《煤矿安全规程》监控、通信与监视修订意见

提出了《煤矿安全规程》修订应增加矿井移动通信、广播通信、视频监视、人员定位、煤炭产量监测、矿井火灾监控、矿山压力监测、水文监测、远程监控等内容。提出了严禁矿井监控系统与视频监视系统共用信道;矿井有线调度通信系统的电缆必须专用;主干网络应采用具有冗余功能的千兆或千兆以上矿用以太光网络;矿井移动设备和无线接入等应优选WiFi、ZigBee、4G等技术。提出了煤矿安全监控系统和矿井有线调度通信系统等的关键光缆和电缆应分设两条,从不同的井筒或一个井筒的不同位置进入井下;系统光缆和电缆应具有防护措施;底鼓不严重的矿井,系统光缆和电缆应埋入巷道底板与巷帮夹角处。提出了煤矿安全监控系统应具有主要通风机监控、瓦斯抽采监控功能;具有呼吸尘浓度、总粉尘浓度实时在线监测功能;具有风向监测功能;具有瓦斯变化率等分析功能;具有煤与瓦斯突出报警功能;高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井应选用全量程和高低浓度甲烷传感器,优选激光或红外甲烷传感器;采用载体催化元件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等甲烷检测设备,必须定期使用校准气样和空气气样调校,每15d至少调校1次;甲烷超限断电功能每15d至少测试1次;高瓦斯和煤(岩)与瓦斯突出矿井的采煤工作面,必须在上隅角设置甲烷传感器,报警浓度为1.0%CH4,断电浓度为1.5%CH4,复电浓度为1.0%CH4等。     

AQ1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》修订意见

为进一步发挥煤矿安全监控系统在瓦斯等灾害防治中的作用,需对AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》进行修订,拟修订的主要内容包括:增加风向传感器和粉尘传感器;矿长等下井应携带具有无线传输功能的便携式无线甲烷检测报警仪或数字式无线甲烷检测报警矿灯;传感器防护等级应不低于IP65;煤与瓦斯突出矿井应采用全量程或高低浓甲烷传感器;煤矿安全监控系统应联网,向上级上传实时监控数据;系统可以采用电缆或光缆传输;系统主干线缆应当分设2条,从不同的井筒或者1个井筒保持一定间距的不同位置进入井下;安全监控系统不得与图像监视系统共用同一芯光纤;安全监控设备应定期调校、测试,每月至少1次;载体催化甲烷传感器、便携式无线甲烷检测报警仪和无线甲烷检测报警矿灯等调校周期由10d提高到15d,传感器在设置地点调校;甲烷电闭锁和风电闭锁功能每15d至少测试1次,可能造成局部通风机停电的每半年测试1次;系统主机应双机热备用,备用主机应在40s内自动投入工作;接到报警、断电、馈电异常信息后,调度值班人员指挥断电撤人等。     

2016年版《煤矿安全规程》监控与通信条款解析

2016年版《煤矿安全规程》第十一章"监控与通信"共4节23条,较2011年版《煤矿安全规程》增加了如下内容:人员位置监测、移动通信、图像监视;安全监控系统必须实时上传数据,煤与瓦斯突出报警,风向传感器,全量程或高低浓度甲烷传感器等;允许安全监控系统使用光缆;将热催化甲烷传感器调校周期提高至15d,可能造成局部通风机停电的风电闭锁试验每半年1次等;在采煤工作面回风隅角、突出矿井采煤工作面进风巷、高瓦斯和突出矿井采煤工作面回风巷中部、突出矿井的煤巷和半煤岩巷及有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面的进风分风口处、高瓦斯矿井双巷掘进工作面混合回风流处、高瓦斯和突出矿井掘进巷道中部、采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷、井下煤仓、封闭的带式输送机地面走廊内、带式输送机滚筒上方、连续采煤机、锚杆钻车、梭车、矿用防爆型柴油机车和无轨胶轮车等地点和设备上增设甲烷传感器。     

煤矿安全监控系统分级断电功能的实现

分析了综采工作面瓦斯超限分级断电的必要性,介绍了煤矿安全监控系统监控中心站软件中分级断电模块的设计和监控分站分级断电功能的实现方案。煤矿安全监控系统分级断电功能可在工作面瓦斯体积分数达到设定值时断掉断电优先级高的设备电源,降低了工作面瓦斯事故的发生概率,同时减少了带式输送机带负荷启动的情况。但该功能在发生瓦斯传感器断线故障时无法实现,同时增加了瓦斯传感器的调校复杂度。     

《煤矿安全规程》传感器设置修订意见

提出增设用于煤(岩)与瓦斯突出报警的风向、风速和进风巷甲烷传感器,煤(岩)与瓦斯突出矿井应采用全量程甲烷传感器或高低浓甲烷传感器。提出采煤工作面上隅角应设置甲烷传感器。提出自移式液压支架、刨煤机、锚杆钻车、连续采煤机、梭车等应设置甲烷传感器。提出采掘工作面应设置粉尘传感器;压风机应设置温度传感器。提出严禁在回风流中设置机电硐室。提出高瓦斯矿井严禁使用架线电机车;严禁在煤(岩)与瓦斯突出矿井的回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车和矿用防爆型柴油机车;矿用防爆型柴油机车必须设置车载式甲烷控制器或便携式甲烷检测报警仪。明确了一氧化碳报警浓度0.0024%CO是影响健康的报警浓度,采空区火灾报警应采用一氧化碳浓度变化等。     

煤与瓦斯突出报警方法

分析得出近10年煤矿重特大瓦斯事故起数和死亡人数分别占煤矿重特大事故起数和死亡人数的62.3%和66.5%。提出了用于煤与瓦斯突出报警的甲烷、风速、风向等传感器布置方法。提出了基于煤矿安全监控系统的煤与瓦斯突出报警方法,即监测和分析甲烷浓度、风向、风速、传感器故障等,在出现以下情况时发出声光报警信号,切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源,撤出煤矿井下作业人员:甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度,且风速不低于正常值;甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度,进风巷风流逆转;进风巷甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度等。     

煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案

研究了煤矿安全监控系统在瓦斯、火灾等重特大事故监控与预警和事故调查中的作用,提出了系统的配置方案及基于煤矿安全监控系统的煤矿瓦斯爆炸等事故直接原因的认定方法;研究了煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援等方面的作用,提出了系统设置方法;提出了以矿用调度通信系统和矿井广播通信系统为基础、矿井移动通信系统为补充的矿井通信联络方案,提出了严禁采用矿用IP电话通信系统和矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统的观点;提出了高瓦斯矿井的入井人员宜携带隔离式自救器,且隔离式自救器宜选用压缩氧隔离式自救器的方案;提出了避难硐室的装备要求和避难硐室性能价格比优于救生舱的观点;介绍了矿井压风自救系统和供水施救系统。     

AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》传感器设置修订意见

AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》有关传感器设置拟修订的主要内容包括:采煤工作面回风隅角设置甲烷传感器;煤与瓦斯突出煤层采煤工作面进风巷和掘进工作面的进风分风口处增设甲烷传感器;"便携式甲烷检测报警仪"修改为"便携式无线甲烷检测报警仪",增加了无线传输要求;增加掘锚一体机、连续采煤机、锚杆钻车、梭车、矿用防爆型柴油机车、无轨胶轮车等瓦斯监测要求;煤与瓦斯突出煤层采煤工作面回风巷和掘进巷道回风流中增设风速传感器;煤与瓦斯突出煤层采煤工作面进风巷和掘进巷道的进风分风口处增设风向传感器等。     

安全监控系统瓦斯电闭锁检测装置设计

煤矿安全监控系统多采用基于CAN总线的多主通信机制或基于RS485总线的主从通信机制,通过截取甲烷超限报文时刻和断电器断电报文时刻来计算断电时间。由于不同厂家监控系统通信机制、通信协议各不相同,无法设计统一的瓦斯电闭锁检测方法和装置。并且目前针对缩短瓦斯电闭锁断电时间的研究较多,但在瓦斯电闭锁检测方面的研究很少。针对上述问题,基于传感器通信切换和模拟传感器报文发送的检测方法设计了一种安全监控系统瓦斯电闭锁检测装置。传感器通信切换方法不受通信协议和总线形式的限制,检测时采用同一厂家传感器、分站、断电器和安全监控软件,不需要知晓通信协议。该方法操作简单,且不需要厂家配合,适用于采用主从通信机制的瓦斯电闭锁检测。模拟传感器报文发送方法由检测装置模拟甲烷传感器发送报文与分站通信,不需要知晓通信协议,不需要考虑通信机制问题,报文由厂家提供,按照报文发送顺序和次数进行配置。该方法操作较为繁琐,需要厂家提供通信报文,但测试精度更高,适用于各种通信协议的瓦斯电闭锁检测。验证结果表明:传感器通信切换方法不适合基于CAN总线的多主通信;基于RS485或CAN总线的模拟报文发送方法均可实现本地断电时间2s,异地断电时间20s;2种检测方法的计时精度均可达到0.01s。     

煤矿电气安全关键技术研究

分析了2005—2009年全国重特大瓦斯爆炸事故的火源,得出了由电气火源引爆瓦斯事故最多且达48.1%的结论,并分析了矿用电气设备的安全性能,提出了矿用电气设备的使用场所及安全要求:(1)煤矿监控、通信、控制、信号等弱电系统和设备应优选本质安全型电气设备,设备之间传输的信号必须是本质安全型信号;(2)大功率电气设备应优选隔爆型电气设备,隔爆型电气设备宜将接线腔与主腔分腔布置;(3)当瓦斯浓度达到爆炸浓度时严禁开关特殊型矿灯;(4)低瓦斯矿井井底车场等非爆炸性环境宜选用矿用防爆型电气设备;(5)煤与瓦斯突出矿井严禁使用架线电机车和矿用一般型电气设备;(6)井下电气设备的欠压保护和失压保护应有延时措施,减少局部通风机停电次数;(7)井下排水设备宜选用大功率潜水泵;(8)开关等电气设备应设置在全风压进风处,若不能满足,必须设置甲烷传感器,并具备甲烷超限断电闭锁功能。文章对提高煤矿电气安全性、避免或减少瓦斯爆炸和淹井等事故发生具有指导作用。     

煤矿监控新技术与新装备

分析了2004—2013年全国煤炭产量、事故总量、百万吨死亡率和重特大事故变化情况:煤炭产量平均每年增长1.94亿t,事故起数平均每年减少337起,死亡人数平均每年减少551人,百万吨死亡率平均每年减少0.310。提出了低瓦斯和高瓦斯矿井宜选用热催化矿用甲烷传感器;煤(岩)与瓦斯突出矿井宜选用矿用激光甲烷传感器;回采工作面上隅角、掘进工作面、高冒地点、采掘设备、运输设备等宜采用矿用无线传感器,并通过无线输电解决矿用无线传感器供电问题;救护队超前有害气体探测、采空区气体探测、高冒顶板等人员不便到达的地点气体探测宜采用矿用气体遥测传感器;传感器自动调零适用于便携式气体检测仪和无线传感器。提出矿用分布式光纤测温系统监测采空区火灾的轴向布置和蛇形布置方法;煤矿井下胶带、电缆和电气设备火灾监测宜采用矿用分布式光纤测温系统。提出自动化采煤宜采用基于采煤模型的记忆割煤、远程控制方法;带式输送机节能控制宜选用激光胶带秤;矿井供电系统宜采用矿用光纤纵差保护和光纤闭锁综合防越级跳闸系统。     

安全高效矿井监控关键技术研究

提出安全高效矿井应采用先进可靠的监控技术,实现供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等固定岗位无人值守和地面远程控制,综采、综放等采煤工作面少人作业和地面远程控制;提出供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等监控系统应具有地面远程控制功能;提出具有远程控制、报警联动、调度指挥等功能的煤矿调度指挥控制中心;提出整合计算机网络机房、程控交换机机房、调度交换机机房、监控系统机房等的数据中心;提出基于煤层瓦斯压力和瓦斯含量、综合指标、钻屑瓦斯解吸指标、复合指标、R值指标、瓦斯涌出量(根据瓦斯体积分数和风量计算)、巷道位置、微震、地音、温度等及其变化的煤与瓦斯突出预警方法;提出基于WiFi的矿用无线传输接口,以便于互通互联;提出通过分布式光纤测温预警煤炭自然发火,较通过监测CO等煤炭自然发火标志气体更直接、更及时、更可靠;提出根据运煤量实时调整输送带速度:当煤量较小时降低输送带运行速度,当煤量较大时提高输送带运行速度,以提高运输效率,减少设备磨损;提出基于光纤综合保护的供电监控系统具有防越级跳闸、地面远程整定和地面远程控制功能,提高了煤矿供电的可靠性,可实现煤矿井下机电硐室无人值守;提出具有煤岩识别与滚筒自动调高,采煤机、刮板机、液压支架3机联动,记忆割煤,地面远程、顺槽近程、手动控制和紧急停机,放顶煤量和煤矸控制,采煤机和刮板机等大型机电设备故障诊断等功能的采煤工作面监控系统。     

煤矿事故特点与煤矿通信、人员定位及监视新技术

分析了2009—2013年全国煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点:发生在采掘工作面事故最多,事故起数和死亡人数分别占78.54%和78.80%。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用作矿井应急通信系统;矿井透地通信系统可用作矿井应急通信系统,但性价比低。提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统,具有性价比高的优点:将电缆埋入巷帮与底板夹角处;将井下电话机设置在硐室内,并加强防护;减少电缆接头,提高电缆接续的防水性能。分析了煤矿井下"智慧线"通信存在的问题:无中继传输距离短;本质安全型防爆制约供电距离;不能用于大容量主干传输;易发生短路等故障;外护套不耐爆等。     

《煤矿安全规程》电气部分修订意见

提出严禁矿用一般型照明灯具、通信、自动化装置和仪器仪表等小功率非防爆设备用于煤矿井下;照明灯具应采用LED等冷光源,优选本质安全型或本质安全型与浇封型或隔爆型等其他防爆型式的复合型;用于煤矿井下的监控、通信、监视、控制设备和仪器仪表应优选本质安全型,设备之间传输的信号必须是本质安全型信号;大功率电气设备应优选隔爆型电气设备,隔爆型电气设备应将接线腔与主腔分腔布置。提出矿用通信与信号电缆和光缆可以盘圈。提出与隔爆型电气设备连接的矿用电缆必须耐爆;严禁矿用通信与信号电缆和光缆直接与单一隔爆型电气设备连接;与隔爆兼本质安全型电气设备连接的矿用通信与信号电缆和光缆必须耐爆。提出煤矿井下严禁使用铝芯电缆。提出用于局部通风机的欠压保护和失压保护应有延时措施;除掘进、开拓和临时施工场所外,尽量减少局部通风机的使用;严禁在形成全风压通风的回采工作面使用局部通风机稀释上隅角瓦斯等。提出矿灯应采用LED等冷光源,应采用本质安全型或本质安全型与浇封型等其他防爆类型的复合型;光源及灯绳(电池与头灯分离时)中传输的电能必须是本质安全型;严禁白炽灯等特殊型矿灯用于煤矿井下。     

煤矿自动化与信息化技术回顾与展望

目前,煤炭在我国能源生产结构中的占比为74.29%,在我国能源消费结构中的占比为71.26%,又是廉价、供应可靠、可洁净利用的能源,它与石油、天然气相比储产比最大,而核电、水电、风电等能源规模又无法与其相比,因此,煤炭仍将是我国的主要能源。"十一五"期间,煤矿安全监控、煤矿井下人员位置监测、煤炭产量远程监测、全矿井移动通信、无人值守远程监控技术及系统取得了突破和快速发展,在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。今后还需进一步加强传感器无盲区布置方法,基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等煤矿重大灾害预警技术,无人工作面遥控技术,本质安全无线通信与光纤通信技术,煤矿井下人员精确定位技术,煤矿井下生命探测技术,基于3D GIS的煤矿安全生产管理信息系统等的研究。     

煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法研究

提出了基于温度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:使用红外热像仪等监测物体温度,使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度;当物体温度高于煤矿井下环境温度和已暴露煤岩温度,并且高于环境温度和已暴露煤岩温度的物体数量较多、体积和面积较大,则判定发生冲击地压、煤与瓦斯突出、矿井火灾或瓦斯和煤尘爆炸事故;进一步判别高温物体温度,若大于设定阈值,则判定发生矿井火灾或瓦斯和煤尘爆炸事故,反之,则判定发生冲击地压或煤与瓦斯突出事故;进一步分析甲烷浓度变化,若甲烷浓度迅速升高,则判定发生煤与瓦斯突出事故,反之,则判定发生冲击地压事故。提出了基于速度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法:使用激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、双目视觉摄像机等监测物体移动速度,使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度;当物体移动速度不小于设定阈值时,则判定发生冲击地压、煤与瓦斯突出或瓦斯和煤尘爆炸事故;进一步判别速度异常物体的数量、体积和面积,若速度异常物体的数量较少、体积和面积较小,则判定发生瓦斯和煤尘爆炸事故,若速度异常物体的数量较多、体积和面积较大,则判定发生冲击地压或煤与瓦斯突出事故;进一步分析甲烷浓度变化,若甲烷浓度迅速升高,则判定发生煤与瓦斯突出事故,反之,则判定发生冲击地压事故。提出了多信息融合的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警及灾源判定方法:监测并融合温度、速度、加速度、掩埋深度、声音、气压、风速、风向、粉尘、甲烷浓度、设备状态、微震、地音、应力、红外辐射、电磁辐射、图像等多种信息,感知冲击地压和煤与瓦斯突出;通过不同位置参数变化的幅度、先后时序关系及传感器损坏情况,判定灾源。     

矿井广播系统及其在煤矿应急通信中的应用探讨

介绍了矿井广播系统的发展历程和基于IP技术的矿井广播系统、基于CAN总线的矿井广播系统和基于无线Mesh网络的矿井广播系统的研究现状,分析了3种广播系统的特点:基于IP技术的矿井广播系统实现了从地面调度室向井下工作面可靠而快速地下达紧急通知,但是光缆主要铺设在大巷中,网络覆盖率低,并且使用IP广播需要大量IP空间,而矿井环境复杂,设备布设困难,不易接收信号,抗灾变能力差;基于CAN总线的矿井广播系统具有传输距离远、通信速率快、通信方式灵活、传输稳定等优点,但由于各节点不平等共享总线带宽,会出现多个节点同时竞争总线的情况,影响通信的稳定性和实时性;无线Mesh网络具有可靠性高、覆盖范围广、组网灵活等优点,但由于无线Mesh的多跳机制,随着无线Mesh网络规模的扩大,跳接越来越多,积累的总延迟也越大。指出随着煤炭行业转型升级,煤矿安全生产技术的不断完善,矿井广播系统将朝着提高抗灾变能力、功能多元化、系统智能化和多系统融合化的方向发展;从安全监测、调度指挥、信息传输3个方面总结了矿井广播系统在煤矿应急通信中的应用前景,指出矿井广播系统与人员定位系统结合是未来煤矿调度指挥的典型模式,有线和无线路由自适应功能将极大地提升应急通信系统的抗灾变能力和可靠性。     

煤矿监控系统主要设备的平均无故障工作时间测试与分析

介绍了平均无故障工作时间测试方法,在4个煤矿对某种煤矿监控系统的平均无故障工作时间进行了现场测试,得到了该煤矿监控系统主要设备的平均无故障工作时间,并得出结论:该系统中本质安全型电源、瓦斯传感器、CO传感器和风速传感器的平均无故障工作时间相对较短,应是今后设计改进的重点;该系统能达到AQ 6201—2006标准提出的平均无故障工作时间应不小于800h的指标;统计结果表明,煤矿井下的线路故障是一种多发故障。