煤矿综合自动化系统讲座（一）

煤矿综合自动化系统讲座（一） 孟凡强 2010年8月 QQ：469177341 phone：18611194695

总纲要 • 煤矿主要生产工艺 • 煤矿生产系统、安全系统 • 业务需求 • 煤矿综合自动化系统 • 基本概念 • 建设内容 • 关键技术 • 自动化、信息化、数字化比较 • 煤矿综合自动化系统解决方案 • 生产自动化 • 安全监控 • 安全生产管理辅助系统

第一部分 煤矿主要生产工艺

一、煤矿生产系统、安全系统 1.矿山基本知识 • 矿床是由地质作用形成于地壳中，在质和量上都达到了工业要求，并在现有的社会经济和技术条件下能被开采和利用的地质体。矿床包括矿体和围岩。 • 矿体是矿石的堆积体，它占有一定空间，并具有一定形状和大小；是构成矿床的实质性单位，也是矿床中可以被开采和利用的部分。 • 煤层顶底板岩石分类： • 顶板：伪顶、直接顶、基本顶（老顶）； • 底板：直接底、基本底（老底）。 • 矿井水源 • 地表水、含水层水、老窑积水、断层水和大气降水。 • 主要事故 • 顶板冒落（掘进）； • 主井施工的悬吊与提升事故； • 水灾事故； • 火灾事故； • 瓦斯煤尘（突出）事故。

一、煤矿生产系统、安全系统 1.矿山基本知识 • 采煤方法 • 壁式采煤法：单一长壁采煤法、分层长壁采煤法； • 柱式采煤法：房式、房柱式采煤法。 • 回采工艺 • 炮采； • 普采（高档普采）； • 综采； • 综采放顶煤。 • 矿井供电 • 高压，不超过10000 V； • 低压，不超过1140 V ； • 照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127 V； • 远距离控制线路的额定电压，不超过36V； • 采区电气设备使用3300 V供电时，必须制定专门的安全措施。

一、煤矿生产系统、安全系统 • 2.矿井基本危害及安全 • 矿井通风 • 煤矿瓦斯 • 矿山粉尘 • 矿山火灾 • 矿山水害 • 矿山安全检测

2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风 • 目的：供给足够的新鲜空气；稀释有害物并排出井外；创造适宜的气候条件。 • 进风井口以下的温度必须在2℃以上。生产矿井采掘面温度不得超过26℃，机电设备硐室的温度不得超过30℃。 • 采掘面的温度超过30℃，机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。 7

2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风 • 通风系统：通风网络、通风动力和通风控制设施（通风构筑物）。 • 通风类型：中央式、对角式、混合式。 • 通风方式：压入式、抽出式、压抽混合式。 • 矿井漏风：内部漏风和外部漏风。 8

2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风 • 测定的通风参数 • 压力； • 风速； • 标高。 • 通风建（构）筑物 • 风门：阻断风流，必须成组（2道）设置； • 风窗：调节风量。 9

2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风2.1矿井通风的目的、通风系统、通风方式、矿井漏风 • 主要通风机的附属装置 • 防爆门。是防止井下发生煤尘、瓦斯爆炸时毁坏主要通风机的安全设施； • 风硐； • 扩散器。其作用是为了减少风机出口的能量损失，以提高风机的效率； • 反风装置。作用是在井下火灾时，改变火灾烟流方向，限制火灾范围，安全撤退受烟流威胁的人员。 10

2.2瓦斯 • 矿井瓦斯就是在采掘过程中从煤层、岩层、采空区释放出的和生产过程中产生的各种有害气体的总称。煤矿井下的有害气体有甲烷（沼气）、乙烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、氢、氨等，其中甲烷所占比重最大，在80%以上。所以，矿井瓦斯习惯上又单指甲烷。 11

2.2瓦斯 • 采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0%时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0%时，严禁爆破。 • 采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。 12

2.2瓦斯 • 采掘面及其他巷道内，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源。 • 对因瓦斯浓度超过规定被关闭的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0%以下，可通电开动。 • 综采掘面，应在采煤机和掘进机上安设机载式断电仪，当其附近瓦斯浓度达到1%时报警，达到1.5%时必须停止作业，切断电源。 13

2.3矿山粉尘 • 煤矿粉尘是煤矿在生产过程中产生的各类固体物质细微颗粒的总称。 • 影响粉尘产生的因素：采掘机械化和开采强度、采煤方法和截割参数、作业地点的通风状况、地质构造及煤层赋存条件。 • 粉尘分散度：直径小于7.1 μm（<5 μm称为呼吸性粉尘）的尘粒，尤其是小于2 μm的尘粒是引起尘肺病的主要有害粉尘。《规程》规定粉尘分散度，每半年测定1次。 14

2.3矿山粉尘 • 污染工作场所，危害人体健康，引起职业病； • 某些矿尘（如煤尘、硫化尘）在一定条件下可以爆炸； • 加速机械磨损，缩短精密仪器使用寿命； • 降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。 15

2.3矿山粉尘 • 煤尘本身具有爆炸性，煤尘必须悬浮于空气中，并达到一定的浓度（首要条件）； • 存在能引燃煤尘爆炸的高温热源，大于650℃； • 氧浓度，含氧量低于17%时，煤尘就不会爆炸。 16

2.4矿山火灾 • 分类：内因火灾（煤炭自燃）、外因火灾。 • 煤炭自燃的必要充分条件 • 有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于0.4 m； • 有较好的蓄热条件； • 有适量的通风供氧； • 上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。 • 自然发火的过程：潜伏期、自热期和燃烧期。 17

2.4矿山火灾 • 目前预测自然发火期的方法有 • 在实验室确定自燃倾向性等级； • 根据本矿或条件相似矿井或采区的已有自然发火统计资料，确定待采（或本）煤层的自然发火期。 • 自然发火标志化性气体及其指标 • 一氧化碳（CO）指标，CO的派生指标，烯烃（乙烯C2H4）及烯烷比，炔烃（乙炔C2H2）。 • 预测预报方法：气体分析法，测温法和气味检测法。 18

2.4矿山火灾 • 灌浆灭火 • 阻化剂防灭火 • 均压灭火 • 惰气压注灭火 • 新型凝胶灭火 • 泡沫、干粉等 19

2.4矿山火灾 • 防止失控的高温热源产生和存在 • 尽量不用或少用可燃材料 • 防止产生机电火灾 • 防止摩擦引燃 • 防止高温热源和火花与可燃物相互作用 20

2.5矿山水害 • 水害的主要类型 • 透水； • 突水； • 涌水。 • 矿井水来源 • 大气降水； • 地表水； • 地下水（含水层水、断层水等）； • 老空区积水。 21

2.5矿山水害 • 矿井涌水特征 • 大气降水为主要充水水源的涌水特征； • 以地表水为主要充水水源的涌水特征； • 以地下水为主要充水水源的矿床； • 以老采空区为主要充水水源的矿床。 • 涌水通道 • 自然涌水通道：地层的空隙、断裂带等属于自然形成的通道； • 人为涌水通道：由于采掘活动等引起的人为涌水通道。 22

2.6矿山安全检测 • 甲烷检测 • 光学式； • 催化燃烧式； • 热导式； • 气敏半导体式。 • CO检测 • 《规程》规定浓度小于24×10-6； • 仪器有：气相色谱法（地面）、电化学式、红外线吸收式、催化氧化式。 23

2.6矿山安全检测 • 氧气检测 • 《规程》规定采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%； • 仪器有：气相色谱法（地面）、电化学法和顺磁法。 • 矿山安全监测监控系统的组成：地面中心站（软、硬件）、井下分站、传感器和传输系统组成。 24

通风排水供电供压安监压力防火降尘一、煤矿生产系统、安全系统 • 3.煤矿主要生产工艺

PM4 PM4 PM4 PM4 PM4 = provided by end-user 用户提供 is = intrinsically safe 本安 127 V50 Hz 127 V50 Hz Crusher 破碎机 Control cabin 控制室 Water valve HG 6020型水阀 Water valve HG 6020型水阀 Water valve HG 6020型水阀 Water valve HG 6020型水阀 HG 6020 HG 6020 HG 6020 HG 6020 Stage loader 转载机 KE1004 KE1004 Control panel 主控台 “is” control unit “本安”控制装置 “is” control unit “本安”控制装置 Gate end box 顺槽终端开关 Gate end box 顺槽终端开关 Supplied by end-user 用户提供 Section switch 采区开关 Stage loader 转载机 PRT 刨头运行轨道 Crusher 破碎机 KE1004 KE1004 Spare unit 备用开关 Server PM4 PM4服务器 Amplifier + pull sw. 扩音器 +拉线开关 Amplifier + pull sw. 扩音器 +拉线开关 Amplifier + pull sw. 扩音器 +拉线开关 Auxiliary panel PE4022 辅助控制盘 Motor-cooling 电动机冷却装置 Motor-cooling 电动机冷却装置 Main 机头 Plow track measuring device 刨头行程测量装置 Limit switch 限位开关 Synchronization 同步器 14 10 4 14 Quad adapter 四芯电缆适配器 5 9 6 2 PLOW刨头 3 215 m PRT 刨头运行轨道 5 2 2 Plow track spraying system 刨头轨道喷雾系统 4 1 2 3 1 Synchronization 同步器 2 Limit switch 限位开关 1 1 Plow track measuring device 刨头行程测量装置 Tail 机尾 Chain tensioning device

工作面系统

煤矿通风监控系统示意图 通风系统

排水系统

供电系统

安全生产监测系统

多套系统共存 胶带机集控系统电力检测系统 1 号变电站洗煤厂集控系统 2 号变电站井上运输集控系统地面系统井下系统井下环境安全监测系统排水监测系统

二、业务需求 • 1.政策：国家安全监察部门对煤矿安全生产的要求 • 2、煤矿企业自身需求: • 安全生产 • 提高生产率 • 降低成本 • 环保

煤矿综合自动化 系统讲座（一）