【文章內(nèi)容簡介】 ）引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時 ，通過消化、吸收并結(jié)合我國煤礦的實(shí)際情況，研制出 KJKJ4 等系統(tǒng)并通過了鑒定， 90 年代以來，緊跟世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展潮流，研制開發(fā)出了一批具有世界先進(jìn)水平的監(jiān)控系統(tǒng)，如煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的 KJ90 系統(tǒng)、煤炭科學(xué)總院常州自動化研究所的 KJ95 系統(tǒng)等，其主要特點(diǎn)是：監(jiān)控分站的智能化水平進(jìn)一步提 高；具有網(wǎng)絡(luò)連接功能；系統(tǒng)軟件采用了 Windows 操作系統(tǒng)。同時，在 “以風(fēng)定產(chǎn)，先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控 ”12字方針和煤礦安全規(guī)程有關(guān)條款指導(dǎo)下規(guī)定了我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯 突出礦井必須裝備礦井 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。因此，大大小小的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般的不斷出現(xiàn)，為用戶提供了更多的選擇機(jī)會，并促進(jìn)了各廠家在市場競爭條件下不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)意識。實(shí)踐證明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。 綜合評價我國現(xiàn)有煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)及配套傳感器等設(shè)備的現(xiàn)場應(yīng)用效果，煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的 KJ90、煤炭科學(xué)總院撫順分院的KJF202天地科技股份公司常州自動化分公司的 KJ95 和北京瑞賽公司的KJ KJ2021 等系統(tǒng)無論在軟硬件功能、穩(wěn)定性和可靠性、專業(yè)技術(shù)服務(wù)能力 、企業(yè)性質(zhì)和生產(chǎn)規(guī)模等方面基本代表了我國煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平。 5 我國煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 目前，我國有 20 余家生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的公司或研究所，其產(chǎn)品主要是監(jiān)測環(huán)境安全參數(shù)，實(shí)現(xiàn)報警或斷電控制，對生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控限于對設(shè)備的開 /停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，與煤炭生產(chǎn)全過程實(shí)行監(jiān)測監(jiān)控差距還 較大。在軟件技術(shù)上應(yīng)研究開發(fā)能根據(jù)被監(jiān)測環(huán)境地點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行有效的危險性判別、分析和提出專家解決方案，在事故情況下，指示最佳救災(zāi)和避災(zāi)路線 ，為搶救和疏散人員、器材提供決策。同時系統(tǒng)軟件應(yīng)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。 發(fā)展覆蓋面更廣，監(jiān)測監(jiān)控參數(shù)更多的軟件系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)綜合自動化奠定良好基礎(chǔ)，是我國監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展任務(wù)之一。 、品種齊全的礦用傳感器 目前，國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的配套傳感器，主要存在兩大問題：一是品種不齊全，用于監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的傳感器較多，而用于監(jiān)測生產(chǎn)設(shè)備工作 運(yùn)行狀況參數(shù)的傳感器少；二是現(xiàn)有的傳感器不同程度存在精度差、可靠性不高的缺陷。特別是用于瓦斯綜合治理和災(zāi)害預(yù)測的甲烷傳感器，一直存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調(diào)校 期頻繁的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著礦井瓦斯的支持檢測。 在研制新型傳感器是應(yīng)高起點(diǎn)、高智能化，應(yīng)充足利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)，做到自診斷、自校正、自調(diào)零、配置標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳接口，統(tǒng)一傳感器的傳出信號制，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?shù)據(jù)出來的簡單性和傳感器的互換性。 發(fā)展配套齊全、高可靠性的礦用傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 現(xiàn)有廠家的監(jiān)控系統(tǒng) 幾乎都采用各自專用的通信協(xié)議，互不兼容。目前，信息傳輸系統(tǒng)的兼容性已成為裝備監(jiān)控系統(tǒng)的各集團(tuán)公司、礦井 進(jìn)一步引進(jìn)和擴(kuò)充系統(tǒng)功能的制約因素。有些礦井 為了安全生產(chǎn)的需求，在系統(tǒng)存在嚴(yán)重問題和得不到 技術(shù)服務(wù)的條件下，不得不選擇其他的系統(tǒng)。由此，通信協(xié)議不規(guī)范的后果是造成 設(shè)備購置重復(fù)、不能隨意進(jìn)行軟件升級改造。制定統(tǒng)一的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對促進(jìn)礦井監(jiān)控技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具有十分重 6 要的意義。 雖然現(xiàn)在許多礦建立了局部的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了本礦井的資源共享，但大多還處于一礦一系統(tǒng)，與 外界幾乎沒有聯(lián)系，其功能和任務(wù)也極其簡單。今后的發(fā)展趨勢是各生產(chǎn)礦井與礦物局、各礦物局與本省乃至全國煤礦系統(tǒng)構(gòu)成統(tǒng)一完整、功能先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)更大范圍的煤礦資源共享。 7 第 2 章 安全監(jiān)測 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置要求 1. 礦井空氣成分的監(jiān)測 礦井空氣成分的監(jiān)測主要是檢測礦井空氣中的污染物的濃度 。 對煤礦來說，這些污染物通常是指 CH CO、 CO NO、 NO2 等。 在礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)中甲烷 傳感器占的比例最大。對 CH4 進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，目的就是當(dāng)風(fēng)流中 CH4 含 量值增加到非常值時，立即發(fā)出警報，以撤出人員，切斷該區(qū)域電源等。由于有了可靠的監(jiān)測手段，某些國家已放寬了風(fēng)流中 CH4 含量的極限值。如，波蘭在應(yīng)用連續(xù)監(jiān)測 CH4 和風(fēng)速的技術(shù)裝備后，已把工作面入風(fēng)流的 CH4 濃度上限量放寬到 1%，而在設(shè)置屏蔽電纜的工作面則放寬到 2%。 CO 是劇毒氣體，它不僅會危害到工人的身體健康，而且還是礦井發(fā)生火災(zāi)的預(yù)兆，因而必須對 CO 進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。 CO2 雖不是有毒氣體，也不會發(fā)生爆炸，但礦內(nèi)空氣中的 CO2 含量的增高卻會導(dǎo)致礦井空氣中的氧含量的降低，因此 CO2 氣體也是監(jiān)測的對象。 礦塵不僅會 對工人的身體健康帶來嚴(yán)重的危害，而且具有爆炸性的煤塵還是礦井安全的重大威脅，因而對礦井進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測是很有必要的。 但由于目前 監(jiān)測空氣中粉塵的傳感器 技術(shù)尚不成熟，目前還無法對礦塵進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測，只能采取定期測定的辦法來評價礦井空氣中礦塵的濃度。（備注： 英國目前有一種可在井下連續(xù)測塵的單獨(dú)測塵儀器西姆斯林 II（ SimsinII），這種儀器有可能與監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)而對礦井空氣中的礦塵濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。 ） 2. 礦井空氣物理狀態(tài)的監(jiān)測 直接影響礦井空氣物 理狀態(tài)的主要物理因素是溫度、濕度和風(fēng)速。風(fēng)速除會影響到礦井微氣候外，還決定著進(jìn)入礦井空氣中的有毒有害氣體及其他雜質(zhì)的量。較大的風(fēng)速可以保證礦井的風(fēng)量，一 方面 達(dá)到稀釋 CH4 濃度的目的；另一方面， 較 大的風(fēng)速產(chǎn)生的紊流 能使巷道邊緣積聚的瓦斯被吹散 。但是過高的風(fēng)速卻會使 礦塵飛揚(yáng)，影響礦工健康，對于有煤塵爆炸性危險的礦井則更是不利因素 。 因此對風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測是非常重要的 。 隨著煤炭生產(chǎn)的發(fā)展，礦井深度越來越大，機(jī)械化程度也越來越高，加上其它原因，礦井生產(chǎn)環(huán)境中出現(xiàn)了高溫?zé)岷?。高溫 熱害一方面損害了礦工的身體健康，另一方面大 大降低了勞動生產(chǎn)率，因此治理礦井高溫?zé)岷κ堑V井通風(fēng)工作者 一個重要課題 。 對礦井高溫?zé)岷M(jìn)行處理，就必須摸清通風(fēng)系統(tǒng)中熱源地點(diǎn)，系統(tǒng)高溫變化趨勢 。 因而在高溫礦井中，設(shè)置必要數(shù)量的溫 8 度傳感器來監(jiān)測溫度就顯得十分必要了。 3. 通風(fēng)設(shè)備（設(shè)施）運(yùn)行狀況的監(jiān)控 通風(fēng)設(shè)備（設(shè)施）運(yùn)行如果出現(xiàn)異常，將會引起一些不良的后果 。 如，局部扇風(fēng)機(jī)的停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會使掘進(jìn)工作面發(fā)生瓦斯積聚 。 [3]因此每個礦井都要根據(jù)自己的安全需要，把一些重要的通風(fēng)設(shè)備（設(shè)施）列入通風(fēng)安全的監(jiān)測范圍。 4. 其他監(jiān)控 在抽放利用瓦斯時，為保證人員及設(shè) 施安全，還要在抽放泵輸入管路中和儲氣罐輸出管路中安設(shè)高濃度瓦斯、流量、壓差、溫度傳感器。在煤倉處還要設(shè)置煤倉煤位傳感器，對其煤位進(jìn)行監(jiān)測，以保證煤礦的安全生產(chǎn)。 [4] 監(jiān)測和傳輸設(shè)備選擇配置及測 點(diǎn)布置 要求 礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)一般由監(jiān)測傳感器﹑井下分站﹑信息傳輸系統(tǒng)和地面中心站等部分組成 。 通?？煞譃殚_環(huán)監(jiān)測控制系統(tǒng)和閉環(huán)監(jiān)測控制系統(tǒng)，前者為不利用監(jiān)測量去控制（調(diào)節(jié)）所關(guān)聯(lián)的井下設(shè)施和設(shè)備，只進(jìn)行一般的遙控的系統(tǒng)；后者則還需利用監(jiān)測量去控制（調(diào)節(jié)）所關(guān)聯(lián)的井下設(shè)施或設(shè)備。 1. 監(jiān)測傳感器 監(jiān)測傳感器是礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的感知部分，它是用來測量系統(tǒng)所需測量的量或判斷設(shè)備﹑設(shè)施狀態(tài)的部件 。 其主要有甲烷傳感器﹑一氧化碳傳感器﹑二氧化碳傳感器﹑氧氣傳感器﹑溫度傳感器﹑風(fēng)速傳感器﹑壓力傳感器及各種狀態(tài)（開關(guān)）傳感器等。 傳感器的供電方式有兩種：一種是一個傳感器一個電源箱；另一個是集中供電的方式，即若干個傳感器工用一個電源箱，而這種電源箱大多和系統(tǒng)分站在一起 ， 井下使用的傳感器的供電電源必須是本質(zhì)安全型的。 傳感器模擬出的被測量的電信號分為電壓型﹑電流型和脈沖型 3 種。我國初期設(shè)計(jì)的傳感器 的輸出制式還有電壓型，其中檔次分的較多 .目前常用的瓦斯檢測報警斷電儀，如 AYJ1 型或 AYJ2 型、 ABD21 型采用的都是脈沖型。 2. 井下分站 由傳感器輸出的統(tǒng)一制 式的信號必須進(jìn)入井下發(fā)送裝置才能進(jìn)入信息 9 傳輸系統(tǒng)，這個發(fā)送裝置稱 為井下分站 。分站的作用是 收集接入的各種傳感器送來的模擬信號并進(jìn)行整理；根據(jù)中心站的命令將各種監(jiān)測參數(shù)和設(shè)施、設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給中心站；接收中心站的控制信息，執(zhí)行中心站的各種控制命令，控制所關(guān)聯(lián)的設(shè)備、設(shè)施 。 一些智能化程度比較高的分站，在系統(tǒng)電纜斷開后，分站仍能繼續(xù)工作，如 實(shí)現(xiàn)超限報警、斷電、連續(xù)記錄監(jiān)測參數(shù)等 。 目前井下分站的發(fā)展趨勢主要是提高智能化程度 ， 一般來說分站備有備用電源，在電網(wǎng)停電時仍能繼續(xù)工作 。 大多數(shù)分站可以接入 48 個模擬量，輸出 23 個控制量 。 我國早期生產(chǎn)的各種瓦斯斷電儀，一些監(jiān)測系統(tǒng)，如 MJC100A、 A1，采用一個傳感器一個分站的形式 ， 這種方式適用于中小型煤礦。 3. 信息傳輸系統(tǒng) 井下分站和地面中心站的連接部分 是信息傳輸系統(tǒng)，它直接影響著信息的傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)的投資費(fèi)用 。 在電磁干擾大，環(huán)境潮濕，有易燃、易爆、腐蝕性氣體，空間小，有頂板冒落危險的井下，對 信息傳輸提出了特殊的要求，特別是傳感器分散分布，信號無法集中發(fā)送時，情況尤為突出。這就造成了礦井信息傳輸系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特殊性。信息傳輸系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可分為放射狀、環(huán)狀和樹狀 3 種。 4. 地面中心站 礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分是地面中心站 。 地面中心站目前大多由計(jì)算機(jī)和信號傳輸接口部分組成。信號傳輸接口將井下傳來的信號解調(diào)送入計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)則通過信息傳輸系統(tǒng)，向井下各分站進(jìn)行通訊聯(lián)系，發(fā)出指令，指揮各分站向中心站送回各種監(jiān)測量 。 地面中心站的計(jì)算機(jī)根據(jù)井下各分站送來的各種監(jiān)測信息處理的結(jié)果，必要時可向有關(guān)分站發(fā)出指 令，指揮分站控制某種對象（如井下某地區(qū)瓦斯?jié)舛瘸?，切斷該地區(qū)的電源），操作人員也可根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的清單，向計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，計(jì)算機(jī)通過顯示屏顯示各種數(shù)據(jù)，既有實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以了解過去某一階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以知道發(fā)展趨勢。 計(jì)算機(jī)是整個礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)的核心，目前可分為兩大類，一類是集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，另一類是分布式。前者把計(jì)算機(jī)作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理的中心，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡單，易于管理；缺點(diǎn)是當(dāng)主機(jī)或傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障時，將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓 。 后者是利用智能遠(yuǎn)程分站將數(shù)據(jù)的采集、處理分散進(jìn)行，一 些可以通過本地分站就地處理的監(jiān)測對象就不必進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)遙測，而可以改變呼喚遙測，一些系統(tǒng)的分站有 病肢 切斷功能， 10當(dāng)系統(tǒng)某部位出現(xiàn)故障時，可以切斷 病肢 ，使系統(tǒng)其余部分正常工作 .分布式礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)適用于地域分散、負(fù)載分散、環(huán)境條件較差的情況，其優(yōu)點(diǎn)是在傳輸系統(tǒng)或主機(jī)出現(xiàn)故障時仍可進(jìn)行工作 。 [5] 要求 礦井使用瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的目的是為了通過采用新技術(shù)來改進(jìn)采掘過程中的安全狀況，改善礦井的環(huán)境與安全條件，提高生產(chǎn)率；保證礦井的生產(chǎn)計(jì)劃和工程的實(shí)現(xiàn)。 為此，系統(tǒng)的選擇主 要應(yīng)從如下幾個方 面考慮。 1. 礦井災(zāi)害情況 如礦井瓦斯涌出量、煤層自然發(fā)火、沖擊地壓及地溫地?zé)岬葹?zāi)害及程度都是確定建立礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)類型的及程度都是確定建立礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)類型的依據(jù)。 2. 礦井生產(chǎn)情況 要根據(jù)礦井生產(chǎn)能力的大小與生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜程度以及井下采掘工作面的數(shù)量、機(jī)電硐室數(shù)目、裝煤點(diǎn)數(shù)目、風(fēng)硐等一些需要監(jiān)測地點(diǎn)的數(shù)量來確定瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的裝備容量，并在此基礎(chǔ)上再考慮 20％ 30％的備用量。 3. 系統(tǒng)的功能 選擇礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)時應(yīng)優(yōu)先配用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，除漢字功能外，其軟件功能要強(qiáng)，易于開發(fā)，有足夠的 容量，能夠用來開展通風(fēng)安全管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算及報表編制工作，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)較多時，應(yīng)考慮生產(chǎn)監(jiān)控和安全監(jiān)測自成系統(tǒng) 。在計(jì)算機(jī)的選型上應(yīng)優(yōu)先使用兼容機(jī)種，要能方便地和礦、局計(jì)算機(jī) 聯(lián)網(wǎng)。 4. 綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面 在進(jìn)行礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)時應(yīng)從技術(shù)的先進(jìn)性、性能的穩(wěn)定性、安全的經(jīng)濟(jì)效益、使用維護(hù)方便性、噸煤投資和噸煤維護(hù)費(fèi)用等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以作為選擇礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的依據(jù)。原則上，被監(jiān)測的信息量多少是確定選擇系統(tǒng)大小的依據(jù) .一般來說，大型礦井應(yīng)該選擇KJF202 KJ KJ202 KJ2 系統(tǒng)，也可以選擇 TF200 系統(tǒng)，中小型礦井可選擇 TF200、 A A MJC100A、 AU AYJ80 等系統(tǒng)，小型礦井可選擇 A A AU AYJ16 系統(tǒng)和 ABD2 AYJ AWBY2 等不帶微機(jī)的單一瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)。