煤矿井下电气作业操作资格培训考核教材讲义

煤矿井下电气作业操作资格培训考核教材讲义

(第七章 矿井供电电网保护 笫八章 矿用电缆及其连接装置 笫十章 安全生产监控系统的安全运行)

一涟源市煤炭局培训中心 曾初根 2014年4月

第七章 矿井供电电网保护

一、矿井电气保护的任务. 类型及对电气保护装置的要求

(一)矿井电气保护的任务

煤矿为地下作业。井下开采阴暗潮湿、自然灾害严重、环境恶劣及有限的空间等因素影响,对矿井电气设备有着特殊的要求,井下电网必须实现漏电保护、过流保护和保护接地. 即“三大保护”。三大保护是保证井下供电安全的重要措施。

矿井电气保护的任务:一是采取“三大”保护措施,防止人身触电事故,以及防止电火花引起的煤尘、瓦斯爆炸事故;二是采取“三大”保护措施,防止因供电电源故障而损坏或烧毁电气设备,确保电气设备处于安全、高效、正常的良好的工作状态。

(二) 电气保护类型

(1)电流保护. 包括短路保护. 过流(过负荷) 保护

(2)漏电保护. 包括非选择性. 选择性漏电保护和漏电闭锁

(3)保护接地. 包括系统接地. 局部保护接地

(4)电压保护. 包括欠电压保护. 过电压保护

(5)单相断线保护

(6)风电. 瓦斯与电闭锁

(7)综合保护. 有电动机. 煤电钻. 照明综合保护

(三)电气保护装置的要求

(1)地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上,必须装设有选择性的单相接地保护装置;

供移动变电站高压馈电线上,必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。

矿井下低压馈电线上,必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置,保证自动切断漏电的馈电线路。

(2)井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备,应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。

井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上,应装设短路、过负荷、接地和漏电保护装置。

低压电动机的控制设备,应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置和远程控制装置。

(3)电压在36V 以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架、铠装电缆的钢带(或钢丝)、铅皮或屏蔽护套等必须采取保护接地措施。

(4)在选择和使用过流保护装置时,应满足具有选择性、可靠性、快速性、灵敏性的基本要求。

(5)井下配电网路(变压器馈出线路、电动机等)均应装设过

流、短路保护装置;必须用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性。必须正确选择熔断器的熔体。必须用最小两相短路电流校验保护装置的可靠动作系数。保护装置必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够启动。

(6)对井下电气设备和电缆设置保护装置,严格按要求进行整定,并加强对电气设备和电缆绝缘的维护与检查。

(7)煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻功能的综合保护装置。

(8)井下照明和信号装置,应采用具有短路、过载和漏电保护的照明信号综合保护装置。

(9)主接地极应在主、副水仓中各埋设1块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成,其面积不得小于0.75m ²厚度不得小于5mm 。在钻孔中敷设的电缆不能与主接地极连接时,应单独形成一分区接地网,其接地电阻值不得超过2Ω。

(10)局部接地极可设置于巷道水沟或其他就近的潮湿处。设置在水沟中的局部接地极应用面积不得小于0.6m ²厚度不得小于3mm 的钢板或具有同等效面积的钢管制成,并应平放于水沟深处。

(11)连接主接地极的接地母线,应采用截面不小于50mm ²的铜线,或截面不小于100mm ²的镀锌铁线,或厚度不小于4mm 、截面不100mm ²扁钢。

二、漏电保护

(一)漏电

在变压器中性点不接地电网中,发生单相接地(直接接地或经过渡阻抗接地)或两相、三相对地的总的绝缘电阻降到危险值的电气故障叫漏电故障,简称漏电。人体触及一相带电导体的情况,是单相经过渡电阻接地,也属于漏电。

电网按性质分为集中性漏电和分散性漏电两大类。其中,分散性漏电是由于整个电网或某条线路的对地绝缘电阻降低而发生的漏电。集中性漏电则是由于电网某处或某点的绝缘损伤而发生的漏电。

1、漏电的危害

(1)当漏电电流的电火花能量达到点燃瓦斯、煤尘的最小能量时,可能引起瓦斯、煤尘爆炸。

(2)长期漏电,会使绝缘发热、老化,还可能烧毁电气设备,引发相间短路和电气灾害事故。

(3)如果漏电发生在爆破作业地点附近,由于漏电电流在它流经的路径的路径上会产生电压降,当电雷管两端的引线接触漏电路径上具有电位差的两点时,可能造成电雷管提前引爆。

2、漏电保护装置的作用

连续监视电网对地的绝缘状态,当人体触及一相带电导体或电网发生漏电时迅速切断电源,防止漏电事故发生。

3、漏电的原因

(1)运行中的电缆或电气设备受潮或进水,使绝缘电阻下降。

(2)电气设备或电缆长期过负荷运行使绝缘老化。

(3)电缆与电气设备的连接不符合要求,造成接头松动脱落碰触金属外壳。

(4)橡套电缆的连接不符合要求,出现“鸡爪子”、“羊尾巴”、明接头,并受潮气侵入。

(5)用金属丝吊挂橡套电缆,使其嵌入绝缘层内接触芯线。

(6)接线时,将导电芯与地线接错。

(7)橡套电缆在运行中被炮崩或受挤、压、拉、砸、砍等机械作用而使护套绝缘层破坏。

(8)电缆因长期过度弯曲而产生裂口或缝隙,运行机制中受潮气或淋水侵入。

(9)带电作业,人体接触一相带导体。

(10)在电气设备内随意增添电气元件,或检修时将工具等导体留在设备内,使电气间隙小于规定值,导致一相对外壳放电

(11)操作电气设备时产生弧光对地放电。

(12)出现严重过电压、击穿电缆或电气设备的对地绝缘。

(二) 漏电保护

常用的漏电保护方式一非选择性漏电保护. 选择性漏电保护. 漏电闭锁

目前,使用的漏电保护装置总体上分为两大类:

一类是安装在各种开关中的具有漏电跳闸、漏电闭锁和选择性漏

电保护功能的电子插件、微电脑综合控制保护器和漏电继电器;另一类是具有独立隔爆外壳必须与馈电开关配合使用诉检漏继电器。

漏电保护按原理不同可分为附加直流电源式、零序电流方向式,旁路接地式和自动复电式等。

1、附加直流电源漏电保护

漏电保护采用附加直流电源,在开关合闸后对带电电网进行绝缘监测,当电网对地绝缘电阻低于动作值时,开关跳闸停止供电、起保护作用。

(1)附加直流电源漏电保护的基本原理

在变压器中性点不接地的电网中,很能容易检测到电网各相对地的绝缘电阻值。若在三相电网与大地之间附加一独立的直流电源,则在三相对地绝缘电阻上将有一直流电流经过,该电流的大小直接反映了电网对地绝缘电阻的高低。附加直流电源漏电保护就是通过检测该电流来实现漏电保护的。

(2)漏电保护装置的动作电阻值

漏电保护装置的动作电阻值是以网络允许最低绝缘电阻为基础确定的。当低压电网对地总的绝缘电阻下降到对人触电有危险的程度时,漏电保护装置动作跳闸,切断电源。这个人体触电有危险的电网最低绝缘电阻值,即为漏电保护装置的动作电阻值。

2、选择性漏电保护

在变压器中性点不接地的放射式电网中,可以安装选择性漏电继电器。选择性漏电保护具有横向选择性、弥补了漏电保护的不足,即只切断漏电故障支路的供电电源。

由变压器中性点不接地电网分析:

(1)当电网正常运行时,各相对地电压对称,电网无零序电压,也无零序电流;

(2)当电网发生不对称漏电时,各相对地电压不平衡,电网出现零序电压, 因而必有零序电流。

——选择性漏电保护的原理就是利用零序电流实现不对称漏电保护的。

3、漏电闭锁

漏电闭锁是指在开关合闸前对电网进行监测,当电网对地绝缘电阻低于规定的漏电闭锁动作电阻值,使开关不能合闸,起闭锁作用。目前,漏电闭锁单元都是利用附加直流电源式保护原理检测对地绝缘电阻实现漏电闭锁功能的。如图1:井下供电系统中漏电保护相关基本原理图所示。

图1:井下供电系统中漏电保护相关基本原理图

三、保护接地

保护接地是指用导体把电气设备中所有正常不带电的外露金属部分,通过接地装置与大地紧密连接起来。电气设备的金属外壳在正常情况下是不带电的,但在绝缘损坏时其外壳或构架就会带电。此时,若人体触及,就会造成触电事故。保护接地就是预防这类触电事故的重要措施之一。

(一)装设局部接地极的规定:

(1)采区变电所(包括移动变电站和移动变压器)。

(2)装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备。

(4)无低压配电点的采煤机工作面的运输巷、回风巷、集中运输巷(胶带运输巷)以及由变电所单独供电的掘进工作面,至少分别设置1个局部接地极。

(5)连接高压动力电缆的金属连接装置。

(6)其他地点的局部接地极,可用直径不小于35mm 、长度不小于1.5m 的钢管制成,管上应至少钻20个直径不小于5mm 的透孔,并垂直全部埋入底板;也可用直径不小于22mm 、长度为1m 的2根钢管制成,每根管上应至少钻10个直径不小于5mm 的透孔,2根钢管相距不得小于5m ,并联后垂直埋入底板;垂直埋深不得小于0.75m 。

(二)对接地母线和连接导线及其他要求

(1)电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接,电缆连接装置两头的铠装、铅皮的连接,应采用截面不小于25mm ²的铜线,或截面不小于50mm ²的镀锌铁线,或厚度不小于4mm 、截面不小于50mm ²的扁钢。

(2)接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω。

(3)橡套电缆的接地芯线,除用作监测接地回路外,不得兼作他用。

四、过流保护

过流保护是指电气设备或电缆的实际电流超过了额定值。过流保护包括短路保护、过负荷保护和断相保护。

(一)过电流故障的危害及原因

1、短路

短路是指供电线路的相与相之间经导线直接短接、电流不流经负载形成回路。短路时供电线路的电流称为短路电流。井下电网可能出现的短路故障有两相短路、三相短路和异相两点接地短路。

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2、短路电流的危害

短路电流很大,通常可达到额定电流值的几倍、几十倍甚至几百倍。

(1)短路电流产生大量的热,烧毁电气设备,引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。

(2)短路电流的电动力使故障设备及其他设备遭受机械破坏。

(3)短路引起电网电压突然下降,影响电网中其他电气设备的正常运行等。

3、造成电网短路故障的主要原因

(1)电气设备或电缆的绝缘受到破坏。如绝缘老化、机械性损伤等。

(2)不同相序的两回路电源线并联。

(3)检修完毕的线路在送电时没有拆除三相短路接地的临时接地线。

(4)带电检修与搬迁电气设备、电气设备防护不当等。

(二)过负荷

过负荷又叫过载,是指电气设备和电缆的实际电流超过了该电气设备和电缆的额定电流,并超过允许过负荷时间。

(1)电气设备和线路出现过负荷后,其温度将超过所用绝缘材料的最高允许值,烧毁绝缘。

(2)长期过载会扩展成漏电或短路故障。

(3)电气设备长期超载运行、电源电压过低和断相运行等都使电气设备出现过负荷现象。

(4)在重载情况下反复启动电动机,因启动电流大会使电动机过热而烧毁。

(5)在井下采掘机械中,由于堵转也可能烧毁电动机。

(三)断相

断相,是指三相交流电动机的一相供电线路或一相绕组断线。在这种状态运行的电动机叫单相运行。此时,电动机输出的转矩比三相运行时小得多,在其所带负载不变的情况下,工作电流增加,造成过热,可能烧毁电气设备。造成断相故障的原因如下:

(1)熔断器一相熔断。

(2)电缆与电缆、电缆与设备的连接不牢而一相松动脱落,电缆一相芯线断开。

(3)电动机定子绕组与接线端子的连接一相松动脱落等。

(四)电压保护

1、欠压保护

(1)欠压保护(失压保护),是指在供电过程中,由于某种原因出现电网电压突然消失或急剧降低30%-40%,此时,保护

装置使开关跳闸,自动切断电源。当电网电压恢复后,开关不会自动合闸,不会自动恢复供电或用电设备自动启动的一种保护装置。

(2)井下高低压防爆开关都具有欠电压保护功能。高压防爆开关内装设有欠电压释放装置,通常叫做无压释放装置。

(3)低压磁力启动器的接触器在失压或欠压的情况下,接触器电磁吸合力不能保持吸合状态而释放,其启动控制回路中的自保节点已打开,只有电压恢复后人工重新启动,启动器才关电。

(4)磁力启动器的控制回路就兼有欠压装置的功能,能够起防止电动机低压运行时被烧毁和电动机启动造成事故的作用如图

2、图3所示。

2、过压保护

过电压是指在供电系统的运行过程中,产生危及电气设备绝缘的电压升高。一般超过额定电压15%以上。

过电压可能会破坏电气设备的绝缘、烧毁供电线路,造成供电系统长时间停电的重大事故。其减少过电压的技术措施如下:

(1)研制低截流和低重燃率的真空触头(其截流值为0.5-1A )。

(2)在感性负载上并联电容器或在10KV 及其以下的母组上装设一中性点接地的星型接线电容器组。

(3)负载端并联电阻、电容,可以有效地降低截流过电压和减

少或阻止电弧重燃。

图2:QC83-120(225)Z 型真空磁力启动器电气原理图

图2:QC83-120(225)型磁力启动器原理图

五、综合保护装置

(一)电动机综合保护器

电动机综合保护器是采用电子集成元件或微电脑控制的保护装置,对电动机实现短路、过载、断相和漏电闭锁等保护功能。

1、电动机综合保护器的技术性能(见相关参考资料)

2、电动机综合保护器的取样器

取样电路由电流互感器、信号变换电路和整定电路等组成。

幻灯片33

(1)信号电压的获得

三个电流互感器LH1-LH3一次侧接主电路,二次绕组的交流电流信号流过电阻R1-R6后被转换成交流电压信号,经二极管D1-D3整流,C1-C3滤波后,在电阻R7-R9上形成保护电路所需的电压信号。

(2)动作电流的动作

调整短路和过载保护的整定动作电流,在每组电流互感器的二次侧并联两个等值电阻,用粗调开关K1进行换接,用于实现动作电流的粗调。通过波段开关K2,改变a 点在11段电阻上的位置,可以实现动作电流的细调。

过电流保护动作电流的整定通过设置在综合保护器

板上的分档电流粗调开关和波段电流细调开关实现。

(3)保护器保护动作判断原则

电磁启动器在一段时间内没有工作面不能启动,属于漏电故障;在工作面出现跳闸,且跳闸后经一段延时还能启动,属于过载或断相故障,若启动后正常运行是过载,若启动后经一定时间又停止为断相;启动器工作时发生跳闸并且不能再次调动,属于短路故障

(二)煤电钻综合保护装置

《煤矿安全规程》第475条规定:煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻功能的综合保护装置。

1、基本技术参数(见相关参数资料)

2、结构

隔爆空腔为圆筒形、止口转盖式结构。主腔上部为电缆接线箱,右侧的隔离开关把手和短路、漏电保护试验按钮,壳盖上有观察窗,壳内装有变压器和抽屉式启动器。

(3)工作原理

(1)控制

A 、接通电源

B 、启动煤电钻

C 、停止煤电钻

(2)主要保护

A 、短路保护

B 、漏电保护

C 、过载保护

4、煤电钻综合保护装置的安装与维护

(1)在搬运过程中,应避免振动和冲击。严禁翻滚。

(2)接线前应对装置的绝缘性能做一次测定,用500V 兆欧表测量高低压侧绝缘电阻,应不低于5M Ω。测量前必须拨插件,以免造成电子器件损坏。

(3)安装时,装置应可靠接地,辅助接地极应在接地极以外5m 处。

(4)装置出厂时主变压器是按660V 电网接线的,若用于380V 电网,需进行改装。

(5)安装完毕后,应进行三次短路及漏电动作试验,应可靠动作,并给出灯光信号显示。

(6)每班使用前必须做一次跳闸试验。

(7)严禁强行闭合或短路KM 主触头。

5、故障分析与处理

如下表:煤电钻综合保护装置的常见故障与处理方法

煤电钻综合保护装置的常见故障与处理方法表

(三)照明信号综合保护装置

《煤矿安全规程》规定:井下照明和信号装置,应采用具有短路,过载和漏电保护的照明信号综合保护装置。

其结构与煤电钻综合保护装置相似,也集变压器、控制开关、保护装置于一体的综合装置。二者功能基本相同,只是照明信号综合保护装置不需要设置电钻不工作时,电缆不带电的功能。照明信号综合保护装置用于煤矿井下127V 照明和信号负荷的控制和保护,具有照明和信号短路保护、过载保护、漏电保护和漏电闭锁功能。

现介绍ZXZ8-2.5(4)-П(Ш)型照明信号综合保护装置。

1、基本参数

见中国矿业大学出版社《煤矿井下电钳工》149页如表5-8、表5-10所示。

(1)照明短路保护动作时间

(2)漏电保护动作电阻值为2K Ω,动作时间

(3)漏电闭锁电阻值为2-4K Ω。

(4)电缆绝缘危险指示值为13K Ω±10%。

2、主要元件的作用

ZXZ8-2.5(4)-П(Ш)型照明信号综合保护装置电气原理,如见中国矿业大学出版社《煤矿井下电钳工》151页如图5-14所示。

(1)主变压器TM 、控制变压器TC :为127V 和低压保护装置提供电源。

(2)熔断器1FU 、2FU 、和5FU :分别保护主变压器和控制变压器。

(3)隔离开关QS :正常情况下隔离电源,故障时可分断6倍主变压器的额定电流三次。

(4)熔断器3FU 、4FU :127V 系统的后备短路保护。

(5)电流互感器TA1、2、3:用于照明和信号系统短路保护的信号取样。

(6)交流接触器KM :接通或分断主电路。

(7)电子线路板插件:实现各种保护功能。

(8)发光二极管1HL-5HL :用于正常及故障指示。1HL 亮表示已送电,2HL 和3HL 分别表示信号和照明系统短路,4HL 亮表示电缆绝缘危险,5HL 亮表示漏电。

(9)直流继电器K :保护电路的执行元件。

(10)控制试验按钮1SB 、2SB : 1SB用于接通电路2SB 用于分断电路并进行短路、漏电试验。

3、使用与维护

(1)使用接线。接线前先将插件拨下,用500V 摇表测量高低压侧绝缘电阻值,应不低于5ΜΩ。需将主变压器取下图6所示的方法进行接线。

(2)辅助接地极应设在距局部接地极5m 以外处。照明信号保护装置的辅助接地极可采用直径不小于22mm ,长不小于500mm 的钢管。

(3)安装完毕应先进行三次保护试验,每次均应可靠动作,并给出灯光指示。其试验方法:闭合QS ,按压1SB 接通主电路,在按下2SB 后接通短路、漏电试验电路,相应指示灯亮,KM 释放,表示功能正常。若松开2SB ,指示灯继续发光,表明保护电路的自锁功能正常。断合一次QS 后,在负荷侧无电时,做漏电闭锁试验,其方法同上。

(4)电流互感器TA1-3整定在1000m 档时,容量为2.5kvA 负载不得超过350W ;容量为4kvA 的负载不得超过600w ,否则将出现

误动作。

(5)当使用中出现误动或按下试验按钮拒动时,可更换插件再试。

(6)每班做1次跳闸试验。

图6:主变压器的接线

图4:顺序控制接线图

图5:DW80-200(350)型自动馈电开关接线图

六. ... 本章要点归纳 (见教材书154一157面)

第八章 矿用电缆及其连接装置(见教材书164一174面)

一 矿用电缆的种类. 铠装电缆. 橡套电缆. 塑料电缆三种.

1. 铠装电缆一用纲丝或钢带铠装起来的.

(1)适用地点 A 钢丝铠装多用于立井井筒或急倾斜巷道中. B钢带

铠装多用于水平巷道或缓倾斜巷道. C铠装多用于对固定和半固定设备供电 .(2)优缺点. 纸的绝缘强度高. 耐热和安全性好. 缺点是弯曲半径大. 移动不方便. 敷

设麻烦. 接头与封端要求工艺水平高

(3)结构. 由铜或铝导电芯. 相间浸渍纸绝缘. 浸渍麻填料. 统包浸渍纸绝缘. 铅包层内护套. 涂沥青纸防腐带. 内黄麻保护层. 钢丝或钢带铠装

2橡套电缆一分为普通和屏蔽电缆

(1)适用地点. 主要用于采区工作面. 还有向千伏级固定设备供电的屏蔽电缆. 和6KV 双层屏蔽高压电缆等.

(2)优缺点. 克服了电缆主芯线绝缘破坏时造成相间短路. 有效地防止漏电火花和短路电弧的产生

(3)结构. 主芯线 . 绝缘层 屏蔽层 屏蔽材料垫芯 地线

3塑料电缆一芯线绝缘和护套全部采用塑料制成

(1)适用性广.

(2)优点是允许工作温度高. 绝缘性能好. 护套耐腐蚀. 敷设不受落差的限制.

二 矿用电缆的选择

(一) 选择应遵守规定

(1)合格的矿用产品. 有煤安标志的阻燃电缆 (2)严禁采用铝包电缆 .(3)电缆实际敷设地点的水平差应与电缆规定的允许敷设差相适应. (4) 用于移动式和手持式电气没备的电缆芯线的电阻值, 作保护接地用的电缆芯线的电阻值, 都不得超过1欧姆. 其他电气没备用的电缆. 作接地芯线电阻不超2欧姆(5)对固定敷设的高压电缆a 立井45度以上的井巷内. 规定采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆和钢丝交联聚乙烯绝缘电缆等.(6) 45度以下的巷道采用钢带不滴流铅包和聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆,(7)非固定敷设的高压电缆采用符合MT818标准的橡套软电缆.(8) 铝芯电缆只能用在进风斜井, 井底车场及其附近. 井中变至采变所之间的电缆. 其他地点必须采用铜芯电缆.(9)移动变供电电缆. 采用监视型屏蔽橡胶电缆.(10)低压动力电缆a 固定的用MVV 铠装或非铠装电缆或相等压的橡套软电缆. B 非固定采用MT818标准的橡套软电缆.C 照明. 通信. 信号. 采用通信或橡套电缆.

(二) 电缆截面的选择 (见书169一170页) (1) 按经济性选. 一是电缆购买经济. 二是用电量经济. (2) 按选择. 即安全规程和用电规程及产品技术指标参数规定. (3)按使用时间和运行安全选择.

(三) 电缆长度的确定 (1)铠装电缆全长比实用长增加5%. (2)固定敷设的比实际长增加10%. (3)移动设备用线. 应按移动最大长度数另加3一10米活动电缆.

(四) 电缆线芯数选择. 动力干线, 一般四芯电缆. 采掘面线应考虑控制等方面因素增加线芯为好. 专用通信线要选有备用线芯线为好

三 电缆连接器 (见书171一173页)

第十章 安全生产监控系统的安全运行

第一节 监控系统概况

(概况. 分类. 内容. 作用. 组成. 功能. 特点)

一、矿井安全监控技术发展概况

1851年英国发明瓦斯检定灯

20世纪30年代日本发明光干涉瓦斯检定器

40年代美国研制出铂丝催化元件

1954年英国采矿安全研究所制成了最早的载体催化元件

60年代以后. 便携式瓦斯监测装置和监控系统得到了快速发展

我国矿井安全监控技术发展

建国初期,煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定器、瓦斯检定灯、检知管、风表等; 60年代初期,研制达到使用水平的载体催化元件和AQR-1型瓦斯测量仪。 70年代研制出瓦斯断电仪;

80年代初期,从欧美引进、吸收矿井监控系统;

80年代以后, 逐步开发出KJ 126、KJF 2000、KJ 95、KJ 90等系统。

二、煤矿安全生产监控系统的分类

煤矿安全生产监控系统可按照监控目的、信号传输方式、网络结构等来进行分类:

1 按传输信号复用方式分为:时分制系统、频分制系统、码分制系统、复合复用方式(同时采用频分制、时分制、码分制中两种或两种以上的系统);

2 按系统网络结构可分为:树形、环形、星形、总线形等; 3 按传输信号的调制方式可分为:基带、调幅、调频、调相等;

4 按工作方式可分为:主从方式、多主方式等。

5 按监控目的分类.(1)安全监控系统 (2)瓦斯抽放监控系统 (3)轨道运输监控系统 (4)胶带运输监控系统 (5)提升运输监控系统( 6) 供电监控系统 (7)排水监控系统 (8)矿山压力监控系统 (9)煤与瓦斯突出监控系统 (10)人员定位监控系统 (11)综合监控系统

三 煤矿安全监控的主要内容

对井下CH4、CO 、O2、CO2等气体浓度的检测;对风速、

风量、气压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测;对生产设备运行状态的监测、监控等。

四 监控系统的作用

主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、矿尘浓度、风速、风压、湿度、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要风机开停等,并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制、水位控制等功能的系统作用。为煤矿高产高效安全生产的重要保证。

五 煤矿安全监控系统的组成

由传感器和执行机构;信息传输装置(包括传输接口,分站,传输线等);电源箱(或电控箱) ;中心站或中心站的硬件(包括主机,打印机,显示装置,UPS 电源等) ;管理工作站;服务器;路由器;中心站或主机的计算机软件;霹雷装置;机房等组成

六 煤矿安全监控系统的功能

(1)具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能,

(2) 传感器transducer 将被测物理量转换为电信号输出的装置。

(3) 甲烷传感器methanetransducer 连续监测矿井环境气体中及抽放管道内甲烷浓度的装置,一般具有显示及声光报警功能。

(4) 风速传感器airvelocitytransducer 连续监测矿井巷道中风速的装置。

(5) 风压传感器windpressuretransducer 连续监测矿井通风机、

风门、密闭巷道、通风巷道等地点通风压力的装置。

(6) 一氧化碳传感器carbonmonoxidetransducer

连续监测矿井中煤层自然发火及胶带输送机胶带子等着火时产生的一氧化碳浓度的装置。

(7)温度传感器temperaturetransducer 连续监测矿井环境温度高低的装置。

(8) 烟雾传感器smoketransducer 连续监测矿井中胶带输送机胶带等着火时产生的烟雾浓度的装置。

(9)设备开停传感器 连续监测矿井中机电设备“开”或“停”工作状态的装置

(10) 风筒开关传感器airpipeswitchtransducer 连续监测风筒是否有风或无风的装置。

(11) 风门开关传感器 连续监测矿井中风门开或关状态的装置

(12)馈电传感器feedtransducer 连续监测矿井中馈电开关或电磁启动器负荷侧有无电压的装置。

(13)执行器(含声光报警器及断电器) 将控制信号转换为被控物理量的装置

(14)声光报警器acousto-opticalarm 能发出声光报警的装置。

(15) 断电控制器switchingoffcontroller 控制馈电开关或电磁启动器等的装置。

(16) 分站substation 煤矿安全监控系统中用于接收来自传感

器的信号,并按预先约定的复用方式远距离传送给传输接口,同时,接收来自传输接口多路复用信号的装置。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理、对传感器输入的信号和传输接口传输来的信号进行处理能力,控制执行器工作。

(17) 主机host 一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。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、与管理网络联接等。

(18)馈电异常abnormalfeed 被控设备的馈电状态与系统发出的断电命令或复电命令不一致。

概述基本功能为:1数椐釆集。2储存和查询,3打印。4自诊断,5备甪电源。6防雷,7控制。8显示。9人机对话。10双机切换。11数据备份。12其它

七 系统特点

(1) 电气防爆 (2)传输距离远 (3)网络结构宜采用树形结构

(4)监控对象变化缓慢 (5)电网电压波动适应性强 (6)抗干扰能力强 (7)抗故障能力强 (8)不宜采用中间继电器 (9)传感器适采用远程供电 (10)设备外壳防护性能要求高。

第二节 矿井安全监控系统一般规定

1. 煤矿企业应建立安全仪表计量检验制度。

2. 高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯突出矿井,必须装备矿井安全监控系统。

没有装备矿井安全监控系统的矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进工作面,必须装备甲烷风电闭锁装置或甲烷断电仪和风电闭锁装置。

没有装备矿井安全监控系统的无瓦斯涌出的岩巷掘进工作面,必须装备风电闭锁装置。

没有装备矿井安全监控系统的矿井的采煤工作面,必须装备甲烷断电仪。

3. 采区设计、采掘作业规程和安全技术措施,必须对安全监控设备的种类、数量和位置,信号电缆和电源电缆的敷设,控制区域等做出明确规定,并绘制布置图。

4. 煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接,严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。防爆型煤矿安全监控设备之间的输入、输出信号必须为本质安全型信号。

安全监控设备必须具有故障闭锁功能:当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时,必须切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁;当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,自动解锁。 矿井安全监控系统必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能;当主机或系统电缆发生故障时,系统必须保证甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能;当电网停电

后,系统必须保证正常工作时间不小于2h ;系统必须具有防雷电保护;系统必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能;中心站主机应不少于2台,1台备用。

1. 安装断电控制系统时,必须根据断电范围要求,提供断电条件,并接通井下电源及控制线。安全监控设备的供电电源必须取自被控制开关的电源侧,严禁接在被控开关的负荷侧。 拆除或改变与安全监控设备关联的电气设备的电源线及控制线、检修与安全监控设备关联的电气设备、需要安全监控设备停止运行时,须报告矿调度室,并制定安全措施后方可进行。

2. 安全监控设备必须定期进行调试、校正,每月至少1次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备,每7天必须使用校准气样和空气样调校1次。每7天必须对甲烷超限断电功能进行测试。

安全监控设备发生故障时,必须及时处理,在故障期间必须有安全措施。

3. 必须每天检查安全监控设备及电缆是否正常,使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照,并将记录和检查结果报监测值班员;当两者读数误差大于允许误差时,先以读数较大者为依据,采取安全措施并必须

在8h 内对2种设备调校完毕。

4. 矿井安全监控系统中心站必须实时监控全部采掘工作面瓦斯浓度变化及被控设备的通、断电状态。

矿井安全监控系统的监测日报表必须报矿长和技术负责人审阅。

5. 必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、收发及维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘,发放前必须检查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值,不符合要求的严禁发放使用。

6. 配制甲烷校准气样的装置和方法必须符合国家有关标准,相对误差必须小于5%。制备所用的原料气应选用浓度不低于99.9%的高纯度甲烷气体。

7. 安全监控设备布置图和接线图应标明传感器、声光报警器、断电器、分站、电源、中心站等设备的位置、接线、断电范围、传输电缆等,并根据实际布置及时修改。

1. 甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合表3规定。

2. 低瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面,必须在工作面设置甲烷传感器。

3. 在回风流中的机电设备硐室的进风侧必须设置甲烷传感器。

4. 高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时,装煤点、瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器。

5. 在煤(岩)与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中,进风的主要运输巷道和回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时,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,柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过0.5%时,必须停止机车运行。

6. 瓦斯抽放泵站必须设置甲烷传感器,抽放泵输入管路中必须设置甲烷传感器。利用瓦斯时,还应在输出管路中设置甲烷传感器。

7. 装备矿井安全监控系统的矿井,每一个采区、一翼回风巷及总回风巷的测风站应设置风速传感器,主要通风机的风硐应设置压力传感器;瓦斯抽放泵站的抽放泵吸入管路中应设置流量传感器、温度传感器和压力传感器,利用瓦斯时,还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。

装备矿井安全监控系统的开采容易自燃、自燃煤层的矿井,应设置一氧化碳传感器和温度传感器。

装备矿井安全监控系统的矿井,主要通风机、局部通风机应设置设备开停传感器,主要风门应设置风门开关传感器,被控设备开关的负荷侧应设置馈电状态传感器。

第十章 安全生产监控系统的安全运行

第一节 安全监控系统的构成和功能

一、系统的组成和功能

矿井监控系统一般由传感器和执行机构、信息传输装置(包括传输接口、分站、传输线等) 、电源箱(或电控箱) 、中心站或中心站的硬件 (包括主机、打印机、显示装置、UPS 电源等) 、管理工作站、服务器、路由器、中心站或主站的计算机软件等组成,如图所示。

二、系统特点

(1)电气防爆。一般工业监控系统均在非爆炸性环境中工作,而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达到不小于10 km。

(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、总线形等结构。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。由于巷道为分支结构,且分支长度可达数千米;因此,为便于系统安装维护、节约传输电缆、降低系统成本,宜采用树形结构。

(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,对系统的传输速率要求不高。

(5)电网电压波动大,电磁干扰严重。由于空间小,采煤机、运输机等大型机电设备启停和架线电机车火花等造成电磁干扰严重。

(6)因工作环境恶劣,矿井监控设备要有防尘、防潮、防腐、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。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。采用中间继电器则会延长系统传输时间,系统故障率较高。同时,在中间继电器处不一定好取电源,当采用远距离供电时,需要增加供电芯线。

第二节 安全监控系统的安全运行

一、使用与维护

(一) 使用前检查与调试

1、外观检查

(1)防爆性能应符合要求,防爆标志明显;仪器内外螺钉、垫圈齐全完整;密封圈与所用电缆相配套;隔爆面的粗糙度、间隙符合隔爆设备要求,隔爆面的机械伤痕不超过规定。隔爆外壳无变形或损坏现象;不用的进、出线嘴用2 mm厚的钢板封堵。

(2)传感器探头、分站等部件齐全,无损坏;仪器调试操作灵活可靠。

(3)仪器供电本质安全型电气设备供电电源与使用地点的电源电压等级一致。配用的熔丝(管) 符合要求。

(4)插入式连接的插件接触良好,焊点无虚接、开接、漏接等现象。

2、技术指标和功能试验

(1)本质安全型电源试验。分别检查本质安全型电源短路电流值、最大开路电压值,其短路电流值和开路电压值均应符合本质安全电源的规定。有双重保护的电路要分别进行检测,双重电路都要符合本质安全电源的规定。

(2)仪器通气试验。通气试验要使用气体流量计,因各种仪器传感器不同,对通气量要求也不同。在试验中,通入气体的流量一定要控制在仪器说明书规定的数据范围内。

①按仪器说明书规定,在新鲜空气的环境中调整仪器零点电位器,使仪器指(显) 示为零;通入标准浓度的甲烷气样,调整仪器指(显) 示精度,使仪器指(显) 示与标准气样的浓度数值相符。

②井上试验时应配备不同浓度多种瓦斯标准气样,做线性试验一股要选用3种以上浓度的气样,按顺序通人仪器,如出现的差值不超过仪器规定的误差范围,即认为合格。

③报警、断电、停测(间歇) 功能试验。由于仪器种类不同,报警、断电点的设置方式也不同。

④试验断电功能时,用万用表的电阻挡分别接在断电继电器的常开或常闭触点上,检查通断是否灵敏可靠。

(二) 使用与维护

(1)为保证安全监控设备灵敏可靠,安全监控仪器设备必须定期调试校正,每月至少一次。

由于甲烷载体催化组件的稳定性大于或等于7天,因此,采用载体催化组件的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等,每隔7天必须使用校准气样和空气样,按产品使用说明书的要求调校一次。

(2)为保证甲烷超限断电和停风断电功能准确可靠,每隔7天必须对甲烷超限断电闭锁和甲烷风电闭锁功能进行测试。

(3)安全监控仪器及设备校正包括零点、灵敏度、报警点、复电点、指示值、控制逻辑等。

监测气体的安全监控仪器及设备,应采用空气样和相应的标准气样或校准气

样进行调试和校准。测量风速的安全监控仪器及设备,选用经过标定的风速计校对。测量温度的安全监控仪器及设备,选用经过标定的温度计校对。

(4)安全监测工必须24 h 值班,每天检查安全监控设备及电缆,使用便携式光学瓦斯检测仪或便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照,并将记录和检查结果报监测值班员。当两者读数误差大于允许误差时,先以读数较大者为依据.采取安全措施? 并必须在8 h内完成两种设备的调校工作。

(5)安装在采煤机、掘进机和电机车上的机(车) 载断电仪,由司机负责监护,并经常检查清扫,每天使用便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照,当两者读数误差大于允许误差时,先以读数最大者为依据,采取安全措施,并立即通知安全监测工,必须在8 h内完成两种设备的调校工作。

(6)对需要经常移动的传感器、声光报警器、断电器及电缆等安全监控设备,必须由采掘班组长负责按规定移动,严禁擅自停用。

(7)分站、传感器、声光报警器、断电器及电缆等安全监控设备,由所在采掘区的区队长、班组长负责保管和使用,如有损坏应及时向安全监控管理机构汇报。

(8)与安全监控设备关联的电气设备、电源线及控制线在拆除或改线时,必须与安全监控管理部门共同处理。检修与安全监控设备关联的电气设备,需要安全监控设备停止运行时,须经过矿调度室同意,并制订安全措施后方可进行。

(9)凡经大修的传感器,必须经计量检定合格后方可下井使用。

(10)矿井安全监控系统中心站必须实时监控全部采掘工作面的瓦斯浓度变化及被控设备的通、断电状态。

(11)矿井安全监控系统中心站值班员必须认真监视监视器所显示的各种信息,详细记录系统各部分的运行状态,负责打印监测日报表,报矿长和技术负责人审阅,接到报警后,值班员必须立即通知通风调度和生产调度。

(12)安全监控设备发生故障时,必须及时处理,在故障期间必须采用人工监测等安全措施,并填写故障登记表。

(三) 配气

配制甲烷校准气样的装备和方法必须符合国家煤矿安全监察局制定的有关标准,相对误差小于5%。制备矿用原料气应选用浓度低于99.9%的高纯度甲烷气体。

(四) 技术资料

安全监控机构应建立以下账卡及报表:

(1)设备、仪表台账。

(2)监控设备故障登记表。

(3)检修记录。

(4)巡检记录。

(5)中心站运行日志。

(6)矿井安全监控日报。

(7)矿井安全监控设备使用情况月报、季报表。

二、断电控制

(1)在矿井安全生产监控系统中必须具备风电闭锁和甲烷超限断电闭锁功能,可见断电闭锁控制的重要性。

(2)用于控制井下交流电网断电的启动器或馈电开关,其各项技术指标必须符合《煤矿安全规程》的要求。断电控制必须准确可靠,用于断电控制的继电器

接点容量或晶闸管的电压、电流值,也必须满足要求。

(3)监控系统中断电器究竟用于控制启动器还是馈电开关,在现场使用时是不确定的。因此,需要断电器接点容量和晶闸管容量按能够保证可靠切断最大功率来设计电磁线圈。

现行的防爆电气设备国家标准是: GB3836-2010《爆炸性环境》,于2011年8月1日实施,与国际电工委员会标准IEC60079-0:2007,MOD 同步,分为若干部分: GB3836.1 设备 通用要求 GB3836.2 由隔爆外壳“d”保护的设备 GB3836.3 由增安型“e”保护的设备 GB3836.4 由本质安全型“i”保护的设备 GB3836.5 正压外壳型“p” GB3836.6 油浸型“o” GB3836.7 充砂型“q” GB3836.8 “n”型电气设备 GB3836.9 浇封型“m” GB3836.11 最大试验安全间隙测定方法 GB 3836.12 气体或蒸气混合物按照其最大试验安全间隙和最小点燃电流的分级 GB3836.13 爆炸性气体环境用电气设备的检修 GB3836.

14 危险场所分类 GB3836.15 危险场所电气安装(煤矿除外) GB 3836.16 电气装置的检查与维护(煤矿除外) GB3836.17 正压房间或建筑物的结构和使用

有很多种方式 大体可以分为3类 第一类:填充型,把会产生电火花的空腔用阻燃材料(比如充油型,充砂型,浇封型,正压型应该也算)填满,不让爆炸性气体或粉尘进入,从而防止爆炸 第二类:安全型,包括本安型和增安型,通过合理的电路设计避免出现高温和电火花,从本质上防止爆炸 第三类:隔爆型,内部可能会发生爆炸,但接合面结构可以在火焰传出壳体之前将其冷却熄灭 (这个分类是我自己分的... 仅供参考) 如何保证防爆性能,那就得看其是否按照标准进行了设计,生产和检验,可以参考国标【GB 3836.1~9】或者欧标【I EC 60079-0】欧标在有些指标上比较国标严格。


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