測監控係統在未來將按照信息化、網絡化、自動化的方向發展。
（1）自身性能的不斷提高
a) 提高傳感器的質量
提高各種傳感器的質量，特別是要研製高可靠性的瓦斯傳感器，使其在智能性、耗能、體積、使用壽命、工作穩定性和調校周期等方麵均有所提高和改善。
b) 應用智能化的電氣設備
在係統中應用智能化的高壓開關櫃、高壓真空饋電開關、低壓真空饋電開關等，向係統提供多參數的信息（如電流、電壓、單相/三相漏電電流、開關運行狀態、開關機械/電氣閉鎖狀態等），以減少由電氣火災引起礦井瓦斯爆炸的可能性。
c) 使用高性能的運算處理係統
使用運算處理速度更快、運算處理性能更高的CPU，以提高煤礦安全生產監測監控係統對各種複雜信息的處理能力和處理速度。
另外，使用大屏幕液晶顯示技術，可以使煤礦安全生產監測監控係統既能夠顯示各種表格，又能夠顯示各種可視圖像。
d) 應用新型控製技術
現場總線及現場總線控製係統（FCS）是一種新興技術，它代表了現場測控技術領域的發展方向。以現場總線控製係統技術為基礎開發煤礦安全生產監測監控係統是必然趨勢，這種新模式必然會促進和推動煤礦電氣控製技術的發展，並推動煤礦向采煤自動化方向邁進。
使用以現場總線為基礎建立的煤礦安全生產監測監控係統具有現場總線的所有特點，即總線結構、數字串行通信、多點（廣播）方式、接受過濾功能、全分散等。
（2）網絡性能的不斷完善
a) 統一的通信協議
針對通信協議不規範和傳輸設備物理層協議不規範的問題，應盡快尋找一種解決係統兼容性的途徑或製定相應的專業技術標準，這對促進礦井監測監控技術的發展和係統的推廣應用具有十分重要的意義。
b) 網絡化的範圍不斷擴大
目前，煤炭企業裝備的計算機網絡可實現企業內部的資源共享。今後的趨勢是全國的煤炭企業進行聯網，從而實現更大範圍的資源共享。
（3）智能性能的不斷增強
a) 提高生產決策的能力
煤礦安全生產監測監控係統不僅能夠實現對煤礦生產過程的監測監控，而且還能根據被監測環境的參數進行有效的危險性辨別和分析，以提出專家的生產決策方案。
b) 提高預報預測的能力
根據煤礦各種曆史數據，煤礦安全生產監測監控係統應能夠進行趨勢分析，以提高對瓦斯等災害因素的預報預測能力和水平。
c) 提高預防災害的能力
在事故即將發生之際，煤礦安全生產監測監控係統能利用安全防護設備，控製災害發生，減少災害損失。
第二章 煤礦安全生產監測監控係統的組成
早期的礦井安全生產監測監控係統主要由傳感器、斷電儀、載波機、傳輸線、解調器、計算機、調度顯示盤等組成。隨著計算機技術、網絡技術、微電子技術的不斷發展，目前的礦井安全生產監測監控係統主要由監測監控終端、地麵中心站、通信接口裝置、井下分站、各種傳感器等組成。其典型結構如圖1-1所示。
圖1-1 監測監控係統結構圖
2.1 地麵中心站
地麵中心站能夠實現各種監測數據的處理、顯示、查詢、儲存、打印等功能，另外，操作員發出的設備控製命令也是通過地麵中心站完成的。
生產參數的監測主要是指監控井上、井下主要生產環節各種生產參數和重要設備的運行狀態參數，如煤倉煤位、水倉水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量；水泵、提升機、局部通風機、主要通風機、帶式輸送機、采煤機、開關、磁力起動器等的運行狀態和參數等。
環境參數的監測主要是指監測煤礦井下各種有毒有害氣體及工作麵的作業條件，如高濃度甲烷氣體、低濃度甲烷氣體、一氧化碳濃度、氧氣濃度、風速、負壓、井下空氣溫度、岩煤溫度、頂板壓力、煙霧等。
同時，地麵中心站也有顯示測量參數、數據報表、曲線顯示、圖形生成、數據存儲、故障統計和報表、報告打印功能。其中，部分係統可實現局域網絡連接功能，並采用國際通用的TCP/IP網絡協議實現局域網絡終端與中心站之間實時通信和實時數據查詢等功能。
2.2 井下分站
盡管監測監控係統的井下分站形式多樣，但基本上都具備如下功能：
（1）開機自檢和本機初始化功能；
（2）通信測試功能；
（3）分站具有自動控製功能（實現斷電儀功能、風電瓦斯鎖閉功能、瓦斯管道監測功能和一般的環境監測功能等）；
（4）死機自複位功能，且可以通知中心站；
（5）接收地麵中心站初始化本分站參數設置功能（如傳感器配接通道號、量程、斷電點、報警上限和報警下限等）；
（6）分站自動識別配接傳感器類型（電壓型、電流型或頻率型等）；
（7）分站自身具備超限報警功能；
（8）分站接收中心站對本分站指定通道輸出控製繼電器實施手控操作功能和異地斷電功能。
2.3 傳感器與控製器
傳感器的穩定性和可靠性是煤礦監測監控係統能正確反映被測環境和設備參數的關鍵技術和產品。目前國內生產和用於煤礦監測監控係統的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風速、負壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，以及機電設備開停、機電設備饋電狀態、風門開關狀態等開關量傳感器。以上傳感器的開發和應用基本滿足了煤礦安全生產監測監控的需要，但國產傳感器在使用壽命、調校周期、穩定性和可靠性方麵與國外同類產品相比還有很大差距，某些傳感器（如瓦斯傳感器）的穩定性還不能滿足用戶的需要。
煤礦井下使用的控製器主要是指各種規格的斷電儀，其主體是由繼電器構成，該斷電儀的壽命長，可靠性高。
第三章 便攜式安全生產檢測裝置
煤礦安全生產監測裝置種類很多，一般分為便攜式檢測裝置和係統式檢測裝置。便攜式檢測裝置以其質量輕、便於攜帶等特點，被廣泛應用於煤礦中。目前，煤礦用便攜式檢測裝置主要用來檢測甲烷、一氧化碳、氧氣、硫化氫等，最為常用的是便攜式甲烷檢測報警儀。
便攜式檢測裝置應當具備以下功能：①低功耗；②具有實時數據及時鍾顯示；③具有聲光報警並可設置、調整報警點；④可燃氣體傳感器高濃度保護功能；⑤可燃氣體傳感器故障自檢，可更換傳感器；⑥電池欠壓提示。
便攜式甲烷檢測報警儀根據其工作原理可分為很多種，如光幹涉式甲烷檢測報警儀、熱導式甲烷檢測報警儀、熱催化式甲烷檢測報警儀等。目前，國內外廣泛采用的是熱催化式甲烷檢測報警儀，主要原因是熱催化式甲烷檢測報警儀具有成本低、結構簡單、受背景氣溫和溫度影響小、輸出信號電流大、信號處理顯示方便、易實現自動檢測等優點。
3.1 熱催化式甲烷檢測報警儀的工作原理
熱催化式甲烷檢測報警儀的工作原理是：利用甲烷在催化元件（俗稱黑白元件）上的氧化生熱（也稱無煙燃燒）使催化元件的阻值發生變化，由催化元件和電阻組成的惠斯通電橋失去平衡，當瓦斯在元件表麵發生無煙燃燒時，元件溫度升高，阻值增大，電橋輸出與瓦斯濃度成比例的電壓信號，通過測量電信號的大小，達到檢測甲烷濃度的目的。根據這一原理製成的便攜式甲烷檢測報警儀大體分為兩類：一類是由電橋輸出的信號，直接驅動電表指示甲烷濃度；另一類是電橋輸出的信號經放大後，驅動電表或數字電路顯示甲烷濃度，放大後的信號還可連接聲光報警電路，提示甲烷濃度超限。信號經比例放大後分為兩路，一路為經A/D轉換、譯碼、驅動和數字顯示等形成的電路；另一路為經電壓比較、驅動和聲光報警等形成的電路。
3.2 熱催化式甲烷檢測報警儀的主要性能指標
（1）儀器按使用功能可分為檢測儀（以顯示功能為主的儀器，以下稱A類儀器）、報警儀（以報警功能為主的儀器，以下稱B類儀器）和測報儀（兼有顯示和報警兩種功能的儀器，以下稱C類儀器）。
|
發表評論
