目前矿井安全生产监测监控系统主要又监测监控终端地面中心站 通信接口装置井下分站各种传感器等组成。其典型结构如图所示。图系统结构图 矿井安全监测系统组成 矿井安全监测系统的主要组成部分可分为地面中心站井下分站以及传感器 和控制器。 地面中心站 地面中心站能够实现各种监测数据的处理显示查询储存打印等功能 另外操作员发出的设备控制命令也是通过地面中心站完成的。 生产参数的监测主要是指监控井上井下主要生产环节各种生产参数和重要 设备的运行状态参数如煤仓煤位水仓水位供电电压供电电流功率等模 拟量水泵提升机局部通风机带式输送机采煤机开关磁力启动器等 的运行状态和参数等。 环境参数的监测主要是指监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业 条件如高浓度甲烷气体低浓度甲烷气体氧化碳浓度氧气浓度风速 负压井下空气温度煤岩温度顶板压力烟雾等。同时地面中心站也有显示 测量参数数据报表曲线显示图形生成数据存储故障统计和报表报告 打印功能。其中部分系统可实现局域网络连接功能并采用国际通用的 网络协议实现局域网络中断与中心站之间的实时和实时数据查询等功能。 井下分站 尽管监测系统的井下分站形式多样但基本上都具备如下功能 开机自检和本机初始化功能 通信测试功能 分站具有自动控制功能实现断电仪功能风电瓦斯闭锁功能瓦斯 管道监测功能和般的环境监测功能等 死机自复位功测系统主要用来监测机械振动温升油 质污染等并实现故障诊断。 矿井安全监测系统关键参数监测技术研究 要建立矿井安全监测系统首先要确定监测对象。通常矿井工况复杂矿井 安全影响因素较多但最重要最具破坏性的首要因素是瓦斯。当瓦斯在空气中 聚集到定浓度是具有强烈的爆炸性。因此本章将重点对瓦斯以及影响瓦斯浓 度的风速温度和各种开关量的监测方法进行研究。 瓦斯浓度的监测 必要性分析 煤层瓦斯是古代植物遗体在成煤过程中的伴生物是种无色无味的气体 不易溶于水有迅速扩散的性质渗透性很强容易从邻近的煤层经过岩层裂隙 或孔隙聚集在采空区内。瓦斯气体本身虽然没有毒性但当空气中浓度较高时 就会相对降低空气中氧的含量造成窒息死亡事故同时当瓦斯浓度达到定范 围时遇火源能够发生爆炸。瓦斯事故居煤矿五大自然灾害之首瓦 斯是煤矿生产过程中重点治理的对象。 瓦斯弄得监测采用瓦斯传感器按其工作原理可分为催化燃烧是和热导式。 催化燃烧式瓦斯传感器般用于瓦斯浓度小于的环境热导式瓦斯传感器 般用于瓦斯浓度大于的环境。 监测方法 监测瓦斯最有效最经济的方法是载体催化燃烧发其原理是利用可燃气体在 催化剂的作用下进行无火焰燃烧产生热量使元件电阻因唯独升高而发生变化 测知瓦斯的浓度。接触燃烧式的载体催化气敏传感元件由埋于掺有贵金属催化剂 铂的三氧化二铝多孔陶瓷体中得铂丝线圈构成其中以至今为高性 能铂丝螺旋圈为骨架外面包裹惰性难熔白色多孔三氧化二铝为载体烧结成球 状元件成为白元件载体外涂覆或浸渍由活性棕黑色催化剂组成的外壳烧结 后的元件成为黑元件阻值相近的黑白元件选配连接后和补偿电阻起构成惠 斯登电桥装上元件帽经过灌封处理后就成为使用的瓦斯传感头俗称黑白 元件器件结构如图所示。 图载体催化器件结构图 将定量的工作电流通过铂丝同时将两只元件加热到催化剂的起燃温度 。当载体测量元件在充足的氧气条件下遇到瓦斯时就会在表面发生无火 焰燃烧而引起线圈温度升高铂丝电阻增大而参比元件不发生反应温度不变。 铂丝电阻值随温度改变的特性导致电桥市区平衡使惠斯登电桥的桥路产生个 很小的电位差利用电桥输出值与敏感元件阻值变化量的正比关系放大输出电 压信号后即可得到瓦斯浓度。 通过图显示的惠斯登电桥测量电路可以测量其敏感元件电阻变化量。 图惠斯登电桥测量电路图 图中的为参比白元件为测量黑元件为电桥平衡 电阻在空气中调整电桥使之平衡信号输出端电压当元件 置于瓦斯气体中时在测量元件表面发生催化燃烧阻值随温度上升而增加 为而参比元件阻值不变从而导致电桥失去平衡。当采用恒压电 源供电时电桥的不平衡电压为  设  即电桥输出电压与瓦斯浓度成正比。对于铂丝元件其电阻变化量可用式 表示 式中为铂丝电阻温度系数 为敏感元件热容量 为瓦斯扩散系数 为被测环境中的瓦斯浓度 为瓦斯分子燃烧热 为瓦斯燃烧热量 为铂丝的阻值。 其中与敏感元件材料性质结构尺寸有关则  并代入式得  即在定范围内电桥输出电压与瓦斯浓度呈线性。 催化燃烧式瓦斯传感器就是利用电桥输出值与敏感元件阻值变化量正比关 系放大输出电压信号后即可得到瓦斯浓度。 阈值设定 煤矿安全规程根据井下个地点实际情况针对不同作业地点瓦斯浓度提 出不同要求个地点安装的瓦斯传感器的报警浓度断电浓度复电浓度等参数 按表进行设置。 如果瓦斯浓度超过按表规定设置的报警范围中心站和传感器则发出声 光报警并通过手机短信的形式通知相关人员进行处理最大限度的缩短救灾时 间瓦斯浓度超出表规定设置的断电范围系统将自动切断瓦斯传感器控制 范围内全部非本质安全型电器设备确保杜绝发生事故。 表井下个地点瓦斯传感器报警浓度断电浓度复电浓度参数设置 甲烷传感器设置地点报警浓度断电浓度复电浓度断电范围 低瓦斯和高瓦斯矿井 的采煤工作面 工作面及其回风 巷内全部非本质 安全型电气设备 煤岩与瓦斯突出 矿井的采煤工作面 工作面及其进 回风巷内全部非 本质安全型电气 设备 高瓦斯和煤岩与 瓦斯突出矿井的采煤 工作面回风巷 工作面及其回风 巷内全部非本质 安全型电气设备 专用排瓦斯巷工作面内全部非 本质安全型电气 设备 煤岩与瓦斯突出 矿井采煤工作面进风 巷 进风巷内全部非 本质安全型电气 设备 采用串联通风的被串 采煤工作面进风巷 被串采煤工作面 及其进回风巷内 全部非本质安全 型电气设备采煤机采煤机电源 低瓦斯高瓦斯煤 岩与瓦斯突出矿 井的煤巷半煤岩巷 和有瓦斯涌出的岩巷 掘进工作面 掘进巷道内全部 非本质安全型电 气设备 高瓦斯煤岩与 瓦斯突出矿井的煤 巷半煤岩巷和有瓦 斯涌出的岩巷掘进工 作面回风流中 掘进巷道内全部 非本质安全型电 气设备 采用串联通风的被串 掘进工作面局部通风 机前 被串掘进巷道内 全部非本质安全 型电器设备 掘进机掘进机电源 回风流中机电设备硐 室的进风侧 机电设备硐室内 全部非本质安全 型电器设备 高瓦斯矿井进风的主 要运输巷道内使用架 线电机车时的装煤点 和瓦斯涌出巷道的下 风流处 在煤岩与瓦斯突 出矿井和瓦斯喷出区 域中进风的主要运 输巷道内使用的矿用 防爆特殊型蓄电池电 机车 机车电源 在煤岩与瓦斯突 出矿井和瓦斯喷出区 域中主要回风巷内 使用的矿用防爆特殊 型蓄电池电机车 机车电源 兼做回风井的装有带 式输送机的井筒 井筒内全部非本 质安全型电器设 备 瓦斯抽放泵站室内 利用瓦斯时的瓦斯抽 放泵输出管路中 不利用瓦斯采用干 式抽放瓦斯设备的瓦 斯抽放泵站输出管路 摘要 能源工业是国家经济发展的命脉近年来随着石油资源的紧张和油价格的 飙升煤炭行业的重要地位和不可替代性也日益显然。但是我国煤炭行业的安全 生产形势却不容乐观尤其是重特大伤亡事故屡见报端。其中瓦斯爆炸又占绝大 多数。 矿井中瓦斯浓度的监测直接关系到煤矿的安全生产和广大的矿工的生命安 全。本文单片机为基础设计便携式瓦斯智能监测系统采用气体传感 器测量数据并对采集到的数据进行分析然后结合采集的数据进行声光报警等 处理以提醒工人进行必要的防护工作。介绍了此次设计的核心部件阐述了电 路设计及具体的程序流程设计。 关键词传感器瓦斯智能监测系统 绪论 矿井安全监测系统指具有模拟量开关量累计采集传输存储处理 显示打印声光报警控制等功能用于监测甲烷浓度氧化碳浓度风速 风压温度烟雾馈电状态风门状态风筒状态局部通风机开停主通风 机开停并实现甲烷超限声光报警断电和甲烷风电闭锁控制由主机传输接 口分站传感器断电控制器声光报警电源箱避雷器等设备组成的系统。 国内外矿井安全监测监控技术的发展 国外煤矿监测监控技术是世纪年代开始发展起来的至今已经有四代 产品基本上年更新代产品。从技术特性来看主要是从信息传输发生 的进步来划分监控系统发展阶段的。 第代煤矿监测系统采用空分制来传输信息。年代中期英国煤矿的运输 机控制日本煤矿中的固定设备控制大都采用这种技术。波兰在年代从法国 引进技术推出了可测瓦斯风速温度等参数共个测点的系统。 煤矿监测技术的第二代产品的主要技术特征是信道频分制技术的应用。由于 采用频分制传输信道的电缆芯数大大减少很快就取代了空分制系统。其中最 具代表性且至今仍有影响的是西德公司的系统和公司的系 统。 频分制的应用体现了以晶体管电路为主的信息传输技术的发展而集成电 路的出现推动了时分制系统的发展从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监测 系统其中发展较快的是英国。年