瓦斯监控课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,瓦斯监控课件,讲授：龙海洋,1,有关瓦斯监控,监控系统的作用,通过对各种要素的监测，使我们能够及时、连续地了解生产过程中各种要素的现状和变化规律，使我们能够及时地采取措施，调整生产、通风、安全等环节，使安全状况处于最佳状态，避免通风、安全环节中的不安全因素，达到安全生产的目的。,监测作用：,生产要素：设备运行状态、产量等,通风要素：风机、风门、风筒、负压、风速（风量）,安全要素：瓦斯、CO、温度,控制作用：,通过控制开关来控制电器设备的电源（停止生产，避免火花产生）,监测是控制的前提，控制是监测的目的,2,监控系统是怎样防治瓦斯灾害的,自动功能：当瓦斯超限、风机停风或其它条件发生，系统会自动切断相应开关的电源，控制生产，防止产生火花,管理功能：系统连续地进行监测，并能发出声光报警，提醒工作人员和管理人员采取措施,预警功能：由于系统是连续监测的，所以可以看到瓦斯等参数的变化趋势，从而可以提前采取措施,事故分析：发生事故后，可以查看系统的历史记录,3,相关标准及规程,有关煤矿安全监控系统的安装、使用、维护与管理的标准和规程有煤矿安全规程第3章通风安全监控、AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范。,4,有关煤矿安全监控系统生产、设计、测试与检验的标准有6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求、MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件、MT/T1005-2006矿用分站、MT/T1006-2006矿用信号转换器、MT/T1007-2006矿用信息传输接口、MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求、MT/T1079-2008矿用断电控制器、MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源、MT/T1081-2008矿用网络交换机、MT/T772-1998煤矿监控系统性能测试方法、MT/T899-2000矿用信息传输装置等。,5,有关AQ1029,本标准代替原煤炭工业部矿井通风安全监测装置使用管理规定，由国家安全监察局制定了AQ1029（煤矿安全监控系统及检测仪器使用和管理规范）规定，2007年1月4日发布，4月1日实施，,AQ6201-2006（煤矿安全监控系统通用技术要求）,6,煤矿安全监控系统,煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范,7,AQ1029-2007新增主要内容,系统装备和联网等要求。,甲烷传感器数量。,其它传感器的设置要求,细化了系统设备：设计、安装、使用、维护和管理方面的要求。,8,AQ1029-2007标准编制说明,煤矿是我国的主要能源，在一次性能源中，所占比例在,70%,以上。但很多煤矿的自然环境恶劣，其中危害性最大的就是瓦斯事故。所以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、维护技术，是煤矿安全工作者的责任。,安全监控系统矿装备数量的上升。,安全监控系统相应技术水平的提高。,安全监控系统在安装、使用、维护、管理上存在许多不足。,9,AQ1029-2007新标准主要内容（15项）,传感器稳定性由,7d,提高到,15d.,传感器的传输距离由,1km,提高到,2km,。,主菜单和一级子菜单位采用了统一的显示格式。,系统增加了异地断电,/,复电功能。,提高了甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪、数字式甲烷检测报警矿灯稳定性、响应时间、基本误差。,10,AQ1029-2007新标准主要内容,增加了甲烷传感器的安设数量。,对部分甲烷传感器的报警值、断电值进行了修改。,增加了异地断电功能（手动）。,增加了传感器的布置图、使用和维护方法。,延长了甲烷传感器的调校周期，由原来的,7d,延长到现在的,10d,。,严禁使用未经国家授权的安全生产检测检验机构进行了安全联检的关联设备。,11,AQ1029-2007新标准主要内容,定期检查更换元件和传感器。,对原有系统的更新改造上必须在原系统厂家通过新“,MA”,标志认证的厂家系统设备。,对甲烷传感器调校方法有了明确的要求。,系统中断电闭锁控制的线路的连接及馈电传感器的安装要求。,12,AQ1029-2007实施标准的要求、建议,指导和规范煤矿监控系统的安装、使用、维护管理有了明确、详细、具体的要求及说明。,要求系统能够做到数据准确、断电可靠。,13,煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范标准文本,14,检修机构,煤矿应建立安全测控仪器检修室，负责,本矿安全测控仪器的调校、维护和维修工作。,国有重点煤矿的矿务局（公司）、产煤县（市）应建立安全测控仪器检修中心，负责安全测控仪器的调校、维修、报废鉴定等工作，有条件的可配置甲烷校准气体，并对煤矿进行技术指导。,检修室各类仪器仪表的配备,15,校准气体,甲烷校准气体宜采用分压法原理配制，选用纯度不低于99.9%的甲烷、氮气和氧气做原料气 。,甲烷校准气体配气装置应放在通风良好，符合国家有关防火、防爆、压力容器安全规定的独立建筑内。,高压气瓶的使用管理应符合国家有关气瓶安全管理的规定。,16,调校,安全测控仪器设备必须定期调校。,安全测控仪器使用前和大修后，必须按产品使用说明书的要求测试、调校合格，并在地面试运行,24,48h方能下井。,安全测控仪器的调校包括零点、显示值、报警点、断电点、复电点、控制逻辑等。,安全测控仪器在井下连续运行612个月，必须升井检修。,17,其他维修使用要求,（,1）选用符合AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求等，取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证的系统。,（2）按照煤矿安全规程和AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范设计、安装、使用、管理与维护系统。,（3）甲烷、风速、风压、风筒、风门、局部通风机开停、主通风机开停、馈电状态等传感器要按规定的数量和地点正确安装与维护。,18,（4）根据被控对象的不同，正确连接甲烷断电闭锁和风电闭锁。,（5）根据工作面和回风巷等不同地点，正确设置报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电区域。,（6）每隔10天使用校准气样和空气气样对甲烷传感器进行正确调校，同时对甲烷断电闭锁和风电闭锁功能进行测试。,（7）甲烷超限报警、断电、馈电异常、停风报警后，要及时采取停电、撤人等安全措施。,19,监控系统,制度建设,应建立安全测控管理机构。,安全测控管理机构由煤矿主要技术负责人领导，配备足够的人员。,煤矿应制定瓦斯事故应急预案、安全测控岗位责任制、操作规程、值班制度等规章制度。,从事安全测控仪器管理、维护、检修、值班人员应经培训合格，持证上岗。,20,帐卡及报表,煤矿应建立以下帐卡及报表：,（1）安全测控仪器台帐；,（2）安全测控仪器故障登记表；,（3）检修记录；,（4）巡检记录；,（5）传感器调校记录；,（6）中心站运行日志；,（7）安全测控日报；,（8）报警断电记录月报；,（9）甲烷超限断电闭锁和甲烷风电闭锁功能测试记录；,（10）安全测控仪器使用情况月报等。,21,安全测控日报应包括以下内容：,（1）表头；,(2) 打印日期和时间；,（3）传感器设置地点；,（4）所测物理量名称；,（5）平均值；,（6）最大值及时刻；,（7）报警次数；,（8）累计报警时间；,（9）断电次数；,（10）累计断电时间；,（11）馈电异常次数；,（12）馈电异常累计时间等。,22,报警断电记录月报应包括以下内容：,（1）表头；,（2）打印日期和时间；,（3）传感器设置地点；,（4）所测物理量名称；,（5）报警次数、对应时间、解除时间、累计时间；,（6）断电次数、对应时间、解除时间、累计时间；,（7）馈电异常次数、对应时间、解除时间、累计时间；,（8）每次报警的最大值、对应时刻及平均值；,（9）每次断电累计时间、断电时刻及复电时刻，平均值，最大值及时刻；,（10）每次采取措施时间及采取措施内容等。,23,甲烷超限断电闭锁和甲烷风电闭锁功能测试记录应包括以下内容：,（1）表头；,（2）打印日期和时间；,（3）传感器设置地点；,（4）断电测试起止时间,（5）断电测试相关设备名称及编号,（6）校准气体浓度,（7）断电测试结果等。,24,煤矿必须绘制煤矿安全测控布置图和断电控制图，并根据采掘工作的变化情况及时修改。,1、布置图应标明传感器、声光报警器、断电控制器、分站、电源、中心站等设备的位置、接线、断电范围、报警值、断电值、复电值、传输电缆、供电电缆等；断电控制图应标明甲烷传感器、馈电传感器和分站的位置，断电范围，被控开关的名称和编号，被控开关的断电接点和编号。,25,2、煤矿安全测控布置图和断电控制图应报当地煤炭行业主管部门、煤矿安全监察分局和上级网络中心备案。,3、煤矿安全监控系统和网络中心应每3个月对数据进行备份，备份的数据介质保存时间应不少于2年。,4、图纸、技术资料的保存时间应不少于2年,26,事故应急预案（某矿瓦斯事故）,27,1.设计与安装,矿井采区设计、作业规程、安全技术措施必须设计安全监控设备的种类、数量和位置。,安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆连接。,分站的安设：便于人员观察、调试、检验。支护良好、无滴水、杂物的进风巷或硐室中。,隔爆兼本安防爆电源宜设置在采区电所。,安全监控设备供电电源取自被控开关的电源测。,与安全监控设备关联的电气设备、电源线、控制线在改线或拆除时必须与安全监控管理部门共同处理。,模拟量传感器、开关量传感器及声光报警器符合设置要求。,28,传感器的设置,传感器挂吊,传感器的设置,采煤工作面甲烷传感器的设置,掘进工作面甲烷传感器的设置,其它传感器的设置,29,2. 传感器的吊挂,垂直悬挂,距顶（顶梁、屋顶）不得大于300mm,距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm,安装维护方便,不影响行人和行车,30,3. 传感器的设置,甲烷传感器地点:瓦斯矿井采掘工作面进回风巷、采区主要进回风巷、机电硐室、采区大皮带、轨道巷、串联通风区域、各装煤点、封闭式地面选煤厂机房等；,一氧化碳传感器地点：开采容易自然、自燃煤层采面、采区主要回风巷、带式输送机下风侧、自燃发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外等；,设备开停传感器地点：主要通风机、局部通风机等主要机电设备；,温度传感器地点：开采容易自燃、自燃煤层及地温高的矿井采面、机电硐室；,风压传感器地点：主要通风机的风硐内；,风速传感器地点：采区、一翼、总回风巷测风站；,馈电传感器地点：被控开关负荷侧；,风筒传感器地点：局部通风机风筒未端；,31,6.1,采煤工作面的甲烷传感器设置,T,0,采煤工作面上隅角 报警：,1.0% 断电：1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,1,采煤工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,2,回风巷 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,3,进风巷 报警：, 0.5% 断电： 0.5% 断电范围：进风巷内的全部非本安型电气设备,T,4,采用串联通风的工作面进风巷,报警：, 0.5% 断电： 0.5% 断电范围：进风巷内的全部非本安型电气设备,32,6.1,采煤工作面Z型通风方式的甲烷传感器设置,T,1,采煤工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,2,回风巷 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,33,6.1,采煤工作面H型通风方式的甲烷传感器设置,T,1,采煤工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,2,回风巷 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,34,6.1,采煤工作面W型通风方式的甲烷传感器设置,T,1,采煤工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,2,回风巷 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,35,6.1,采煤工作面专用排瓦斯巷道甲烷传感器设置,T,0,采煤工作面上隅角 报警：,1.0% 断电：1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,1,采煤工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,2,回风巷 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,7,专用排瓦斯巷,报警：, 2.5% 断电： 2.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,8,专用排瓦斯巷的采煤工作面混合风流处,报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,36,6.1,采煤工作面专用排瓦斯巷道甲烷传感器设置,T,0,采煤工作面上隅角 报警：,1.0% 断电：1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,1,采煤工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,2,回风巷 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,7,专用排瓦斯巷,报警：, 2.5% 断电： 2.5% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,T,8,专用排瓦斯巷的采煤工作面混合风流处,报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,37,6.4,掘进工作面甲烷传感器设置,T,1,掘进工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：掘进工作面巷道内全部非本型电气设备,T,2,回风流 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：掘进工作面巷道内全部非本型电气设备,T,3,串联通风被串掘进工作面局部通风机前,报警：, 0.5% 断电： 0.5% 断电范围：掘进工作面巷道内全部非本型电气设备,报警： 0.5% 断电： 1.5% 断电范围：包括局部通风机在内被串掘进巷道内全部非本型电气设备,38,6.4,双巷掘进工作面甲烷传感器设置,T,1,掘进工作面 报警：, 1.0% 断电： 1.5% 断电范围：掘进工作面巷道内全部非本型电气设备,T,2,回风流 报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：掘进工作面巷道内全部非本型电气设备,T,3,回风流 报警：, 1.5% 断电： 1.5% 断电范围：掘进工作面巷道内全部非本型电气设备,39,6.6回风流中,机电峒室甲烷传感器设置,T,回风流中机电流室进风测 报警：,0.5% 断电： 0.5% 断电范围：峒室内全部非本安型电气设备,40,6.7,使用架空电机车的主要运输巷道内装煤点甲烷传感器设置,T 使用用架空电机车的主要运输巷道内装煤点3-5米处,报警：, 0.5% 断电： 0.5%,断电范围：装煤点处上风流100m内及其下风流的架空线电源和全部非本安型电气设备。,41,6.8,高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车甲烷传感器设置,T 高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时，瓦斯涌出巷道的下风流处,报警：, 0.5% 断电： 0.5%,断电范围：瓦斯涌出巷道上风流100m内及其下风流的架空线电源和全部非本安型电气设备。,42,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的掘进工作面长度大于1000m时，必须在掘进巷道中部增设甲烷传感器。,报警：, 1.0% 断电： 1.0% 断电范围：工作面及回风巷内全部非本安型电气设备,采煤机、掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。,报警：, 1.0%,采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。,采区回风巷、一翼回风巷：报警：0.7%,总回风巷：,报警：, 1.0%,甲烷传感器其它地点的设置,43,瓦斯抽放泵甲烷传感器的设置,地面瓦斯抽放泵站室内,报警：, 0.5%,井下临时瓦斯抽放泵站内下风侧栅栏外,报警：, 0.5% 断电： 0.5% 断电范围：瓦斯抽放泵站电源。,瓦斯抽放泵输入管理中,报警：,25%,利用瓦斯时，瓦斯抽放泵站输出管理中,报警：,30,%,不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备的瓦斯抽放泵站输出管路中,报警：,25,%,44,4一氧化碳传感器的设置,45,7.2,采煤工作面的一氧化碳传感器设置,开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面必须至少设置一个一氧化碳传感器，,地点可设置上隅角、工作面或工作面回风巷,报警浓度：,24ppmCO,46,.1一氧化碳传感器的设置,开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm；,带式输送机滚筒下风1015m处宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm,自燃发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm；,47,.风速传感器的设置,设置地点：,采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站应设置风速传感器。,设置要求:,风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。,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,。,48,.3烟雾传感器设置,带式输送机滚筒下风侧10-15m处,49,.4 温度传感器的设置,开采容易自燃，自燃煤层及地温高的矿井采煤工作面。,30,机电硐室内应设置温度传感器，报警值为,34,。,50,.5 开关量传感器的设置,主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器；,矿井和采区主要进回风巷道中的主要风门开关必须设置风门开关传感器。当两道风门同时打开时，发出,声光,报警。,掘进工作面局部通风机的风筒未端宜设置风筒传感器。,为监测被控设备瓦斯超限是否断电，被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器。,51,6.使用与维护,煤矿应建立安全监控设备检修室，负责本矿安全监控设备的安装、调校、维护和简单维修工作。未建立检修室的小型煤矿应将安全监控仪器送到检修中心进行调校和维修。,国有重点煤矿的矿务局（公司）、产煤县（市）应建立安全监控设备检修中心。负责监控设备的调校、维修、报废鉴定工作，有条件的可配制甲烷校准气体，并对煤矿进行技术指导。,安全监控设备检修室宜配备甲烷传感器和测定器校验装置、稳压电源、示波器、频率计、信号发生器、万用表、流量计声级计、甲烷校准气体、标准气体等仪器装备；安全监控设备检修中心除应配备上述仪器装备外，具备条件的宜配备甲烷校准气体配气装置、气相色谱仪或红外线分析仪。,52,具有调频,FM,、调幅,AM,、调相,PM,多种调制功能。,输出十种标准波形： 正弦波、方波、锯齿波、脉冲、噪声,信号发生器,频率计,示波器,声级计,53,AQ1029-2007标准新增加的内容(具体),煤矿必须按矿用产品安全标志证书规定的型号选择监控系统的传感器、断电控制器等关联设备，严禁对不同系统间的设备进行置换；,在动力电网停电后，安全监测监控系统设备配备的备用电源，必须保证系统正常工作2h以上，若不能保证设备连续工作1h时应及时更换；,安全监测监控系统必须安设防雷电保护装置；机房具有防雷接地设施；,煤矿应建立安全监控设备检修室，负责本矿安全监控设备的安装、调校、维护和简单维修工作。未建立检修室的小型煤矿应将安全监控仪器送到检修中心进行调校和维修；,54,AQ1029-2007标准新增加的内容,中心站应双回路供电并配备不小于2小时在线式不间断电源。主机电源应经在线式不间断电源供给，对实现联网的主机需装备防火墙等网络安全设备。,矿井监控系统的主机及系统联网主机必须双机备份或多机备份，24小时不间断运行。当工作主机发生故障时，备份主机应在5min内投入工作。,中心站机房应有防静电地板、声光报警装置、防火设备、通讯设施齐全，应使用录音电话。,55,AQ1029-2007标准新增加的内容,接入煤矿安全监控系统的各类传感器必须符合煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）的规定，稳定性应不小于15d；,矿井应配备传感器、分站等安全监控设备备件，备用数量不少于应配备数量的20；,56,AQ1029-2007标准新增加的内容,低瓦斯矿井采煤工作面回风巷安装甲烷传感器。,高瓦斯矿井的采掘工作面，必须在工作面和回风流设置甲烷传感器；高瓦斯矿井的采掘工作面长于1000m时，必须在回风巷中部增设一台甲烷传感器。,高瓦斯矿井的采煤工作面上隅角，应安装甲烷传感器。,串联通风的被串掘进工作面局部通风机前必须设置的甲烷传感器。当瓦斯浓度1.5CH4时，切断包括局部通风机在内的被串掘进巷道内全部非本质安全型电气设备电源。,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%，必须对局部通风机进行闭锁使之不能启动，只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁；当掘进工作面或回流中甲烷浓度低于1.5%时，自动解锁。,高瓦斯矿井双巷掘进工作面混合回风流处必须设置的甲烷传感器。,回风流中的机电设备硐室的进风侧必须安装甲烷传感器。,57,AQ1029-2007标准新增加的内容,专用排瓦斯巷道的混合回风流处应设置甲烷传感器。,在总回风巷、一翼回风巷和采区回风巷临时施工的电气设备上风测1015m处应设置瓦斯传感器。,封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。,封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器。,地面瓦斯抽放泵站内必须在室内设置甲烷传感器，井下临时瓦斯抽放泵站下风侧栅栏外必须设置甲烷传感器，瓦斯抽放泵输入管路中必须设置甲烷传感器。,采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷的测风站应设置甲烷和风速传感器。,在总回风巷、一翼回风巷和采区回风巷临时施工的电气设备上风测设置的瓦斯传感器，报警浓度为0.7CH4。,矿井采区回风巷中有小绞车等机电设备，采区回风巷设置的甲烷传感器浓度1.0CH4切断回风巷内全部非本质安全型电气设备。,58,7调校,安全监控设备必须按产品使用说明的要求定期调校。,安全监控设备使用前和大修后，必须按产品使用说明书的要求测试、调校合格，并在地面试运行h方能下井。,采用载体催化原理的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪、甲烷检测报警矿灯等，每隔10d调校一次。,安全监控设备的调校包括零点、显示值、报警点、断电点、复电点、控制逻辑等。,每10d必须对甲烷超限断电闭锁和甲烷风电闭锁功能进行测试。,煤矿安全监控系统的分站、传感器等装置在井下连续运行6-12个月，必须升进检修。,59,8 报废,设备老化、技术落后或超过规定使用年限；,通过修理，虽能恢复性能和技术指标，但一次修理费用超过原价的80%以上的；,严重失爆不能修复的；,爆不能修复的；,遭受意外灾害，损坏严重，无法修复的；,不符合国家规定及行业标准规定应淘汰的。,60,甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围,61,62,63,64,输出信号,在矿井监控系统中，被测物理量可分为开关量和模拟量两大类。,开关量就是只取两种状态的物理量，如：采掘机、运输机、水泵、风机的开停等。开关量可以用电压的有无、电流的有无和极性等来表示。这种反映开关量状态的非编码信号为开关信号。,模拟量就是量值连续变化的物理量，如：甲烷浓度、风速、CO浓度等。模拟量可以用电压的大小、电流的大小和频率的高低来表示。,65,1、开关信号,开关信号输出可以是机械接点，也可以是半导体电路其他电气元件，这些被统称为输出接点。输出接点可以是有源接点，也可以是无源接点。无论有源接点还是无源接点，其输出端的短路电流和输出端灌入电流均应不大于20mA，为此而设置的限流措施应加在供给此电流的那一侧装置中。,有源接点输出的高电平电压应不小于,+3V，,低电平电压应不大于+0.5V。,无源接点输出的截止状态的漏电阻应不小于100K,，,导通状态的电压降应不大于+0.5V。,66,2、模拟信号,模拟信号主要有电压型、电流型、频率型。,电压型：模拟信号的电压随被测物理量变化而变化。电压型模拟信号一般为0-5V。在实际应用中不宜采用。,电流型：模拟信号的电流随被测物理量变化而变化。电流型模拟信号一般为1-5mA。,频率型：模拟信号的频率随被测物理量变化而变化。频率型模拟信号一般为200-1000Hz。,四、技术要求,1、低浓甲烷传感器的技术要求,（1）测量范围及基本误差,0,X1.0%CH,4,0.1%CH,4,1.0,X2.0%CH,4,0.2%CH,4,2.0,X4.0%CH,4,0.3%CH,4,67,（,2）报警范围及基本误差,0.5%CH,4,X1.5%CH,4,0.1%CH,4,（3）声光报警,1m处,85dB，,能见度,20m。,（4）,响应时间,30S。,（5）,稳定性,7d。,2、,电化学CO传感器的技术要求,(1)测量范围及基本误差,0 X,20ppm ,2ppm,20ppm,X,100ppm ,4ppm,100ppmX,500ppm ,5%(,相对误差),（2）,稳定性,7d。,68,3、,超声波旋涡式风速传感器的技术要求,测量范围及基本误差,0.3m/s,X10m/s ,0.3m/s,0.4m/s,X15m/s ,0.3m/s,0.5m/s,X20m/s ,0.3m/s,69,监控系统在煤矿的布置和安装,国家颁布的AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范，严格规定了监控系统在煤矿的应用要求，在此基础上，一些地方还规定了更加细致、严格的应用要求，在安装、设计时，要严格按照规定进行。,70,部分的安装地点和传感器,（1）地面风机房,说明：地面风机房主要监测两台主扇的开停和通风负压,主扇（设备开停传感器）,备用主扇（设备开停传感器）,负压传感器,（2）总回风/采区回风/一翼回风,说明：总回风按下面所列设备安装，所有的“采区回风或一翼总回风”均必须单独按下面所列设备安装，有一处，算一处,甲烷传感器（,（0.75）,）,风速传感器,一氧化碳传感器,温度传感器,71,（3）主要风门,说明：一般监测总回风和总进风之间最主要的联络巷风门，不少于2个,风门传感器,（4）火区,说明：一处火区最少安装如下的1组传感器，大的火区可适当增加组数，每处火区均必须按下列设备安装,一氧化碳传感器,温度传感器,72,5）掘进工作面,说明：每个掘进工作面均按下列设备安装，有几个算几个。断电器可以考虑使用分站电源中的断电器,甲烷传感器（里，1.0/1.5）,甲烷传感器（外，1.0/1.0）,局扇（设备开停传感器）,断电器（控制工作面及回风流非本安设备）,馈电传感器,风筒开闭传感器,串联通风的掘进工作面,甲烷传感器（进风，0.5/0.5）,73,（6）回采工作面,说明：每个回采工作面均按下列设备安装，有几个算几个。断电器可以考虑使用分站电源中的断电器,甲烷传感器（里，1.0/1.5）,甲烷传感器（上隅角，1.0/1.5）,甲烷传感器（外，1.0/1.0）,一氧化碳传感器（有些地区不安装，具体情况请参照当地的规定）,风速传感器（有些地区不安装，具体情况请参照当地的规定）,温度传感器（有些地区不安装，具体情况请参照当地的规定）,断电器（控制工作面及回风流非本安设备）,馈电传感器,74,（7）带式输送机机头,说明：每个带式输送机的机头均按下列设备安装，有几个算几个,温度传感器,烟雾传感器,（8）机电硐室,说明：每个机电硐室均按下列设备安装，有几个算几个,温度传感器,烟雾传感器,甲烷传感器,75,（9）机电硐室（回风巷）,说明：每个机电硐室均按下列设备安装，有几个算几个,甲烷传感器,温度传感器,（10）,煤仓上口,说明：每个煤仓均按下列设备安装，有几个算几个,甲烷传感器（1.0/1.5）,76,回采工作面,对有火区或发火倾向的煤矿,一氧化碳传感器,温度传感器,回风巷超过1000米的工作面,甲烷传感器（回风巷中部，1.0/1.5）,有专用排瓦斯巷的工作面,甲烷传感器（专用排瓦斯巷，2.5/2.5）,串联通风的工作面,甲烷传感器（进风，0.5/0.5）,77,1、监控系统的作用,通过对各种要素的监测，使我们能够及时、连续地了解生产过程中各种要素的现状和变化规律，使我们能够及时地采取措施，调整生产、通风、安全等环节，使安全状况处于最佳状态，避免通风、安全环节中的不安全因素，达到安全生产的目的。,监测是控制的前提，控制是监测的目的,监测作用：,生产要素：设备运行状态、产量等,通风要素：风机、风门、风筒、负压、风速（风量）,安全要素：瓦斯、CO、温度,控制作用：,通过控制开关来控制电器设备的电源（停止生产，避免火花产生）,管理作用：,提示管理者矿井当前瓦斯方面的现状，对规定的项目和测值还可以重点提示、预警,其它作用：,事故分析等,与其它监测方式的区别,连续、自动、多参数同时、多设备协同,78,矿用监测、监控系统或设备,新标准,KJ,160,N,登记序号,79,2、监控系统的结构、组成,从80年代初，监控系统进入我国，经过20多年的发展，实践证明，这种三级结构，两级网络（通信）的结构,是最适合我国煤矿的开采方式和管理现状的,。,由于传感器受本安的要求，加上井下取电的不方便性，传感器必须集中供电，即由一台电源向若干台传感器通过若干条电缆供电，既然传感器必须向一个集中点连接电缆，那么无分站的系统结构就是没有必要的，更加复杂的。,设备层,传输层,管理层,地面中心站及其,网络系统,分站/电源,电缆,传感器,控制器,系统的理论模型,系统的实际结构,第一级通信,第二级通信,80,2、监控系统的结构、组成（总线方式与传统方式的对比）,甲烷,甲烷,皮带,甲烷,甲烷,皮带,分站,分站,总线（数字）方式,点对点方式,总线型（数字）的结构最适合煤矿的特点，不仅维护方便，而且节省电缆,81,2、监控系统的结构、组成（全数字化系统的优势）,通用端口：模拟的系统，由于各种传感器的输出接口不一样，所以分站上有不同的接口，什么样的接口只能接什么样的传感器，不能互换。而数字化系统则没有此限制。,总线方式：一条电缆可以接多个传感器，而不是只能接一个传感器的点对点方式,自动识别：传感器不仅可以向分站发送测量值信号，还可以发送自身的参数，理论上将，可以发回任何你想要的数据。传感器接入系统后，系统自动地识别此传感器，并将它显示出来，而不需要人为设置,故障诊断：由于传感器、分站可以发送回大量的运行信息，根据这些运行信息，就可以判断设备运行的状态，辅助诊断出现的故障,多 参 数：同样，由于传感器、分站可以传送各种参数，所以可以将多个测量值放在一个传感器上，如CO+温度、负压+温度、断电+馈电等,82,2、监控系统的结构、组成（地面中心站）,电视墙,投影/模拟盘,主机,备用机,矿长,总工,通风,服务器,网络扩展部分,显示扩展部分,基本部分,83,2、监控系统的结构、组成（井下结构）,分,站,分,站,分,站,分,站,直接连接方式,并行连接方式,分支连接方式,混合连接方式,传感器或控制器,通 讯 干 线,84,一些传感器原理,85,1、瓦斯传感器,热催化燃烧测量原理，瓦斯燃烧温度变化电信号，瓦斯浓度的变化，引起温度的变化，导致电信号的变化,黑元件,白元件,信号输出,在瓦斯浓度很低时，瓦斯既不爆炸，也不燃烧。瓦斯的测量，目前比较经济的方法就是所谓的热催化法（黑白元件），通过催化、加热的方式，使低浓度的瓦斯燃烧,由于这样的原理，元件的热容量会严重影响测量的稳定性，而热容量又与元件的体积成正比，所以元件越大，稳定性就越好,但元件越大，耗电量就越大。同时，热容量越大，灵敏度就越小，但实际环境中，瓦斯的变化是比较慢的，灵敏度对测量的影响不大,所以总的来说，大元件的探头比小元件的探头好,由于热稳定性的关系，风速对瓦斯的测量有影响，国标的规定是探头必须在8m/s的环境中稳定工作,86,GJC4甲烷传感器,87,1甲烷传感器,甲烷(CH,4,)浓度监测是矿井安全监控的首要任务。甲烷传感器既是矿进安全监控最重要的设备，又是矿井安全监控必备的设备之一。,甲烷是一种可燃性气体，只有在与空气或氧化剂按一定的比例均匀混合后才具有爆炸性。甲烷氧气混合物在火源的作用下，完全反应的方程式为：,CH,4,+2O,2,2H,2,O+CO,2,+Q （Q为热量）,甲烷与空气混合物最易引爆的甲烷浓度应为9.5%，偏离这个比例浓度也能发生爆炸，这个偏离是爆炸极限，用上限和下限来表示，即：5%-15%。爆炸界限不是恒定不变的，它随着气体的初始压力等参数的变化而变化。,点火,88,在爆炸下限，甲烷不足氧气过剩，甲烷分子间的距离较大，甲烷与空气中的氧气反应生成的反应热被多余的氧气和惰性气体吸收，不能激活其他的甲烷分子。因此，爆炸或火焰得不到传播。,在爆炸上限，甲烷过剩，氧气不足，甲烷与空气中的氧反应生成的热量较低，不足以引起其他的甲烷分子与氧气分子反应。因此，超过爆炸上限，爆炸或火焰也不能传播。,甲烷传感器按其工作原理可分为催化燃烧式、热导式等。由于在矿井安全监测中，用于低浓甲烷监测的主要是催化燃烧式，用于高浓度甲烷监测的主要是热导式。,一、催化燃烧式（传感器原理）,催化燃烧式甲烷传感器的工作原理是：在传感元件表面的甲烷，在催化剂的催化作用下，发生无焰燃烧，放出热量，传感元件升温，进而使传感元件电阻变大，通过测量传感元件电阻变化就可测出甲烷气体的浓度。,催化燃烧式甲烷传感元件有铂丝催化元件和载体催化元件两种。,89,铂丝催化元件采用高纯度的铂丝制成线圈，铂丝既是催化剂又是加热器。当铂丝催化元件通电后，铂丝电阻将电能转换成热能，在铂丝的催化作用下，吸附在铂丝表面的甲烷无焰燃烧，放出热量，进而使铂丝升温，电阻变大，通过测量其电阻变化就可测得空气中甲烷浓度。,铂丝催化元件结构简单，稳定性好，受硫化物中毒影响小，但铂丝的催化活性低，必须在900,以上高温才能使元件工作，这不仅耗电大，在高温的作用下还会导致元件表面蒸发，使铂丝变细，电阻增大，造成传感器零点漂移。另外，铂丝催化元件机械强度低，由于机械振动等会改变其几何形状，影响传感器参数。因此在矿井安全监控系统装置中，测量低浓的甲烷传感器主要是载体催化元件。,90,1、载体催化元件结构及工作原理,载体催化元件一般由一个带催化剂的传感元件（俗称黑元件）和一个不带催化剂的补偿元件（俗称白元件）组成。,白元件和黑元件的结构尺寸完全相同，但白元件表面没有催化剂，仅起环境温度补偿作用。,黑元件由铂丝线圈、AL,2,O,3,载体和表面的催化剂组成。其中铂丝线圈用来给元件加温，提供甲烷催化燃烧所需要的温度，同时甲烷催化燃烧放出的热量使其升温，通过测量其电阻变化，就可测得空气中甲烷表面的铂和钯等重金属催化剂，使其吸附在元件表面的甲烷浓度。 AL,2,O,3,载体用来固定铂丝线圈，增强元件的机械强度。涂在元件表面的铂和钯等重金属催化剂，使吸附在元件表面的甲烷无焰燃烧。,91,甲烷无焰燃烧放出的热量，使黑元件升温，从而使铂丝线圈的电阻增大，通过电桥可测得由于甲烷无焰燃烧使铂丝线圈电阻增大的值。当然，由于环境温度的变化也会使铂丝线圈的电阻发生变化。为克服环境温度变化对甲烷浓度的影响，在电桥中引入了与黑元件结构尺寸完全相同的白元件。,由于白元件表面没有催化剂，因此在甲烷浓度为0的新鲜空气中，其电阻相等，R,1,=R,2,，这时，电桥处于平衡状态，输出电压U,AB,为0。,若环境温度发生变化或通过黑白元件的电流发生变化，使黑白元件电阻发生变化，但由于变化后的黑白元件电阻仍相等，不会使电桥失去平衡。所以，白元件具有环境温度补偿作用。,当空气中甲烷浓度不为0，吸附在黑元件表面的甲烷在黑元件表面催化燃烧，燃烧放出的热量与甲烷浓度成正比，在燃烧热量 的作用下，黑元件温度上升，黑元件铂丝电阻也随之增大,R,1,，,因此，通过测量,R,1,的变化，就可测得空气中的甲烷浓度。,在低浓情况下，电桥输出电压与空气中甲烷浓度成正比。,92,黑元件,白元件,信号输出,93,简单的说是这样的,甲烷等可燃气体在一定温度条件下，在催化剂（铂、铑、钯）等催化作用下，进行无焰燃烧，在一定的浓度范围内，定量的甲烷燃烧放出定量的热，生成二氧化碳和水。,释放出的热量Q使元件的温度上升，造成铂丝的阻值变化。,铂丝的电阻在0630.74范围内与甲烷可燃气体浓度成正比。,94,载体热催化传感器结构,热催化元件,纯铂丝热催化元件的结构如下图所示。元件仅有一个纯铂丝螺旋圈，结构简单，制造容易。,载体热催化元件是目前使用最广泛的一种催化元件 ：由铂丝线圈、载体和催化剂组成。,95,2、影响载体催化元件主要技术性能的因素,（1）双值性,空气中甲烷浓度低于9.5%CH,4,时，甲烷能够充分燃烧，甲烷浓度越高，载体催化元件的电阻变化就越大。当空气中甲烷浓度高于9.5%CH,4,时，甲烷反而不能够充分燃烧。甲烷浓度越高、载体催化元件的电阻变化就越小，这就是载体催化元件的双值性。,因此，载体催化元件只能用于低浓的甲烷浓度监测。,96,（2）激活,在黑元件制造时，是将AL,2,O,3,载体浸在二氯化钯溶液中，然后热分解后，催化剂以Pd和PdO形式存在于载体上，元件表面呈现黑褐色，对甲烷的催化活性较低。在出厂前，为使其具有较高的活性，通常在加热条件下通入12%CH,4,进行活化处理，PdO还原为Pd，这过程被称为激活。,元件在甲烷浓度1%以下的甲烷空气混合物中使用，一部分Pd会被氧气氧化，生成PdO使元件活性降低，但空气中甲烷浓度大于10%时，PdO被还原为Pd，元件灵敏度提高，元件又被激活，元件的稳定性被破坏，并且在短时间内不能恢复。,当元件被激活后，要及时用新鲜空气校准零点，用甲烷校准气样校准精度。,97,（3）催化剂中毒,硫化合物和磷化物以及有机硅蒸气等能强烈地吸附在催化剂上，与Pd反应生成新的化合物，降低催化剂活性，严重时会使催化剂完全失去活性，这种现象被称为催化剂中毒。,催化剂中毒分为暂时性中毒和永久性中毒。,硫化物和氯化物中毒是暂时性中毒，暂时性中毒后可以恢复。Si、Sn等中毒是永久性中毒，是不能恢复的，一些矿井中有H,2,S和SO,2,气体，爆破作业也会释放SO,2,等气体，在这些矿井中使用载体催化元件，可以选用抗中毒元件，也可以使用碱性物质和活性碳吸收剂吸附H,2,S和SO,2,等毒性物质，并能定期更换吸收剂，防止失效。,98,（4）灵敏度变化,由于高温烧结，催化剂活性物质的粒子会变大，还会升华为气态等，这些都会使元件的催化活性下降，使灵敏度下降。催化剂升华还会使置于同一气室补偿元件载体上吸附微量催化剂，使甲烷能够在补偿元件上催化燃烧，从而使电桥输出灵敏度下降。,催化元件长期工作在高浓度甲烷空气混合物中，由于缺氧，甲烷不能充分燃烧，产生的碳粒子会沉积在催化剂表面，或催化剂孔隙中，使催化剂粒子和载体粒子之间的结合力减少，导致催化层断裂、脱落、表面积减少，催化活性下降；元件灵敏度下降。当元件灵敏度降到初始值50%时，则认为元件报废。,99,（5）响应时间,响应时间是指甲烷浓度发生阶跃变化时，电桥输出信号值达到稳定值90%时所需要的时间。一般要求连续式响应时间为20S，间断式响应时间为6S。,响应时间包括甲烷空气混合气体通过扩散孔充满气室，并到达元件表面的整个扩散过程所需的时间和甲烷在催化元件表面燃烧，产生热量，使元件升温并稳定所需的时间。,（6）气体流量,进入检测室的气体流量影响催化元件灵敏度。,因此，对于扩散式甲烷传感器，在校准时的流量应与甲烷传感器在井下安装地点的风速吻合，否则会造成测量误差。,100,（7）线性度,在低浓范围内，催化燃烧产生的热量随甲烷浓度的增加而增大，但由于元件温度增加时，其散热量也增大，从而导致元件不随催化燃烧热量而线性增大，因此，当甲烷浓度不大于4%时，元件的输出与甲烷浓度基本成线性关系。当甲烷浓度大于5%时，元件的输出与甲烷浓度很难保持线性关系。,二、热导式,热导式甲烷传感器的工作原理是：利用甲烷的热导率高于新鲜空气的热导率，通过热敏元件测量甲烷空气混合物热导率的变化，进而测得甲烷空气混合物浓度的变化 。,热导式甲烷传感器目前主要用于高浓度甲烷检测。,101,设备开停传感器,102,2、设备开停传感器,电磁感应原理，导线通过电流，就会产生磁场，通过感应磁场来确定导线中是否有电流，从而确定设备是否工作,但是，煤矿井下使用的是三项交流电，且封装在一条电缆中，由于三项交流电相位相差120度，它们产生的磁场相互抵消，理论上电缆外的磁场为0,但由于相间的不平衡和导线自身直径导致它们不在一个同心园，磁场不能完全抵消。正由于此，由于电缆内部的纽绞，在电缆的外部各处，磁场是不一样的，横向是这样，径向也是，安装是一定要注意,103,2开关量传感器,一、机电设备开/停传感器,机电设备开/停传感器主要有辅助触点型和电磁感应型两种。,1、辅助触点型开关量传感器是利用机电设备的接触器或继电器中没有被其他电气设备使用的辅助触点的闭合状况来反映机电设备的开/停情况，这些辅助触点可以是常开触点，也可以是常闭触点。,使用辅助接点要注意本质安全防爆电路与非本质安全防爆电路的隔离。,104,2、,电磁感应型开关量传感器是通过测量向机电设备馈电的电缆周围有无磁场存在，来间接地监测设备的工作状态。,其工作原理是：向机电设备供电的三芯电缆中的三相电流有对称和不对称之分，但无论对称与否，在电缆的外皮上，总可以找到一个与三相芯线不等距的点，该点的磁场强度以靠近该点的芯线起主导作用，如果将电磁感应型开关量传感器安装在该点，传感器中的检测线圈就可测得微弱的磁感应信号，供电电流越大，该感应信号就越强。,感应出的信号再经过放大和变换就可获得反映设备工作状况的电信号。,105,GPD5P 矿用水位传感器,106,3、压力（水位）传感器,有一种合金，在外部力量作用产生变形时，就会产生电信号,膜片,膜盒,连接到被测量环境,连接到大气中,107,3、压力（水位）传感器,以绝对真空为0测量的压力，称为绝对压力,以1个大气压为0测量的压力，称为相对压力，大于1个大气压为正压，小于1个大气压为负压,0压力，绝对真空,大气压力，1个大气压,108,4一氧化碳传感器,井下空气中CO浓度较高时，会使人中毒，同时，CO浓度又是预测和监测煤碳自燃发火的主要技术指标。CO传感器按其工作原理可分为电化学式和红外吸收式等。,一、电化学式,电解质溶液与电极间发生化学能与电能之间的转换被称为电化学反应。,二、红外线吸收式,不同原子结合成的气体分子对特定波长和红外线具有吸收能力，其吸收波长取决于原子种类、原子核质量、结合强弱、光谱位置等，当气体压力、气室长度、入射光强一定时，气体对特定光的吸收强度取决于气体分子浓度，通过检测入射光强度的变化，就可测定CO气体的浓度。,109,GTH500一氧化碳传感器,110,4、CO传感器,原电池工作原理,+电极,-电极,CO,111,一氧化碳监测,原理：CO传感器的电化学池结构及工作原理如图。其内是一个装有三个电极的电池，W为工作极，C为对极，R为提供恒定电位。该电池在恒定电位器产生0.91.1V的恒定电位作用下，在恒电位电池场中，通入CO气体并扩散至工作极时，CO气体发生氧化反应生成CO2；同时，气体中的氧扩散到对极C处，发生还原反应。,112,5风速传感器,在煤碳开采的过程中，总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向井下输送新鲜空气。风量是通风系统的重要参数之一，因此，对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。用于矿井的风速传感器主要有超声波旋涡式和超声波时差两种。,一、超声波旋涡式风速传感器,首先将风速转换成与风速成正比例的旋涡频率，然后通过超声波将旋涡频率转换成超声波脉冲，后将超声波脉冲转换成电脉冲，从而测得风速。由于超声波旋涡式风速传感器具有寿命长，易维护、成本低等优点，因此，在矿井监控系统中获得了广泛应用。超声波旋涡式风速传感器的工作原理如下图所示：,113,GFW15风速传感器,114,在风洞中设置一旋涡发生杆，在发生杆下方安装一对超声波发射器和接收器，当流动空气经过发生杆时，在其下方产生两列内旋相互交替的旋涡，由于旋涡对超声波的阻挡作用超声波接收器将会受到强度随旋涡频率变化 的超声波，即旋涡没有阻挡超声波器时，接收到的超声波强度最大，旋涡正好阻挡超声波时，接收到的超声波最小，超声波接收器将接收到的幅度变化的超声波转换成电信号，经过放大、解调、整形可获得与风速成正比的脉冲频率。,超声波旋涡式风速传感器具有如下优点：,（1）无可动部件，无机械磨损，性能稳定，使用寿命长。,（2）输出本身就是与风速成线性关系的脉冲频率信号，没有零点漂移，且敏感元件灵敏度变化不会直接影响输出，测量精度高。,（3）输出信号不受流体特性影响。,（4）响应迅速。,115,二、超声波时差式风速传感器,超声波时差式风速传感器工作原理是应用超声波时差来测定风速，通过测量顺风和逆风超声波的时差关系就可测定风速大小。,缺点：结构复杂，造价高，体积大。,116,如图,超声波旋涡风速传感器,原理：卡曼涡街理论，就是在无限流场中，垂直流体流向插入一根无限长的非流线型阻挡体（旋涡发生体），在雷诺数为20050000范围内，阻挡体的下游将产生内旋的、互相交替的旋涡列,其旋涡频率f与流体流速V成正比，与阻挡体直径d成反比。,式中,St,-常数，在雷诺数Re=2002105范围内，对于园柱体St=0.21；