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煤矿监监系统的新规范及应用
闻九奇
010-84261101
煤炭科学研究总院安全装备技术研究分院
总院简介
煤炭科学研究总院成立于1957年，是煤炭行业唯一的大型综合性研究开发机构，现为国务院国资委直属的中央科技企业。
科技引领发展，创新拥有未来是煤炭科学研究总院一直秉承的企业理念，经过50年的发展建设，已经建设成为一个学科门类齐全、专业设置合理、研究方向明确、科技力量雄厚、科研成果领先，在国际上具有较高知名度和较大影响力的煤炭科学技术与工程技术的创新中心与研发中心，为煤炭工业的进步提供了强有力的科技支撑。
KJ83N 煤矿安全监控系统
一.国家对安装监测监控系统的要求
2010年7月19日《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）关于“煤矿和非煤矿山要制定和实施生产技术装备标准，安装监测监控系统等技术装备，并于3年之内完成。
2010年8月24日国家安全监管总局、国家煤矿安全监察局为贯彻《通知》精神也发布了关于建设完善煤矿井下安全避险六大系统的通知(安监总煤装(2010)146号，要求煤矿井下建设完善矿井监测监控系统。
煤矿企业必须按照《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2007)及煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201—2006）的要求，建设完善安全监控系统，实现对煤矿井下瓦斯、一氧化碳浓度、温度、风速等的动态监控，为煤矿安全管理提供决策依据。
要加强系统设备维护，定期进行调试、校正，及时升级、拓展系统功能和监控范围，确保设备性能完好，系统灵敏可靠。
2010年底前，全国所有煤矿要完成监测监控系统的建设完善工作。
要健全完善规章制度和事故应急预案，明确值班、带班人员责任，矿井监测监控系统中心站实行24小时值班制度，当系统发出报警、断电、馈电异常信息时，能够迅速采取断电、撤人、停工等应急处置措施，充分发挥其安全避险的预警作用。
煤矿应按照《煤矿安全规程》和AQ1029——2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规定》安装、使用维护和管理系统。
二. 煤矿安全监控系统监测内容、组成
2.1 安全监控系统监测内容
煤矿安全监控系统用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二化碳浓度、氧气浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电、风门、风筒、局部通风机开停、主通风机开停等模拟量的数值及开关量的工作状态。
并实现甲烷超限声光报警和甲烷风电闭锁功能等。
2.2 煤矿监控系统组成
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、模拟盘、多屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口电缆和接线盒等组成。
2.3. 煤矿监控系统工作原理
传感器将被测物理量转换为电信号，并具有显示和声光报警功能（有些传感器没有显示、或没有声光报警）；
执行机构（含声光报警及显示设备）将控制信号转换为被控物理量；
分站 将接收来自传感器的信号，按预先约定的方式（如FSK、RS485、CAN等方式），通过通讯电缆或光缆远距离传送给主站（或传输接口），同时，接收来自主站（或传输接口）的实时发布的命令。
主机一般选用工控微型计算机或服务器、双机备用。
主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、联网等。
三. 煤矿安全监测监控系统的作用
主要作用是当被控区域瓦斯超限或局部通风机停止运行，掘进巷道停风时，煤矿安全监控系统自动切断相关区域的非本安电源并闭锁，避免或减少由于电气设备失爆、违章作业、电气设备故障电火花或危险温度引起瓦斯爆炸；
避免或减少采、掘、运等设备运行产生的摩擦碰撞火花及危险温度等引起瓦斯爆炸；提醒领导、生产调度等及时将人员撤至安全处。
还可通过煤矿安全监控系统监控瓦斯抽放、通风、煤炭自燃、瓦斯突出及井下各种气体的浓度变化情况等。
煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用，当煤矿井下发生瓦斯（煤尘）爆炸等事故后，系统的监测记录是确定事故时间、爆源、火源等重要依据之一。
四. 目前某些煤矿监测监控存在问题：
2011年8月26日全国煤矿井下安全避险“六大系统”建设推进会指出：
全国国有重点煤矿已经全部按时限要求完成了除井下紧急避险系统外的其他安全避险系统的建设；国有地方煤矿和乡镇煤矿监测监控、压风自救、供水施救和通信联络四大系统建设已分别完成94.3%和83.8%，人员定位系统分别完成77.2%和51.4%,
a 传感器装备数量和地点不满足规程和标准的要求；
b 传感器没有按照规程和标准调校和维护；
c 甲烷传感器报警、断电和断电控制设置不正确，甚至部分煤矿有意调 高系统报警值和断电值，调低甲烷传感器灵敏度；
d 有的系统不能正常运行、形同虚设等；
e 将甲烷传感器置于局部通风机风筒中或新鲜风流中；
f 遮盖甲烷传感器气室；
g 不设置甲烷电闭锁和风电闭锁功能；
h 系统报警时将甲烷传感器拔脱等。
例如: 山西焦煤集团屯兰矿“2.22” 特别重大瓦斯爆炸,就是因为甲烷传感器失灵造成的。
例如: 发生“9.8” 特别重大瓦斯爆炸事故的河南平顶山市新华四矿，为躲避监测，将甲烷传感器设置在新鲜风流中；
当瓦斯超限报警时，将甲烷传感器电缆拔脱。
一、屯兰煤矿有关情况
屯兰煤矿位于山西古交，距古交城约6公里，是山西焦煤集团西山煤电公司的一座现代化大矿，核定年生产能力为500万吨，年生产能力460万吨，属高瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量为256m3／min。
屯兰矿可采煤层在古交矿区埋藏最深，此次事故发生在深度410m左右，而工作面最深深度为520m。
全矿4个盘区生产。每个盘区2个采煤工作面，全矿8个采煤面。
分区式通风。共有6个进风井，4个回风井。每个盘区1个风井。
矿井装备瓦斯抽放系统。
——先进的安全监测系统
该矿于1997年10月31日试生产,按照“三新三高”(新矿井、新体制、新机制；高起点、高标准、高效益)要求建立。
矿井工艺先进,装备精良, 西山煤电集团2008年安全检查排名第一。
装有KJ-90瓦斯监测监控系统，当瓦斯浓度达到0.8%时系统报警，达到1%则自动断电停止生产。
事故发生前，系统刚刚升级为KJ—90N型。
——开采设备在国内属于一流
国内一流的智能化设备中,有许多是屯兰的自主知识产权。比如,“大断面支护” 屯兰是世界上第一家。这项由矿长尹根成等攻关研发的项目,曾获得“国家科技进步一等奖”。
仅2006年,该矿就投入科研经费1000多万元,申报多项国家专利。
——样本矿、安全标杆
屯兰矿自2004年以来一直保持百万吨死亡率为零。《山西日报》在上述报道中称之为“没有一块煤是带血的”。
屯兰矿一直是其它煤矿的标杆，以现代化和安全性著称。在很多行内人士看来，“安全标杆”屯兰矿“不可能出事”。
2007年1月《山西日报》一篇报道中称，“如果说西山煤电是山西循环经济的重要窗口，那么屯兰矿就是这扇窗户上最亮的那块玻璃。” 矿工们对这里的安全非常信任，不少矿区领导都会介绍自己的亲戚朋友来此上班。
国务院屯兰煤矿事故调查组公布调查结果
2月24日，国务院山西焦煤集团屯兰煤矿特别重大瓦斯爆炸事故调查组公布事故原因的初步调查结果。
这起特别重大瓦斯爆炸事故波及该矿整个南四采区，该采区12403工作面区域破坏严重，瓦斯抽放管路断裂，密闭墙、风桥以及采区变电所等破坏严重
事发时未发出瓦斯超标警报
爆炸前，瓦斯监控数据一切正常毫无征兆。在最高检调查人员追问“监控系统为何没有报警”时，相关责任人回答“不知道原因”。
无论系统和设备再先进，人的因素才是最关键的那一环。巨大的灾难，正是从这一环上最微小的疏忽酝酿而成。
事故地点：
南4盘区12403综采工作面，该面长180m，走向长2000m。采用二进一回通风系统。
轨道巷与回风巷相距30m，每50m设一条联络巷。
爆炸发生在1号联络巷，爆炸后冲开回风巷密闭，打断瓦斯抽放管路，浓度80%瓦斯泄漏。煤尘参与了爆炸。
事故原因：
(1) 1号联络巷与回风巷打设密闭（挡风墙），瓦斯积聚达到了爆炸浓度。
( 2) 1号联络巷进风侧有一配电点，有4台开关。其中1台腔内有过火痕迹，在防爆面呈向外喷射状。
( 3) 通风管理有漏洞：配电点不检查瓦斯；回风巷瓦斯报警点设为2.5%。
( 4) 生产系统过于集中。
屯兰事故的反思
样板工程≠安全工程
2009年中国第一起特别重大安全生产事故发生在山西省的“样板矿”上。
屯兰从2004年以来一直保持了“百万吨死亡率为零的纪录”，被誉为“煤炭工业的样板工程”。
高投入≠绝对安全
这次事故充分告诉我们，高投入不等于绝对安全，设备、人员、管理一步不到位，就可能酿成大祸！对屯兰煤矿来说，硬件不是问题，问题出在管理等软件上。
作为高瓦斯矿井，屯兰矿在安全措施，尤其是瓦斯治理上投入了巨大的人力和物力。该矿安装了全套瓦斯监测系统，遗憾的是，爆炸发生前，瓦斯监测系统显示完全正常。
安全经验≠长久有效
让屯兰矿最引以为荣的，是自2004年以来一直保持百万吨死亡率为零的纪录，不少兄弟矿井都曾前来“取经”。
矿难发生前，在屯兰矿南四盘区，工作面的大部分钻孔瓦斯浓度基本在25%～35%左右。
五.关于
《煤矿安全监控系统通用技术要求》
（AQ6201-2006）
《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》
（AQ1029-2007)
的新要求
1、监控分站
监控分站是煤矿安全监控系统的重要设备，现将(AQ6201-2006)与(AQ1029-2007)的新要求与在用系统的典型不同点简要说明：
1）、为提高系统断电控制实时性和可靠性， （AQ6201-2006）标准要求甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的分站控制执行时间不大于2s，现有大部分分站断电执行时间达不到要求。
2、系统功能和主要技术指标差异
（1）AQ6201-2006规定，当模拟量监测值超限(需要报警或断电)、馈电异常(断电命令与馈电状态不符)或开关量状态为报警状态时，发出报警信号。必要时，向有关人员手机发出报警信号。现有些系统不具备手机短信报警功能，需要升级改造时增加这项功能。
3、 软件功能差异
AQ6201-2006对监控系统软件设计要求更具体，功能更强，显示格式统一。与现有使用系统软件相比，差异很大。 因此，软件必须按标准要求升级。
4、对传感器的要求
（1）新装备的甲烷传感器必须符合《煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器》（AQ6203-2006）等要求，并取得新的煤矿安全标志。
5、系统装备要求的差异
AQ1029-2007对煤矿安全监控系统提出新的装备要求，特别是加大了甲烷传感器装备密度，增加了装备数量。对其他种类的传感器装备也提出新的要求各矿甲烷等传感器按如下要求选择配置：
采煤工作面甲烷传感器的设置
6.3.1 长壁采煤工作面甲烷传感器必须按图1设置。U形通风方式在上隅角设置甲烷传感器T0或便携式瓦斯检测报警仪，工作面设置甲烷传感器T1，工作面回风巷设置甲烷传感器T2；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器T1不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感器T3；低瓦斯和高瓦斯矿井采煤工作面采用串联通风时，被串工作面的进风巷设置甲烷传感器T4，如图1a所示。Z形、Y形、H形和W形通风方式的采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行，如图1b~图1e所示。
6.3.2 采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器必须按图2设置。甲烷传感器T0、T1和T2的设置同图1a；在第二条回风巷设置甲烷传感器T5、T6。采用三条巷道回风的采煤工作面，第三条回风巷甲烷传感器的设置与第二条回风巷甲烷传感器T5、T6的设置相同。
6.3.3 有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器必须按图3设置。甲烷传感器T0、T1、T2的设置同图1a；在专用排瓦斯巷设置甲烷传感器T7，在工作面混合回风风流处设置甲烷传感器T8，如图3a、图3b所示。
6.3.4 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回风巷中部增设甲烷传感器。
6.3.5 采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。
6.3.6 非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行，即在上隅角设置甲烷传感器T0或便携式瓦斯检测报警仪，在工作面及其回风巷各设置1个甲烷传感器。
6.4 掘进工作面甲烷传感器的设置
6.4.1 煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器必须按图4设置，并实现瓦斯风电闭锁。在工作面混合风流处设置甲烷传感器T1，在工作面回风流中设置甲烷传感器T2；采用串联通风的掘进工作面，必须在被串工作面局部通风机前设置掘进工作面进风流甲烷传感器T3。
6.4.2 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井双巷掘进甲烷传感器必须按图5设置。甲烷传感器T1和T2的设置同图4；在工作面混合回风流处设置甲烷传感器T3。
6.4.3 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的掘进工作面长度大于1000m时，必须在掘进巷道中部增设甲烷传感器。
6.4.4 掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。
6.5 采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。
6.6 设在回风流中的机电硐室进风侧必须设置甲烷传感器，如图6所示。
6.7 使用架线电机车的主要运输巷道内，装煤点处必须设置甲烷传感器，如图7所示。
6.8 高瓦斯矿井进风的主要运输巷道使用架线电机车时，在瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器，如图8所示。
6.9 矿用防爆特殊型蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪；矿用防爆型柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。
6.10 兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置甲烷传感器。
6.11 采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷道内临时施工的电气设备上风侧10m~15m处应设置甲烷传感器。
6.12 井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设置甲烷传感器。
6.13 封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。
6.14 封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器。
6.15 瓦斯抽放泵站甲烷传感器的设置：
6.15.1 地面瓦斯抽放泵站内必须在室内设置甲烷传感器。
6.15.2 井下临时瓦斯抽放泵站下风侧栅栏外必须设置甲烷传感器。
6.15.3 抽放泵输入管路中应设置甲烷传感器。利用瓦斯时，应在输出管路中设置甲烷传感器；不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，输出管路中也应设置甲烷传感器。
7 其他传感器的设置
7.1 一氧化碳传感器的设置
7.1.1 一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板(顶梁)不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。
7.1.2 开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面必须至少设置一个一氧化碳传感器，地点可设置在上隅角、工作面或工作面回风巷，报警浓度为≥0.0024%CO，如图9所示。
7.1.3 带式输送机滚筒下风侧10m~15m处宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。
7.1.4 自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。
7.1.5 开采容易自燃、自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为0.0024%CO。
7.2 风速传感器的设置
采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站应设置风速传感器。风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。当风速低于或超过《煤矿安全规程》的规定值时，应发出声、光报警信号。
7.3 风压传感器的设置
主要通风机的风硐内应设置风压传感器。
7.4 瓦斯抽放管路中其他传感器的设置
瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中宜设置流量传感器、温度传感器和压力传感器；利用瓦斯时，应在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器。防回火安全装置上宜设置压差传感器。
7.5 烟雾传感器的设置
带式输送机滚筒下风侧10m~15m处应设置烟雾传感器。
7.6 温度传感器的设置
7.6.1 温度传感器应垂直悬挂，距顶板(顶梁)不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。
7.6.2 开采容易自燃，自燃煤层及地温高的矿井采煤工作面应设置温度传感器。温度传感器的报警值为30℃。如图10所示。
7.6.3 机电硐室内应设置温度传感器，报警值为34℃。
7.7 开关量传感器的设置
7.7.1 主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器。
7.7.2 矿井和采区主要进回风巷道中的主要风门必须设置风门开关传感器。当两道风门同时打开时，发出声光报警信号。
7.7.3 掘进工作面局部通风机的风筒末端宜设置风筒传感器。
7.7.4 为监测被控设备瓦斯超限是否断电，被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器。
六《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》（2011-15号文）
2012年6月底前，所有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井，中央企业所属煤矿和国有重点煤矿中的高瓦斯、开采容易自燃煤层的矿井，要完成紧急避险系统的建设完善工作。2013年6月底前，其他所有煤矿要完成紧急避险系统的建设完善工作。
《六大系统验收规范》 对瓦斯监控系统基本要求
第九条 煤矿企业必须按照《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2007)的要求，建设完善安全监控系统，实现对煤矿井下瓦斯、一氧化碳浓度、温度和风速等的动态监控，为煤矿安全管理提供决策依据。
第十条 煤矿安装的监测监控系统必须满足《煤矿安全监控系统通用技术要求》（AQ6201—2006）的规定，并取得煤矿矿用产品安全标志。构成监测监控系统的各配套设备应与安全标志证书中所列产品一致。
第十一条 甲烷、馈电、设备开停、风压、风速、一氧化碳、烟雾、温度、风门、风筒等传感器的安装数量、地点和位置必须符合《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2007)要求。中心站要装备2套主机，1套使用、1套备用，确保系统24小时不间断运行。
第十二条 按规定对传感器定期调校，保证监测数据准确可靠。
第十三条 监测监控系统在瓦斯超限后应自动切断被控设备的电源，并保持闭锁状态。
第十四条
煤矿安全监控系统地面中心站执行24小时值班制度，值班应在矿调度室内，及时做好应急处置工作。
第十五条
新建、改（扩）建、技改等矿井的监测监控系统应当与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。监测监控系统未经验收或者验收不合格的矿井，不得投入生产。
第十六条
煤矿安全监测监控系统应能对紧急避险设施外和避难硐室内的甲烷和一氧化碳浓度等环境参数进行实时监测。
《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》
13.
紧急避险设施应与矿井安全监测监控、人员定位、压风自救、供水施救、通信联络等系统相连接，形成井下整体性的安全避险系统。
矿井安全监测监控系统应对紧急避险设施外和避难硐室内的甲烷、一氧化碳等环境参数进行实时监测。
22.
接入避难硐室的矿井压风、供水、监测监控、人员定位、通讯和供电系统的各种管线在接入硐室前应采取保护措施。避难硐室内宜加配无线电话或应急通讯设施。
谢谢各位
领导、专家
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