矿井监控系统设计 - 图文

1 矿井监控系统

1.1 矿井安全监控系统

1.1.1 安全监控系统设备的选择

一、 矿井安全生产条件

1、 开采技术条件和安全条件 1) 开采技术条件

区内出露地层有第四系；三叠系下统夜郎组；二叠系上统长兴组、龙潭组，二叠系中统茅口组。

地层呈单斜产出，产状较稳定，走向220-230°，倾向40-50°，倾角一般4-11°。地质构造复杂类型属简单类型。

C4号煤层上距长兴组9.57～30.54(一般17m)，厚度1.51～2.71m(平均2.53m)；C9煤层上距C4煤层23m(平均)，厚度1.00～2.66m(平均2.57m)；C15煤层上距C9煤层40m(平均)，厚度0.80～2.22m(平均2.13m)，下距茅口组灰岩顶界3.44～17.80m(一般4.5m)。

顶底板多为炭质页岩、粉砂岩、泥质粉砂、钙质页岩，其抗压强度约20～40Mpa，为不稳定～较稳定顶底板。

2) 安全技术条件 (1) 瓦斯

06年鉴定结果相对瓦斯涌出量36.47m3/t，本设计按AQ1018-2006标准进行了瓦斯涌出量的预测，预测结果为矿井相对瓦斯涌出量40.822m3/t。

(2) 煤尘爆炸性

根据业主提供的鉴定报告(见附件)，鉴定结果C4、C9、C15均为爆炸无爆炸性，本设计三煤层均按无煤尘爆炸性设计。

(3) 煤的自燃性

根据业主提供的鉴定报告(见附件)，鉴定结果C4、C9、C15均为III类，属不易自燃煤层，本设计三煤层均按III类(不易自燃煤层)设计。

(4) 煤与瓦斯突出情况

C9煤层中开采已多次发生突出，为煤与瓦斯突出矿井。

经鉴定C4煤层+1091m标高以上且埋深小于283m的开采范围内不具有突出危险性。 未鉴定区域均按突出煤层设计。 (5) 水文地质条件

煤系顶板长兴组为含水层，距C4煤层一般17m，底板茅口灰岩为强含水层，距离C15煤层一般4.5m，煤系地层为隔水层。

区内未发现老窑，仅有本矿采空区。 水文地质条件中等。 (6) 冲击地压情况 暂按无冲击地压考虑。

2、 矿井开拓开采及生产系统 1) 开拓布置

斜井单水平上下山开拓。

井筒:5条井筒即主斜井、副斜井、进风斜井、一盘区材料井和风井。 水平:一个开采水平(水平标高+1050m)。

大巷:5条，均为已有巷道。其中盘区下部轨道大巷（+1075m）、盘区上部轨道大巷和回风大巷（2条，+1220m）布置于C9煤层；运输大巷布置于C9与C15煤层之间，标高为+1050m。

采区:整个矿井为二个盘区，本设计先采上部一盘区。

车场：副斜井井底为平车场，一盘区材料井井底为甩车场。

硐室:设有井底水泵房、水仓、变电所、盘区煤仓和区段溜煤眼，消防材料库、采区避难

所等硐室。

2) 采区布置及采煤方法 (1) 巷道布置 一盘区联合布置。

上山：已有上山三条，运输、轨道和回风上山，均布置于C9煤层，，通过各区段斜巷联系煤层。

车场:采区下部为甩车场，其余各区段车场为甩入式。 顺槽：单巷布置。

工作面：工作面真斜布置，面长120m，倾角4～9°。 (2) 采煤方法

设计首采C4煤层，工作面为走向长壁后退式采煤法，炮采工艺，采面斜长120m，设计工作面选用DW25-2500/100X外注式单体液压支柱和HDJA-1000型金属铰接顶梁支护顶板，齐梁齐柱式布置，“三四”排控顶，排距1.0m，柱距0.8m，最小控顶距3.2m，最大控顶距4.2m，放顶步距1.0m。回柱绞车选用JH-8型。工作面打眼放炮落煤、溜槽运煤。

掘进工作面为炮掘，配备2×11kw型号为2BKJ-№5.6/22的对旋式矿用防爆局部通风机及煤、岩电钻和凿岩机。

3) 矿井生产系统 (1) 提升运输 A、 煤炭

工作面(刮板输送机)→工作面运输顺槽(转载机+胶带输送机)→区段运输斜巷(铁皮溜槽)→区段溜煤眼→一盘区运输上山(胶带机) →盘区煤仓→运输大巷(胶带机)→主斜井(胶带机)→地面。

B、 辅助运输

①10401工作面运料：地面→一盘区材料井(绞车)→一盘区上部轨道大巷(调度绞车)→一盘区轨道上山(无极绳绞车)→11区段回风斜巷(调度绞车)→工作面回风顺槽(调度绞车)→工作面。

②掘进工作面运料：地面→副斜井(绞车)→盘区下部轨道大巷(调度绞车)→一盘区轨道上山(无极绳绞车)→掘进区段回风斜巷(调度绞车)→各掘进面(调度绞车)

③掘进工作面排矸：与上述运料线路相反。 (2) 通风系统

初期通风方式为并列式。 ①回采工作面(10401面)：新鲜风流从一盘区材料井→一盘区上部轨道大巷→一盘区运输上山、一盘区轨道上山→11区段运输斜巷→10401采面运输顺槽→10401采面→10401采面回风顺槽→11区段回风斜巷→一盘区回风上山→回风大巷→回风斜井→引风道(风机)→地面。

②掘1:局部通风机(安设于一盘区轨道上山)→掘进头1→一盘区回风上山。 ③掘2:局部通风机(安设于一盘区轨道上山)→掘进头2→一盘区回风上山。

本设计各个掘进工作面以及回采工作面均为独立回风，有各自独立的回风系统。

④井下硐室通风：变电所为独立通风；水泵房、消防材料库为通过式通风(位于新鲜风流中)；避难所、信号、调度硐室为扩散通风(深度小于6m)。

风井安设FBCDZ-6-№18（B）型防爆对旋轴流式风机，一台运行，一台备用。配套电机：YBFh315L2-6，电机功率2×132KW，380V，风量范围32～75m3/s，风压范围3080～1350Pa。

局部通风机为2BKJ-№5.6/22的对旋式矿用防爆局部通风机，2×11KW，660V。 (3) 排水系统

A、 副井底部水泵房及排水设施

本矿为斜井开拓，利用副斜井井底(+1075m标高)已有的水泵房及水仓，安设水泵经副井排水。

本设计按矿井正常涌水量50m3/h，最大涌水量150m3/h考虑(储量核实报告预测为正常涌

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水量21m/h，最大涌水量30m/h)，排水垂高38m(水泵房至副井口垂高)。

选择矿上已有的IS125-100-250型矿用离心泵，其流量为173m3/h，扬程为60m，效率75％。电机选用矿用防爆型，功率45kW，660V。

吸水管选择φ225无缝钢管(壁厚4mm)，排水管选择φ200无缝钢管(壁厚3.5mm)。 主排水管设两趟，即工作水管和备用水管，沿副斜井敷设。正常涌水时期一趟工作，一趟备用，最大涌水量时两趟工作。

B、 主井底部水泵房及排水设施

设计另在主斜井井底(+1050m标高)新设水泵房及水仓，安设水泵将主井底部涌出排至盘区下部轨道大巷（+1075m）自流至副井底部主、副水仓。

本设计按矿井正常涌水量50m3/h，最大涌水量125m3/h考虑(储量核实报告预测为正常涌水量21m3/h，最大涌水量30m3/h)，排水垂高25m(主井底部水泵房至盘区下部轨道大巷垂高)。

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选择ISA125-100-315型矿用单级单吸离心泵，其流量为144m/h，扬程为40m，效率74.9％。电机选用矿用防爆型，功率30kW，660V。

吸水管选择φ200无缝钢管(壁厚3mm)，排水管选择φ175无缝钢管(壁厚2.5mm)。

主排水管设两趟，即工作水管和备用水管，沿井底联络巷敷设。正常涌水时期一趟工作，一趟备用，最大涌水量时两趟工作。

(4) 压风系统 地面设空压机房，安设LG-16/8G型风冷式螺杆空气压缩机2台(1用1备)负责井下压风。 (5) 抽放系统

地面设瓦斯抽放泵房，分别安设高低负压抽放泵各2台(均为1用1备)进行井下瓦斯抽放，抽泵放型号均为2BEC-40，功率132kW，380V。

二、 本章编制依据的主要文件 《煤矿安全规程》

AQ1029-2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》 AQ6201-2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》 AQ1020-2006《煤矿井下粉尘综合防治技术规范》 GB50399-2006《煤炭工业小型矿井设计规范》 三、 设置安全监控系统的重要性

煤矿生产的主要特点之一是井工生产，井下环境差，瓦斯易于集聚，容易引起瓦斯和煤尘爆炸而酿成事故，另一特点是大型机电设备多，如提升机(绞车)胶带运输机、通风机、压风机、电气设备等，这些设备的正常运转与否，对矿井安全生产影响极大。为了实现煤矿安全生产，管理人员能够及时了解和掌握井下环境和设备运转的状态，设置安全监控系统具有及其重要的意义。根据国家煤矿安全监察局文件“关于印发《煤矿初步设计安全专篇编制内容》的通知”，必须要求设计配置矿井安全监测监控系统，对矿井瓦斯，井下环境和大型机电设备的工作状态进行实时监测。以便有关领导及有关工作人员及时了解情况，采取有效措施。该矿按煤与瓦斯突出矿井设计应设置煤矿安全监控系统。

四、 安全监控系统设置的条件及要求 1、 条件

矿井监测监控系统是指对煤矿井上、下的环境参数及有关生产环节的机电设备运行状况进行检测，用计算机对采集的数据进行分析处理，对设备、局部生产环节或过程进行控制的一种系统。

根据《煤矿安全规程》158条“所有矿井必须装备矿井安全监控系统”。同时《煤矿安全规程》、《煤炭工业小型矿井设计规范》、《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》等都要求矿井设立安全监控系统。

2、 要求

根据AQ1029-2007(煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范)，煤矿安全监控系统需由具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成。

3、 监测监控设备的选择原则

(1)设备须符合有关国家标准和行业标准，经国家煤矿安全监察局授权的有资质的检验机构进行联检合格，取得煤矿矿用产品标志。用于爆炸环境的煤矿安全监控设备，还必须通过国家技术监督局认证的检测机构防爆检验，并取得“MA”。

(2)优先选用本质安全型设备。

(3)安全监测、监控设备必须具有故障闭锁功能。

(4)安全监测、监控设备必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。当主机和系统发生故障时，必须保证甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。当电网停电后安全监测、监控系统必须保证正常工作时间不小于2h。

(5)为防止雷电通过矿井安全监测、监控系统引起井下瓦斯爆炸。系统设备必须具有防雷保护。

(6)为防止人为取消断电功能，保障煤炭安全生产，系统设备必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能。

(7)传输设备应符合《中华人民共和国煤炭行业标准煤矿用信息传输装置》(MT/T899-2000)。

(8)安全监测、监控设备之间的输入输出信号必须为本质安全型信号，设备之间必须使用专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话线和动力电缆等共用。

(9)符合AQ1029-2007(煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范)之规定和要求。 五、 安全监控系统设备选择 1、 监控系统选择 根据《煤矿安全规程》，安全监测监控设备必须具有故障闭锁功能。安全监测监控设备必须具备瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能；当主机或系统电缆发生故障时，系统必须保证瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能；当电网停电后，系统必须保证正常工作时间不小于2h；系统必须具有防雷电保护；系统必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能。

设计从系统的主要特点、技术的先进性、性能价格比、用户使用反馈意见、系统的发展前景、对煤矿监测监控特点的适应性以及系统研制单位的技术力量、售后服务的保证程度等方面进行综合性分析，本设计选用矿方已购置安装使用的KJ73N型煤矿综合监控系统。

KJ73N型煤矿安全综合监控系统是重庆梅安森公司开发的品牌产品，该煤矿监测监控系统设备选型设计根据系统的主要特点，技术的先进性、技术性能、软件功能、用户使用反馈意见，系统发展前景，对该矿监测特点的适应性以及售后服务的保证程度方面，选择KJ73N型煤矿安全综合监控系统，该设备先进，功能强，且有较强的密码保护体系，只有授权人员才能登录对系统关健数据进行操作和维护。

1) 系统组成

采用时分制分布式结构，主要由地面监控主机、数据库服务器、网络终端、图形工作站、通信接口、避雷器、系列监控分站、各种传感器和控制执行器等部分组成。是一套集矿井安全监控、生产工况监控内容为一体的矿井安全生产综合监控系统。

2) 系统特点

1)系统能全面满足AQ6201-2006新的煤矿监控系统行业标准，为取得安标证的煤矿监控

系统。

2)产品自配套性强，系列化齐全，性价比高，全套系统设备由重庆煤科院自主研发、生产制造，售后服务有保障。

3)具有良好的开放性和可伸缩性，采用模块化设计，组态灵活。能满足各类型矿井的监控系统最优化最经济运行。

4)地面监控中心运行在标准的EthernetTCP/IP网络环境，操作系统平台为中文Win98/2000/2003，可方便实现网上信息共享和网络互联。支持Internet/Intranet模式的Web系统综合监控信息浏览。

5)系统显示画面采用文本、图形兼容方式，显示信息直观、生动，具有实时多屏显示功能。

6)具有实时数据存储和各种统计数据存储能力。数据存储时间长、查询和报表功能丰富，格式可由用户编排。

7)有系列化，多用途监控分站，功能丰富，具有甲烷断电仪及甲烷风电闭锁装置的全部功能。有完善的数据停电保存能力，确保监测数据和设置数据信息不丢失。配有智能口，可采用RS485通讯方式的各种传感器及设备。

8)当通讯线路断线后，分站能保存2h以上的数据，待通讯线路恢复后，自动将数据补传至中心站。

9)分站及传感器全面实现了智能化和红外遥控调校、设置。分站模拟量和开关量端口可任意互换，并支持多种信号制，有实时数据存储能力。

10)分站电源具有宽范围动态自适应能力，适合矿井电网波动大的严酷环境。其备用电池可保证2h以上的供电容量。

11)独特的三级断电控制和超强异地交叉断电能力(中心站手控、分站程控和传感器就地控制)。具有断电回馈信息比较，若异常则报警。

12)传感器种类齐全，全面满足新的AQ传感器系列行业标准，具有稳定性高、寿命长、功耗低、传输距离远等特点。

13)具有自检功能，可对分站、电源、传感器、电缆等设备进行诊断，能报警和记录并自动切断故障支路。有完善的多级口令保护功能。

14)系统设备具有完善的故障闭锁功能，当与闭锁有关的设备未投入正常运行或故障时能切断与之有关设备的电源并闭锁。

3) 设备主要技术指标：

①容量：128个，1024个输入量，512个控制量 ②传输速率：2400bps

③传输方式：RS485或DPSK

④中心站到分站传输距离：≤25km ⑤分站到传感器传输距离：≤2.5km ⑥巡检周期：≤30s ⑦处理精度：≤±0.5% ⑧画面刷新：≤4s

⑨电源波动：90～110%(地面)15～75%(井下)

⑩处理传感器种类：瓦斯、风速、负压、一氧化碳、水位、煤位、温度、烟雾、开停、风门、馈电、流量、电流、电压、功率等。

2、 监控分站选择

KJF16/F8大、中型分站是KJ73N型煤矿监控系统的关键配套设备，主要实现对各类传感器的数据采集、实时处理、存储、显示、控制以及与地面监控中心的数据通信。具有红外遥控初始化设置功能。可独立使用，实现瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能。

容量:KJF16/F8分别是16/8个输入端口，8/5个控制输出(模拟量和开关量可任意互换)

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