煤矿安全监测解决方案

一.煤矿面临的安全问题

     1.1现状

      我国是产煤大国，目前煤炭在我国的一次能源消费中约占70%左右,在今后相当长的一段时间内，煤炭仍将作为非常重要的战略资源，在我国经济和社会发展中占有极其重要的地位.2007年我国煤炭总产量25.23 亿 吨，2008 年增至27.16亿 吨，增长7.65%。然而我国煤矿死亡人数总量是世界上其他产煤国家死亡总数的3倍，煤矿安全生产形势仍然非常严峻在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭一直占总量的约70%，特别是在20世纪五六十年代，煤炭消费量甚至占到能源消费总量的80%～90%。我国煤炭行业特点：95%的煤矿开采是地下作业，煤炭井下开采中，本身就存在水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大自然灾害的制约，生产过程中，采、掘、机、运、通等工序和环节管理不当就会发生事故，严重危及职工的生命安全。接连不断的煤炭安全事故，危害着每一位矿工的生命，给广大矿工的家庭带来了沉重的灾难，也加重了企业的生产成本，影响和谐社会的构建。频繁发生的矿难事故与我国建设社会主义和谐社会的政治大背景是极不协调的,与以人为本的科学发展观是不相符合的,与党的执政目标是完全背离的,因此着力解决和处理好这个问题已经迫在眉睫,否则有可能面临积重难返的危险。制定完善的煤矿安全生产法律法规，并且建立相对完善的煤矿安全管理机构。国家不断加强监管整顿煤矿安全生产的力度，然而重大特大事故仍频繁发生。煤矿安全问题是关系到煤矿职工身心健康和生命安全、关系国家经济的不受损失的头等大事。

 

     1.2安全问题的分类

  • 透水

               煤矿透水，是指在坑道里采煤矿的时候，挖穿洞壁接通地下水或者积水的废弃坑道，引发的事故。

  • 煤矿塌方

 煤矿塌陷应该分为采空区塌陷和岩溶塌陷两种。
采空区塌陷：长期的大规模的开采形成采空区，随着采空区面积不断加大，煤层的顶     板（覆岩）失去支撑，顶板岩层随之发生弯曲、断裂、垮落，产生倾斜变形和水平移动。垮落过程中引发采空区周围的岩体变形、松动、乃至破坏使采空区上覆岩层随之弯曲下沉，覆岩层的这种弯曲到达地面后，形成地表沉陷现象。
这类塌陷可通过调查采矿活动情况和地面迹象预防。
岩溶塌陷：岩溶塌陷（karst breakdown survey）是指在岩溶地区，下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞，因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下，顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。在矿区通常是由于在岩溶地区抽排地下水造成周边地下水位变化，地下水掏空溶洞充填物形成土洞。

  • 瓦斯

          又称煤层瓦斯（gas of coalseam）、煤层气。从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳 和氮等组成的混合气体。瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中瓦斯含量为5%～16%时，遇火会引起爆炸，造成事故。

二.解决方式

     2.1总体功能   

     煤矿在透水，产生瓦斯，塌方的前面，大部分时候都会有一些预兆。当事故产生预兆的时候，提前做出预防，可以减少或者完全避免事故发生。针对煤矿复杂的开采环境，我司利用传感器和无线技术，开发出一套在事前预警的煤矿预警系统。

     此系有前端传感器，无线转输，管理平台，报警装置组成。其框图如下:

      

     2.2详细功能

  • 前端传感器

                 气体报警器

                       气体报警器针对瓦斯泄露报警，当空气中的甲烷，一氧化碳，二氧化碳增加时，报警器将这几类空气值上传到平台，进行报警。

                 透水报警器

                       煤矿在发生严重透水事件时，最开始是微微渗水，在渗水阶段通过水浸绳收到报警，传到管理平台，管理平台可以读取水位传感器的数据来知道水深。

                 塌方报警器

                        在煤矿塌方之前，会有一些型变，当煤矿有型变时，位移和型变传感器会将型变数据上传给平台.

  • 传输部分

           煤矿地型复杂，对于传感器的数据传输带来很大的挑战。在本系统充分结合多种通讯技术，将煤矿中的数据采集上来。以下简要的介绍一下我们使用的传输技术：

              LORA无线转输    它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

              GRPS/3G/4G转输  当传感器数据从矿井中转输出来之后，使用运营商的基站，通GPRS/3G/4G把数据传输到云端。

  • 报警部分

              声光报警器   在每一个保安，管理层的办公的地方安装声光报警器，当有数据超标，声光报勤器开启报警。

              LED显示屏   在保安室，领导的办公室安装醒目的LED显示屏，LED显示实时播放井下传感器数据。

三．产品参数功能

     3.1平台

       平台使用云平台管理，采用先进的B/S架构。其能实时采集到前端传感器的值，同时对前端传感器的数据进行管理。平台可以按用户要求进行定制。

     3.2 传输类的产品

           3.2.1无线网关

  • 4G无线转输网关（HY-DTU-001）

           此产品集成了GPRS/3G/4G远程序无线转输模块，针对本地集成了LORA/SUB 1GHZ无转输模块，集成了CAN,RS485通讯总线。它可以把本地的传感器的数据用LOAR,RS485,CAN等方式收集到网关，再通过GPRS/3G/4G/以太网把数据上传到云端或者管理平台。下面就是此设备照片与参数:

4G无线转输网关（HY-DTU-001）         4G无线转输网关（HY-DTU-001）       

 

项目

子项目

参数

 

主控

主控

工业级CPU，主频540MHZ

内存

64M Byte

FLASH

32M Byte

 

 

无线

WIFI标准

2.4GHZ，支持IEEE802.11b/g/n

LORA

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

SUB 1G无线

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

2G/3G/4G

支持FDD LTE,TDD LTE,DC-HSPA+/HSPA+/HSPA/WCDMA,TD-SCDMA/GSM/GPRS/EDGE

 

 

对外接口

网络接口

1个以太网接口，1个WIFI，1个2G/3G/4G模块

供电电压

DC 6V~36V输入

工作环境

工作温度 -30℃~75℃，湿度0%~90%RH 无冷凝

工作电流

上电开机：<12V/200mA,最大电流  <12V/400mA

 

其它接口

两路RS485接口,两个I/O接口，可做一路24Bit AD输入

 

  • 4G多功能无线转输网关（HY-DTU-002）

           此网关在HY-DTU-001的基础上，增加了对I/O型传感器的支持，同时可以对外通过I/O控制设备。下面是此设备的图片与参数

4G多功能无线转输网关（HY-DTU-002）

 

项目

子项目

参数

 

主控

主控

工业级CPU，主频540MHZ

内存

64M Byte

FLASH

32M Byte

 

 

无线

WIFI标准

2.4GHZ，支持IEEE802.11b/g/n

LORA

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

SUB 1G无线

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

2G/3G/4G

支持FDD LTE,TDD LTE,DC-HSPA+/HSPA+/HSPA/WCDMA,TD-SCDMA/GSM/GPRS/EDGE

 

 

对外接口

网络接口

1个以太网接口，1个WIFI，1个2G/3G/4G模块

供电电压

DC 6V~36V输入

工作环境

工作温度 -30℃~75℃，湿度0%~90%RH 无冷凝

工作电流

上电开机：<12V/200mA,最大电流  <12V/400mA

 

其它接口

两路RS485接口,20个I/O接口，5路24 Bit ADC输入

 

      3.2.2无线数据采集结点（HY-TNOD-001）

  • LORA无线协议转换设备

              此设备负责将传RS485,I/O接口型的传感器数据采集进来，通过LORA把传感器数据上传到网关。其主要作用是不用修改传感器的结构，只要使用以下设备，就能使一个传统传感器变成一个物联网设备，此设备的图片与参数如下：

LORA无线协议转换设备

项目

子项目

参数

 

主控

主控

工业级CPU，主频72MHZ

内存

128 KByte

FLASH

32 KByte

LORA

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

SUB 1G无线

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

供电电压

DC 6V~36V输入

工作环境

工作温度 -30℃~75℃，湿度0%~90%RH 无冷凝

工作电流

上电开机：<12V/200mA,最大电流  <12V/400mA

 

其它接口

两路RS485接口,4个I/O接口

 

      3.3 传感器类的产品

        3.3.1气体报警器

  • VOCS (ES72C-VOCS)

                  VOCs对人体健康有巨大的影响，有毒，有刺激，会致癌。是形成PM2.5和臭氧的关键前体物体，是复合型大气污染的重要诱因。ES72C-VOCS这一款VOCs采集器使用进口高端传感器跟我司的无线网关进于结合成为一款高精度在线VOCs数据采集仪。以下为产品的图片与参数:

 

气体报警器

气体报警器2

项目

子项目

参数

 

主控

主控

工业级CPU，主频540MHZ

内存

64M Byte

FLASH

32M Byte

 

 

无线

WIFI标准

2.4GHZ，支持IEEE802.11b/g/n

LORA

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

SUB 1G无线

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

2G/3G/4G

支持FDD LTE,TDD LTE,DC-HSPA+/HSPA+/HSPA/WCDMA,TD-SCDMA/GSM/GPRS/EDGE

 

 

对外接口

网络接口

1个以太网接口， 1个2G/3G/4G模块

供电电压

DC 6V~36V输入

工作环境

工作温度 -30℃~75℃，湿度0%~90%RH 无冷凝

工作电流

上电开机：<12V/200mA,最大电流  <12V/400mA

 

其它接口

两路RS485接口,20个I/O接口，5路24 Bit ADC输入

传感器参数

处理气体

高温，高湿度的烟气或其他被测气体

 

恒定温度

25℃气体处理后的温度，可设定

 

采样流量

4升/分钟

 

采样湿度

0~99%RH

 

采样温度

-40℃~+200℃

 

系统加热

选配功能，在极寒地区防止管路出现冰冻

 

 

 

 

 

 

 

  • 多参数气体检测仪（EC-AIRANSO2-001）

 

    

                  四气体温湿度一体式检测仪采用原装进口传感器及全新32位低功耗处理器；仪表美观大方，四种检测气体可以任意选配；电路采用4层布线，对弱信号及抗干扰更强；独立的高精度进口16位AD芯片及特有信号处理算法，测量数据精度更高更稳定；RJ45、RS48多种输出信号可选择， 方便接入各种报警控制器、PLC、DCS等控制系统；产品广泛应用于城市隧道、综合管廊、冶金、石油石化、市政、化工等各个行业。

项目

参数

LORA

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

SUB 1G无线

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

2G/3G/4G

支持FDD LTE,TDD LTE,DC-HSPA+/HSPA+/HSPA/WCDMA,TD-SCDMA/GSM/GPRS/EDGE

精    度

±3%FS

预热时间

≤8秒

输出信号

 1路4~20MA电信信号输出/RS485

系统语言

中文和英文可切换

检测内容

甲烷、一氧化碳、氧气、硫化氢，一氧化碳、温湿度

防护等级

IP65

检测范围

甲烷：0-100%LEL
氧气：0-30%VOL
一氧化碳：0-500ppm
硫化氢：0-100ppm
温度仪：-40-80℃
湿度：0-100%RH

供电电源

直流24V

工作温度

-40℃~70℃

安装方式

壁挂管道一体式

工作电压

24VDC
  • 可燃气报警（EC-AIRVOC-003）

               用于检测是可燃气是否超标，以及检测各种可燃气的浓度。

项目

参数

LORA

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

SUB 1G无线

430MHZ~510MHZ,868MHZ~915MZ可选

2G/3G/4G

支持FDD LTE,TDD LTE,DC-HSPA+/HSPA+/HSPA/WCDMA,TD-SCDMA/GSM/GPRS/EDGE

安装方式

 壁挂式，自然流通，泵吸式流通

温度范围

-40℃~70℃

湿度范围

10~95%RH

防爆等级

 EXD II CT6 GB

防护等级

IP65

供电电源

直流24V

 

四．产品报价

     4,1平台报价

       此部分要根据客户的要求来报价，每一个客户的需求是不一样的。

     4.2 转输部分报价

名称

市场零售价

出厂价

4G无线传输网关（HY-DTU-001）

9980

 

4G无线传输网关（HY-DTU-002）

13800

 

无线数据采集结点（HY-TNOD-001）

1800

 

 

     4.3传感器部分报价

 

名称

市场零售价

出厂价

VOCS (ES72C-VOCS)

 

35000

 

EC-AIRANSO2-001

18000

 

EC-AIRVOC-003

10000

 

 

 

 

 

    4.4报警器部分报价

名称

市场零售价

出厂价

声光报警器

300

 

LED显示屏

（此处要看客户的要求，非标准品）