西北某煤矿改扩建后井下安全监测监控系统的设计研究

居来提·艾买提

摘要：在西北某煤矿现已存在的安全监测系统基础上，通过对该煤矿新增15号煤层开采时安全监测需求的分析，提出适应于本矿的安全监测监控系统设计方案，以便对煤矿监测全面化、决策指挥信息化，为数字化矿山提供有利支持。

关键词：安全监测监控系统;设计;信息化

中图分类号：TD823          文献标识码：A

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，采掘工作面、运输、通风、排水及供配电系统等，无论是哪一系统出了问题都会酿成事故，甚至重大事故。煤矿安全监控系统能实时、准确地反映井下环境状况，并能在生产过程中和瓦斯、有害性气体等参数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。

1    矿井生产系统概述

西北某煤矿矿井生产能力为0.45 Mt/a，矿井采用斜井开拓方式，即主斜井、副斜井及回风斜井。设计根据矿井生产现状，投产二采区，准备三采区，以一个综采工作面和两个煤巷掘进工作面（综掘）和一个岩巷掘进工作面（综掘）保产和接替。矿井属于煤与瓦斯突出矿井，煤层自燃，煤尘无爆炸危险性等。井下煤炭采用带式输送机的运输;考虑压风自救系统，工业场地建压风机房向井下供风;矿井采用抽出式通风方式，主、副斜井进风，回风斜井回风;工业场地建瓦斯抽采站，考虑高低负压抽放两套系统;矿井工业场地建10 kV变电所，井下设中央变电所、采区变电所。

2    西北某煤矿改扩建后安全监测监控系统的总体设计方案

2.1 网络结构

KJ823X型矿井安全监测监控系统采用工业以太环网+现场总线结构。系统主干网，分站至主干网之间均采用工业以太网;传感器至分站的有線传输采用总线。

矿井安全监测监控系统采用分布式控制、多系统数据融合、即插即用、断线续传、电磁兼容、设备故障诊断等技术，提高了安全监控系统技术性能和安全可靠性[1]。

2.2 系统的组成及其主要功能

2.2.1系统的组成

矿井安全监测监控系统由两台监控主机、多系统融合服务器、网络交换机、监控分站、传感器、执行器、电源等组成。

（1）地面中心站

多系统融合平台实现安全监测监控多元融合和信息共享。研华工控机两台，双机热备自动切换，连续运行。安全监控系统软件、短信报警平台、GIS图形显示软件、联网上传软件、声光报警装置;双回路供电并配备不小于4 h在线不间断电源1台，确保系统的可靠运行。地面中心站设在矿井办公楼调度室内，实行24 h值班制度，设有录音电话，联网主机装备有防火墙。

（2）网络传输

系统主干网为千兆工业以太环网。地面中心站配备核心交换机，自带4个千兆接口和8个百兆光接口;井下选用矿用本安型环网交换机，给交换机配置1台独立的矿用隔爆兼本安型稳压直流电源，矿用本安型交换机自带3个千兆接口、4个百兆光口和3个百兆电接口。环网交换机之间采用单模光纤连接，最大传输距离可达到20 km。井上、井下传输网络采用单条光纤进行数据传输，形成一个环路。

（3）分站

本矿井选用KJ823-F型监控分站20台，主要实现对各类传感器的数据采集、实时处理、存储、显示、控制以及与地面监控中心的数据通信。可独立使用，实现甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。分站使用矿用隔爆兼本安型电源箱作为供电电源，当系统因井下发生事故而使系统瘫痪时，仍可从分站调出事故前后有关参数的变化情况供事故分析用。

本矿井监控分站采用KDW660型矿用隔爆兼本安型电源箱供电，其备用电池保证4 h以上的供电容量，分站电源箱输入电源电压AC127 V～660 V，频率50 Hz。

3    井下安全监测监控点的设置

3.1 甲烷传感器的设置

（1）井下采区配备有一个回采工作面，回采工作面甲烷传感器的设置

安装位置：工作面上隅角设置高低浓度甲烷传感器（T0）1台;工作面（回风顺槽距回采面10 m内）设置高低浓度甲烷传感器（T1）及声光报警器各1台;工作面回风巷（距回风口10～15 m处）设置高低浓度甲烷传感器（T2）1台;根据回风巷的长度在工作面回风巷道中部设置高低浓度甲烷传感器（T2）1台;工作面进风巷（顺槽距回采面10m内）设置高低浓度甲烷传感器（T3）1台，（顺槽距进风巷10～15 m内）设置高低浓度甲烷传感器（T4）1台;采煤机上设机载式瓦斯断电控制仪（T9）1台。

（2）井下采区配备有两个掘进工作面，掘进工作面甲烷传感器的设置

安装位置：掘进面（距掘进头5 m内）设置高低浓度甲烷传感器（T1）及声光报警器各1台;掘进面回风流中（距回风巷道口10～15 m处）设置高低浓度甲烷传感器（T2）1台。掘进机上设机载式瓦斯断电控制仪（T9）1台。掘进工作面的进风分风口处设置高低浓度甲烷传感器（T11）1台。

（3）+1400 m回风大巷、回风斜井分别设置高低浓度甲烷传感器及声光报警器各1台，其报警值为≥0.75% CH4。

（4）二采区水仓、井底水仓入水口分别设置高低浓度甲烷传感器各1台，其报警值≥0.5% CH4。

（5）井下煤仓上方设置高低浓度甲烷传感器及声光报警器各1台，其报警值≥1.5% CH4、断电值≥1.5% CH4、断电范围：煤仓附近的各类运输设备及其他非本质安全型电气设备，复电值<1.5% CH4。

（6）蓄电池电机车上设便携式瓦斯报警仪，其报警值为≥0.5% CH4。

（7）安装方式：甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300 mm，距巷壁不得小于200 mm。应安装维护方便，不影响行人和行车。

3.2 其他传感器的设置

（1）回风斜井通风机引风道设负压传感器1台，超限时报警。

（2）设备开停传感器

开停传感器安装在井下需要监测的机电设备设置处，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。开停传感器锁固吊挂于被测电缆上。

主通风机设置4台设备开停传感器;地面压风机设置3台设备开停传感器;掘进工作面局部通风机设置8台设备开停传感器;主排水泵设置5台设备开停传感器;二采区排水泵设置5台设备开停传感器。

（3）对井下主要风门设风门开关传感器，风门开关6组，每组风门开关设声光报警器1台。当两道风门同时打开时，发出声光报警信号。

（4）主排水泵房，二采区排水泵房主、副水仓各设水位传感器1台。

（5）风速传感器

副斜井、+1400 m回风大巷分别设置风速传感器1台，风速传感器报警值>8 m/s。采煤工作面进、回风巷分别设置风速传感器各1台;掘进工作面分别设置风速传感器1台。采煤工作面、煤巷和半煤岩巷的掘进工作面风速传感器报警值<0.25 m/s或>4 m/s。岩巷的掘进工作面风速传感器报警值<0.15 m/s或>4 m/s。

主斜井設置风速传感器1台，风速传感器报警值>4 m/s。局部通风机安装地点到回风口间的巷道中设置风速传感器1台，风速传感器报警值<0.25 m/s煤巷、<0.15 m/s岩巷。当风速低于或超过《煤矿安全规程》的规定值时，应发出声光报警信号。

（6）掘进工作面局部通风机的风筒末端各设置风筒传感器1台。风筒风量低于规定值时，分站输出控制信号切断供风区域被控设备动力电源并闭锁。

（7）综采工作面及掘进工作面回风、煤仓上口各设置粉尘浓度传感器1台。

（8）温度传感器

井下变电所、排水泵房均设温度传感器1台，其报警值为34 ℃。采煤工作面设温度传感器1台，距工作面小于10 m处。温度传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300 mm，距巷壁不得小于200 mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。

（9）各胶带机滚筒下风侧10 m～15 m处设烟雾传感器和声光报警器各1台。

（10）一氧化碳传感器

各胶带机滚筒下风侧10～15 m处设一氧化碳传感器1台，报警浓度为0.0024% CO。采煤工作面设一氧化碳传感器1台;采区回风巷、一翼回风巷和总回风巷分别设一氧化碳传感器1台。一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300 mm，距巷壁不得小于200 mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。

（11）井下远程馈电断电器

井下远程馈电断电器，具备断电控制器及馈电状态传感器功能。馈电状态传感器安装在井下被控电气设备开关负荷侧，用以监测被控设备是否被可靠地断电，从而向监控系统反馈其断电控制执行情况。回采工作面及其进、回风巷馈电总开关处，顺槽胶带机启动器处，+1400 m运输大巷胶带机、掘进工作面馈电开关等处均设置井下远程馈电断电器。

4    结语

煤矿矿井的安全监控系统对于煤矿的安全生产及管理水平的提高具有十分重要的作用，煤矿安全监控系统设计又是一项复杂的系统工程，设计人员必须熟悉相关规程规范、安全标准及政策法规的要求，对本专业知识更得熟练掌握。只有这样，才能顺利地完成煤矿安全监控系统的设计，确保安全监控系统能够充分有效地发挥其功能，从而提高煤矿生产运行过程的安全性[2]。

参考文献

[1] 赵彦平.计算机网络监控系统在煤矿安全生产中的应用分析[J].煤炭技术，2012（7）：92-94.

[2] 李继林.煤矿安全监控系统的现状与发展趋势[J].煤炭技术，2008，27（11）：3-5.