xx隧道有害气体监测设备与检测方案(高).doc

Xx隧道有害气体监控

设
计
方
案

川煤集团装备监测有限公司
二〇一六年十月
隧道有害气体监控设备与监控方案

一、 生产过程中常见的有毒、有害气体
在生产过程中对财产与人的健康、生命造成危害的因素大体上可以分为物理、化学与生物三方面。其中化学因素的影响危害性最大。而有毒有害气体又是化学因素中最普遍、最常见的部分。
   有毒有害气体分为可燃气体与有毒气体两大类。有毒气体又根据他们对人体不同的作用机理分为刺激性气体、窒息性气体和急性中毒的有机气体三大类。
        窒息性气体包括一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等气体。这些化合物进入机体后导致的组织细胞缺氧各不相同。一氧化碳进入体内后主要与红细胞的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，以致使红细胞失去携氧能力，从而组织细胞得不到足够的氧气。硫化氢进入机体后的作用是多方面的。硫化氢与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合，抑制细胞呼吸酶的活性，导致组织细胞缺氧硫化氢可与谷胱甘肽的巯基结合，使谷胱甘肽失活，加重了组织细胞的缺氧另外，高浓度硫化氢通过对嗅神经、呼吸道黏膜神经及颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的强烈刺激，导致呼吸麻痹，甚至猝死。

二、隧道中的有害气体

隧道中的常见有害气体表
序号
有 害 气 体 名 称
极 限 浓 度
1
瓦斯（CH4）
1％
2
一氧化碳（CO）
0.0024％
4
硫化氢(H2S)
0.00066％

  三、 隧道有毒有害气体监控系统设计原则及依据
本方案是于川煤装备监测有限公司组织专家在xx隧道进行了检测，钻孔探及现场观测表明：在隧道各个掌子面内岩石颜色逐渐变成深灰色，臭味加重，经检测该气体组成为硫化氢（H2S)、一氧化碳（CO)等有毒有害气体混合，为此我检测公司为该隧道设计本方案。在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性、先进性、实用性、可扩展性及开放性原则，以满足高产、高效的现代化矿井对监测、监控等管理信息有效获得的需要。
设计依据为 Ø
《煤矿安全规程》 Ø
《矿井通风安全监测装备使用管理规定》
《煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201-2006)》 Ø
《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)》 Ø
四、如何选择有毒有害气体监控监控设备
    在我国，由于历史和认识上的原因，我们在选用各类监控设备时存在的问题还比较多，具体有：
 A）对可燃气体的监控重于对有毒气体的监控。
 B）对可能引起急性中毒气体的监控重于对可能引起慢性中毒的气体的监控。
    对于各类不同的生产场合和监控要求，选择合适的气体监测监控设备是每一个从事安全和生产工作的人员都必须十分注意的。
    1、 确定所要监控气体种类和浓度范围
   如果甲烷和其它毒性较小的烷烃类居多，选择甲烷监控仪无疑是最为合适的。这不仅是因为甲烷监控仪原理简单，应用较广，同时它还具有维修、校准方便的特点。如果存在一氧化碳、有毒气体，就要优先选择一个特定气体监控仪才能保证工作人员的安全。
 如果气体种类覆盖了以上几类气体，选择一个复合便携式气体监控仪可能会达到事半功倍的效果。
    2、固定式气体监控系统(KJ101系统)
　 KJ101型矿井监控系统具有鲜为人知的领先技术、简单新颖的系统结构、高可靠高标准的技术性能、广泛的兼容方法、丰富而适用的功能、充满创新意识的软件这几大主要特点。
①鲜为人知的领先技术
各种传感器独创耐高浓冲击技术,监控元件在任何瓦斯浓度环境下不受损伤。KJ101型矿井监控系统的诸多技术,突破了当今世界先进水平,特别在甲烷传感技术,多路复用技术等方面走到了世界前列。各种传感器独创的稳零技术,可使传感器零点与精度三个月以上不必调校,仪器在全量程下只有一个软件调零，由红外线遥控操作,使用之初一次调校,几乎终身不必再调试。 目前国内的监控系统结构大都采用分站+电源箱+断电器+后备电池+传感器模式，KJ101系统设有沿袭这种机构，它将以上5部份设计成一体，每个采面只需一台监控仪即可实现全部参数的监控，可靠性好，易维护，安装使用方便。 KJ101型矿井监控系统的所有部件都采用防水，防振，防尘，防腐的高可靠设计和积木结构，各部件的组合与分解非常方便,如甲烷传感器，监控仪，遥控分路器，高压断电器等设备，控制逻辑全部集中在一块插板或模板上，机内无连线，维修更换简单，非专职维修人员也能应急修理。
②高可靠高标准的技术性能
KJ101型监控系统许多技术指标超越了传统产品，典型参数如下： 
宽适应范围输入电压： 660v/380v/127v/36v × ±25%(-25%) 
高电压大电流断电等级： 1140v/30A 
大容量后备电源：>6小时 
超长的零点，精度调校周期：>100天 
长寿命监控元件：>1.5年 
宽量程连续监控范围：0.00-100%CH4 
地面组网半径：50km 
传感器接线距离：2km 
井下传输距离：20km 
多信号制式：标准FSK/高频调相/基带双流码
③广泛的兼容方式
KJ101矿井监控系统不受分站模式的束缚，本系统监控仪的输入端口开关量与模拟量通用，并且可以兼容各种制式的频率量、不连续脉冲、串行码和本系统特有的二线制叠加码，系统自动识别无须定义，几乎可以配接国内外所有厂家的传感器。监控仪传感器电源各路独立，稳压18v,限流200-300mA(可调)，无论恒流型还是恒压型传感器都可以直接配接，无须更改电路。本系统的传感器兼有多种输出制式：如：各种标准的频率量5-15;0-300;0-5000;200-1000;200-400-960等，模拟量1-5mA；4-20A；还有ADJ-2和串行码方式。
④充满创新意识的软件
KJ101矿井监控系统软件与它的硬件风格一样充满创新意识，系统运行平台为windows，操作灵活简便。追求开放式软件设计理念。数据存储采用数据库模式，为用户的二次开发和组网奠定了良好的基础，各功能模块采用积木式结构，根据用户需要可以很方便的随意挂接扩展。系统设计有广播式远程终端，局域网终端和互联网超远程终端，用户可以很方便的自行扩展，可将终端延伸到地球上任一角落，为偏远矿区特别是离矿距离远而分散的用户提供了一种新颖快捷的组网方案，用户只需很小的投资即可迅速组网。本软件集各类监控系统的优点于一身，功能齐全，可靠实用，符合行业规范要求。
五、系统特点及功能
1) 整个综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；
2) 系统采用485传输工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短（300ms），通信更加可靠；
3) 矿井工业网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度高的矿井485传输协议；
4) 平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力加强。为整个网管系统可对所有的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。
5) 采用先进的多主并发通讯模式，系统监控速度快，实时性强。
6) 整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，稳定性提高；
7) 监控系统增加UPS电源保护，在市电停电后，可运行两个小时以上。
六、隧道有毒有害气体监控系统设计及传感器布置
1 地面设备
监控机房：监控主机1台、矿用数据接口1台、激光打印机1台、监控软件1套、UPS电源1台、声光报警器1套。

2 洞内分站及传感器

洞内巷道中部（二衬）：
设备布置：八模分站1台、瓦斯传感器1台（顶部）、瓦斯传感器2台（左右侧距各一个）、硫化氢传感器1台（左或右侧一个）、风速传感器1台（顶部）、一氧化碳传感器1台（顶部）。
监测内容：连续监测各个隧道掌子面回风的瓦斯、硫化氢和一氧化碳的浓度、风速参数，当超限时实现自动声光报警。

隧道掘进工作面：
设备布置：八模分站1台、瓦斯传感器1台（顶部）、瓦斯传感器1台（风筒末端对侧）、硫化氢传感器1台（风筒末端对侧）。
监测内容：连续监测掌子面的瓦斯、硫化氢的浓度，当超限时实现自动声光报警。

隧道洞口： （总回风）
设备布置：八模分站1台，瓦斯传感器1台（距洞口15米处顶部）、风速传感器1台（距洞口15米顶部）。
监测内容：连续监测掌子面的瓦斯浓度、风速参数，当超限时实现自动声光报警。

七、主要传感器布置原则
隧道瓦斯监测布置示意图：

八、 隧道中的有害气体仪器的主要参数

我国煤矿的有害气体监控技术发展较快，目前部分煤矿已采用全自动电脑监控。隧道中有害气体监控仪器参照选用表如下：

KJ101N-F2型矿用监控分站

该仪器保留了四模监控仪的全部功能，模拟量输入端口改为双四个分列两边，具备二台独立监控仪的全部功能，外壳采用高分子材料压铸工艺制造，外形精美，是目前国内体积最小、重量最轻的小型分站。仪器不仅功耗低、高可靠、使用方便，而且功能非常强大。
>>主要技术参数
输入端口： 8模拟量和8开关量端口 
传感器电源： 2组 每组18V/600mA 
输出控制： 二线制数字编码驱动兼电源供电 
信号输入：  脉冲频率200-1000；200—2000；0-5000；4-20mA；1-5mA；串行码；脉冲计数等 
开关量入：  三态5mA；1mA；0mA （两、三态方式可选）
显示方式：  0.5''LED 3+4只，0.3''LED1只 
后备电源：  >6小时（内置式） 
显示功能：  模拟量测值显示、开关量状态显示、多路断电报警状态显示、传感器故障显示、 地面呼叫显示、本地回答显示、传感器属性显示、断复电值显示、本地站号显示、交直流供电方式显示等 
工作模式：  4模40开、6模24开、7模16开、8模8开等  
电池管理： 自动充电管理、过放电保护 
传输距离：  10km 
KJ101-45B型甲烷传感器

本产品是一种全新概念的仪器，它采用了本单位的四项专利技术，测量机理与常规方法截然不同。本传感器可与普通的瓦斯传感器直接代换使用，工作电源和信号传输完全兼容。它可与目前所有的监控系统和断电仪配套，特别适用于高瓦斯矿井。
主要技术参数: 
测量范围： 低浓型：0.00-10% CH4；
测量误差： 基本误差：测值×±10% （典型值：测值×±5%） 
输出信号： 脉冲频率200-1000；200-2000； 0-500等；0-5000；5-15；
模拟信号 :  4-20mA； 1-5mA；串行码
元件寿命： ≥1.5年 
显示方式： 三位0.5''LED数码管 
工作电源： DC 9-24V；功耗：≤60mA (18V)
接线距离： >2km（1.0mm2电缆）
报警方式： 声光报警 
报警门限： 0.1-10% CH4可修改 
断电门限： 0.1-10% CH4可修改
报警声强：>85db（1米）
监控速度： 1次/2s 
工作方式：连续工作
使用条件：环境温度：0-40℃ 相对湿度：≤98%
KGF5超声波风速监控仪

超声波风速监控仪采用超声波测量原理，具有技术先进、使用方便、长期使用稳定可靠、免维护等特点。主要用于各种巷道、管道、地铁通道、风口、扇风机井口等处的风速、风量的监控。

主要技术参数: 
工作电压：DC12V~18V
工作电流：不大于100mA
输出信号： 4~20mA/RS485总线 、 200Hz~1000Hz
换能器工作频率：140~150kHz
测量范围：风速0.3 ~ 15m/s
重复性误差： 读数值+1%
外型尺寸及质量：370mm×160mm×55mm        1kg
防护等级：IP65

GLH100型矿用电化学式硫化氢传感器

本传感器采用英国进口原装传感元件，工作稳定，寿命长，4位LED数字显示，本质安全电路，智能化芯片控制，红外线遥控调校，本质安全电路，多种信号输出制式，采用微孔憎水滤膜作为该产品防尘、防潮保护膜，解决了传感器原件防尘放水问题，可与各种监控系统配套使用。特别适用于高硫矿井环境中硫化氢浓度连续监控。标准三线制方式工作。
主要技术参数:           
工作电压：9-24V
工作电流：60mA
测量范围：0-100ppm
输出信号：数字串行码、200-1000Hz频率、4-20 mA或1-5 mA电流
元件寿命：3年
显示分辨率：1ppm
测量精度：2ppm
显示方法：四位红色数码管
使用环境条件：工作温度：-20～40℃；相对湿度：≤96%；气压：80～110kpa；风速：≤8m/s
GTH500型电化学式一氧化碳传感器

本仪器是由嵌入式单片机控制的智能仪表。该传感器采用本安电路设计，适用于煤矿井下或地面有瓦斯爆炸液体环境中，能够对矿井总回风或采区回风以及管道中的一氧化碳进行连续检测。
该仪器采用进口传感元件，具有检测灵敏度高、稳定性好、测量范围宽、兼容性好以及非线性校正，温度补偿，红外参数设置，数码显示等特点。
>>主要技术参数
测量范围： 0-400PPM、0-500PPM
测量误差： ±1.0PPM
工作电压： 9-24V
工作电流： <80mA
报警范围： 1.0-99.0PPM
工作条件： 温度：0-40℃ 相对湿度：≤98％ 大气压力：86-106Kpa
关联设备： KJ101N-F1;KJ101N-F2、
传感器－电源距离：2Km(1.5mm2铜芯电缆)
遥控距离：>6m
仪器重量：1.4 Kg
九、有害气体监控管理
1、人员配置
应成立专业监控组，所有监控人员经专业技术培训， 24h值班,做到分工明确，责任明确，保证仪器精确度，一切情况直接向指挥或管理系统人员汇报。
所有管理人员进洞检查要携带便携式监控仪器。所有施工人员应经常注意洞内固定监控仪器位置、气体浓度情况等，以此形成所有洞内施工人员全员监控有害气体。
2、 培训
专职监控员进行专业技术培训，取得资格证后方可上岗，所有进洞施工人员要经过有关知识培训，合格后方可进洞施工。
3 、监控
按有关规定对有害气体进行监控，并对煤系地层和高含气段地层，实行重点监控，增加监控断面的密度。
4 、监控数据整理分析
在洞内监控的同时，做好各种有害气体浓度变化的记录，并及时汇总到组织指挥系统。
对有害气体监控数据的整理分析，是指导隧道施工、协调各工序间关系，确保施工生产在安全的前提下，能有序地进行。
5 、管理措施
①、监控仪器专人保管、充电。应随时保证测试的准确性，按各种仪器说明书要求，定期送地区级以上检查站鉴定，日常每10天校正一次，对仪器大修送国家认定机构进行修复。
②、每个监控点应设置明显的记录牌，每次监控应及时填写在瓦斯记录本上，并定期逐级上报。

十、针对瓦斯气体涌出特点制定以下防治措施：
1、加强通风，保证风量满足，用通风稀释的方法将瓦斯气体浓度冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全标准以下。
2、加强对有害气体的检查。通防部、安质部、防突队管理人员应经常观测气体变化情况，对出现的情况进行分析、预测预报，及时采取有效措施进行处理。瓦检员应每隔两小时检测一次并汇报调度室，瓦检员或其它测定人员应站在上风侧、头部不应低于巷道底板500mm以下的地方测定，以防测定人员中毒。测定结果同时告知现场工作人员和带班工长，当整个巷道回风流中瓦斯浓度达到1%时，应立即撤离现场至进风巷。每班由带班工长或安监员携带一台便携式多参数检测仪进行测定，仪器吊挂在瓦斯积存区距巷道底板400mm处，采取防水措施防止仪器进水。
3、巷道要保持经常性的排水，不应长期积水，及时把巷道积水排干，以防气体溶于水而产生隐患。
4、加强日常通风管理工作。生产工作人员、安全管理人员要加强局部通风的管理，迎头停风后，掌子面施工人员要及时撤出，在掌子面送风10min后，经监测硫化氢及其它有毒有害气体不超标的情况下，方可进入。在未送风前严禁所有人员进入迎头，严格执行风电、瓦斯电闭锁，同时风筒口距迎头硫化氢异常区不得超过5m。对临时停风的巷道恢复通风前，必须先检查硫化氢。
5、对瓦斯应进行定期检测、动态监控管理，并严格执行瓦斯检查制度。
7、瓦斯浓度超限时（达到0.1%及以上）严禁作业，撤出人员，加强通风，待瓦斯浓度降到安全浓度以下时方可恢复生产。
8、瓦斯检测仪宜采用便携式检测仪，必须悬挂在人员工作地点5米范围内，悬挂高度1.5m左右；使用机械的作业地点在司机处固定一台便携式瓦斯检测仪。
9、保证职工的健康。工作人员应注意不要长时间停留在瓦斯积存范围内进行作业。
10、当整个巷道回风流中瓦斯浓度达到1%时，应立即撤人。
11、在瓦斯积存区域设置警示牌。
12、对地质资料提供有水或断层、裂隙多预计有瓦斯气体积聚的地段，打超前钻孔，提前释放、抽放或封堵瓦斯气体。矿井出水都会伴随大量瓦斯气体溢出，因此对有出水可能的地段进行超前钻探，避免瓦斯突然溢出。
13井上下应配备必要的氧气呼吸器和自救器，防止瓦斯中毒救援过程中事故范围扩大。
十一、矿井硫化氢（H2S）的预防治理
硫化氢( H2S)是一种极毒的可燃气体，无色，带有臭鸡蛋气味。它具有强烈毒性，能使人的血液中毒，对眼睛、粘膜以及呼吸系统有强烈的刺激作用。人体受硫化氢中毒时的征兆如下：
1、 H2S浓度达到0.01～0.015%时，流唾液和清水鼻涕、瞳孔放大、呼吸困难。
2、 H2S浓度达到0.02%～0.05%时，经5～8分钟后，引起眼、鼻、喉、黏膜的强烈刺激，昏睡、呕吐、头痛、四肢无力。
3、H2S浓度达到0.05%时，经30分钟就失去知觉，痉挛，脸色变白，不进行急救就会死亡。
4、硫化氢极毒，人吸入浓度为1g/m³（0.658%）的H2S在数秒钟内即可死亡。
（一）、硫化氢（H2S）危害的防治：
硫化氢毒性极大，但硫化氢比空气重(相对密度为1.17)，且极易溶于水而形成氢硫酸。故地势低处危险性比高处大；下风向硫化氢浓度大，上风向则浓度低等；在突发事故中用湿毛巾等捂嘴鼻、向高处避毒、向上风向撤离等，均可避免或减轻伤亡。
（二）、针对硫化氢气体涌出特点制定以下防治措施：
1、加强通风，保证风量满足，用通风稀释的方法将硫化氢气体浓度冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全标准以下。
2、加强对有害气体的检查。通防部、安质部、防突队管理人员应经常观测气体变化情况，对出现的情况进行分析、预测预报，及时采取有效措施进行处理。瓦检员应每隔两小时检测一次并汇报调度室，瓦检员或其它测定人员应站在上风侧、头部不应低于巷道底板500mm以下的地方测定，以防测定人员中毒。测定结果同时告知现场工作人员和带班工长，当整个巷道回风流中硫化氢浓度达到6.6ppm（0.00066%）时，应立即撤离现场至进风巷，撤离时，用湿毛巾捂住嘴鼻。每班由带班工长或安监员携带一台便携式硫化氢检测仪进行测定，仪器吊挂在硫化氢积存区距巷道底板400mm处，采取防水措施防止仪器进水。
3、巷道要保持经常性的排水，不应长期积水，及时把巷道积水排干，以防气体溶于水而产生隐患。
4、降低气体浓度。工作面应备足量的生石灰，每班在硫化氢积存处抛洒一遍，覆盖整个积水范围，使其产生水雾溶解硫化氢气体，降低其浓度。
5、加强日常通风管理工作。生产工作人员、安全管理人员要加强局部通风的管理，迎头停风后，掌子面施工人员要及时撤出，在掌子面送风10min后，经监测硫化氢及其它有毒有害气体不超标的情况下，方可进入。在未送风前严禁所有人员进入迎头，严格执行风电、瓦斯电闭锁，同时风筒口距迎头硫化氢异常区不得超过5m。对临时停风的巷道恢复通风前，必须先检查硫化氢。
6、对硫化氢应进行定期检测、动态监控管理，并严格执行硫化氢检查制度。
7、硫化氢浓度超限时（达到10mg/m3及以上）严禁作业，撤出人员，加强通风，待硫化氢浓度降到安全浓度以下时方可恢复生产。
8、硫化氢检测仪宜采用便携式检测仪，必须悬挂在人员工作地点5米范围内，悬挂高度1.5m左右；使用机械的作业地点在司机处固定一台硫化氢检测仪。
9、保证职工的健康。工作人员应注意不要长时间停留在硫化氢积存范围内进行作业。
10、当整个巷道回风流中硫化氢浓度达到0.01%时，应立即撤人。
11、在硫化氢积存区域设置警示牌。
12、对地质资料提供有水或断层、裂隙多预计有硫化氢气体积聚的地段，打超前钻孔，提前释放、抽放或封堵硫化氢气体。矿井出水都会伴随大量硫化氢气体溢出，因此对有出水可能的地段进行超前钻探，避免硫化氢突然溢出。
13井上下应配备必要的氧气呼吸器和自救器，防止硫化氢中毒救援过程中事故范围扩大。

十二、煤矿监测监控系统清单
监测监控系统设计，严格按照《AQ1029-2007》煤矿安全监控系统及监测仪器使用管理规范、产品必须符合《AQ6201-2006》标准。
名称
规格型号
单位
设计数量
单价
（元）
总金额
（元）
备注
监控主机
工控机
台
1
7000
7000

软件
专用
套
1
10000
10000

打印机
激光打印
台
1
1200
1200

接口
专用
台
1
12000
12000

避雷器

台
2
3000
6000

地面声光报警器
专用
台
1
1800
1800

后备电源
2小时
台
1
5000
5000

监控仪分站
8模8开
台
3
13600
40800

低浓传感器
专用
台
6
2450
14700
含检定费
风速传感器
专用
台
2
4500
9000
含检定费
硫化氢传感器
专用
台
2
7800
15600
含检定费
一氧化碳传感器
专用
台
1
6500
6500
含检定费
远程继电器
专用
台
1
3200
3200

探头线
1*4*7/0.37
米
500
6
3000
按实际用量结算
屏蔽线
1*4*7/0.37
米
500
7
3500
按实际用量结算
接线盒
三通
个
10
65
650

接线盒
二通
个
10
55
550

合计： 140500 元
注：以上设备均不含运输费和安装费。

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