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煤矿监测监控系统的研究与应用

作者:完美论文网  来源:www.wmlunwen.com  发布时间:2017/4/29 7:17:39  

摘要矿井监测监控系统是综合了传感、通信、远程控制为一体的自动化电子控制系统,该系统主要有“监测”和“控制”这两个主要功能。本文在煤矿监测监控系统研究现状基础上,针对煤矿监测监控系统组成及监控对象、井下人员定位系统及监控系统的优化进行了深入研究。

关键词矿井;监测监控;电子控制

1 煤矿监测监控系统的研究现状

对煤炭生产矿井施行监测监控是实现矿井安全、高产、高效的重要环节。我国煤矿自然条件差,地质条件复杂,水害、瓦斯、煤尘、顶板等事故屡见不鲜,虽然今年来国家安监部门加强对矿井安全的管理,但是生产事故仍然时有发生,因此这就要求煤炭生产企业掌握并应用监测监控技术。矿井监测监控系统是综合了传感、通信、远程控制为一体的自动化电子控制系统。该系统主要有“监测”和“控制”这2 个主要功能,“监测”即通过传感器将井下各种环境参数和机电设备的运行情况采集来进行整理和分析,“控制”即通过监测数据对井下环境和机电设备进行控制并实现危险报警功能。矿井监测监控系统主要由:矿用本安型传感器、监测监控分站、信号传输电缆、服务基站、计算机监控管理系统等组成。

2 矿井监控系统的组成及监控对象

矿井监测监控系统是采用通信和控制技术将整个矿井的安全监控、通信系统、生产调度等综合为一体的矿井信息传输和应用自动化系统。该系统以太网为网络平台且安全可靠,运行稳定。该系统可以对矿井安全生产实时监测及进行数据采集,为矿井事故预防及应急灾害处理并最终实现安全生产有重要的辅助作用。综合自动化系统主要由综合自动化监控网络、调度中心监控及显示系统、安全监测监控子系统及生产监测监控子系统四部分构成。

2.1 综合自动化监控网络

建立由调度监控网络平台和网络安全两部分构成的矿井网络自动化监测监控以太环网平台。通过以太网交换机在煤矿井下和地面建立起统一的1000M/s 的环网,该自动化监测监控系统可以通过调度室监控中心对矿井重要机电设备运行情况及生产情况实时监测和控制,该系统采用网络隔离及网络防火墙来保证网络的运行安全。

2.2 调度中心监控及显示系统

矿井生产调度中心是煤矿管理人员对矿井生产系统进行监控及调度指挥的平台,通过调度操作平台可以获得矿井的生产运营情况。调度生产中心监控网络包括硬件和软件系统,通过调度室监控硬件和软件设备可将矿井生产及安全监控子系统相关数据传输到监控中心,从而实现全矿井的数据收集及分析,通过电视系统视频成像工具,可将井下实际情况传输到地面,为管理人员生产指挥及决策提供数据支持,有效预防和处理各种事故灾害,促进矿井安全生产。在调度监控中心设置由24 台40″液晶显示屏组成的电视墙,通过控制系统可以对各监视点的画面实时监控。

2.3 安全监测子系统

2.3.1 矿井安全监测监控系统

为提高矿井安全管理水平,实现矿井的安全高效生产,在生产实践中要对井下的环境参数、机电设备运行情况、供电系统及避难硐室等地点实时监控,以便管理人员能够随时了解矿井的生产运行情况及安全情况,实现灾害事故预测预报,从根本上防止事故的发生。我国煤炭行业系统主要采用分站式监控系统,该系统具有技术成熟且投资及运行成本低等优点。

2.3.2 矿压监测系统

生产实践中要加强对矿井矿压的监测,井下巷道和工作面顶板及围岩的受力变形情况对安全生产具有重要的意义,主要监测内容包括顶板离层情况、围岩应力情况、工作面液压支架工作阻力的监测,同时要做到动态监测,尽可能减少冒顶或者片帮等影响安全生产的矿压灾害现象。井下矿压监测系统主要由压力分机、离层传感器、通讯分站、通讯主站、接收主机、上位机和数据分析软件组成。分站信息通过传输电缆传输到井下主站,然后由井下主站传输到地面的监控中心,各个通信主站和分站配备有2h 延时供电电源,以防止突然断电情况发生。

2.3.3 束管监测系统

矿井空气中多混杂各类易燃易爆气体,因而要对井下重点控制地区的的O2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H6 等气体含量通过煤矿束管色谱检测系统进行24h 连续监测,监测气体含量及其温度变化情况,为矿井火灾及瓦斯事故的预防提供依据。

2.4 生产监控子系统

安全生产监控子系统主要包括:变电所综合自动化系统、综采工作面集中监控系统、综掘工作面监控系统、主运输监控系统、通风机房监控系统、主排水泵房自动化系统、井下水处理监控系统、压缩空气站监控系统、产量监控系统、副斜井提升监控系统等。

3 煤矿井下人员定位系统

煤炭企业属于高危行业,生产中必须牢固树立“安全第一”的思想观念,近年来随着国家安监部门监管的加强以及煤炭企业对安全生产的大力投入,我国煤矿的安全形势整体有了明显的好转,但是“安全”这根红线要时刻牢记于心。煤矿企业必须树立起预防为主的危险防控理念,充分利用现有先进的科学技术,建立井下人员定位系统。在井下主要生产巷道安装定位基站,工人身上携带有定位仪,通过定位基站时,工人身份信息会被识别,该信息可直接反馈到地面监控中心。通过调度室监控系统能够清楚了解工人的数量及其生产劳动范围,当事故发生时能够第一时间发现工人所处的位置,为矿井救援提供有效的信息,提高救援的效率。该技术集合了目前国内先进的远距离识别技术、通信技术、传感器技术,实现矿井工人考勤、人员定位、矿井救援等一系列功能。

3.1 井下定位的原则

该系统能实现工人考勤功能,基站能有效识别工人身份信息,准确定位井下工人所处的位置,一旦发生事故可以通过该系统知道井下工作人员的数量和位置,为抢险救援提供有效的信息。因此该系统必须安全可靠且易操作和管理。

3.2 井下定位的特点

井下定位系统应该具有高度的智能化,监测基站能够自动识别并记录20m 范围内通过基站的人员信息,通过传输网络实时向地面监控中心传输信息,监控中心将信息归类整理分析汇总。巷道内的基站所处的环境潮湿、温度低且有矿尘的侵蚀,因此基站必须坚固耐用。

3.3 目前人员定位系统的原理

煤矿监控中心给下井人员配备识别卡,该卡中录入了工人姓名、年龄、所属部门、工种、职务等信息,且该卡可以安装于安全帽内。在井下巷道内每隔100m 安装一个人员定位基站,当井下工人通过该基站时,立即被基站系统所识别,基站将该工人信息传输到矿井调度室,通过调度室显示屏可以知道该工人通过的时间及经过的路段。且该卡还具有危险报警功能,当工人误入危险巷道时,调度监控室会有报警提示,通过井下基站发出警告信息。

3.4 井下人员定位系统工程安装示意

本系统分为地面和井下两部分,地面由电脑、通讯箱及软件组成,井下由定位基站、无线标识传感器组成,如图1 所示。

4 对目前监控系统的优化研究

4.1 新型监测监控系统的技术要求

矿井监测监控系统结合现在先进的传感、通信及远程控制技术,可对井下环境参数及设备运行情况实时监测,井下监控区域大、对象多,因此监控系统必须准确、耐用、反应灵敏,遇到突发情况能够及时报警。

4.2 监测监控系统的功能要求

通过对山西多个集团的生产矿井的实地调查,以及对客户回访调查,总结出矿井监测监控系统应实现如下功能:

(1)监控系统必须和井下各类传感器相连接,如CO 传感器、O2 传感器、风速传感器、CH4传感器等。

(2)井下监测基站能够对数据进行简单处理,除去误差较大的数据,且传入地面监控中心数据应以统一的格式,监控系统可通过系统自带函数程序对收集的数据进行分析处理。

(3)监控中心要建立大容量数据库,将仪器收集传输的信息储存至少2 年以上,以便今后分析使用,监测监控操作界面要简单大方,方便操作人员及时查看及处理各类数据。

(4)该监测监控系统能够实现自动控制功能,若井下出现气体浓度超标等现象,能够自动断电、报警,同时回撤人员,保障安全。

4.3 系统的核心组成部件

井下监测监控系统主要由监控微机系统、通信接口(如RS-232、RS-485 等)、中继器、通信分站等构成,矿井安全监控系统组成如图2 所示。

4.4 监测监控系统应包含的内容

监测监控系统由如图3 所示9 个子系统组成。

5 结论

本文对现在煤矿监测监控系统发展情况做了简要介绍,矿井监测监控系统是采用通信和控制技术将整个矿井的安全监控、通信系统、生产调度等综合为一体的矿井信息传输和应用自动化系统。对井下人员定位系统及监测监控系统的核心组成部分和子系统做了简要介绍,可知对矿井施行监测监控是实现矿井安全高效生产的必由之路。

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