我国煤矿安全生产监控系统 现状及发展趋势

1. 煤 炭 科 学 研 究 总 院 重 庆 研 究 院 CHONGQING BRANCH OF CHINA COAL RESEARCH INSTITUTE 2009年全国煤矿瓦斯防治工作会议技术交流材料之三 我国煤矿安全生产监控系统现状及发展趋势 主讲人：黄 强 研究员、煤科总院首席专家 2009年9月4日

2. 目录 一 前言 二 如何确保监控有效 三 传统监控系统的现状 四 煤矿安全生产监控新技术 五 总结

3. 一 前言 定义 标准 发展历程 作用

4. 一 前言 KJ90NA、 KJ4N、 KJ95N、KJ101N 主导 电源 技术 自主研发 电子 技术 煤矿安全生 产监控系统 涉及领域 消化吸收 通讯 检测技术 控制 技术 计算机 网络技术 波兰CMM-20系统、 英国的MINOS系统 西德的TF200系统等 引进 1、定义煤矿安全生产监控系统是指对煤矿环境参数和生产过程进行实时监测控制的成套设备,它是涉及到计算机技术、通讯技术、检测技术、电源技术、控制技术、电子技术、网络信息技术等多领域的高技术产品。 2、发展历程 20 多 年 发 展 历 程

5. 一 前言 3、作用 随着煤矿安全监控系统的日益普及，以及十二字方针和十六字工作体系的贯彻落实，为保障煤矿安全生产发挥了积极作用，百万吨死亡率逐年下降。 4、标准 在07年以前，国内煤矿监控系统厂家数量达60多家，存在产品质量参差不齐、软件不规范、传感器质量差、断电不可靠、动作时间长、安装维护不规范等问题，且当时系统标准是上世纪90年代制定。为此，国家组织制定了AQ 6201～ AQ 6206和AQ 1029等安全监控系统相关行业标准。 04年 05年 07年 06年 08年

6. 二 如何确保监控有效 必须有安全标志 装备齐全 安装到位 数据准确 断电可靠 加密 抗干扰 处置迅速

7. 二 如何确保监控有效 1、必须有安全标志 国务院安全生产委员会办公室文件 安委办[2006]21号 《关于加强煤矿安全监控系统装备联网和维护使用工作的指导意见》 ★新安装的安全监控系统必须符合《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201- 2006）》，并取得新的煤矿矿用产品安全标志（以下简称MA标志）。安标办网址(http://www.aqbz.org/) 目前，共有47个厂家的安全监控系统符合要求。 ★逐步改造煤矿在用安全监控系统。 改造的重点：一是采用统一显示格式的系统软件；二是配置稳定性为15天以上的传感元件或传感器等关联设备，严禁使用未经国家授权的安全生产检测检验机构进行安全联检的关联设备。更新改造工作，原国有重点煤矿应于2007年底前完成，其他煤矿应在2008年底前完成。

8. 二 如何确保监控有效 2、装备齐全、安装到位 (1)中心站的装备 ☆中心站应双回路供电 ☆双机或多机备份 ☆有录音电话 ☆联网主机有防火墙等网络安全设备 (2)甲烷传感器的设置 ☆按AQ1029要求安装到位 ☆高、突矿井长于1000m的采煤工作面回风巷中部和长于1000m的掘进工作面中部 应设置甲烷传感器； (3)其他传感器的设置☆按AQ 1029要求安装风速、温度、负压、烟雾等传感器。 3、数据准确 ⑴ 每10天要对传感器定期调校； ⑵ 在用传感器应在井下调校，调校的同时应测试瓦斯断电闭锁功能和数据跟踪误差； ⑶ 甲烷传感器按规定设置报警点、断电点、复电点及断电范围； ⑷ 新《煤矿安全规程》第128条规定：每10天至少进行一次甲烷风电闭锁试验。

9. 二 如何确保监控有效 甲烷风电闭锁功能 危险 系统应具备风电瓦斯闭锁功能，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% 必须对局部通风机进行闭锁使之不能起动，只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁；当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5%时，自动解锁。 CH4>3.0% 如果不具备该功能，当风机停时，瓦斯出现积聚，一旦风机随意启动，会造成大量高浓度瓦斯排出，出现重大安全隐患。

10. 二 如何确保监控有效 4、断电可靠 ⑴瓦斯超限断电 ⑵被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器 5、监控数据必须具有加密功能 防止监控数据被修改 6、抗干扰问题 随着井下变频器的大量使用，各系统厂家应加快抗干扰的设计，防止系统误报警。 7、处置迅速 建立和完善瓦斯事故应急预案，落实应急措施。

11. 三 传统监控系统的现状 系统实时性差，扩容困难 可靠性及稳定性有待提高 信息孤岛严重 传感器稳定性和使用寿命不足

12. 三 传统监控系统的现状 巡检 近十年来，随着国家对煤矿安全生产的高度重视,各种煤矿监控系统得到了大量推广应用，但其技术瓶颈也日益显现,主要表现在如下方面： 1） 系统实时性差、扩容困难； 监控主机 1# 2# 呼叫 主机依次巡检、周期约30s 3# 应答 64# 监控分站 4#

13. 三 传统监控系统的现状 2）系统的可靠性及稳定性有待提高； 丢失不 大于5分钟 地面监控中心 总线短路、 断线等故障 总线短路、 断线等故障

14. 信息系统 各自孤立，需要一体化 三 传统监控系统的现状 3）各种监控系统分属不同部门，信息孤岛现象严重，不能有效综合利用，难以实现综合监控、灾害预警及联动控制; 调度系统 皮带、水泵等自动化系统 安全监控 其它 子系统 4）传感器稳定性和使用寿命存在不足；

15. 煤矿安全生产监控新技术 煤矿安全生产快速反应联动监控及 重大灾害预警技术 关键传感器检测技术

16. 四 煤矿安全生产监控新技术 一、煤矿安全生产快速反应联动监控及重大灾害预警技术 1. 体系结构 采用工业以太环网+现场总线技术构建煤矿井下信息综合传输平台。 传统系统 新型系统 容量：小于64 大于255 速率：2400K 最大100/1000M 时间：30s 小于10S 恢复：持续中断 小于0.03S

17. 四 煤矿安全生产监控新技术 2.工业以太环网平台——无线通讯及人员定位系统 以Wi-Fi无线网络技术为基础，以矿井工业以太环网为主干传输平台，由上位机、基站、读卡器、人员标识卡、手机等组成，采用有线网络与无线终端相结合的方式，具有语音、视频传输、定位、实时读取监控系统数据、一键呼救等功能。

18. 四 煤矿安全生产监控新技术 3.工业以太环网平台——瓦斯抽放监控系统 由显示控制柜、监控分站，流量、温度、压力、瓦斯等传感器组成。可实现瓦斯抽放管道参数的实时监测、抽放量的计算、统计，实现泵房的自动控制，为瓦斯泵房的无人值守提供技术支撑。

19. 四 煤矿安全生产监控新技术 4.工业以太环网平台——通风机在线监测系统 由监控上位机、监控站、风机运行参数、振动等传感器组成。可以实现风机在线通风参数监测、运行状况监视、风机效率在线评估和故障诊断。

20. 四 煤矿安全生产监控新技术 5.工业以太环网平台——矿井电网监控系统 主要由高、低压微机综合保护器、电力分站、监控主机、地面变电所监控单元等组成。可实现矿井供电网实时监测、故障诊断、有效避免越级跳闸和无计划停电。

21. 四 煤矿安全生产监控新技术 6.工业以太环网平台——皮带运输集控系统 主要由监控上位机、PLC控制主站、分站、操作台、就地控制箱以及拉绳闭锁、跑偏、速度等保护传感器和设备组成。可实现故障保护、多级皮带集中控制和优化控制，达到减员增效、节能降耗的目的。

22. 四 煤矿安全生产监控新技术 7.工业以太环网平台——排水自动控制系统 由集控台、主控制器、就地操作箱、各种传感器（真空压力等）等组成。可全自动远程控制，实现无人值守。同时也能实现削峰填谷的节能效果。

23. 四 煤矿安全生产监控新技术 8.工业以太环网平台——视频监控系统 视频实时监视 智能侦测与跟踪 重点区域监视 事件报警存储 自动调出画面 联动控制摄像头 记录事件视频回放

24. 四 煤矿安全生产监控新技术 9.联动控制技术——触发逻辑 主要由瓦斯灾害预警系统触发联动事件，当预测到有危险时，将通过异常联动功能实现各系统间的联动控制。

25. 停车 停车 分闸 报警 四 煤矿安全生产监控新技术 9.联动控制技术—联动的执行过程 综合监控及灾害预警平台 电网监控 皮带监控 视频监控 异常发生 工业以太环网 虚线为联动触发路径： 嵌入式视频服务器 电力分站 PLC控制箱 皮带机 …….等等 视频…….等等 电力开关

26. 监测监控数据 四 煤矿安全生产监控新技术 10.重大灾害预警技术 现有系统只实现了事后的瓦斯超限报警，没有充分利用监控信息资源，进行瓦斯等灾害的超前预测预报。 • 超限报警、断电 瓦斯突出危险？ 爆炸危险？ 火灾、水灾？

27. 四 煤矿安全生产监控新技术 充分利用煤矿监控系统数据，进行深度挖掘处理、自动计算，结合瓦斯预警规则实现多因素、多指标的瓦斯涌出灾害实时超前预警，并自动发出断电和人员撤离指令。流程图：

28. 四 煤矿安全生产监控新技术 (1)瓦斯压力及其等值线预测 瓦斯压力及其等值线预测结果与实测结果的误差小于9.1%，如下图：

29. 四 煤矿安全生产监控新技术 瓦斯压力及其等值线预测界面： 北四采区：

30. 四 煤矿安全生产监控新技术 (2)突出危险区域的预测 突出危险区域的预测上界比实际动力现象上界的埋深标高浅0~50m，实际危险区域预测准确率达85%，如下图：

31. 四 煤矿安全生产监控新技术 突出危险性区域预测界面： 北四采区：粉红色为有突出危险区域、澄色为无危险区域，与河南理工大吻合。

32. 四 煤矿安全生产监控新技术 （3） 瓦斯涌出动态分析与预警 根据瓦斯涌出指标超前预测煤与瓦斯突出危险性，其实际为有危险的准确率可达90%以上，见下图：

33. 四 煤矿安全生产监控新技术 系统预警的部分效果：

34. 总投入成本减少 效益提升 ４ １ 通讯平台兼容各种子系统，不用为后建系统建设通讯通道 通讯设备稳定可靠，简单易用轻便，符合国际标准 智能决策支持系统，动态评估预警系统简化了系统管理 保证安全生产，减员增效 管理水平提高 ３ 维护强度减小 ２ 四 煤矿安全生产监控新技术 11.达到的效果 • 联动控制功能 • 综合分析执行功能 • 生产效能评估功能 • 设备使用安全及管理功能 • 瓦斯涌出分析与预警功能 • 应急预案管理功能 • 减员人员数：70人 • 节约工资：245万元/年 • 采掘工作面事故率：降低10％左右 • 生产效率提高：5％左右 • 全年增加产量：3.75万吨 • 全年增加收入：1500万元

35. 四 煤矿安全生产监控新技术 二.关键传感器检测技术 1. 红外甲烷传感器 根据郎伯-比尔定律，由甲烷特征吸收光谱选择特征波长3.3m的滤光片来选择出甲烷的特征吸收波长。为了提高精度，要求滤光片的波长精确到0.05m。 （专利技术）

36. 四 煤矿安全生产监控新技术 甲烷传感器的性能对比：

37. 四 煤矿安全生产监控新技术 2. 激光检测技术 激光检测技术是一种新兴检测技术，可检测气体、温度、粉尘、应力应变等多种参数，具有稳定性好、测量精度高、测量范围宽、不受环境气体影响、使用寿命长等优点。 由于激光检测技术不仅可用于煤矿井下CH4、CO、CO2、O2、N2、C2H4等气体的检测，还能用于粉尘浓度、顶板位移、煤岩动力异常、冲击地压、设备温升等检测，因此，该技术在煤矿安全监测领域的应用范围非常广阔，技术先进性非常明显，是煤矿井下气体传感技术的最新研究方向。

38. 四 煤矿安全生产监控新技术 激光甲烷传感器 主要技术指标： 测量范围：0～100%CH4 精度：0.00～1.00%CH4 ≤±0.06%CH4； 1.00～100% CH4 ≤真值±3% CH4 响应时间：≤15s 稳定性：6个月

39. 四 煤矿安全生产监控新技术 3.管道流量检测技术 流量传感器发展历程： V型锥 涡街 均速管 孔板

40. 四 煤矿安全生产监控新技术 煤矿瓦斯抽放用V型锥流量传感器： 瓦斯传感器在V锥流量传感器上的实际安装效果图1 法兰 2截止阀 3 采样旁管 4 差压变送器 5 智能显示仪 6 电源及信号进线嘴7 红外甲烷电源及信号 8显示窗 9 探头气室 10 V型锥体 11 负压取样管12 温度探头 13 正压取样口 14 V锥流量传感器测量管段

41. 四 煤矿安全生产监控新技术 • V型锥流量传感器功能特点： • 测量精度高、压损小 • 适用于大管径、低流速的测量 • 管内无电子器件，稳定性好 • 与管道红外甲烷传感器配套使用，可满足CDM（国际清洁能源机制）项目对气体流量和浓度检测精度的要求 V锥流量传感器与传统流量传感器的性能比较表

42. 四 煤矿安全生产监控新技术 4. 断电馈电检测技术 采用光敏传感技术实现馈电状态检测，并将断电控制及馈电状态监测功能有机结合，实现断电的可靠检测。

43. 五 总 结 2）AQ标准的制定和强制执行，规范了煤矿安全监控系统相关产品； 1）煤矿安全生产监控系统，发挥了治理隐患防范事故的重要作用，有效保障了煤矿安全生产； 3）采用适合煤矿井下恶劣环境的矿井工业以太环网+现场总线技术构建井下信息传输基础平台，能接入各种子系统，实现煤矿安全生产快速联动及灾害预警； 4）瓦斯传感器采用先进的光学检测原理，其稳定性好，调校周期和使用寿命长；流量采用先进的V锥技术保证了测量的长期稳定性和准确性。

44. 致 力 安 全 科 技 提 升 生 命 保 障 Thank You !