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-1-第二节通风监控系统的组成及特点一、系统的组成矿井监控系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱（或电控箱）、主站（或传输接口）、主机（含显示器）、打印机、电视墙（或投影仪、模拟盘、多屏幕、大屏幕）、管理工作站、服务器、路由器，UPS电源、电缆和接线盒等组成，如图6-1所示。二、特点煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃易爆可燃性气体和腐蚀性气体，潮湿、淋水、矿尘大、电网电压波动大、电磁干扰严重、空间狭小、监控距离元。因此，矿井监控系统不同于一般工业监控系统，矿井监控系统同一般工业监相监控系统相比具有如下特点：（1）电气防爆。一般工业监控系统均工作非爆炸性班干部；面矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下，因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。（2）传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，仅为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要棕到10km。（3）网络结构宜采用树形结构。一般工业监控系统电缆敷设的自由度较大，可根据设备、电缆沟、电杆的位置选择星形、环形、树形、总线性等结构，而矿井监控系统的传输电缆必须沿巷道敷设，挂在巷道壁上，由于巷道分支结构，且分支长度可达数千米。因此，为-2-便于系统安装维护，节约传输电缆，降低系统成本，宜于采用树形结构。（4）监控对象变化缓慢。矿井监控系统的监控对象主要为缓变量。因此，在同样监控容量下，对系统的传输速率标不高。（5）电网电压波动大，电磁干扰严重。由于空间小，采煤机、运输机等大型设备启停架线电机车火花等造成电磁干扰严重。（6）工作环境恶劣。煤矿井下除有瓦斯、二氧化碳等易燃易爆气体外，还有硫化氢等腐蚀性气体，矿尘大、潮湿、有淋水、空间狭小。因此，矿井监控设备要有防尘、防潮、防霉、抗机械冲击等措施。（7）传感器（或执行机构）宜采用远程供电。一般工业监控系统的电源供给比较容易，不受电气防爆要求限制，而矿井监控系统的电源供给，要受到电气防爆要求的限制。由于传感器及执行机构往往设置在工作面等恶劣环境，因此，不宜于就地供电。现有矿井监控系统多采用分站远距离供电。（8）不宜采用中间继电器。煤矿井下工作环境恶劣，监控距离远，维护困难，若采用中间继电器则会延长系统传输时间；中间继电器是有源设备，故障率较无中间继电器系统高；在煤矿井下电源的供给受电气防爆限制，在中间继电器处不一定好取电源；当采用远距离供电时，需要增加电芯线。因此，不宜采用中间继电器。三、常用系统的构成与特点煤矿监控系统由众多设备组成，用于完成井下环境、生产工艺过程中众多参数的监测、数据处理及集中控制等功能，系统一般由井上-3-及井下两大部分构成。井下部分包括输入输出设备、数据（信号）传输通道、电源、电缆等。输入输出设备分模拟量输入设备——各种环境参数传感器，如瓦斯（甲烷）、一氧化碳、氧气、风速、温度、差压等。及各种工艺过程参数传感器，加电流、比重、体重计量等；开关量输入设备——计有工艺过程各种机电、机械的开闭状态传感器，脉冲（计数或计时）传感器等。输出设备——包括设备开停控制继电器（有触点或无触点式）、断电器、状态调节器（用模拟电流或电压对控制对象进行连续调节；如管路中的流量、风量控制）等。数据通道包括数据的传输与接收入处理，通常这两部分安装在井下分站中。数据传输部分主要以把输入设备的各种信号进行初次加工后，以特定的格式或方法传输到井上。所谓特定的格式就是指对各种信号加以量变组合或者是以某种方法加以区别。如一数据用二进制码形式发送时，先发送地址（分站编号），然后依此发送I号模拟信号、2号模拟信号……再发送开关（机电设备运行状态）信号，最后发送结束标志信号。所谓的传输方法（方式）即指某些监测系统用调制解调器（MODEM）将串行数据信号（如前所述二进制码发送形式）以键控频率（FSK）方式传至井上，其波特率（发送二进制信号的速度）分为300、600、1200、2400、4800、9600等；也可以用基带（数据直接）传输方式（RS-422或RS-485串行口方式）直接将串行数据信号传至井上；还可以用分频（载频）方式传至井上。目前在国内外监测系统中，时分制传输方式较多。井下电源大多是单独的隔爆兼本安型电源，即将井下36V或-4-127V，也不少数系统将660V动力电源转换为传感器及分站用本安型低压直流电器。传输电缆是系统的主要组成部分之一。现有系统以专用信电缆为主，当采用计算机基带传输方式时则要求传输电缆为屏蔽式。井上部以分包括前置设备和后备处理设备两部分。前置设备主要用于接收数据及对数据进行初次处理（如信号接收、调制、数据分离、以换、存储、传递）、控制信号发送等。后备处理设备主要用于接收前置设备的数据包并进行综合处理、显示（图、表）打印结果、资料统计、分析、存盘（历史资料存档）等，必要时产生回控命令信号，经前置设备送入井下。现有系统中，大多数前置设备均以单片机或STD工业控制机或PC工业控制机为主，后备机则由一台或两台微机组成。综上所述，煤矿监控系统包括众多的可完成不同功能的设备，可对井下数据采集、处理（统计、分析、显示、打印）、控制。当前国内生产的系统包括单参数瓦斯遥测系统，如AYJ系统、ABD系统等以及大型综合型系统，如KJ1、KJ2、KJ4等系统和频分制传输系统TF-200等。第三节通风监控系统的选型与使用一、系统的选型目前，国内生产的监控多种多样，而且产品换代很快，尤其是通道部分和井上部分的换代更为迅速。这里，介绍几个选型要领供参考。-5-（一）可靠性煤矿安全监测系统要有高的可靠性，重点是井下设备的可靠性。在井设备中，尤其传感器及其他连接电缆的可靠性最为重要。例如：目前生产的低浓度瓦斯传感器有多种，它们都有各自的特点，有些传感器仅限于井下分站相配套使用，如KG3003等：有些除具有信号传输功能外，还可用于不地控制。这些传感器的指示（读数）漂移一般可保证10-15天内≤±0.1CH4。无论哪种传感器，要求每隔7天标校正一次，以免漂移误差超出范围。传感器在选型时要注意其结构、工艺、体积、重量及其质量。连接电缆线容易出故障，在选型时应根据工作面机电设备布置情况、巷道支护情况维修能力进行选型，必要进要选铠装或加强型电缆。分站一般设置在进风巷道或机电设备硐室等较为安全的地方，不易受损，且其内部电路的可靠性均能满足要求。（二）实用性一个系统的投资是较为昂贵的，若不实用浪费很大。因此，用户应根据自己的需要和实际情况进行选择。1、井下设备的选型如果用户需要在较为分散或捭较为频繁（如掘进工作面）的地点装配瓦斯传感器并实行就地实时控制，那么，选择接线简单、体积小、重轻，且既能检测，又能报警断电，还能传输信号的设备（如AYJ、ADJ、KGJ4、KHJ2组合式等）为宜。如果用户需要在比较固定的地点进行大面积检测和数据采集、区域性集中控制，例如，在一个采煤工-6-作面的机尾、回风巷、尾巷、进风处各安装一个瓦斯传感器，并在其中之一超限时切断工作面的一切电源，则可选用具有报警和信号传输的传感器（如KG3003）与KJ4系统分站相配套使用，也可选用较为新型的KG9701、KG9001B、AWJ-90A等与KJ66、、KJ69、KJ95等系统分站相配套使用。若用户本身专业人员少，在选型时最好选择较为简单、易于维护、体积小、重量轻、安装使用方便的设备。在众多的系统中，其井下设备的复杂程度、结构、体积、重量、接线是不尽相同的，用户必须加经注意。2、井上设备的选型按照已选型的井下配套井上设备。现有设备中配备的计算机系统中的类型不同，软件也不统一。用户在选择井上设备时，特别要注意计算机系统的人机界面，另外，还要求计算机系统适合自己的管理人员、使用人员的使用。例如，一个好的工具软件可以使用户自由制作各种模拟静态图、动态图、各种表格、统计报表、曲线等，并能自行诊断各种软件、硬件故障且指导用户进行正确处理。（三）可维修性例如一个系统中因某此设备损坏鄞同了故障得不到及时处理，就会使系统的全部或部分失效。设备不可能不出故障，而出了故障能不能很快修复，是设备可维修性的标志。（四）经济性一个系统不仅仅要考虑它的初次投资，而且还要考虑长期使用的-7-维护费用。一个好的系统应该是高性能、低价格。每一种系统的价格是不相同的，用户要根据自己的投资能力选型。但是，有时因为用户所需要监测范围、配套设备的多少不等，也很验证掌握系统的性价比。除了对系统间所配设备的单价可做比较之外，另一种办法，即当用户根据自己的需要选定一种型号、一定数量的传感器之后，把这种传感器配备在一种系统中，算出其总价，再算出每个传感器占有的平均价格。以同样的办法再选另外的系统进行比较，直至找出其中占有平均价格最低的系统则可认为是比较满意的系统。按照上述原则初步选定系统之后，用户还应根据自己井下现场机电设备型号、供电系统特点、井巷布置情况做出设计，以便确定订货范围。有了具体设计之后，用户才能明确地提出对井下设备的具体要求，如每个分站需要配备的传感器类型、信号制式、数量、供电电源等；传感器的供电要求，分站与传感器间的距离；控制继电器的形式（常开或常闭、控制直流还是交流）及触电容量等。二、系统的安装与使用（一）井上部分现有监测系统的井上部分配有计算机系统，而且计算机系统均由前置机（或接口）、主机（微机）、打印机、不间断电源等组成，井上设备要求安装环境条件相对好一，尽可能有专用机房，有一定的防尘措施，要避免过高的温度（一般不高于40℃）、强烈的振动及强烈的磁电干扰。在供电方面，要尽可能保证设备单独供电，供电电源相对稳定，-8-不应有大的波动，尤其应避免与大型动力设备共用电源。如果设备的接地要求，一定要严格按照要求做好接地极并接好地线，否则极易损坏设备。按照说明书要求连接好各种电缆。接好电缆后可以送电检验，首先用测试软件对设备的硬、软件进行全面检查，然后运行操作程序，连续运转至少48h考核其可靠性、稳定性。经测试和考核后的井上设备才能连接井下设备。（二）井下传输电缆的安装井下传输电缆是信息通道的重要组成部分其（包括安装质量）好坏直接影响系统的整体可靠性。因此，电缆的敷设连接是很重要的。传输电缆和敷设时应充分注意远离动力电缆（至少应有30㎝的距离），如果在架线电机车运输巷道敷设电缆时，为了防止架线的强电的干扰，需要选用屏蔽电缆，其屏蔽层必须在井上机房的终端处良好接地。只有这样才能有效地保证高信号噪声比、使信号能得到高质量传输。为了保证安全，入井的传输电线应采取严格措施与井上其他电源隔离，保持与其他室内电缆有一定的距离。如果入井电缆端加有安全栅或其他隔离措施时，绝对不能随意解除不用。（三）井下设备的安装（以安全监测系统为例）在井下设备中，瓦斯传感器是一种常用设备，在入井安装前，应在井上至少送电48h，观察其零点漂移，并每隔一定时间（如1h）给传感器送一次气样（如2%CH4）考核其指示精度和报警情况。经考核-9-无误后的传感器方可下井。为了保证传感器的正确使用，原煤炭工业部地瓦斯传感器的安装方法、地点及位置作了明确的规定和说明。在井下重点地点（如采掘工作面）；安装瓦斯传感器除符合有关规定外，，还有必要对这些地点的机电设备实行严格的电气闭锁或断电控制。为此，应注意：（1）无论是电气闭锁或断电控制，其主要对象是电气开关。井下电气开关的种类很多，其操作回路中的36V操作回路，有660V跳闸回路；在高压开关中有100V无压释放跳闸回路；对于引进的综采设备配套用开关中有42V本安型操作回路，还有真空开关的直流操作回路等。为了安全可靠应尽量选用QC系列开关的操作回路或其他型式开关低压操作回路。如果必须进行大面积断电控制，也可选择高压开关100V无压释放操作回路，尽量避免直接与660V操作回相连接。（2）井下分站或传感器供电有多种形式，如660V或127V或36V等几种形式，尽量选用127V或36V供电。一般QC系列开关内部的36V变压器容量足够带动除本身操作用电外的120-150VA负载，如接3台AYJ型的设备是没有问题的，所以接一般的分站连同传感器是不会有问题的。例如：在一个高瓦斯综采工作面，需要在机尾、回风