《安全监测监控课》课程设计报告

中国矿业大学

《安全监测监控课》课程设计报告

组员姓名学号班级成绩薛晓磊21056128安全05-1

杨进宽21056129安全05-1

张帆21056130安全05-1

张连刚21056131安全05-1

张艳鹏21056132安全05-1

本组人员的工作分工情况：

薛晓磊：负责整理资料

张帆：负责资料的收集

张连刚：负责资料的收集

郑东波：负责查阅设备和仪表的类型和价格张艳鹏：负责查阅设备和仪表的类型和价格杨进宽：负责校验资料和设计内容的校对

目录

第一章矿井概况

1．1矿区概述

1．2采煤

1．3掘进

1．4通风

1．5瓦斯

1．6发火期

第二章熟悉有关的煤矿安全法规和设计规范

第三章确定监控所需传感器的种类及数量。

第四章确定分站的容量和数量。

第五章确定传输方式、电缆长度和接线盒的种类和数量。分析比较各厂家监控系统的功能及特点，确定具体的煤矿监控系统型号。

第六章绘制监控系统配置图。

第七章系统概算（绘制系统配套清单及价格表）。

第一章矿井概况

1．1 矿区概述

本矿井设计生产能力为240万t/a，服务年限为55.14a。本矿井采用立井单水平上下山方式开拓，第一水平为+855m。主井井筒直径为6.5m，净断面积为33.18㎡；副井井筒直径为7.5m，净断面积为44.18㎡。井下煤炭主要采用胶带输送机运输；辅助运输采用架线式电机车牵引矿车运输，带区采用无极绳绞车牵引1.5t固定式矿车、5t材料车、1.5t平板车运输。矿井为低瓦斯矿，煤尘有爆炸危险。矿井工作制度为“三八”制，提升设备年工作日为330天。

由于矿井的井型较大，所以主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼提升设备、材料、运送人员。

1.1．1矿区的地理位置

汾西矿业集团新峪煤矿有限责任公司，位于山西省吕梁地区孝义市兑镇镇，在孝义市城西20km处，距介休城约45km。地理坐标东经111°35′12″～111°39′03″，北纬37°00′40″～37°07′29″。

1.1.2矿区的地形特点

矿区位于吕梁山中段，汾河中游西岸，属黄土高原中丘陵地貌，矿区最高点位于南部海拔标高1150.2m，最低点位于矿区中北部的兑镇河谷，海拔标高847.50m。相对高差302.7m，矿区地势形态为南部中部相对较高，北部东部相对较低，区内沟谷纵横呈“V”字型发育，沟谷基本呈南北向，新生界的黄土主要分布在山梁垣上，基岩一般多出露在沟谷中，纵观全区其地貌特征为中等切割至轻微切割的中低丘陵类型。

1.1.3矿区的交通条件

矿区交通便利，南同蒲铁路介(休)西(泉)支线从矿区边界穿过，并设有兑镇车站，往西至阳泉曲车站。新整修的省道孝午公路沿兑镇河北岸，经井田南部通过；经水峪至胡家窑线与太原至柳林307国道相接。公路通过矿区往东通大运高速公路及108国道，铁路公路可达全国各地，见图1-1交通位置图，附矿区距邻近主要城市距离见表1-1。

图1-1矿区交通位置图

1.1．4 矿区的气候条件及地震情况

本区气候属暖温带大陆性半干旱半湿润气候，春季风大雨少干旱，夏季多雨炎热，秋季温暖湿润，冬季寒冷少雪，四季分明，年平均气温在10.3℃左右，一月份最低平均气温-10.5℃，最低-23℃。七月份气温最高，最高可达39℃，平均降雨量约500mm，雨水多集中在7-9月份，占全年降雨的60-80%；年蒸发量为1800-1900mm。每年十一月至次年四月为冻结期，最大冻土深度0.74m。春、冬两季多刮西北风，夏、秋以东北风为主。

根据1978年5月2日山西省抗震工作办公室、山西省建委，山西省地震局“关于颁发山西省地震基本裂度区划分图及说明的通知”，本地区裂度为6度。

1.1．5矿区的水文情况

本区内地表水属黄河流域汾河水系，井田南面是兑镇河，河床宽150-200m，部分地段河床已压缩到60m，河床与地形坡度基本一致。一般流量甚微，仅暴雨时较大，属季节性河流，受季节影响较大，雨季山洪汇集，河水猛涨，旱季河水流量较小，甚至干涸。

1.1．6矿区的电源和水源

矿井用电采用双回路供电系统，一回引自集团公司自备电厂后庄变电站的内部电网，电压110kv，输电距离2km；一回引自华北电网兑镇变电站，电压110kv，输电距离2km。

矿区建有自备水源地，取奥陶系灰岩岩溶地下水，水质经化验符合国家有关规定。

m/3，是新峪矿工业用水和生活用水主要新峪矿共有九口水源深井，总出水量为250h

来源，主要用于锅炉房、澡堂、食堂及工人村生活用水等。为矿区的进一步发展提供了水源保证。

1．1．7煤层埋藏条件

井田内含煤地层主要为上古生界石炭系太原组及二叠系山西组，含煤岩系总厚度为143.92m，共含煤层12层，煤层总厚为16.28m，含煤系数为9.5%，计算储量煤层为3层，即2#、9#及10#煤层，总厚度为13.7m。

1．2采煤方法

汾西新峪煤矿，年生产能力为240万吨，设计服务年限55年。

矿井为立井单水平开拓，主井、副井、风井各一个，采用中央边界式通风，副井进风、风井回风。

煤炭运输方式为胶带输送机运输，辅助运输方式采用轨道运输。矿井主采煤层为2#、9#和10#。带区为前进式，煤层开采为下行式。采煤方法为倾斜长壁综合机械化一次采全高全部垮落法。矿井年工作日为330天，每天净提升时间为16小时。回采、掘进工作面均采用，“三八”制劳动组织形式。

由于开采条件优越，所以本矿井采区布置采用带式布置方式。

工作面推方向和推进度

为减少巷道维护工程量以及获得良好的通风效果，回采工作面的通风类型为U型后退式通风。

煤层的采煤工艺为倾斜长壁综采一次采全高全部垮落采煤法 可采储量

表2-8 矿井储量总汇表

确定矿井的年生产能力为240万a t /

1．3掘进方式

带区内巷道主要有三种：岩巷、煤巷和半煤岩巷。掘进带区车场时，采用钻爆法施工，挂腰线掘进；掘进煤巷和半煤岩巷时，采用配套综掘设备进行落、装煤岩，通过桥式胶带转载机和可伸缩带式输送机运输煤岩。分带轨道斜巷和分带运输斜巷均为沿空掘巷。

煤巷掘进主要采用综掘，支护方式采用锚网支护。

1．4通风方式

通风方式：中央并列式 主通风机的工作方法为抽出式。

中央边界式通风，副井进风、风井回风。

表4-7 井筒风速验算表

1．5．1矿井瓦斯、煤尘及自燃情况

矿井瓦斯相对涌出量为0.44t

m/3，属低瓦斯矿井；煤尘的爆炸性指数在38％以上，煤尘有爆炸危险性，煤尘有自燃发火危险性，属二类自燃，；二氧化碳相对涌出量为3.44t

m/3，二氧化碳为高等级矿井。

1．6．1煤层发火期：

发火期一般为6个月。

第二章熟悉有关的煤矿安全法规和设计规范

安全规程规定：工作面和回风巷道的瓦斯浓度不高于1%，总回风巷道的瓦斯不高于0.75%。

工作面的风速小于4m/s

风峒内的风速小于10m/s

工业卫生标准规定：矿井内CO的浓度不大于24ppm,

呼吸性粉尘中SiO2浓度含量的大于10%时，其浓度小于2g/m3;

SiO2浓度含量的小于10%时，其浓度小于10g/m3

设计规范：矿井在本着安全的基础上，要尽量降低成本。

第三章确定监控所需传感器的种类及数量

设备名称设备型号

单

位

数

量

瓦斯传感器KG9701A台80

一氧化碳传感器GTH500（B）台60温度传感器GW50（A）台60

风速传感器KGF15台20

压力传感器GF5F（A）台20

开停传感器GT-L（A）台40

馈电/断电器KDG3K台40

第四章确定分站的容量和数量。

系统组成: 中心站、调制解调器、数据分站、各种传感器、机电控制设备基本容量：64个数据分站，

最大可扩展到128个分站。

分站容量：8路模入，

8/12路开入，8路开出。

系统总量：模入量512个，

开入量512个，开出量512个。

信息传输：有线时分制

调制方式：频移键控

传输速度：2400比特/秒

传输距离：20公里

系统结构：树状形

我国煤矿监控系统大多采用集散型结构、树状网络，以大容量（测点数）、多参数（测量参数的类别）、多功能、时分制传输方式为主。

传感器：瓦斯、CO、风速、温度、差压、烟雾等环境参数；煤仓煤位、水仓水位、机组位置、皮带运煤量、风机风压、机电设备的开停等生产参数；皮带速度、皮带跑偏、轴承温度等机电设备的状态参数；电压、电流、功率等电量参数等等。

技术指标：

中心站至最远测点的距离≮10Km

传感器至分站的传输距离≮1Km

系统巡检时间≯30S

控制执行时间≯30S

系统误差≯1％

第五章确定传输方式、电缆长度和接线盒的种类和数量。分析比较各厂家监控系统的功能及特点，确定具体的煤矿监控系统型号。

传输方式：

频移键控信号传输：用数字信号（基带脉冲）调制的载波信号称为健控信号，数字调制的载波信号的频率是离散的（即频移），故又称为频移键控信号。频移键控传输的发送与接收均需要调制解调器，设备较复杂，但信道利用率高，抗干扰力强，适用于大型监测系统。

电缆长度要求：从地面中心站到井下分站，采用PUYVR-4或PUYVR39型电缆时，最大传输距离为20Km。

从井下分站到传感器，采用PUYV39-1或PUYVP-4型电缆时，最大传输距离为2Km。

接线盒：KP5001 A2或KP5001 A3

电缆长度：实际所需长度/70%

接线盒的数量：接线的个数点/70%

KJ4系统性能特点

1、传感器供电：分站电源KDW2A×8路21V、350mA，最多可供6个传感器，最远传输距离2km。

2、传感器信号制式：模拟信号1-5mA; 4-20mA; 0-1V; 0-5V。

开关信号±5mA；0、5mA。频率信号200-1000Hz。

3、系统结构：树状传输结构。现场总线传输。

4、中心站集中监控：E型分站最大可监控512个量。

5、分站集中监控：一个分站可监控半径两公里内24个量。

6、智能分散监控：通过转换器可以将任何一种信号制式的传感器或子系统

接入主系统。

7、控制输出：本安控制、非本安控制；异地控制、手控、程控。

8、质量认证：KJ4系统是ISO9001质量体系认证产品。

9、抽放监测：KJ4系统配有抽放监测软件包，分站兼有抽放瓦斯监控计量

功能。

10、分站显示：发光二极管LED显示，可显示分站监测的工作状态。

11、传感器供电：分站电源KDW2A×8路21V、350mA，最多可供6个传感

器，最远传输距离2km。

12、传感器信号制式：模拟信号1-5mA; 4-20mA; 0-1V; 0-5V。

开关信号±5mA；0、5mA。频率信号200-1000Hz。

13、系统结构：树状传输结构。现场总线传输。

TF200系统的特点:

1.系统频率范围：420~9780Hz、52个频道，每一个频道有一个固定频

率。频道分布方程为：f n=300+120n n=1,2, (24)

fn=3060+240(n-24) n=25, (52)

2.系统传输容量

一对传输线传输52路信号，每增加一对传输线可增加52路信号。监测系统基本容量为256点，也可扩展为512点。

3．巡检周期不大于10s

4．传输距离不小于18Km

5．载波发送电平—6dbm(385 mV)

6. 载波发送信号失真度≤0.5%

7. 载波发送频率误差≤±0.5%标频

8. 接收灵敏度—29 dbm(28mV)

9. 接收电平范围—6~29 dbm（385~28 mV）

10．相邻频道选择性＞32db

11．接收通频带

1）1~24频道时：25~35Hz

2）25~52频道时：60~80Hz

12．系统传输误差≤1%

13．系统输入信号制

（1）模拟量输入

1）电压型：0~100mV，0~5V, 0~10V;

2）电流型：0~1mA, 0~2.5mA, 0~5mA , 0~10mA 或0~20mA .

（2）频率量输入脉宽在5~15Hz

（3）开关量输入

1）无电位接点（本质安全型）：直接输入；

2）继电器输入组件：继电器接点直接输入；

3）本质安全型12V电压组件：有电压触点输入；

4）采用光电耦合：直接输入。

（4）计数量输入30波特范围内。

14．系统输出信号

（1）模拟量输出0~1mA , 0~2.5mA, 0~5mA , 0~10mA, 0~20mA .

（2）频率量输出5~15Hz

（3）开关量控制输出

1）直接输出（本质安全型）：12V/40mA

2）采用继电器组件（F2-AR2-2），输出本质安全型无电压触点信号：触点容量28V/250mA ；

3）采用继电器组件（F2-AR2-4），输出非本质安全型无电压触点信号：触点容量220V/1A，30V/3A。

15．供电电源

（1）发送板12V*DC，每频道小于3mA

（2）接受板12V*DC，每频道小于3mA

（3）V/F转换器12V*DC，每频道小于15mA.

井下分站由F2—SNG12i—36/127/380V电源供电，井上分站由F2—NG12—220V 电源供电，井上中心站由中心柜电源220V电源供电。井下分站和传感器在交流供电电源停电时，可由蓄电池供电，保证系统连续工作。

KJ4系统与TF200系统性能的比较：

1）TF200系统属于频分多路脉冲调制传输监控系统

KJ4系统属于时分脉冲频移键控信号

2）TF200系统可以传输模拟量，开关量，计数脉冲量和控制信号。TF200系统的关键设备为发送器组件和接收器组件。

3）系统具有双向传输性能，在井下（或井上）分站和中心站，既可同时有发送器，也可同时有接收器，既可接收信号，也可发送信号，只不过每种信

息发送频率必须与接收频率一致。

4）TF200系统分站无智能性。

KJ4系统在分站由单片机构成，能够对接受的数据进行处理并对数据传输给地面中心控制站。

综合上述比较内容：本矿井采用KJ4监测系统

由多台计算机组成局域（LAN）网络系统，包括服务器、实时主机、多任务主机和图形终端、远程终端。

实时主机：负责通讯、采集数据、预处理，并将采集数据送多任务及。备用主基础余热设备用状态，可随时切换工作。

多任务主机：接收主机送来的数据，并将他们组织成文件送入服务器，同时向登录其上的终端送参数。

服务器：接收多任务寄送来的文件，进行存储、分析和打印，也可以为其它计算机联网使用。

图形终端和远传终端：接收多任务机的信息，并以动态图形及动态数据方式显示，远传终端安放矿领导处。

调度室模拟盘计算机：接收网络送来的数据，经过处理后，在模拟盘上显示。

第六章绘制监控系统配置图。

回采工作面瓦斯监测仪表的布置：

要求：（1）高瓦斯矿井在回风平巷和进风平巷各布置一个瓦斯监测仪

（2）低瓦斯矿井在回风平巷中布置一个瓦斯监测仪

对于掘进工作面瓦斯监测仪表的布置要求：

(1) 高瓦斯矿井在掘进巷道的掘进头和掘进尾部各布置一个瓦斯监测仪

(2)低瓦斯矿井只要在掘进巷道的掘进头部布置一个瓦斯监测仪。

区段总回风巷瓦斯监测仪的布置：

在风峒内布置一个瓦斯监测仪。

采区瓦斯监测仪的布置图：

监测仪器的要求：在使用中的监测仪器占矿井仪器储量的70%，

备用储量占30%。

地面中心站设备配置

名称型号生产单位

工业控制计算机INTEL 86/310 -35

-35B

INTEL 302i

SYSTEM 320/386 SX

工控机386/486

美国Intel公司

串行通讯接口板iSBC 351634所

图形控制板3HGD-64634所

彩色图形监视器CU-20 PIDK 640×400日本SHARP

NEC 5D/20″1280×1024NEC 三菱

汉字终端SL-I~SL-Ⅳ北京时林电脑公司汉字打印机OKI 8320 C或CR3240 日本日冲

第七章系统概算（绘制系统配套清单及价格表）。

图1-2 地质综合柱状图

如图通风系统立体图

设计小结

通过本次设计，深刻体会到自己的不足，也认清了自己眼高手低的毛病。不过通过自己和同学的努力，并在老师的指导下最终完成了设计，并系统的复习了监测的相关知识。

本学习期学习即将结束，专业课的深入学习，更让我们明白了安全在生产生活中的重要性，火灾一直是威胁井下人员和财产的重大隐患，我们必须在学习之用，自己去跟深入的了解，走到现场去看，去学，去想，用方老师所教授的知识，去防范火灾的发生，挽救工人朋友，和国家财产的损失！希望我们的煤炭事业和安全事业有更辉煌的明天~！

参考文献：

1、《煤矿安全规程》国家安全生产监督管理局，2005

2、《矿井通风安全装备标准》及其说明

3、《矿井通风安全监测装置使用管理规定》

4、煤矿安全装备产品手册

5、《矿井通风》中国矿业大学出版社黄元平主编

6、《矿井安全监控原理与应用》中国矿业大学出版社煤炭工业部安全司编

7、《采矿学》中国矿业大学出版社徐永圻主编