煤矿安全监控

煤矿安全监控（精选十篇）

煤矿安全监控篇1

20世纪80年代, 我国在引进先进技术的基础上, 自行研制开发了KJ2和KJ4系统。90年代, 我国研发了具有世界先进水平的KJ66系统。近年来, 我国陆续开发了具有先进水平的KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000, KJG2000等监控系统。

1 煤炭安全监控系统存在的问题

1.1 井下数据采集难以满足安全生产监控的要求

目前, 技术水平有限, 而煤矿井下环境条件复杂, 采集数据种类繁多。因此, 煤矿井下数据采集系统存在以下缺陷:

(1) 缺乏精度高、可靠度高。智能型的矿用传感器, 目前的矿用传感器需要定期校验, 且易中毒。

(2) 井下矿用传感器种类不全, 尤其是具有特殊用途传感器的缺失。

(3) 缺乏针对生产设备运行的监控传感。忽视了生产设备安全性对于环境安全的补充性。

(4) 安全生产监控系统存在盲区, 仅重视采掘工作面部署, 忽视了其他安全隐患大的地方部署。

(5) 目前, 煤矿井下安全监控系统多采用有线方式, 有线传输系统的局限性, 使得其无法及时对危险区进行监控。以及存在极大安全隐患的废弃巷道内也均未铺设安全监控系统。

1.2 系统共享程度低

不同厂家的信讯设备不能兼容, 无法共享传输电缆等传输网络。形式上形成了“集成”, 实际上是“信息孤岛”, 资源无法共享, 导致信息资源利用率低, 无法对煤矿企业管理层的决策提供借鉴和参考。

1.3 信息利用程度不高

目前, 煤矿安全监控系统尚未实现安全事故的预警, 针对突发事故应急救援的决策支持和信息保障功能, 仅仅是可以进行简单的安全数据采集和具备简易报警功能。

1.4 应急救援信息保障功能缺失

目前, 煤矿安全监控系统在发生安全事故之后, 无法针对矿难发生时井下人员的位置和分布状况等提供救援信息, 仅能实现考勤记录功能, 无法为救援任务的及时开展提供决策参考依据。

1.5 无法主动监控井下失信行为

目前, 煤矿安全监控系统无法针对危害矿井安全的失信行为进行主动监控, 不能及时发现事故隐患, 仅能被动地针对井下的环境和设备进行监控。

由于目前的煤矿井下安全监控系统存在的瓶颈问题, 无法满足煤矿安全需求, 因此需要建立符合实际需求的井下综合监控系统。

2 无线传感网络的应用

近年来, 无线传感器网络技术的快速发展, 为煤矿安全监控系统的研发提供了新思路。无线传感器网络技术在煤矿安全监控中的应用, 可以很大程度上的提升煤矿安全监控能力和水平。

首先, 煤矿井下安全监控需要数据在传输过程中, 保持较强的精准性和实时性, 井下环境复杂, 覆盖区域广, 监测点繁多, 危险因素众多, 所以有线监控无法实现全面覆盖, 只能针对重点区域进行监测, 井下存在很多监测盲区, 这就无形中产生许多风险。有线监控方式中, 系统过于依赖线路, 一旦网络节点出现问题, 数据传输就会失效, 不能实现井下监控的需求。而无线传感器可以实现减少对线路的依赖, 无线传感器网络应用于井下, 将由密集的无线传感器网络节点组成的无线传感器网络大量部署在井下, 实现全面覆盖, 扫除监控盲区, 这些网络节点体积小、成本低, 操作和维护都相对容易。无线传感器网络具有网络自组织的特点, 因此可以针对传统有线网络系统的覆盖不足存在盲区以及对线路的依赖性等缺陷和不足, 形成有效补充, 一定程度上提高了煤矿安全监控水平。

其次, 无线传感器网络相比传统的煤矿安全检测系统, 具有很多的优势和便利之处。一是无线传感器网络的节点可以与多种类型传感器相结合, 接驳的传感器包括环境、设备、视频等多种传感器, 从而能够保证对煤矿井下多角度多维度信息的完整采集;二是无线传感器网络节点集计算、存储、无线通信等功能于一体, 单个节点在监测到信息之后, 以汇聚节点作为集合大本营, 将局部监测到的信息资料在此进行汇集, 以保证煤矿井下采集数据的精准度, 并且可以利用节点间协同合作, 实现更加复杂的监控;三是无线传感器网络存在网络自组织的特点, 如果有个别节点发生损坏, 其网络依然可以保证正常的工作, 如果在发生矿难以后, 其余的无线传感器网络可以利用网络自组织性进行自动组网, 从而保证信息的正常传输, 不耽误矿难的营救工作。可见, 无线传感器网络能够很好地满足煤矿井下综合监测的需求, 可以具体针对煤矿井下的复杂环境, 具体情况具体分析, 采用符合其复杂环境的无线传感器网络的应用模式, 实现煤矿井下的安全监控。

利用无线传感器网络构建新一代煤矿井下安全综合监控系统, 可以更好地实现煤矿的安全生产, 保障矿工的生命安全。因此, 采用基于无线传感器网络的安全综合监控系统, 对于减少煤矿事故, 实现煤矿井下的安全监控具有重要的现实意义。

参考文献

[1]景兴鹏, 等.无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的应用[J].煤炭技术, 2009, 04:93-97.

煤矿安全监控系统篇2

系统介绍：

山东科大中天电子公司以煤矿安全监控预警与智能化安全开采成套技术及其全过程实施管理信息化为主导产业，强力打造专家服务团队、技术研发团队与现场实施团队，不断拓展实用矿山压力控制等理论与研究方法体系，确保公司的产品研制与现场应用始终处于同行业领先水平。

科大中天以井下岩层运动为中心，自主研发了“KJ385矿山压力位移监测系统”，并通过“煤矿重大事故远程预警与实施管理信息系统”将矿压、瓦斯、水文等数据进行实施分析，实现了煤矿安全高效开采的信息化、智能化、可视化。

KJ599煤矿安全监控系统（以下简称系统）的设计、制造按照AQ6201-2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》等相关标准进行，完全符合国家的相关标准要求。该系统不仅能够准确、及时地反映井下环境参数，达到对灾害的早期预测、对事故进行必要的处理，而且还能为生产调度及时提供各种设备的运行状况，进而有效地指挥生产。

主要用途和适用范围：

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。用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速、负压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。系统将计算机检测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。实现了复杂环境下对煤矿安全状况的自动监测和分析。

适用于我国各类大、中、小型煤矿的安全监测监控。

附：2014年近三月煤矿事故统计（5月到7月）

5月1日21时左右，江西省宜春市袁州区西村镇东杉煤矿（乡镇煤矿）发生一起其他事故，死亡1人。

5月3日16时40分，重庆市银海煤业有限公司连铭煤矿（乡镇煤矿，证照齐全）2名工人在井下N1312采煤工作面回风巷掘进工作面掘进回风巷时，因风筒出风口距工作面达20几米，引起风量不足，导致1名工人深度昏迷，经抢救无效于20时40分死亡。

5月13日，山西阳煤集团五矿赵家分区（山西宏厦第一建设公司施工）发生煤与瓦斯突出，造成4人死亡；

5月13日6时20分，四川省泸州市古蔺县煤矿（东段）有限公司322主提升道发生一起运输事故，死亡1人。

5月14日，中煤榆林能源大海则煤矿（国有重点）发生一起其他事故，死亡13人。5月17日15时20分，神华集团海勃湾矿业有限责任公司在内蒙古乌海市的公乌素煤矿三号井，采煤二队综采工作面93—96#支架处在过断层，在此处装药作业过程中94#支架处片帮，矸石砸中配合放炮员作业的一名支架工头部，经抢救无效死亡。

5月20日16时，重庆市巫溪县棉元煤矿（乡镇煤矿，证照齐全）井下+740m水平首采工作面上出口处发生一起顶板事故，死亡1人。

5月22日8时25分，辽宁铁法煤业（集团）有限公司晓明煤矿，1名电工在中央主扇房进行清扫高压开关柜灰尘作业时不慎触电，经抢救无效死亡。

5月24日16时，重庆市黔江区龙桥煤业有限公司龙桥煤矿（乡镇煤矿，证照齐全）井下+485m水平33号石门溜煤上山掘进工作面距碛头5米处，发生一起其它事故，死亡1人。5月25日，贵州省六枝工矿集团公司玉舍煤业有限公司11182（Ⅱ）机巷底板抽放巷发

生煤与瓦斯突出事故，造成6人死亡，仍有2人被困。

5月30日1时40分，重庆市綦江区鑫盛煤业发展有限公司木朗煤矿（乡镇煤矿，证照齐全）发生一起顶板事故，死亡1人。

6月2日20时55分，淮南市东华实业公司谢区新一矿-252mB8采煤工作面架棚时发生漏顶，造成一职工被埋，经抢救无效死亡。

6月3日，重庆市南桐矿业公司砚石台煤矿一个急倾斜柔性掩护支架回采工作面发生瓦斯爆炸事故，造成22人死亡、1人受伤。

6月5日6时50分，重庆铜梁永红煤业有限公司（乡镇煤矿，证照齐全）+315m水平南翼回风下山掘进工作面处理悬矸时，发生一起顶板事故，死亡1人。

6月6日14时10分左右，重庆市永川区邓家岩矿业有限公司（乡镇煤矿，证照齐全）井下工人违章用钻杆代替木质或竹质炮棍装药卷，导致雷管炸药爆炸，造成事故，死亡2人。

6月7日12时，綦江区安稳煤炭有限公司（乡镇煤矿，证照齐全）井下技改二区通风上山（+396m-+580m水平）下口处理堵塞物时，发生一起其它事故，死亡1人。

6月7日14时15分，阜新矿业（集团）有限责任公司兴阜煤矿，3416综放工作面运输顺槽调运物料时发生断绳跑车，将正在运输顺槽维修作业的1名电工撞伤，经抢救无效死亡。

6月8日7时40分，内蒙古赤峰市元宝山区平庄镇向阳一矿一采区回风上山220-230段维修巷道时突然发生冒顶，造成一名现场维修作业人员死亡。

6月8日11时20分，重庆市长寿区凤城镇复元黄山煤矿（乡镇煤矿、证照齐全）井下-5m水平南翼采煤工作面运输巷装载点处理悬矸时，发生一起顶板事故，死亡1人。

6月8日18时30分，重庆市北碚区华川煤矿（乡镇煤矿，证照齐全）地面矸石山卸矸处发生一起其它事故，死亡1人。

6月9日20时左右，江西省赣州市于都县利村煤矿（乡镇煤矿）发生一起顶板事故，死亡1人。

6月11日，贵州省六枝工矿集团公司新华煤矿一炮掘工作面发生煤与瓦斯突出事故，造成10人死亡。

6月14日19时10分，淮北矿业集团临涣煤矿一名采煤工在Ⅱ924综采工作面机巷清理皮带机余煤时，被卷入机尾滚筒内，经抢救无效死亡。

6月15日，湖南省怀化市辰溪县双木湾煤矿发生透水事故，造成9人被困井下。

6月16日，新疆吐鲁番地区星亮矿业有限公司二矿在混合提升斜井下放溜煤嘴过程中，矿车跳销发生跑车，造成4人死亡、2人重伤。

6月17日4时左右，重庆市綦江区大庆煤业有限公司后庆煤矿（乡镇煤矿、证照齐全）井下+519m水平运输巷与石门交叉处，发生一起运输事故，死亡2人。

6月19日9时左右，重庆天弘矿业有限责任公司盐井二矿（国有重点、证照齐全，新建矿井）井下-150m水平东翼石门掘进工作面（巨能集团重庆千牛建设有限公司组织施工）耙渣机进行耙矸作业时，前方导向滑轮固定装置脱落，将1名掘进工打伤，经抢救无效死亡。

6月20日12时40分，大足县顺安达矿业有限责任公司（乡镇煤矿、证照齐全）井下+118m水平南翼采煤工作面在下放载煤机作业时，发生一起其它事故，死亡1人。

6月23日16时30分左右，江西省九江市武宁县鲁溪镇小泉煤矿（乡镇煤矿）发生一起其他事故，死亡1人。

6月24日8时50分左右，江西丰城矿务局尚庄煤矿（国有重点）发生一起其他事故，死亡1人。

6月26日15时50分，淮南市八公山区焦宝石煤矿-140mB4采煤工作面架棚时发生漏顶，造成一名职工被埋，经抢救无效死亡。

6月26日19时50分左右，涪陵区盈盛煤业有限公司（乡镇煤矿，证照齐全）井下+270M水平3101采面下部作业点煤壁发生片帮，1名矿工在逃离过程中，被垮落的煤炭击倒掉入溜煤眼后卡在溜煤眼的支护之间，被垮落的煤炭掩埋，经抢救出井送往医院途中死亡。

6月27日11时，云阳县帆水煤业有限责任公司田湾分公司（乡镇煤矿，证照齐全）井下+835M水平风巷维修时，发生一起顶板事故，死亡1人。

6月27日，榆林市横山县韩岔乡庙渠煤矿（乡镇）发生一起顶板事故，死亡1人。6月29日14时40分，新余市分宜县麻竹坑煤矿（乡镇煤矿）发生一起运输事故，死亡1人。

7月1日0时48分，呼伦贝尔华能扎赉诺尔煤业有限责任公司灵东煤矿运输队在处理综采工作面顺槽胶带运输机断带过程中，一名作业人员被卷入卸煤辊筒，经抢救无效死亡。

7月5日，新疆生产建设兵团第六师大黄山豫新煤业有限责任公司一号井发生瓦斯爆炸事故，造成17人死亡。

7月6日23时20分，赤峰瑞安矿业有限责任公司综采队2号皮带运输机司机坠落储煤仓，死亡一人。

7月9日15时左右，重庆璧山县大路煤业有限公司胜利煤矿（乡镇煤矿，证照齐全）井下+210m水平南巷联络顺槽巷道发生一起顶板事故，死亡2人。

7月11日，四川省雅安市雨城区大众煤业有限公司井下掘进工作面无风微风作业，放炮作业产生大量有毒有害气体，作业人员盲目进入工作面发生中毒窒息，造成3人死亡。

7月11日19时30分，江西鸣山矿业有限责任公司（国有重点）发生一起瓦斯爆炸事故，死亡3人。

7月11日22时28分，皖北煤电集团祁东煤矿一名职工在采区煤仓清理煤仓淤煤时不慎跌倒，被垮落的淤煤掩埋，经抢救无效死亡。

7月13日1时30分，四川省宜宾市高县两河口煤矿1354采面发生一起顶板事故致1人受伤入院，经抢救无效于3时38分死亡。

7月15日8时11分，淮北矿业集团袁店二井煤矿综采区检修班在7223机巷向下松车时，矿车之间的联杆轴销断裂造成放大滑，一名职工被挤伤颈部，经抢救无效死亡。

7月15日16时40分，内蒙古生力集团中伟爆破有限责任公司工作人员在鄂托克旗棋盘井新胜煤矿（露天）采坑1316平盘实施爆破作业，6名工作人员正在装药，药管炸药突

然起爆，造成3人死亡，2人重伤，1人轻伤的事故，伤者全部送往医院进行救治，情况稳定。

7月17日3时50分，铁煤集团内蒙古东新煤炭集团有限责任公司伊金霍洛旗敬老院煤矿51201综采工作面综采队夜班在正常组织生产过程中，站在支架大脚上的支架工李宝柱在操作147号支架降架过程中，未能及时停止降架，将自己挤压在电缆槽与支架之间，后被送往神东医院经抢救无效于7月17日早上6时死亡。

7月17日13时30分，重庆巫溪县快活煤矿（乡镇煤矿、证照齐全）井下+609m水平主大巷东二号溜煤眼上山30米处维修巷道时，发生一起其它事故，死亡1人。

7月18日12时30分，重庆大足县兰家湾煤炭有限公司（乡镇煤矿、证照齐全）井下+180m水平N20913采煤工作面下顺槽启动刮板运输机时，发生一起运输事故，死亡1人。

7月18日17时，江西省安福县涟安矿业有限责任公司（乡镇煤矿）发生一起运输事故，死亡1人。

7月19日13时许，广元市旺苍县二坪山煤矿1271风井发生一起运输事故导致1人受伤，经抢救无效于7月19日15时30分死亡。

7月19日13时16分左右，淮南矿业集团潘二矿-530米西二运输石门发生一起运输事故，一职工乘坐电机车车头过风门墙时，头部被挤伤，经抢救无效死亡。

7月23日上午9时27分，湘煤集团嘉禾矿业有限公司浦溪井2251南风巷掘头发生瓦斯爆炸，事故造成5人死亡。

7月27日12时30分左右，江西上饶县田墩镇三胜煤矿（乡镇煤矿）发生一起顶板事故，死亡1人。

7月28日5时30分，江合煤化（集团）有限公司江合煤矿（该矿位于北碚区境内、国有重点煤矿、证照齐全）井下西北二采区-300m水平14252上段-200m水平中巷第四个溜煤眼发生一起事故，死亡1人。

7月29日9时30分，重庆能源投资集团公司所属中梁山煤电公司重庆邵新煤化有限公司邵新煤矿（国有重点煤矿、证照齐全）井下K2一采区溜渣上山第三个挡栏处发生一起其它事故，死亡1人。

煤矿安全监控系统研究综述篇3

【关键词】煤矿；瓦斯；监控系统

0.引言

瓦斯灾害是煤矿生产中的主要灾害之一，瓦斯防治对煤矿安全生产具有十分重要的意义，近年来，为了满足国民经济快速发展对煤炭能源的强劲需求，国内煤矿开采强度普遍增大；随着开采深度向深部延深，多数矿井由原来的低瓦斯矿井转变为高瓦斯或瓦斯突出矿井，这是近年来我国煤矿瓦斯事故多发的客观原因之一；另一方面，国内几起重大瓦斯事故的原因分析表明，瓦斯防治管理方面存在的缺陷也是导致瓦斯事故频繁发生的重要原因。

煤矿安全监控系统：是指利用信息管理、计算机网络等技术对矿井甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、风速、风压、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停等实施远程动态监控管理，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等功能的系统。该文就煤矿瓦斯监控系统进行阐述，同时介绍了其存在的问题及其解决措施，具有一定借鉴意义。

1.煤矿瓦斯监控系统的结构组成

1.1中心站

1.1.1中心站系统组成

中心站由监控主机工控服务器、系统监控软件、网络附件系统、电源系统、网络打印机、中心监控大屏系统、大屏幕控制软件、大屏幕控制开关电源等组成。

1.1.2中心站软件功能

监控主机服务器可以进行数据存储、报警、显示、打印，同时可以在监控中心设置“各矿瓦斯数据监视大屏”，对井下各分站进行监测监控。主要功能有：（1）简单配置功能。地面可对井下分站、传感器的数量、类型、参数、安装地点等进行设置。（2）丰富的图形功能。各种瓦斯监测数据动态图形、柱状图、实时曲线、历史曲线显示。（3）用户根据实际情况自行设计实用的报表功能。软件可自动生成报表，报表内容、起止时间可由用户设定。（4）可靠的存储功能。软件可根据具体要求定时存储一组数据。（5）进行实时数据、实时曲线、实时报警数据、实时断电数据查看，历史数据显示，历史曲线、历史报警数据、历史断电查看，其它历史故障、传感器标定、传感器设置、数据传输设置。

1.2井下分站

尽管各厂的监控系统井下分站形式多样，但基本上具备以下功能：（1）开机自检和本机初始化；（2）通信测试；（3）分站设程控（实现断点仪、风电瓦斯闭锁、瓦斯管道监测和一般的环境监测）；（4）死机自复位且通知中心站；（5）接收地面中心站初始化本分站参数设置（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）分站本身具备超限报警；（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和异地断电。

监控系统的软件设计主要解决煤矿井下采区现场监控设备的注册，具有数据的接收、转发、管理、发布和远程控制等功能。监控软件的结构和功能分以下几个模块：注册模块、数据接收模块、数据转发模块、数据存储处理模块、数据管理模块、数据发布模块、远程控制模块。

1.3通信接口

井下瓦斯等信息采用分时多路复用技术传输，信息的传输是井下监控分站的信息交换过程。信息传输的主要表现为：信息下发是由地面主机产生的，传输到井下的监控仪处理后，执行各种反馈任务。井上、井下信息传输设备接口通常采用RS485通信协议和CAN总线通信。RS485采用差分平衡式无地线传输方式，数据传输质量高，抗干扰能力强，符合欧洲工业标准。随着CAN总线技术的发展，分站通过CAN总线中心站计算机进行数据通讯，能够满足矿井监控系统对监控分站的要求。

1.4瓦斯传感器

传感器的稳定性和可靠性，是煤矿监测监控系统能否正确反映被测环境和设备参数的关键。催化的燃烧型瓦斯传感器是当前煤矿使用最广泛、最普通的瓦斯传感器，是煤矿用来监控矿井瓦斯动态的有效工具。随着其技术的发展与完善，该类型仪器近年来发展迅猛，产品种类繁多，从报警矿灯、便携式瓦斯报警仪到安全监控系统中的低瓦斯传感器，现已占据了煤矿瓦斯检测的主导地位。

2.煤矿瓦斯监控系统存在的问题及其解决措施

在安全监控系统方面，计算机硬件采购投入大，软件投入少；信息平台已建立，但没有有效利用各类信息。目前，在我国煤矿安全监测行业，煤矿安全监控系统并没有统一的通信协议，系统各自处于封闭状态，系统间无法实现信息资源共享，很难实现更高级别联网及实行监控和管理。

因此，煤矿瓦斯监控系统不应仅仅限于能实现监测监控，还应研发出能根据被监测环境地点的参数进行有效危险性判别、分析并提出专家决策方案的新软件。同时系统应用软件应向网络发展，按统一格式提供监测数据，针对通信协议不规范和传输设备物理协议不规范的情况，应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径，或制定相应的专业技术标准。这对促进矿井监控技术发展和系统推广应用均具有重要意义，同时研制高可靠性瓦斯传感器、强化技术培训等等、提高现场管理和对监测系统的维护水平等等，都能很好的确保系统的正常运转。

3.结束语

随着国家经济的快速发展，煤炭工业出现了历史以来最好的情况，煤炭持续出现买方市场，煤矿效益大大提高，用在生产和安全方面的投入明显增加了，特别是最近几年通过国家安全治理整顿，加大安全监察和资金投入力度，落实国家提出的“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯治理十二字方针后，全国各国有煤矿矿井基本上都购置安装了安全（通风）监测监控系统，实现了对井下瓦斯、一氧化碳、风速、风压、温度、风机开停、风门开关的自动、连续、集中监测和瓦斯超限、报警断电，曾多次避免了瓦斯和火灾事故。大部分矿区还实现了全局、全省监测数据联网，对煤矿安全生产起到了重要的促进作用。

【参考文献】

[1]王衍生，尹经梅，刘平.监测监控系统在矿井瓦斯管理中的应用[J].矿业安全与环保，2000（S1）：71-72.

我国煤矿安全监控系统研究综述篇4

1.1 安全监控系统的发展概况

我国煤矿在上世纪70年代开始引进波兰、英国的煤矿安全监测系统, 最早在阳泉矿务局安装使用过英国的监测系统, 在上世纪70年代末重庆安仪厂引进了德国的TF200监测系统, 开始在国内大型煤矿安装使用, 传输方式为频分制式, 进入上世纪80年代以来, 国内先后有20多家科研院所及厂家开始研制生产煤矿安全监测系统, 其产品技术、特点、功能各有所长。其系统均由地面主站、井上下分站、传感器、电缆等组成, 而系统技术水平仍停留在上世纪90年代初的水平, 没有较大的突破和发展。目前我国煤矿安全监控产品与国际上安全监控产品相比有两代差距, 除传输系统和总线制的差距外, 在传感器元件及工作原理方面还存在一些缺陷和不足之处。

1.2 煤矿安全监控系统的应用情况

随着国家对煤矿安全生产的日益重视和监管力度的不断加强, 我国大中型煤矿及广大乡镇小煤矿已大量装备了煤矿安全监控系统, 这些安全装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况。但是, 目前煤矿井下还普遍存在入井人员管理困难, 井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况, 一旦事故发生, 对井下人员的施救缺乏可靠信息, 抢险救灾、安全救护的效率低下, 效果不甚理想。目前国内主要的煤矿安全应用系统有:

(1) 镇江中煤电子KJ101系统。由我国第一代时分制监控系统创始人—贾柏青研制, 贾在84年曾用Z80单板机在ABD-21断电仪上制造出我国第一套时分制监控系统 (A-1系统) 。

(2) 重庆煤科KJ90。KJ90系统的创始人是重庆煤科院机电所所长谷守禄, 因1990年通过技术鉴定, 由此得名KJ90系统。KJ90的各型分站本安电源全部采用关断式保护, 主要技术难关是浪涌冲击和瞬变脉冲群。

(3) 北京长城瑞赛KJ4-2000。国内生产监控系统最早的厂家之一, 始创于1984年, 煤炭部与航天部联合引进美国FEIM-CO系统, 经一年多消化吸收后诞生的中国自主知识产权产品, 拥有很多大型煤矿用户群。瑞赛没有建立自己知识产权的传感器生产线, 依靠其他厂家配套完成系统集成。

(4) 常州自动化所KJ95。常州煤科院的KJ95系统是在它的前身KJ2系统的基础上发展而来的, 创始人陈林, 系统1996年通过技术鉴定。KJ95系统除能了生产部分传感器外, 其他方面与北京长城瑞赛经营状况十分相似。

(5) 常州三恒KJ70。2000年之后成立的民营企业, 三恒在众多的民营企业里是一支新兴的技术力量, 其发展速度迅猛, 传感器门类齐全, 技术类力量也较雄厚。三恒的分站电源也是采用触发式关断保护, 并且关断速度非常之快, 与其配套的传感器输入启动电流偏大都会导致保护。

(6) 森透里昂KJ31。这个是在我国唯一的生产监控系统的加拿大外资企业。KJ31系统的优势在于它传感器采用分布式组网结构, 没有中间分站这一级信息中转, 信息直接传递到地面主机, 所以它天生具有抗瞬变脉冲群干扰的性能。

此外比较著名的煤矿安全监控系统还有:江西煤研KJ65、北京仙岛KJ66、上海嘉利KJ92、长春东高KJ19、抚顺安仪KJ80和抚顺分院KJ2000等系统。

2 安全监控系统的设计方案研究

2.1 系统的组成研究

目前国内煤矿安全监控系统的体系结构主要是由井上系统和井下系统所组成, 由以下的部分所组成:

2.1.1 系统中心站

(1) 环境监测。主要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、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。

(2) 生产监控。主要监控井上、下主要生产环节的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、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数等。

(3) 中心站软件。具有测点定义功能;具有显示测量参数、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。

随着计算机软件技术日新月异的发展, 目前, 各厂家的系统应用软件正不断更新版本, 如KJF2000系统中心站应用软件版本2.40和MSNM局域网络终端应用软件版本1.1的操作界面全部实现了可视化和图形化功能, 而且具备矿井采空区火灾早期预测预报和专家决策分析功能;具备皮带运输机全线火灾监测功能;具备井下瓦斯抽放监控功能。

2.1.2 局域网络

使用各种网络手段 (有线、无线) 构建矿井局域网络。从最早的第一代中央闭路电视, 发展到现在的无线传感器网络, 克服了情况复杂、信号衰减严重等问题。

2.1.3 煤矿监控系统井下分站

尽管各厂家的监控系统井下分站形式多样, 但基本上具备了如下功能: (1) 开机自检和本机初始化功能; (2) 通信测试功能; (3) 分站设程控功能 (实现断点仪功能、风电瓦斯闭锁功能、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、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) 分站本身具备超限报警功能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。

2.1.4 系统配接的各种传感器控制器

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。目前国内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。

2.2 系统体系结构研究

从各类研究看, 系统的体系结构有以下几种构成方式:

(1) 以传统的局域网为中心的安全监测系统, 由地面监控中心、软件系统、网络系统、井下传输系统、井下智能终端和各种矿用传感器组成。一般采用星形结构与分站连接, 需敷设大量电缆, 既增大了系统投资, 又不便于系统维护。一旦传感器电缆发生故障, 影响对井下测点的实时监测监控, 严重危害到矿井安全生产。

(2) 分布式总线型树状结构微机监控网络, 由地面监控总站、地面分站和井下分站、传感器与断电仪、智能通讯接口卡等部分所组成。

(3) 基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统。无线传感器网络与传统的无线网络 (如WLAN和蜂窝移动电话网络) 有着不同的设计目标, 后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率, 同时为用户提供一定的服务质量保证。在无线传感器网络中, 除了少数节点需要移动以外, 大部分节点都是静止的。其中的设备体积小、能耗低, 并通过无线网络传播信息, 因此对比传统的传感器而言, 具有无可比拟的优势。由这些微小的智能传感设备所组成的网络, 不但能取代传统的传感设备, 还能完成许多传统控制, 监视设备所做不到的任务。从国外已成熟的应用来看, 在环境、军事、水利电力、医疗、楼宇监测、交通和制造以及矿业井下作业等许多领域里, 无线传感器网络都有极大的应用价值。

2.3 软件功能设计研究

2.3.1 井下人员的识别与定位

为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息, 一旦发生安全事故, 通过该系统立刻可以知道该作业面工作人员及其数量, 保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

2.3.2 井下车辆和设备等动目标的定位

通过代表车辆惟一编码的识别卡、读取车辆信息的智能读卡器、指挥车辆有序运行的信号灯、负责监控的PC机、CAN接口卡及通信电缆等技术手段实现对井下的车辆、设备等动目标的定位和监控。

2.3.3 井下安全实时监测

可采集和传输各种类型传感器数据, 对采集的煤矿安全数据进行实时处理和分析, 并可实现超限报警和断电控制的处理。矿井下瓦斯浓度分布图采用等高线形式, 用红黄绿等颜色表示不同的浓度, 根据这些变化, 进行生产决策:或继续生产, 或加强通风, 或抽放瓦斯, 甚至停止生产。

2.3.4 井下人员事故救援

包括逃生监测:矿井下瓦斯超限报警时, 地面控制中心可根据从矿井下传上来的实时数据采用遗传算法优化出撤离路线, 通过井下智能终端将撤离路线显示出来;辅助搜救:如果发生事故, 便携式数据终端与智能终端构成近程无线局域网, 具有无线数据交换及定位的功能, 能提供井下矿工定位信息, 配合井上搜救工作。每个矿工的身上携带便携式数据终端, 将矿工数据传送至井上的监控中心。事故发生后, 即使通信系统中断, 仍可以根据通信中断前从井下传上来的矿工定位信息及时搜救。

2.4 软件实现方式

这方面的文献比较少, 主要有以下几个方面: (1) 基于Windows/Linux等系统的煤矿安全监控系统; (2) 基于Map X控件的煤矿安全地理信息系统设计; (3) 基于MCGS组态软件的煤矿安全监控系统; (4) 基于嵌入式操作系统的煤矿安全监控检测系统等。

3 对井下目标的定位技术研究

煤矿安全监控离不开对井下目标的定位, 此类研究主要集中在井下人员和井下车辆设备等动目标的识别和定位上。对井下目标的识别主要采用无线射频技术 (RFID) 作为最主要的位置信号检测手段, 通过CAN总线技术与传感器实现定位。

3.1 井下人员的识别和定位

系统在坑道、作业面的交道口安装监控节点, 入井工作人员按照要求佩戴安装电子标签的腰带, 或佩戴装有电子标签的安全帽。RF ID读写器通过固定频率的射频载波向电子标签传送信号, 电子标签 (工作人员随身佩戴) 进入读写器的天线工作区域后被激活, 并将载有个人信息的射频信号经卡内收发模块发射出去;读写器天线接收到电子标签发来的射频信号, 经过处理后, 提取出个人信息, 通过现场总线送至井上监控中心, 记录井下工作人员经过地点、时间、活动轨迹等实时信息, 还可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料, 提高了管理效益。

3.2 车辆和设备的定位与识别

在目标的识别和定位上, 车辆与设备的定位识别依然主要是采用RFID技术, 但由于车辆和设备的运行在井下具有一些特殊性, 因此还包括对井下车辆的运行线路规划技术、调度技术、智能信号控制技术等, 具体有如下一些实现技术:车辆信息卡、车辆检测信息单元、智能信号灯系统、监控机系统等。

4 井下系统的无线传输方式研究

4.1 无线通信方式的实验研究

比较分析在采煤工作面、掘进面等地下复杂环境下的各种无线通信技术的优劣与选择。这方面的文献主要探讨了煤矿井下工作面内短距离无线载波通信频率的选择及工作面内导体对通信的影响, 工作面中的导体及设备对无线传输的影响等。另外, 还从电路上探讨了无线发射功率与电路设计的关系等。

4.2 无线传感器网络的应用研究

对无线传感器网络的实现原理、无线传感器网络的体系结构、无线传感器网络的特点、和其他无线通信方式的比较等方面展开研究。

4.3 GPRS和CDMA 1X传输方式的研究

作为重要的移动通信手段, GPRS和CDMA1X也因其部署实施容易、成本较低的特点而在煤矿安全监控系统中得到一定的应用。这方面的研究关注GPRS/CDMA1X技术的特点及其在煤矿井下安全监控系统中的具体部署和实施方案, 并同其他的无线传输方式进行技术和经济上的比较。

4.4 Zig Bee传输技术的应用研究

Zig Bee是IEEE802.15.4标准的扩展集, 是一种结构简单、低功耗、低数据速率、低成本和高可靠性的双向微功率网格式无线接入技术, 介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案, 此前被称作“Hom2e RFLite”或“Fire Fly”无线技术, 主要用于近距离无线连接。最重要的是Zig Bee技术支持地理定位功能, 工作于无需注册的214 GHz ISM频段, 传输速率为250kb/s, 传输距离可以从标准的75m, 到扩展后的几百m, 甚至几km, 利用Zig Bee技术可由多到65 000个无线微功率收发机组成一个庞大而有效的无线数据传输网络平台。这方面的研究集中关注Zig Bee技术的实现原理、组网方法、Zig Bee应用的实现、Zig Bee网络集成的实现等方面。

4.5 其他无线传输方式的比较研究

对蓝牙、802.11g/b/a的WIFI、UWB以及Zig Bee和GPRS/CDMA1X及其他的一些主流无线通信技术进行比较, 分析这些无线传输方式在煤矿安全监控系统中的应用。

摘要：煤矿安全监控系统是近年来确保煤矿安全生产的一个重要技术手段。全面了解国内煤矿安全监控系统的研究现状, 对于进一步完善煤矿安全监控系统的研究与开发具有重要意义。对煤矿安全监控系统的现状与应用、设计方案、井下目标定位技术、井下系统无线传输方式等方面进行了论述。

煤矿安全监控工作流程篇5

一，监测监控系统与设备必须定期进行检修。

二，所有运行设备要经常清理表面灰尘、油污、和潮气，保持设备的清洁。三，井下所有分站每月必须调校一次，发现有缺陷的设备要及时修复或更换，后备电源不能满足2小时的要更换，分站在井下工作满一年后，要升井进行检修。

四，井下所有的甲烷传感器每7天必须升井用瓦斯标准气样和空气样进行校正一次，每7天必须对甲烷超限断电功能，故障闭锁功能进行测试，并认真填写更换和测试记录。

五，电缆必须悬挂整齐，不得吊挂在水管或风管上，如果电缆与水管、风管在巷道同一侧时电缆必须吊挂在管路上方，并离开0.3米的距离。通讯电缆不能与动力电缆交叉混挂，监控维修人员要经常所有设备及线路进行巡检，发现上述问题及时处理。

六，机房设备中，必须保持设备整洁有序，后备电源要做好维护保养工作，保持蓄电池的活性。

七，甲烷传感器报警浓度，断电浓度，复电浓度和断电范围必须符合《煤矿安全规程》第一百六十八条的规定。

八，甲烷传感器和其他传感器的设置地点必须符合《煤矿安全规程》第一百六十九--第一百七十五条的规定。

九，井下各采掘队搬家，开口，风机采用串联通风时，各相关单位应书面形式通知监控室并附图标明传感器安装的位置。

十，服务于各采掘工作面的瓦斯检测装置及相关设备（电缆，接线盒）的安装由监控室监测监控系统维修人员负责；日常移动由各队安排带班长（组长）负责，发现接线盒，航空插头等损坏，要及时向机房汇报：安装在各队监测设备由本队负责看护，承担人为损坏或丢失造成的后果，同时保证监测线路悬挂整齐，传感器安装在干燥和距巷顶不大于30cm，距巷道侧壁不小于20cm的位置。

十一，高瓦斯，煤（岩）与瓦斯突出的矿井的煤巷，半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面及其回风流中设置甲烷传感器。掘进工作面采用串联通风时，必须在被串掘进工作面的局部通风机前设甲烷传感器。掘进工作面应保证传感器距离掘进迎头≤5米，回风流传感器距回风口10-15米；采煤工作面传感器设置在回风巷距工作面≤10米，回风流传感器设置在距回风口10-15米。

十二，工作面现场作业时，首先必须将瓦斯传感器保护好，防止损坏。十三，任何单位，个人未经监控室同意严禁随意拆除，损坏瓦斯检测装置及相关设备，发现一次罚责任人300元，连带责任单位500元，相关责任人按严重“三违”处理，造成监测中断的从重处理。

十四，风速，负压传感器和总回风巷的甲烷传感器由监控室监测监控系统维修人员负责安装，回收，转移等工作。各种传感器应有足够的备用量。

十五，监测监控系统维修人员应认真填绘的根据实际布置及时修改矿井监测监控系统布置图和接线图。

煤矿安全监控篇6

关键词煤矿;瓦斯监控;安全监测监控;传感器

中图分类号TD712.7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0148-01

1瓦斯监测监控系统的应用现况

1)瓦斯监测监控系统信息技术应用现状。目前,我国煤矿瓦斯安全监测监控系统数量占国有煤矿总数的2/3的高瓦斯煤矿、煤与瓦斯突出矿井已全部装备了瓦斯监测监控系统,但这些系统很多带伤运行,维护不周。部分国有低瓦斯煤矿、私人煤矿的瓦斯监控系统安装率不到一半。我国自2000以来,许多国有煤矿建立了相应的瓦斯监测监控系统;在煤矿中使用的瓦斯监测监控系统也达十几种之多,这种情况下在系统维护和运行方面积累了不少经验,但由于当时技术条件的限制,实际应用中也存在许多煤矿的瓦斯监测数据不能及时传输给上级主管部门,仍未建立起全地区的瓦斯监测监控网络。部分地方煤矿因地处偏远,瓦斯监测监控的校对工作不及时,导致瓦斯监测监控系统形同虚设,无法发挥其作用。

2)瓦斯监测联网监控系统信息技术应用状况。煤矿瓦斯监测联网监控系统是在已有的瓦斯监测系统上安装监控联网装置的系统。瓦斯监控联网装置由联网设备、数据服务器和GPRS传输设备组成。它和省级监控中心之间通过分组无线业务GPRS进行数据传输,从而实现各类煤矿瓦斯监测、监控系统的联网。服务器可从监测系统中读取瓦斯监测数据进行判断处理,一旦发生瓦斯超限的情况立即通过GPRS系统向监控中心发送报警,同时监控中心也可读取数据服务器中的数据,从而实现了对矿井的实时监控,有效的阻止瓦斯事故的发生。

3)瓦斯数字化远程监控系统信息技术应用状况。数字化监控技术是工业领域和信息领域中的一种先导技术,它通过当地信息企业在煤矿中引入这一技术,对区域内的煤矿瓦斯防治情况实施远程监控、集中监控和实时监控。同时,还可以对井下采掘工作面的位置进行跟踪,防止越层越界开采;目前该技术已在全国进行推广。

2瓦斯监测监控系统的存在的问题及对策

尽管中央和各政府煤炭监管部门强制性要求各煤矿的瓦斯矿井必须装备矿井监测监控系统,并加大了对矿井安全生产的管理力度,但一些乡镇小煤矿,由于缺乏专业技术人员而造成系统不具备终端设备免维护功能,甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。这是造成目前我国煤矿不断出现安全事故的一个重要原因。由于各种系统生产厂家的不断出现,恶性竞争造成的恶果是不仅损坏了厂家的利益,而且导致生产企业的技术支持能力低下,系统研发后劲不足,最终将影响产品用户的正常使用。作者结合多年的工作经验将瓦斯监测监控系统存在的问题及对策总结如下:

1)传输设备物理接口协议不规范及对策。传输设备物理接口协议不规范主要是指井下信息传输设备物理接口协议的不规范,这也是扩充系统功能和制约用户进补套的关键。例如南京瑞赛航空测控技术有限责任公司和抚顺煤炭科学研究分院均采用KJF2000这种系统,尽管均采用FSK技术,但传输信息的收发电压幅值和传输信息的调制频率的不同造成两个系统的分站不兼容。系统通讯接口方式落后,巡检周期较长,传输速率低,系统稳定性差,干线故障率高等问题均是传输设备物理接口协议不规范造成的后果,即使采用同样的检测系统也会在实际运用过程中,受分站数量、传输电缆距离和传感器数量等因素影响,常常会出现超时的现象存在,不能对瓦斯监测情况实时反映,造成可能存在的安全隐患;这种情况的存在已经不能满足安全生产高标准的要求。针对传输设备物理接口协议的不规范,应尽快制订一种相应的行业技术设备的标准规范或找到解决系统兼容性的途径,这对促进矿井监控系统的推广应用和技术发展具有极其重要的意义。

2)通信协议不规范及对策。由于厂家的监控系统网络采用自己专用通信协议,所以找到两个相互兼容的系统几乎是不可能的事情。且各个系统的开放性也不一样。比如不同厂家生产系统所使用的数据库有的是自定规格的数据库,有的是关系数据库;甚至部分厂家为了系统的保密性而采取加密数据库的方法。目前信息传输系统的兼容性已经成为装备监控系统补套和扩充系统功能的制约因素,许多用户在装备了某厂家的系统后,在补套、维修以及售后服务等方面,就只能别无选择地依赖于该厂家。甚至,有些矿井为了安全生产的需要,在系统存在严重的安全问题和无技术服务的条件下,废弃原有系统而另选择其他的系统。因此,通信协议不规范是造成系统的补套受制于人、设备重复购置和不能软硬件升级改造的根本原因。因此,针对此种情况建议各监管部统一监测系统的通信协议,采用统一的数据库和统一数据格式,这样,可以方便建立数据存储中心,也可以方便的对系统进行补套、维修、升级并与上级监管系统联网,实现系统资源的共享。

3)瓦斯传感器质量不过关。瓦斯传感器己经成为矿井灾害预测和瓦斯综合治理的关键性装备,越来越受到社会各界的普遍重视。但是瓦斯传感器当下的发展却相对落后,与国外技术存在很大的距离,只相当于上世纪80年代的水平,。据统计,国产安全检测用瓦斯传感器几乎全部采用模拟电路和载体催化元件对信号进行采集处理,响应时间大约30S、因而可靠性较差,寿命短,故障率较高、调校不方便。规范对瓦斯传感器的调校有严格的规定,对调校人员的技术水平也有强制性的要求。目前甲烷传感器存在的主要问题是:普遍存在着抗中毒性能差的现象;对过分追求低功耗的元件,在矿井高湿度环境条件下,瓦斯在元件表面燃烧生成的水蒸气易降低元件使用寿命;抵抗高浓瓦斯气体冲击性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活,反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降,抵抗高浓瓦斯气体冲击性能差;甲烷传感器中模拟电路和载体催化元件制作工艺水平低,使元件一致性差。针对该情况,推广先进的半导体传感器的开发和使用,加快系统响应时间,显得十分必要。新型的半导体传感器应具有灵敏度高、功耗低、响应时间短、抗高浓度气体冲击能力强、使用寿命长等优点,可大幅度提高了系统灵敏性、可靠性,降低了成本费用。

3结束语

1)研制具有真彩色大屏幕、工业以太网接口、遵循多种接口协议的监控分站。

2)研制新型传感器时应高起点、高智能化,应充分利用微处理器的优点,做到自诊断、自校正、自调零、配置标准远传接口,统一传感器的输出信号制以提高传输的可靠性、数据出来的简单性和传感器的互换性。

3)矿井瓦斯监测监控系统技术已逐步渗透到采、掘、机、运、通等各环节,发展覆盖面更广,监测监控參数更多的软硬件系统,为实现煤矿生产综合自动化奠定良好基础,是我国监测监控系统的发展任务之一。

今后的发展趋势是研发新的可靠的监测监控系统的基础上各生产矿井与矿务局、各矿务局与省级、全国煤矿系统构成统一完整、功能先进的计算机网络系统,实现真正意义上的大范围的煤矿资源信息共享。以保证井下生产活动的安全。

参考文献

[1]汪云甲,杨敏,张克.数字矿山与煤矿瓦斯监测及预警.数字矿山理论技术与示范.2008,05-0026-7.

煤矿安全监控篇7

目前,在煤矿安全监控系统中,频率型传感器在各种类型的传感器中所占比重最大。但是,煤矿安全监控系统中的监控分站大多采用由微处理器进行数据采集及通信的硬件构成方式。在对频率型传感器进行数据采集时,一部分监控分站采用微处理器的捕获端口,一部分监控分站则是采用微处理器的外部中断端口,但归根结底都是运用了微处理器的定时器。该类监控分站对传感器数据采集的实时性差,不利于提高煤矿安全监控系统的实时性[1]。

FPGA[2]即Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列)的缩写,它是具有几百万门的等效系统门,可实现较大规模的电路,且编程方式灵活。与通用门阵列等其它ASIC相比,FPGA设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进,同时开发出来的标准产品有无需测试、质量稳定及能够实时在线检验等优点。因此,笔者提出在监控分站中应用FPGA来实现数据采集功能,从而提高监控分站数据采集的实时性。

1 监控分站硬件组成

监控分站采用FPGA+MCU的硬件组成方式[1],如图1所示。其中FPGA主要完成频率信号的采集功能,MCU完成与FPGA通信、与上位机通信、根据配置信息及传感器数据实现断电及报警控制、人机交互等功能。

1.1 FPGA与MCU选型

监控分站的FPGA选用ACTEL公司生产的A3PE600。A3PE600为ProASIC3E闪存系列FPGA,具有108 KB真正双端口SRAM、片内1 KB的FLASH、多达616个用户I/O,采用片内128位AES解密、FLASH Lock安全加密FPGA内容,具有高性能的路由层次和专业的I/O。

MCU选用恩智浦公司生产的LPC2368FBD100 ARM芯片。

1.2 数据采集接口

当FPGA完成对传感器频率信号数据采集任务后,将采集到的数据同步地传送到双口RAM对应的存储空间,供MCU来读取[3]。数据采集接口电路原理如图2所示。

1.3 通信接口

1.3.1 RS485总线接口

RS485总线为目前现场使用较为普遍的一种通信协议,其主要特点是通信距离长、传输稳定可靠,但其通信速度较慢,适用于目前的煤矿安全监控系统。RS485驱动芯片有很多种,考虑到电源及电气的隔离,笔者采用隔离收发模块RSM485CHT,其接口电路如图3所示。

1.3.2 CAN总线接口

现有的煤矿安全监控系统都支持CAN总线传

输。目前市场上主流的CAN控制芯片有MCP2510、SJA1000等,为了满足电气及电源隔离的目的,笔者选用带隔离的通用CAN收发器芯片CTM8250T,其接口电路如图4所示。

1.3.3 Ethernet接口

Ethernet数据传输速度快,但传输距离短。随着技术的提高,本安交换机等具有高速传输接口的通信设备可方便地应用到煤矿井下,因此,监控分站可近距离地连接到本安交换机的Ethernet传输接口,从而实现高速通信。其接口电路如图5所示。

1.4 控制接口

监控分站最主要的功能是控制井下设备的开停,并实现声光报警控制功能。监控分站通过控制远程控制开关对用电设备进行断电及闭锁控制。另外,控制接口还具有馈电检测功能,能够检测用电设备断电动作的正确性及有效性。当监控分站发送断电控制命令后,如果馈电检测为有电,说明馈电异常,可通过监控软件产生报警。控制接口电路如图6所示。

1.5 人机交互接口监控分站中具有128×64点阵的LCD液晶显

示屏、3个按键的键盘以及红外遥控的人机交互接口。液晶显示屏的型号为LCM128645ZK。为了节省MCU的IO口,MCU与液晶显示屏之间采用串行接口方式。通过操作键盘或遥控器,可实现分站地址、通信接口、通信协议、密码等参数的配置及查看功能,同时可以查看各传感器的实时状态。人机交互接口电路如图7所示。

2 监控分站软件设计

监控分站软件包括FPGA软件和MCU软件2个部分。

2.1 FPGA软件

FPGA软件主要实现频率型传感器信号的数据采集功能。利用传统的测频原理来采集传感器信号,其精度受被测信号频率值的影响较大,即当被测信号频率值较低时,测量精度也会降低[4]。笔者采用等精度测频原理对传感器信号进行数据采集,可以保证在各频率范围内具有较高的精度。

等精度测频原理如图8所示。首先对被测信号FX进行编程处理后形成时基TX,用时基TX作为闸门时间,累计闸门时间内振动信号的个数N,即可由公式f=N/TX得到频率。采用该方案时,闸门时间随着被测信号频率的变化而变化,即实现等精度测频,因此,其测量精度不会随着被测信号频率的变化而降低。

2.2 MCU软件

MCU软件主要实现硬件初始化、监控分站参数初始化、频率数据读取、与上位机通信、开出口控制、LCD显示、键盘及遥控检测、信息存储等功能,其程序流程如图9所示。

3 结语

基于FPGA的煤矿安全监控系统监控分站的电路板已开发完成,目前正处于实验测试阶段。将FPGA应用于煤矿安全监控系统监控分站的频率型传感器数据采集端口,可实现对多路频率数据的实时采集功能,有利于提高煤矿安全监控系统数据采集的实时性。另外,该监控分站还增加了RS485总线、CAN总线及Ethernet等通信接口,可接入多种类型的传感器,并适应于传输接口不同的多种安全监控系统。

参考文献

[1]向诚,夏国荣,桂玲.基于单片机和FPGA的高速测频系统的开发[J].国外电子测量技术,2006(12):47-49,52.

[2]李丹丹,胡兵.基于USB的并行多通道频率测试仪的设计[J].微计算机信息,2008(8):165-166,234.

[3]李艳军,郭正刚,张志新,等.基于FPGA多通道同步数据采集系统设计[J].微计算机信息,2007(26):154,212-213.

小煤矿安全监控系统监管经验浅析篇8

关键词：煤矿安全,监控系统,监管措施

2003年以来, 汝州市小煤矿先后安装了瓦斯监控系统100多套。但在安全监控系统建设初期, 因无统一标准, 安装厂家良莠不齐, 安装过程没有技术指导和监督, 造成小煤矿安全监控在安装设计、维护、管理等方面存在许多问题。针对出现的问题, 汝州市煤炭局采取了一系列措施, 扭转了被动局面, 使汝州市煤矿安全监控系统建设逐步规范化。

1 安全监控系统使用中存在的问题

(1) 煤矿业主思想不够重视。部分煤矿业主思想麻痹, 认为低瓦斯矿井不安装监控系统照样可以避免瓦斯事故;认为监控系统即使正常, 照样需瓦检员下井监测;担心瓦斯探头被炮崩坏, 在工作地点不放或瓦斯探头滞后;个别矿长对瓦斯监控系统一窍不通或似懂非懂, 在工作上不够重视, 对监控系统使用情况很少过问;监控系统专职值班人员配备少等。

(2) 管理人员素质满足不了管理的需要。部分分管副矿长对监控系统知识缺乏, 甚至不懂;多数监控员仅经过半个月的短期培训, 虽获得上岗证, 但能熟练操作的占少数, 个别监控人员甚至没取得上岗证, 临时凑数, 应付检查。

(3) 专业的监控系统维护人员少, 监控系统生产厂家服务较差, 系统故障率高。部分煤矿缺乏专业的监控维护人员, 监控值班人员能力有限, 不善维护, 加上煤矿井下恶劣的环境, 造成监控系统故障频繁。出了故障后, 监控系统生产厂家服务跟不上, 要么一拖再拖, 要么派人来维修后收取费用较高。一部分监控系统在这种拉锯战中处于瘫痪状态。

(4) 监控系统生产厂家众多, 监控功能不全, 系统不完善。资源整合前, 汝州市煤矿共安装监控系统100余套, 种类、型号杂乱, 有KJ101、KJ95、KJ76等, 生产家众多, 安装厂家无资质, 有的厂家甚至委托小公司或个人进行安装, 没有统一的安装标准, 部分矿井没有安装开停传感器、压力传感器、CO传感器等, 致使已装备的监控系统功能不全, 性能不完善, 不能发挥应有的作用。

(5) 软件建设落后, 各种监测账卡报表不完善。

(6) 安全监管力量薄弱。各级安全监察部门中了解监控系统性能的人才较少, 不能有效监管。

2 采取的措施

强化安全监控系统管理, 切实为煤矿安全生产保驾护航, 是当前煤矿安全生产的重要课题。针对实际情况, 汝州市煤炭工业局采取了以下措施。

(1) 建章立制, 强化意识。

煤炭局专门下发文件, 制定监控系统管理办法, 用制度约束。通过各种宣传途径, 加大宣传力度, 提高广大煤矿业主对监控系统的认识。

(2) 强化培训, 引进人才, 多途径提高监控管理人员素质。

①把监控系统操作员、探头维护工等特殊工种培训班办到矿区, 强制培训, 提高人员素质。②抽调年富力强人员外出学习监控系统监管经验, 提高监管人员执法素质。③与电脑技工学校联系, 让电脑专业的毕业生到煤矿参加工作。既解决了就业问题, 又为煤矿引进了监控系统管理人才。④举办矿区监控操作人员大比武活动, 进一步提高煤矿监控系统操作人员的实际操作能力。

(3) 建立后勤保障系统。

采用招投标方式确定1～2家监控厂家常驻汝州市, 既担负起监控系统的维护使命, 又负责全市煤矿监控系统的升级改造工作。中标厂家与煤矿签订修校协议, 并对各个矿区派驻技术骨干进行有偿服务和上门服务。

(4) 严格执法, 加大依法监管力度。

①建立监控系统运行奖惩制度、安全监管责任制, 通过信息平台, 对重视监控管理且监控系统管理好的煤矿进行通报表扬, 对监控管理较差矿井依法惩处。②将监控系统管理纳入日常管理和日常安全监督之中。对监控系统不合格的煤矿, 在办理复工、开工手续时, 将其作为一项重要审查内容, 严把关, 严要求。日常安全监察中, 对监控系统管理不善的煤矿, 查明原因, 严肃处理, 情节严重的责令停产整顿。

(5) 加快监控系统的升级改造。

开展监控系统质量标准化工作, 明确监控系统的监测监控功能, 对原有瓦斯监控系统进行升级换代, 明确要求煤矿各主要场所安装视频设备, 实现全方位的监测监控。

3 结语

煤矿安全监控系统稳定性探讨篇9

随着科技的进步, 变频技术越来越多的被矿井生产所采用。虽然变频技术有着安全, 省电, 平稳启动等优点。但却对井下系统的通讯带来极大地危害。目前矿井中使用的变频设备越来越多, 且行业内没有对这类产品造成的电源污染进行规范约束, 给矿井中使用的电子仪器带来灾难性后果。其产生的频率段窜入监控系统形成频率叠加, 使得监控数据变为失真的瓦斯信号输出, 产生假值, 高值断电。严重影响矿井的安全生产。并且防雷不当也会对安全监控系统的稳定性造成很大的影响。

一、监控系统不稳定的原因分析:

淮南矿业集团矿井近年来安装了若干矿用变频设备。变频设备安装运行后, 矿井安全监控系统出现瓦斯传感器频繁高值等异常现象。从地面监控中心站调取瓦斯曲线观察, 当井下变频设备开启电源时, 原来纯净的瓦斯曲线立刻变成了密封毛刺型不规则曲线。并且其瓦斯浓度 (CH4) , 升高0.25%。这完全可以断定安全监控系统异常是由于井下变频设备运行所致。其瓦斯曲线见图1 (纵坐标为瓦斯浓度, %;横坐标为时间, 2010-6-517:00¬——201O-6-5 18:00) 。

二、变频干扰产生的机理

变频器 (Variab1e—frequency Drive) 是利用电力半导体器件的通断作用将工频i变换为另一频率的电能控制装置。它主要由两部分电路构成, 一是主电路 (整流模块、电解电容和逆变模块) , 二是控制电路 (开关电源板、控制电路板) 。目前国内应用于煤矿的矿用低压频器变频是通过控制IGBT (绝缘栅双极型电力场效应管) 的导通和关断, 输出频率连续可调, 而且随着频率的变化, 输出电流、电压变化及功率变化。矿上采用的变频器是通过将多个低压功率单元的输出电压叠加从而得到中高电压。

变频器的主电路一般为交——直——交组成, 外部输入38OV/50Hz的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压信号, 经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。

(1) 输入侧产生谐波机理

不限于通用变频器, 晶闸管供电的直流电动机、无换向器电动机等凡是在电源侧有整流回路的, 都将产生因非线性引起的谐波。在三相桥式整流回路中, 输入电流的波形为矩形波, 波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波, 通常含6n+1 (n=1, 2, 3……) 次谐波, 其中的高次谐波将干扰输入供电系统。

(2) 输出侧产生谐波机理

在逆变输出回路中, 输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器, 只要是电压型变频器, 不管是何种PWM控制, 其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关, 调制频率低 (如1～2kHz) , 人耳听得见高次谐波频率产生有电磁噪声 (尖叫声) 。若调制频率高 (如IG2BT变频器可达20kHz) , 人耳听不见, 但高频信号是客观存在。从电压方波及电流正弦锯齿波, 用傅立叶级数不难分析出各次谐波的含量。所以, 输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其它各次谐波, 而高次谐波电流对负载直接干扰。

另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射, 干扰邻近电气设备。

三、抗变频设备干扰解决方案

遇到此类问题可以用以下解决方案:

(1) 分站远离变频设备、避免与变频设备使用同一台变压器电源供电。

(2) 调整信号线走向和传感器电缆走向。在有干扰的巷道内严格规定传感器电缆不与动力电缆挂在同一侧帮上, 应分两侧吊挂。

(3) 传感器使用屏蔽电缆, 且将屏蔽层与本安公共端相接;

(4) 信号线使用屏蔽电缆, 屏蔽层与分站本安地线相接。 (要注意这二种屏蔽电缆屏蔽层接法是不同的) 。

(5) 监控分站要有良好的接地, 尽量缩短分站和传感器之间的距离。分站尽可能避开辐射干扰源。

(6) 变频器的外壳接地要单独设置, 不能与井下设备接地共用。

四、监控系统防治闪电雷击和动力电缆浪涌感应的方案

除了大气放电造成的强电磁干扰外, 还有一种来自矿井内部动力电源故障浪涌电流造成的破坏, 后者的破坏力往往远高于雷电的损坏力, 特别在动力电源设备发生击穿短路、电缆短路放炮、电缆弧光短路等情况时, 动力电源的相间会发生严重的不平衡。

击穿点对地短路, 造成很高的跨步电压 (不同位置的两点大地电位差) , 能造成井下现场接地点与地面机房接地点很高的电位差。

信号传输线跨接在这个高电位差的两地之间, 与仪器之问形成放电回路, 能在很短的时间内烧焦电路板, 并使其碳化击穿, 会破坏整个网络。

就现场实际情况提出以下建议, 可以有效地防治闪电雷击和动力电缆浪涌感应造成的损坏。

(1) 传输主干线全部使用屏蔽线, 并且机房与井下交换机不要设接头, 电缆的蔽网 (包括铠装钢丝) 上下两头分别可靠接地。

(2) 地面干线尽可能避免架空走线, 必须走明线时要用钢绞线吊挂, 钢绞线端可靠接地。

(3) 有条件的话地面线路可以考虑采取埋地走线方案, 穿入钢管作防护外皮入地下能取得良好防雷性能。

(4) 如果实在没有条件使用屏蔽电缆, 把四芯电缆中的二根剩余芯线, 在井上井下分别良好接地, 也可有效吸收感应能量获得明显的保护作用。

(5) 传输线终端的井上下分别加装避雷器, 不可以只安装地面, 忽略井下。

(6) 避雷器的保险管被击断后, 要换上相同容量的备用保险管, 当地购买不到相同规格保险管尽快与厂家联系, 切不可以用大容量的代换。

(7) 信号传输线不要同动力电缆挂在同一侧邦上, 更不要挂存同一个电缆钩子上, 否则动力电缆发生瞬间短路的浪涌电流会在传输线上感应出数千伏电压, 能量非常强入。

(8) 避雷器的接地线要良好接地, 特别是安装存井下的避雷器尤其重要。

(9) 雷电大作时, 特别在机房附近落雷时, 建议关闭地面主计算机, 然后拔下主机和接口的电源插头, 接有局域网的也要拔下网线插头。

(10) 计算机外壳接地不能改善防雷性能, 恰恰相反, 机器外壳悬空能有效阻断放电通路, 更有利于防雷。

(11) 改用光纤信号传输, 可以彻底杜绝线路雷击损坏。

五、结论

在对监控系统安装及日常维护的过程中, 注意避免影响其不稳定的因素, 在安装监控设备前就应当排除一些能够预测到的不稳定因素。在受到干扰后及时处理, 远离干扰源。使安全监控系统做到稳定, 准确, 良好的运行。为煤矿的安全生产提供保障!

摘要：对煤矿安全监控系统稳定性进行分析, 并对安全监控系统抗干扰及防雷提出可行的处理方法, 为矿井安全生产提供可靠的保障

黄家沟矿井煤矿安全监控系统设计篇10

鉴于煤矿生产环境的特殊性, 其生产过程的安全性也就显得尤为重要, 而煤矿安全监控系统正是煤矿诸多安全措施中最为重要的一种。煤矿安全监控系统能实时、准确地反映井下环境状况, 并能在瓦斯超限时发出声光报警, 同时切断相关设备电源, 预防事故发生。近期, 《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知 (国发[2010]23号) 》和《国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知 (安监总煤装[2010]146号) 》文件中均要求煤矿建设完善监测监控系统。

黄家沟矿井位于山西省吕梁地区临县湍水头镇黄家沟村, 北距县城39km, 南距吕梁市22km。本次设计为黄家沟煤矿资源整合项目, 矿井利用原有主、副斜井, 新布置回风立井, 利用1水平原有回风大巷及带式输送机大巷, 新设置11采区带式输送机巷、辅助运输巷及采区回风巷, 设置1103工作面为首采工作面, 设置12采区大巷综掘工作面1个, 1102顺槽综掘工作面1个。为贯彻完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知, 分别在一水平井底车场、大巷综掘工作面、顺槽工作面、综采工作面带式输送机巷及回风巷各设置1套救生舱。由于矿井原有煤矿安全监控系统无法满足整合后的使用要求, 故此次重新设计选用一套KJ70N安全监控系统。

2、系统设计

2.1 设计原则

煤矿安全监控系统设备选择过程中应遵循以下几个原则:第一, 系统设备应是通过国家技术监督局认证、经过有关部门检验取得“MA标志准用证”的产品, 并符合《AQ6201—2006》《煤矿安全规程》《煤炭工业矿井设计规范》及其他规程、规范、标准的要求。第二, 系统选型应结合本矿井的实际情况, 考虑设备的可靠性、先进性、开放性及可扩展性等特性, 以满足矿井对监控信息有效获得的需要。同时要考虑矿井近、远期发展以及产品的技术更新情况, 以减少重复投资。第三, 考虑技术先进性的同时, 还应结合矿井规模、建设条件等实际情况, 考虑系统设备的经济合理性。

2.2 KJ70N安全监控系统系统架构

KJ70N煤矿安全监控系统由四部分组成:监控计算机及计算机网络, 监控软件;数据传输接口及传输通道;供电电源及分站;各种传感器及执行器。

(1) 监控计算机, 监控计算机通过传输接口向分站发送配置、巡检、控制等命令, 然后接收分站返回的传感器数据、控制结果, 同时完成数据的更新、存储等功能;

(2) 传输接口, 将计算机非本安的232接口信号转换成可与分站进行运算及通讯的本安485或其他接口信号, 主要起隔离、驱动的作用;

(3) 分站, 分站有时也叫控制主机或数据采集站, 它的主要作用是采集传感器的信号, 并进行运算处理, 同时通过主传输电缆和传输接口与地面计算机交换数据, 分站同时也根据采集的数据或地面计算机的指令完成各种控制功能;

(4) 传感器, 传感器是监测系统的感官, 它将甲烷、风速、一氧化碳、温度、设备运行状态等物理量转换成标准的电信号供分站采集, 传感器的工作电源通过分站提供, 也可由电源直接提供;

(5) 本安电源, 本安电源是将井下127V、380V、660V交流电转变成本安直流电源输出, 给分站及传感器提供电源。

该安全监控系统可作为子系统, 接入全矿井综合自动化系统, 通过防火墙与矿级管理系统组成高速统一的整体网络结构, 实现了全矿井的管控一体化。在矿长、副矿长、总工、通风科等部门应安装计算机终端, 通过访问综合自动化网络, 共享监测主机的数据 (见图1) 。

2.3 黄家沟矿井安全监控系统设计

2.3.1 地面中心站

地面中心站设置在矿井行政办公楼调度室内, 包括传输接口 (KJ70N-J) 、监控主机、监控备机、UPS不间断电源、打印机等。监控系统监控主机具有双机热备功能, 当主机出现故障时, 副机能够自动投入使用。中心站配备UPS电源, 以确保监控设备 (如工控机、打印机等) 在停电之后能持续工作, 工作时间不小于2小时。中心站配备打印机, 用于打印报表数据及其它数据。

2.3.2 井上作业区域

主斜井井口房设置监控分站1台, 井口房设置甲烷传感器1台;主斜井带式输送机滚筒下风侧10~15m设置一氧化碳及烟雾传感器各1台。

回风立井通风机房设置监控分站1台, 总回风巷设置甲烷、温度、一氧化碳传感器各1台;总回风巷的测风站设置风速传感器1台;通风机风硐内设置负压传感器1台;每台通风机设置开停传感器1台, 共2台;风门设置风门传感器。

2.3.3 井下作业区域

二水平水仓、水泵房、变电所设置监控分站1台, 变电所内设置温度传感器1台;水仓设置水位传感器2台。

回风大巷测风站设置监控分站1台, 设置甲烷、一氧化碳、温度、风速及分压传感器各1台。

一水平带式输送机机头及5煤井底煤仓设置1台监控分站, 带式输送机滚筒下风侧10~15m设置一氧化碳及烟雾传感器各1台;煤仓设置甲烷、煤位、温度传感器各1台。

井底车场救生舱硐室设置监控分站1台, 硐室内设置甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氧气传感器, 用于监测救生舱舱外硐室环境参数。

采区变电所设置监控分站1台, 硐室内设置温度传感器1台, 设置带馈电传感器的远控开关4台。

12采区大巷综掘设置监控分站1台, 综掘工作面设置瓦斯、一氧化碳、温度传感器各1台, 工作面回风流设置瓦斯传感器1台;12采区带式输送机滚筒下风侧10~15m设置一氧化碳及烟雾传感器各1台;局部通风机设置开停传感器2台, 局部通风机风筒末端设置风筒传感器1台。

11采区带式输送机机头及采区煤仓处设置监控分站1台, 11采区带式输送机滚筒下风侧10~15m设置一氧化碳及烟雾传感器各1台;采区煤仓设置甲烷、煤位传感器各1台;12采区救生舱硐室内设置甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氧气传感器各一台, 用于监测救生舱舱外硐室环境参数。

顺槽综掘工作面设置监控分站1台, 综掘工作面设置瓦斯、一氧化碳、温度传感器各1台, 工作面回风流设置瓦斯传感器1台;局部通风机设置开停传感器2台, 局部通风机风筒末端设置风筒传感器1台。