煤矿安全监控系统函授毕业设计.docx
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煤矿安全监控系统函授毕业设计
摘要..................................................................................................................1
第一章绪论…………………………………………………………………2
1.1概述国内外监控系统及其技术的发展…………………………………2
第二章 系统总体设计10…………………………………………………4
2.1矿井监测监控系统的组成……………………………………………4
2.2相关术语及解释………………………………………………………5
2.3煤矿安全监测监控系统的主要技术指标……………………………7
第三章井下监控分站……………………………………………………….8
3.1井下监控分站主要技术指标………………………………………8
3.2监控分站与井下各关联设备的连接………………………………9
第四章矿用传感器…………………………………………………………..10
4.1矿用一氧化碳传感器……………………………………………….10
4.2矿用风速传感器………………………………………………………11
4.3矿用负压传感器………………………………………………………12
4.4矿用设备开停状态传感器……………………………………………13
4.5矿用风门开闭状态传感器……………………………………………13
4.6矿用断电馈电转换器…………………………………………………14
4.7温度传感器的设置…………………………………………………14
第五章 瓦斯传感器及相关布置……………………………………………16
5.1矿用甲烷传感器………………………………………………………16
5.2甲烷传感器的设置……………………………………………………16
结束语………………………………………………………………………..23
参考文献………………………………………………………………...........24
致谢……………………………………………………………………………25
毕业设计论文摘要
我国是一个煤炭大国,大中小型煤矿星罗棋布,为国民经济的发展提供了有力的能源支持。
但是长期以来,我国对瓦斯的治理和利用严重滞后,煤炭生产一直被安全问题所困扰。
近年来,煤矿安全状况形势更加严峻,不断发生爆炸事故,造成大量矿工伤亡和财物的大量毁损。
随着人民群众对安全思想的日益提高,煤矿安全监控系统应运而生,。
煤矿安全监控系统及其技术是随着煤炭工业和社会经济的发展而逐步发展起来的。
因此论文中会首先对于国内外安全监控系统及其技术的发展过程及现状做一个介绍,同时会对安全监控系统目前存在的问题和未来发展趋势做一个探讨。
也正是由于这些问题的存在以及安全监控检测手段的落后,作者才会对于煤矿安全监控系统的设计做一些探讨和研究,特别是对于瓦斯气体的检测和监测。
因此,后面的几个章节会是对安全监控系统的一个整体的分析和设计,这其中包括系统构成、设计要求及特点、通信系统的设计、井下分站的设计、瓦斯传感器的设计和各类传感器控制器等等。
特别是对于系统井下网络结构的探讨,通过分析比较现在主要几种系统的井下网络结构,提出了较为完善的井下网络结构。
在各类井下事故中,瓦斯事故是最严重,也是发生频率最高的一类事故,所以在整个安全监控系统中,对于瓦斯气体的检测和监控就显得十分重要。
因此论文中也会对瓦斯气体的检测和监控进行一些探讨。
这也是本设计的一个特点。
关键词:
安全监控,井下分站,瓦斯传感器,通信系统。
第一章绪论
1.1 概述国内外监控系统及其技术的发展
中国的一次性能源70%来自煤炭,在当今能源紧张的形式下,煤炭行业更得到了人们的关注,但是与之而来的最大问题是煤矿安全,事故频频发生,无论是对煤矿工人还是整个行业都带来了阴影。
煤矿安全的最大危害是瓦斯,如何监测瓦斯浓度等指标以及监控矿底的实施现场,成为了煤矿行业发展的必经之路。
我国煤田遍布全国,但煤层的赋存条件和地质情况差异很大,很多矿井自然环境恶,受到水火瓦斯粉尘顶板事故等自然灾害的威胁。
在这些自然灾害所造成的事故中,瓦斯事故死亡人数占总死亡人数的30%-40%。
特别是瓦斯煤尘爆炸事故,危害更为严重。
因此,预防瓦斯事故是煤矿安全工作的重点。
在煤矿中,装备矿井安全监控系统装置是防止瓦斯事故的重要手段,深入了解其工作原理,掌握使用维修技术是煤矿安全工作者的责任。
实践证明,这一措施对提高我国煤炭行业整体的安全水平起到了重要的作用,特别是各个煤矿企业安装矿井监控系统以来,有效得遏制了各类井下事故得的发生,大大减少了事故给井下工人带来的危害,也有效的保护了国家的煤炭资源。
所以,探讨和研究矿井安全监控系统具有长远性和现实性的特点,它也是工人和社会的需要和要求。
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,英国采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崔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。
随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要,国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统,以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。
同时,在“以风定产,先抽后采,监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下,规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。
因此,大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现,为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。
自2000年以来,随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要,我国各大、中、小煤矿陆续在装备矿井监测监控系统。
系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率,同时也为该技术的正选择、使用、维护和企业安全生产信息化管理提出了更高的要求。
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。
在井下掘进头和采煤工作面分别设置瓦斯、一氧化碳等传感器,并在测点相对集中的区域设立小分站和电源。
系统框图如图1所示。
系统具有甲烷超限报警功能,甲烷传感器用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量,当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的报警点时,由系统发出声、光报警信号。
当甲烷浓度恢复到预置的报警值以下时,能自动解除报警。
由分站、动力开关、断电馈电转换器以及设备开停状态传感器等组成了风电甲烷闭锁装置,实现甲烷超限断电及闭锁功能。
当被监视区域风流中甲烷浓度达到预置的断电点浓度时,输出切断被控区域汇动力电源开关的控制信号并闭锁:
当被监视区域风流中甲烷浓度降到预置的复电点浓度时,能自动解锁。
断电点设置连续可调。
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内甲烷浓度的装置,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。
⒇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。
2.3煤矿安全监测监控系统的主要技术指标
下面以KJ102N煤矿安全监测监控系统为例说明:
KJ102N煤矿安全监控系统介绍
一、概述
KJ102N煤矿安全监控系统(以下简称系统)是一种具有煤矿安全监控功能、瓦斯抽放监控功能及风电甲烷闭锁功能的全新的监控系统。
它由井上部分和井下部分组成、采用分布式总线结构,主要由监控主机、传输接口、监控分站和各种传感器、控制执行器等组成。
井下监控站具有独立工作能力。
井上部分由计算机、通信接口、打印机及网络系统组成地面中心站。
中心站可集中地监测并控制井下各种环境参数及设备运行情况。
具有实时监控、及时报警、数据查询、数据报表、地面控制等功能。
产品执行标准:
Q/YFB014-2006《KJ102N煤矿安全监控》
1、产品型号及含义
KJ:
矿用监测、控制系统或设备;
102N:
登记序号
2、使用环境条件
1)系统中用于机房、调度室的设备,应能在下列条件下正常工作
a)环境温度:
15℃~30℃;
b)相对湿度:
40%~70%;
c)温度变化率:
小于10℃/h;
d)大气压力:
80kpa~106kpa
e)GB/T2887规定的尘埃、照明、噪声、电磁干扰和接地条件
2)除有关标准另有规定外,系统中用于煤矿井下的设备应在下列条件下正常工作
a)环境温度0℃~40℃;
b)平均相对湿度:
不大于95%(+25℃);
c)大气压力:
80kpa~106kpa;
d)有爆炸气体混合物,但无显著振动和冲击,无破坏绝缘的腐蚀性气体。
二、系统结构
1、系统组成
系统的井上部分由监测主机、kJJ28A型通信接口、避雷器组成;井下部分由KJF47A监控站及各种传感器组成。
系统组成框图见图1。
系统主要设备明细见表1。
表1KJ102N型煤矿安全监控系统主要设备明细
序号
设备名称
设备型号
生产厂家
防爆证号
安标证号
使用地点
1
主机2台(含中心站软件)
PⅣ(KJ102NV1.0)
台湾研华
——
——
地面
2
打印机
HP3938
惠普公司
——
——
地面
3
UPS不间断电源
3KVA/2H
美国山特电源集团
——
——
地面
4
信号防雷器非同轴型
SR-E24V/2S
广州雷迅电子有限公司
——
——
机房
井口
5
电源避雷器
AM2-40/2
广州雷讯电子有限公司
——
——
机房
6
通信接口
KJJ28A
楠江集团有限公司
申办中
申办中
地面
7
监控站
KJF47A
楠江集团有限公司
申办中
申办中
井下
8
远程断电器
KP1005
楠江集团有限公司
1022750
20024393
井下
9
高低浓度甲烷传感器
KG3019
楠江集团有限公司
申办中
申办中
井下
10
高浓度甲烷传感器
GJD100
楠江集团有限公司
10641040
200610885
井下
11
煤矿用风速传感器
KGF5
楠江集团有限公司
1044860
20045976
井下
12
煤矿用温度传感器
KGW9
楠江集团有限公司
1044854
20045977
井下
13
煤矿用设备开停传感器
KGT28
楠江集团有限公司
1044851
20045975
井下
14
煤矿风门开闭状态传感器
KGE29
楠江集团有限公司
1044852
20045974
井下
15
风筒风量开关
KG5009
楠江集团有限公司
1024752
20024388
井下
16
煤矿用一氧化碳传感器
GTH1000
楠江集团有限公司
10641041
200610889
井下
17
煤矿用管道气体温度传感器
GWD80G
楠江集团有限公司
10641043
200610887
井下
18
压力传感器
GPD200
楠江集团有限公司
10641044
200610888
井下
19
煤矿用负压传感器
GPD10
楠江集团有限公司
10641042
200610890
井下
20
本安电路用接线盒
JXH01
楠江集团有限公司
1024753
20024390
井下
21
遥控器
YJC-3
楠江集团有限公司
1044865
20045979
井下
22
煤矿用聚乙烯绝缘镀锌钢丝编织铠装聚氯乙烯护套通信电缆
MHYBV,1.5mm2
——
——
——
井下
23
煤矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信软电缆
MHYVRP,1.5mm2
——
——
——
井下
24
声光报警器
KHJ6.4
常州市三恒自动化仪表有限公司
2034016
20031382
井下
25
馈电开关传感器
KGT16
宜兴市三恒自动化仪表有限公司
2024036
20021881
井下
26
断电器
KHJ6.3
常州市三恒自动化仪表有限公司
2032067
20031381
井下
2、硬件
1)工作主机、备用主机
a)工业控制计算机,额定工作电压AC220V,电源波动范围-10%~+10%;
b)CPU:
Intel奔腾Ⅳ处理器,主频1.0GHz以上;
c)内存:
256MB;
d)双硬盘:
80G以上;
e)显卡:
标准VGA,32位真彩色;
f)显示器分辨率:
1024*768;
g)备用主机通电待用,当工作主机出现故障影响系统正常运行时,手动更换接线至通电待用的备用主机,使备用主机投入正常工作,其间花费时间应不大于5min。
2)KJJ28A型通信接口
a)防爆型式:
一般兼本质安全型“[Exib]Ⅰ”;
b)额定工作电压AC220V,电源波动范围-15%~+10%;
c)通信接口与分站的传输方式:
主从、异步、半双工、基带传输;
d)通信接口与分站的传输速率:
2400bps;
e)通信接口与分站的最大传输距离:
10km;
f)通信接口与计算机的传输方式:
主从、半双工、RS232;
g)通信接口与计算机的传输速率:
9600bps;
h)通信接口与计算机的最大传输距离:
5m。
3)KJF47A型监控站
a)分站与通信接口的传输方式:
主从、异步、半双工、基带传输;
b)分站与通信接口的传输速率:
2400bps;
c)分站与通信接口的最大传输距离:
10km;
d)本安电源输出:
3组DC18V/300mA;
e)备用电池供电时间:
电网停电后,应保证系统井下设备正常工作时间不小于2小时;
f)最大组合负载:
每组本安电源可供2个KG3019型高低浓度甲烷传感器、1个KGT28煤矿用设备开停传感器、1个KGT16型馈电开关传感器。
4)KP1005型远程断电器
a)本安输入动作电流(Ia):
2mA≤Ia≤10mA;
b)本安输入动作电压(Ua):
3V≤Ua≤4V;
c)输入阻抗:
≥300Ω,最小动作电流脉冲宽度:
≥500μs;
d)输出通态压降:
≤2V;
e)触点常开常闭输出,通断能力:
AC220V/5A;
f)控制设备至断电器最大距离:
2km,断电器至被控设备最大距离:
50m。
5)KHJ6.3型断电器
a)控制输入信号:
0mA~5mA;
b)控制输出:
常开或常闭;
c)控制通断能力:
AC36V/5A、AC127V/2A、AC660V/0.35A。
6)电缆
a)中心站到井下KJF47A监控站之间使用的电缆型号和规格:
MHYBV型,截面积为1.5mm2;
b)KJF47A监控站与传感器、断电器之间使用的电缆型号和规格:
MHYVRP型,截面积为1.5mm2;
c)系统中井下设备所使用的电缆应具有阻燃性能;具有防爆合格证和“MA”标志。
7)接地及防雷保护措施
a)接地:
系统应有单独接地,不允许与其它系统共地。
地面中心站设备的外壳和通讯电缆的屏蔽层应接到安全保护地,接地电阻不应大于2Ω。
系统通讯电缆干线的屏蔽层仅允许在地面中心站机房或竖井一处可靠接屏蔽地上,决不允许多点接地。
其他井下设备的接地要求应满足《煤矿安全规程》第482~487条的规定。
b)防雷保护措施:
在系统的通信接口﹑入井口应有SR-E24V/2S型防雷装置;在地面中心站设备电源应有AM2-40/2型防雷装置。
3、软件
操作系统、数据库、编程语言等应为可靠性高、开放性好、易操作、易维护、安全、成熟的主流产品。
软件应有详细的汉字说明和汉字操作指南。
1)操作系统:
简体中文WindowsXP;
2)主机监控软件:
KJ102N型煤矿安全监控系统软件V1.0;
3)数据库:
SQLServer2000。
三基本功能
1、数据采集
1)系统具有甲烷浓度、风速、风压、一氧化碳浓度、温度等模拟量采集、显示及报警功能。
2)系统具有馈电状态、风机开停、风筒状态、风门开关、烟雾等开关量采集、显示及报警功能。
3)系统具有瓦斯抽采(放)量监测、显示功能。
2、控制
1)系统必须由现场设备完成甲烷浓度超限声光报警和断电/复电控制功能。
a)甲烷浓度达到或超过报警浓度时,声光报警;
b)甲烷浓度达到或超过断电浓度时,切断被控设备电源并闭锁;甲烷浓度低于复电浓度时,自动解锁;
c)与闭锁控制有关设备(含甲烷传感器、分站、电源、断电控制器、电缆、接线盒等)未投入正常运行或故障时,切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。
2)系统必须由现场设备完成甲烷风电闭锁功能。
a)掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时,声光报警;掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5%CH4时,切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当掘进工作面甲烷浓度低于1.0%CH4时,自动解锁;
b)掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0%CH4时,声光报警、切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0%CH4时,自动解锁;
c)被串掘进工作面入风流中的甲烷浓度达到或超过0.5%CH4时,声光报警、切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当被串掘进工作面入风流中的甲烷浓度低于0.5%CH4时,自动解锁;
d)局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时,声光报警、切断供风区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当局部通风机或风筒恢复正常工作时,自动解锁;
e)局部通风机停止运转,掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0%CH4时,必须对局部通风机进行闭锁使之不能起运,只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁;当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5%CH4时,自动解锁;
f)与闭锁控制有关设备(含分站、甲烷传感器、电源、断电控制器、电缆、接线盒等)故障或断电时,进行声光报警、切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当与闭锁控制有关的设备接通电源1分钟内,继续闭锁该设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源;当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。
3)具有地面中心站手动遥控断电/复电功能,并具有操作权限管理和操作记录功能。
4)系统具有异地断电/复电功能。
3、存储和查询
1)甲烷浓度、风速、负压、一氧化碳浓度等重要测点模拟量的实时监测值;
2)模拟量统计值(最大值、平均值、最小值);
3)报警及解除报警时刻及状态;
4)断电/复电时刻及状态;
5)馈电/复电时刻及状态;
6)局部通风机、风筒、主通风机、风门等状态及变化时刻;
7)瓦斯抽采(放)量等累计量值;
8)设备故障/恢复正常工作时刻及状态等。
4、显示
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- 煤矿安全 监控 系统 函授 毕业设计