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安全检测监控系统设计

17
2020年5月29日
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实习报告

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重庆工程职业技术学院
目录
一、煤矿安全检测监控设计的思想 4
二、安全检测监控系统概述 4
1、矿井灾害种类程度及设置安全监测系统的重要性 4
2、安全监测监控系统设置的条件和要求 4
三、安全监测监控系统和传输设备选择 4
1.监测监控系统设备选型原则 4
2.安全监控系统的组成、设置地点和布置 4
3.监测监控系统设备调试与校正 6
4.传输设备及器材选型 6
四、 监测设备各类传感器布置 6
1.回采面传感器选型及配置 6
2.掘进面传感器选型及配置 6
3.其它地点传感器选型及配置 7
4.各类传感器的有关参数 7
5.矿井各类传感器装备量 8
五、矿井的管理机构和人员培训的保证措施 8
六、实习总结 9

一、煤矿安全检测监控设计的思想
本设计根据AQ+6201- 、AQ6203- 等传感器的使用的相关规则以及<煤矿安全规则>等一系列规章规程以及该业主提供的相关的地质和该煤矿的基本资料和相关文件而进行的相关设计。
本设计方案反映了该煤矿的地质地貌、地质构造及含煤层、煤质、矿井的瓦斯情况和水文基本条件。
根据改煤矿的基本情况本设计决定采用暗硐开拓,采用走向长壁采煤的方法,是根据国家有关文件及实际情况而设计的,本方案安全可靠,经济合理、见效快、技术可靠。
矿井设计的供电电源采用多级设备多级备份,可满足矿区各设备的供电需求。对于各种本安和非本安设备都有有其相关用电规则,保证井下的安全用电,从而提高矿区的工作效率。

二、安全检测监控系统概述
1、矿井灾害种类程度及设置安全监测系统的重要性
本矿井属高瓦斯矿井,所开采煤层均为易自燃煤层;煤尘具有爆炸性地点危险;矿井无冲击地压显现,煤层为2类顶板易管理。矿井设计生产能力45kt/a,2面4头,提升、运输、通风、排水、供配电等环节较多,不论哪一环节故障都有可能酿成事故,甚至造成重大事故,特别是近几年煤矿事故的频出以及相关机关对煤矿安全的重视。因此矿井设置安全监测监控系统,对矿井安全实施全方位的监控是十分必要的
2、安全监测监控系统设置的条件和要求
根据<煤矿安全规程>第158条规定,所有矿井必须装备矿井安全监控系统。设计在采煤工作面进、回风平巷、回风隅角、岩石回风上山、行人上山、提升上山、掘进工作面碛头、矿井总回风巷、井下中央配电所、主扇风机房等重要机电硐室,在回风巷大于1000m的时候必须在必须在回风平巷的中部必须设置甲烷传感器,并设置安全集中监测系统,对矿井瓦斯浓度、一氧化碳、温度、风速、压差等影响矿井安全的环境参数及矿井主要机电设备的运行状况进行时时监测监控。各种传感器的预警值、报警值和断电值以及上限复电值都要根据该矿井的实际情况设定好值;各种传感器的对应控制输入输出也应该规划好;近程和远程断电都要按其规定连接好设备和调效。

三、安全监测监控系统和传输设备选择
1.监测监控系统设备选型原则
(1) 监测监控设备必须符合有关国家标准和行业标准,取得”防爆合格证,且优先选择本质安全型设备。
(2) 必须具有监测、报警、断电、控制、显示、存储、打印报表和完善的故障闭锁功能。当电网停电时能正常工作不小于2h;系统必须具有防雷电保护措施;中心站不少于2台主机,1台备用。
(3) 技术先进、更新能力和售后服务好。
(4) 充分利用现有KJ90NB监测系统资源,有利于统一管理的原则。
2.安全监控系统的组成、设置地点和布置
安全监控系统由监控系统主机、传输接口、地面分站、井下分站、传输电缆、各种传感器等组成。
(1) 监测监控总站
安全监控系统地面中心站设在+375m工业广场矿办公楼安全监控室,以便矿领导及有关部门可随时查看全矿的监测控实时信息,及时掌握当前的各类生产、设备运行信息。中心站设备有可靠的接地装置和防雷装置;中心站还配有录音电话。地面使用的是抗静电的材质的地板铺设。矿井安全监测监控系统选用先进的融计算机技术、程控调度通讯技术和光纤传输技术于一体的KJ90NB型煤矿安全监测监控系统。地面监控总站设监控主机2台,1台工作1台备用。配置为P4/2.4G/2G/320G/100M/光驱/21″显示器;配备3kVA交流稳压电源l台,STKlkVA/4Ah型UPS电源l台,四屏显示驱动卡1台,LQ-1600打印机1台,传输接口(KJ101)等。
中心站主机不断的轮流与各个分站进行通信,每个分站接收到主机的询问后,立即将该分站接收的各测点信号传给主机,各分站又不停的接收各传感器信号进行检测变换和处理,时刻等待主机的询问,以便将检测参数传送到地面。地面需要对井下设备进行控制时,主机将控制命令与分站巡检信号一起传给分站,分站输出指令经过远动开关控制设备。监控主机将接到的实时信号进行处理和存盘,并经过本机显示器显示出来。并能将各测量参数的实时或历史数据,制作成各种图形或报表输出。
(2) 监测监控分站
分站是监测系统的关键配套设备,分大、中分站两种。
大分站(KFD-2)容量:16个输入端口,8个控制输出,最多安装16个传感器;中分站(KFD-3)容量:8个输入端口,4个控制输出,最多安装8个传感器。根据传感器和执行器与分站的距离最多不能超过2km,与地面中心站的距离不能大于25km,根据线缆的损耗确定实际距离
监测监控分站为矿用本质安全型,输入电压为AC36或AC127V,频率为50Hz。分站在接传感器时,不用区别开关量、模拟量,完全由地面计算机作统一定义。分站主要实现对各类传感器数据收集、实时处理、存诸、显示、控制和与地面中心站的数据通信。分站可适用于井上下各种场合,实现瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。分站使用带备用电源(独立供电大于2h),当系统停电或发生故障时,仍可独立工作,能从分站调出有关参数进行故障分析。
井下分站安装在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中,安装时加垫支架,使其距巷道底板不小于300mm或吊挂在巷道中。声光报警器设置在相邻分站附近。
瓦斯传感器防爆型式为Exibd I矿用本安兼隔爆型,其余为Exibd I矿用本安型,传感器稳定性好、可靠性高,具有就地数据显示、报警、断电等功能,工作电流小,传输距离远。
系统具有独特的三级断电控制和超强异地交叉断电能力(中心站手控、分站程控和传感器就地控制),具有断电回信息比较,若异常则报警。
矿井达产时,全矿共需要9个监测监控分站,使用7个,备用2个。其中:使用大分站3个,备用1个;使用中分站4个,备用1个。各监测监控分站设置情况见表1-1-1:
表1-1-1 监测监控分站设置情况表
序号
分站安装地点
分站型号
单 位
数 量
备 注
1
+309.5m南回风平硐
SBF
KFD-2
台
1
掘进面
2
+305m二平面巷
KFD-2
台
1
回风平巷
3
+180回风上山
KFD-2
台
1
+18轨道上山山
=
4
大分站使用合计

台
3

5
+180mE平面巷
KFD-3
台
1

6
+220岩石回风巷
KFD-3
台
1

7
1101平巷
KFD-3
台
1

8
+303m9道拐回风巷
KFD-3
台
1

9
中分站使用合计

台
4

10
大、中分站使用合计

台
7

11
大分站备用
KFD-2
台
1

12
中分站备用
KFD-3
台
1

13
总 计

台
9

3.监测监控系统设备调试与校正
监测监控系统设备每月至少进行一次调试、校正。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备,根据相关规定:每10天必须使用校准气样和空气样调校、测试1次。监测监控设备发生故障时,必须及时处理,在故障期间必须有安全措施。必须每天检查监测监控设备及电缆是否正常,使用便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照,并将记录和检查结果报监测值班员;当两者读数误差大于允许误差时,先以读数较大者为依据,采取安全措施并必须有8h内对2种设备调校完毕,必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、收发和维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘,发放前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值,不符合要求的严禁发放使用。
4.传输设备及器材选型
(1).传输设备及器材选型原则
传输设备应符合<中华人民共和国煤炭行业标准煤矿用信息传输装置>(MT/T899- )。用于监测监控系统的误码率不应大于10-6,最大巡检周期不应大于30s。安全监测监控设备之间的输入输出信号必须为本质安全型信号,设备之间必须使用专用阻燃电缆、光缆连接,严禁与调度电话线和动力电缆等共用。
(2).传输设备及器材型号、数量
根据<煤矿安全规程>规定,井下电缆必须选用检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆、光缆。本系统中心站下井、井下主要传输线采用光缆,根据本矿井属于平硐型也能够选用MHY-32(1x4x1.0)主传输线缆。分站至模拟量传感器之间采用PUYVR-1×4×7/0.43型电缆,分站至开关量传感器之间、控制电缆采用PUYVR-1×2×7/0.28型电缆。电缆每隔100m作一黄色标志,标志长度为100m,电缆的敷设、连接方式按相关规程规范的规定执行。
(3).传输设备由传输电缆和接线盒组成,传输电缆分3种规格:
1)主通讯电缆:用于监控总站至分站、分线盒至分站的数据传输,型号PUYVRP39 1×4×7/1.38,长1200m。
2)模拟电缆:用于分站至分线盒的数据传输,型号PUYVP 1×4×7/0.43,长2150m。
3)开关量电缆:用于分线盒至传感器的数据传输,型号PUYVP 1×2×7/0.28,长2350m。
4)二通、三通接线盒各8个。
5)传输接口设备为KJ101数据通信装置,通讯方式为RS485。

四、 监测设备各类传感器布置
根据<煤矿安全规程>、<煤矿安全监测新标准、新规程>等有关规定,结合本矿井的开采技术条件、采掘布置、回采工艺、生产系统等综合条件,对井下采掘工作面、硐室、各主要生产环节等进行了传感器配备。
1.回采面传感器选型及配置
本矿井为高瓦斯矿井,故在回采工作面工作面上隅角、回风巷、回风流分别设有高低浓度甲烷传感器。一氧化碳传感器和温度传感器用于有自燃倾向的煤层,前者报警浓度≥0.0024％,后者报警值34℃。
进风流:设置0-10%的低浓度甲烷传感器,报警浓度为0.5%、断电浓度≥0.5%,复电浓度＜0.5%。断电范围运输巷全部非本质安全型电气设备。
工作面和上隅角:设置0-10%的低浓度甲烷传感器,报警浓度为1.0%、断电浓度≥1.5%,复电浓度＜1%。断电范围工作面和回风巷全部非本质安全型电气设备。
回风巷:在回风巷中部及回风巷与采区回风上山相距10m处设置0-10%的低浓度甲烷传感器,报警浓度为1%、断电浓度≥1.5%、复电浓度＜1%。断电范围回风巷全部非本质安全型电气设备。
2.掘进面传感器选型及配置
本矿井为高瓦斯矿井,在掘进面和回风流中分别设有甲烷传感器,在掘进面进风处设有局部通风机开停传感器,风筒末端设置风筒传感器。
碛头:设置0-10%的低浓度甲烷传感器,报警浓度为1%、断电浓度≥1.5%、复电浓度＜1%
回风:设置0-10%的低浓度甲烷传感器,报警浓度为1%、断电浓度≥1%、复电浓度＜1%。
本矿井属于高瓦斯容易自燃的矿井,在采煤的工作面至少要设置一个一氧化碳传感器,其安装的地点能够是上隅角、采煤工作面或者回风平巷,其报警浓度为>=0.0024%

工作面甲烷传感器断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电气设备。掘进工作面甲烷传感器设置要求见下图所示:

图示 掘进工作面甲烷传感器布置图
3.其它地点传感器选型及配置
(1).矿井总回风巷
在总回巷测风站位置分别设置甲烷传感器、风速传感器等。当总回风巷中瓦斯浓度超过0.70%时,发出声光报警。
(2).主要机电硐室
在井下采区绞车房、+200m 中央变电所、水泵房等处,分别设置甲烷传感器、开停传感器等,当进风流中瓦斯浓度达到1.0%时,发出声光报警,并切断电源。
(3).主扇风机房
在中煤组风机房安设开停传感器、一氧化炭传感器、风门开闭传感器,在总回风风硐安设压力传感器,在总回测风站安设甲烷传感器、风速传感器等。
4.各类传感器的有关参数
(1).甲烷传感器
甲烷传感器设置在井下工作面,掘进头、回风巷道等地方,用于连续监测井下气体中甲烷含量,当甲烷含量超限时,应具有声光报警功能,同时由有关设置切断相应范围的电源。
传感器的测量范围:0%～10%CH4连续可测;
传感器的测量误差:对0%～1%范围为±1.0%CH4;
对1%～2%范围为±≤0.2%CH4;
对2%～4%范围为±≤0.3%CH4;
对4%～10%范围为±≤8%CH4真值(相对误差);
报警值0.5%～2.5%可调,光信号应能在20m清晰可见;
传感器的响应时间应不大于30S。
(2).温度传感器
温度传感器设置在井下机电硐室内,测量其环境温度以保证机电设备工作面允许的环境温度下:
测量范围:-5～+45℃
测量精度:±1º
报警值:34℃
(3).风速传感器
风速传感器安装在井下各主要风道,测量其风速,以保证井下各井巷中的风流速度符合规程要求,同时还可依据所测的风速及所测点巷道断面计算出其风量及吨煤风量。
测量范围:0.4～15m/s。
测量误差:≤±0.3m/s。
(4).风门开闭传感器
安装在井下各固定风门设置处,以监测各风门的开、关状态,保证井下风路畅通。
(5).负压传感器
负压传感器安装在矿井风峒内,用以连续监测矿井风压。
测量范围:0～-5kPa(表压)
测量精度:≤±1%
(6).机电设备开停传感器
安装在井下主水泵、局扇等主要机电设备设置处,用以监测各机电设备的开、停状态,保证机电设备的正常运行。
5.矿井各类传感器装备量
(1).各类传感器装备量的确定
设计根据矿井开拓布置,机械设备配备按实际需要地点进行配备。矿井采用走向长壁采煤法,设计布置2个采煤工作面,4个掘进工作面。因此,根据矿井各监测地点及监测内容即可确定所需的传感器种类以及数量,同时根据各传感器在运行期间的故障,考虑一定的备用量,各传感器的备用系数约为:甲烷传感器:35%;负压传感器:25%;其它模拟传感器:30%;开关类传感器:20%;控制类传感器:20%。
本矿井共装备有如下传感器:
本矿井属于高瓦斯矿井因此高低浓度甲烷传感器应该多备份几个、开停传感器、风速传感器、压差传感器、负压传感器、温度传感器、风门传感器、一氧化碳传感器、水位传感器等各类反映井下环境及各类设备工况参数传感器。
矿井各类传感器装备量见表7-3-2;矿井各类传感器数量及位置见表1-1-2:
表1-1-2 矿井各类类传感器装备量表
序号
传感器名称
型号及规格
装备量
备用量
装备总量
1
高低瓦斯浓度传感器
KG9001B
33
7
40
2
风速传感器
GY15

9
2
11
3
风门开闭传感器
KG92-1
6
2
8
4
设备开停传感器
GT-1(A)
5
1
6
5
断电仪/馈电传感器
KDD-2
7
1
8
6
压力传感器
KG9501
3
1
4
7
温度传感器
GW50A
7
1
8
8
一氧化碳传感器
KG9201
7
1

8
9
风筒传感器
GY15
5
1
6
10
流量传感器

2
1
3

合 计

84
18
102

(2).传感器的校验
矿井安全监测监控系统所安装的各类传感器,在入井前,必须经检验后,方可入井使用,使用过程中,每年应定期对使用的各类传感器进行检验。各类传感器调校均由供货厂家完成,或者由永荣矿业公司仪器仪表检测维修中心进行,厂家负责培训调校人员的培训,由专人负责进行各类传感器的调校。

五、矿井的管理机构和人员培训的保证措施
矿井通风部门应建立安全监测机构,并配备具有通风和安全监测专业知识的工程技术人员监测监控系统巡视、维修人员。
为使设备正常运行,监测监控设备生产厂家可免费提供相应的技术培训,使维修人员能掌握对设备的日常维护和一般性的故障查找及排除,让使用人员能熟练掌握系统的各项功能性操作。安全监测人员必须经过通风和安全监测专业培训,并取得合格证方可上岗。
设计建议矿井生产后,应进一步结合矿井出现的各种新情况、新问题,及时完善矿井安全监测监控系统。

六、实习总结
这次实习的时间虽然短暂,但学到的东西很多。不但对我们的专业学习有很大的帮助,对我们以后的学习生活都很有益的。
实习过程中老师很认真负责,对同学们的提问回答的非常全面,同学们学习的情绪也很高,相互学习相互帮助。环境虽然有点不佳,但没能淹没我们的学习热情。在本次实习我们不但学到了好多与专业有关的知识,也学到了很多对生活有用的东西,安全、刻苦、求实、效率再一次给我深刻的影响。作为大学生,学习是主要的,理论的、实践的都要学。实践和理论相结合的重要性在本次实习重又一次深深的体会到。在这段短暂的实习时间里,我们的收获很多很多,如果用简单的词汇来概括就显得言语的苍白无力,至少不能很准确和清晰的表示我们受益匪浅。
在实习期间我们做了很多,传感器连线,监控软件,还有分站的设置等等,反正书上有的内容都练习到了。总的来说,这次实习还是很成功的,在这段时间里我知道了自己的工作能力,知道自己需要在那些方面需要补充,知道自己以后的路该向那里走。这段不寻常的经历也告诉我能力和学历是同等的重要。没有足够的知识是很难在这样一个知识经济时代立足的,而知识主要来源于校园;有了知识不能转化为自身的能力也是没用的知识。我体验到了你如何待人,她人也会如是回报。
整个的实习过程是紧张而愉快的,我的成效已得到了老师的肯定。今后,我将继续保持认真负责的工作态度,高尚的思想觉悟,进一步完善和充实自己,争取在学习中取得新的突破。