【产品】全光纤矿山安全监测监控系统

光纤矿山安全监测监控技术研究及成果推广山东省科学院汇报提纲一、背景二、煤矿主要灾害及检测技术概况瓦斯；顶板沉降位移、冲击地压；矿震，机电水害；发火检测；三、非煤矿山尾矿库坝光纤安全检测预警浸润线、坝体位移、库水位、干滩长度、视频、雨量等监测四、光纤安全检测研究在国内外地位五、研究与推广计划具备光纤矿山安全检测产品推广的资质继续开展工程示范和产品认证争取省和国家十二五科技立项申请国家工程技术中心一、煤矿安全背景煤炭是我国主要能源：(70%);年产量:2010年将达31亿吨,占世界产量的40%;全国煤矿数量:2010年整改后将下降到10,000余对;曾多达70,000余对;煤炭行业的关键问题:生产安全！煤矿安全2001-2005:纪录事故:18,516；死亡31,064，平均每天死亡17人!2005年时年产量21亿吨；而美国年产量10亿吨，每年仅死亡30人！我国煤炭百万吨死亡率是印度的7倍！1、瓦斯爆炸事故2001.11,山西大同瓦斯爆炸死亡54人，救护人员在堵住释放的有毒气体2006.11江西瓦斯爆炸,7人死亡2001,山西爆炸99人死亡瓦斯灾害监测控制综合治理；先抽后采，边抽边采；瓦斯监测监控系统：当瓦斯浓度上升到1.0%时，断电报警。瓦斯传感器不可靠-需要每周校正一次，系统常有误报；不具备预警能力；瓦斯抽采：管道输输送可靠安全监测欠缺。瓦斯突出预兆FromGeo-PhysicsVol.19,p856预兆：微震煤炮声音温度下降瓦斯涌出量上升光纤瓦斯灾害监测预警系统研制出激光瓦斯传感器：校正周期长达6个月；瓦斯监测监控系统可靠性高；微震、温度、瓦斯涌出量动态变化多参数监测，建立新一代监测预警系统。研制出光纤瓦斯抽采在线监测传感器，同时检测甲烷和氧气，对泄漏预警；研制出高灵敏度光纤甲烷传感器，成功地在淮南、皖北、陕西进行工程示范。光纤瓦斯传感器光纤传感器：不带电；校正周期长：6个月不受潮湿影响灵敏度高（+/-0.05%）测量范围大（0-10%;0-40%;0-100%）光纤瓦斯传感器测试结果y=1.0025x+0.0526024681012024681012标准气体浓度（％）测量浓度（％）小型化光纤甲烷传感器光纤甲烷环境气体传感器光纤甲烷管道传感器光纤瓦斯传感器防爆认证淄矿集团岭子煤矿示范工程放炮事件安装在岭子煤矿皮带巷高粉尘、潮湿环境的光纤瓦斯传感器运行六个月勿需校正济南圣源伴生煤矿瓦斯监测/英国示范安装在采掘工作面2009.07我院研制的光纤瓦斯监测仪在英国Bilshorpoe垃圾发电站工程示范2009.08英国辽宁阜新瓦斯抽采光纤检测示范工程07.2008瓦斯抽采管道检测陕西彬县胜动集团低浓度瓦斯抽采发电光纤传感器检测示范（2009.10至今）瓦斯抽采管道检测淮南煤层气抽采工程示范2009.09）00.20.40.60.8135791113151719212325272931333537394143454749datapoints（once/halfhoursintwodays）concentration（%）fibergassensor(MS-GXM-01)Traditionalsensor1Traditionalon-linesensor2、顶板、冲击地压安全监测每年由于顶板事故造成大量人员伤亡（占总伤亡人数的1/3以上）冲击地压灾害2、顶板、冲击地压安全监测随着采深增加，冲击地压灾害越来越突出顺槽内超前压力/顶底板离层监测微震监测顺槽内超前压力的监测/顶底板离层光纤光栅式矿压传感器漂移小，可在线监测光纤光栅顶板离层仪测点深度：3～7米读数精度：0.5mm量程：0～200mm原理是将锚固端和传感器之间的岩石位移变化通过传感器内部的光纤光栅的波长变化反映出来原理是将锚杆受到的力转化为传感器内部光纤光栅的形变顺槽内超前压力/顶底板离层/微震监测传统的电子式顶板位移传感器，易漂移，长期稳定性差，目前多以巡检为主；电子式微震传感器受电磁场干扰，布设点数受限；影响定位精度；尚没有把微震与矿压信息结合起来进行冲击地压检测预警的系统。光纤位移、微震传感器不带电、长期稳定，灵敏度高；布设点数可以更密，微震检测定位精度高；可以方便地把微震和矿压动态信息结合起来，更高效地检测和预警冲击地压。光纤矿震、矿压、位移传感器系统光纤传感器现场分布调度室监测主机地面-650水平中央变电所已布光缆1305轨道顺槽1305皮带顺槽矿用光缆采空区矿压传感器1305工作面矿震传感器巷道内的传感器的安装示意光纤位移传感器已获煤安、防爆认证光纤微震传感器-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.0020406080100Time(ms)Outputsignal(v)光纤微震传感器长距离传输不带电，不受电磁场干扰灵敏度高技术指标:动态范围：90dB；带宽：0.5～200Hz光纤微震传感器已获防爆认证莱芜谷家台铁矿顶板检测工程示范距离170米的两个光纤地震传感器，记录铁矿放炮微震信号。25000270002900031000330003500037000390000500100015002000系列425000270002900031000330003500037000390000500100015002000系列3莱芜谷家台铁矿顶板微震检测信号FiberseismicsensormountplateDt正在兖矿集团鲍店煤矿微震工程示范10采区采煤工作面上图波兰系统记录的微震信号上右：记录的能量和定位下右：准备安装的7个光纤微震传感器位置PZTSeismiceventlocation传感器3、水害矿井自动排水系统光纤水位计、自动排水系统富水层水压力监测基于光纤水压、底板位移、湿度、硫化氢气体传感器系统建立煤矿井下水害监测预警系统。光纤水压传感器获得煤安、防爆认证4、光纤应急通信系统工作面及硐室通信系统工作面及硐室通信系统调度室与工作面及硐室通信系统工作面及硐室通信系统光纤应急通信系统应急通信系统基于光纤传输本质安全且无需供电的优点，利用光纤声音传感器和光纤WDM系统实现矿井下与矿井上的双向语音通信。当矿井发生冒顶、渗水、爆炸等重大灾害，井下设备失去供电时，利用应急通信系统来协助救援，实现人员定位和生命探测，便于救援人员及时了解井下情况，为制定合理救援方案提供依据，第一时间实施有效救援。工作原理：光源发出的激光通过光纤入射到有金属涂层的振动膜上,当声音信号使振膜振动时入射光被振膜振动调制后反射出去。接收光纤接收反射光,解调后则可以还原成声讯号。5、光纤多气体监测系统声光报警进气口显示区光纤多气体监测系统气体CO2O2CH4CO防爆形式隔爆型隔爆型隔爆型隔爆型测量范围0~5000ppm0~21%0-40%VOL0~1000ppm基本误差±5%F.S±5%F.S±5%F.S±5%F.S响应时间≤20s≤20s≤20s≤35s报警方式声光报警声光报警声光报警声光报警输出信号RS485总线RS485总线RS485总线RS485总线工作电压DC12V或AC127V工作电流直流12V小于500mA传输距离大于2km大于2km大于2km大于2km遥控距离不小于5m1m-2m4m-5m2m-3m外形尺寸及质量265mm×210mm×72mm2.8kg校准周期1年1年1年1年工作原理：多种气体探测器利用了各种不同传感器对气体的交叉响应，由多个传感器对一种气味的响应便构成了传感器阵列对该气味的响应谱，将传感器阵列的响应信号进行适当的预处理后进行特征提取，获得气体的特征及特征向量,不同的气体具有各自不同的特征及特征向量（其直观形式表示为特征图形或特征指纹），采用合适的模式识别分析方法对其进行处理，来实现气体的定性、定量识别。光纤多气体监测系统矿用光纤多气体预警系统实时的对矿井各部位进行易燃易爆气体（主要是CH4、H2S）、高危高毒气体（如CO、NO）、不可燃气体（如CO2）、O2等浓度的监测以及温度的监测，通过对这些气体的检测能及时发现自燃危险并确定发火点位置，对于矿井灭火工作和人员安全能够起到极其重要的作用；多种气体探测器集多种气体探测于一身，能够显示多种气体浓度信息，同时进气口处加有过滤装置，对水汽、灰尘等起到过滤的作用。具有投资小、可重复使用、校准周期长、精度高、分辨率高、可靠性高等优点，是保障井下安全的理想方案。6、井下人员定位系统KJ353矿用人员管理系统KJ353-J传输接口KJ353-F本安型读卡分站KDW0.3/660B矿用隔爆兼本质安全型电源箱KJ353-K型识别卡系统功能（1）系统具有携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域时刻、出/入限制区域时刻等监测功能。（2）具有识别携卡人员出/入巷道分支方向等功能。（3）具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带一张唯一性检测功能。（4）系统能对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别。（5）能识别多个同时进入识别区域的识别卡。（6）识别卡具有双向通讯功能，当矿工遇到紧急事件时，可以按下紧急求救按钮，地面监控主机就会显示出求救人员的信息（包括在那个位置及人员情况），矿方可以在第一时间组织人员进行抢救及处理。B/S软件版本功能介绍2008.09鹤岗煤自然发火导致19人死亡2007.02河南电缆接头过热发火导致17人死亡2010年3月16日河南新密县电缆起发火导致25人死亡7、煤矿火灾煤矿火灾自然发火主要采用束管气体检测，束管易损伤漏气导致测量不准确；机电设备：主要依靠红外测温计、热成像仪进行巡检；尚未实现在线检测预警。煤矿火灾采空区自然发火预警机理1、光纤微量气体传感器代替束管系统分析气体成分变化2、温度检测1光纤气体传感器CO/CH4/O22分布式温度传感器•地面监视设备发出预警•调节风门的大小，进行均压通风控制1、分析气体成分变化，火灾预定位2、检测温度异常点，发火预警定位光纤分布式测温采空区发火定位可以检测6公里内铠装光缆上各个点的温度测温光缆测温主机采空区温度空间分布铠装光缆敷设在皮带下面皮带运输机起火预警定位井上/井下变电所开关柜、电缆接头测温光纤温度传感器项目单位参数值备注测温范围℃-20～130可选温度分辨率℃0.1测温精度℃±0.5单通道传感器容量支1～18测量频率Hz5单通道传输距离km10可选报警声光报警、短信报警二级报警、精确定位报警外部接口----Rs232/Rs485/以太网光纤温度传感器获得煤安、防爆认证兖矿铁东变电站工程示范在线监测开关柜触头、母排接点、电缆头接点温度声、光、短信报警；网络发布、远程监测光纤机电设备安全监测系统工程示范-新矿集团龙崓煤矿光纤机电设备安全监测工程示范-淄矿集团葛亭、岱庄煤矿光纤机电设备安全监测工程示范-济宁矿业集团阳城煤矿尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。在世界93种公害隐患中，尾矿库溃坝列第18位，仅次于核武器爆炸、DDT、神经毒气、核辐射等13种灾害，比航空失事、火灾等多种灾害严重，直接造成百人以上死亡的尾矿库事故已不鲜见。二、尾矿库坝光纤安全检测系统尾矿库安全技术规程4级以上尾矿坝应设置坝体浸润线和坝体位移观测设施。必要时还宜设置孔隙水压力、渗透水量及其混浊度的观测设施。尾矿库水位检测，其测量误差应小于20mm尾矿库浸润线、坝体位移、库水位等监测目前传统主要使用全站仪巡检坝体位移；振弦式电子渗压传感器测量浸润线；易遭雷击，可靠性差，寿命短。尾矿库光纤安全监测系统光纤渗压、位移传感器光纤渗压传感器光纤位移传感器北京首云铁矿示范工程光纤渗压传感器布设点北京首云铁矿现场安装招金矿安全监测系统光缆接头保护光纤尾矿库坝监测系统、不带电，不受雷击，长期可靠；通过监测渗压、浸润线、库水位，坝体位移实现安全预警光纤安全检测典型示范工程（部分）兖矿铁东变电站-机电设备安全监测监控系统山东新汶矿业集团龙固煤矿-机电设备安全监测监控系