煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)中涉及哪些傳感器和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)？

 

 

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)的要求也在不斷提高，尤其是像煤礦這樣的高危行業(yè)。近年來，煤礦企業(yè)逐步平衡生產(chǎn)與安全的關(guān)系，安全生產(chǎn)管理體系逐步完善，人民生命財(cái)產(chǎn)安全得到保障，生產(chǎn)水平不斷提高。當(dāng)然，高效的生產(chǎn)效率與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)密切相關(guān)。隨著井下工作面深度的不斷發(fā)展，安全監(jiān)測(cè)必不可少。

 

礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要由傳感器、斷電儀、載波機(jī)、傳輸線、解調(diào)器、計(jì)算機(jī)、調(diào)度顯示盤等組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前的礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)監(jiān)控終端、地面中心站、通信接口裝置、井下分站、各種傳感器等組成。其典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

 

 

傳感器與控制器

 

傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能正確反映被測(cè)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和用于煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，以及機(jī)電設(shè)備開停、機(jī)電設(shè)備饋電狀態(tài)、風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)等開關(guān)量傳感器。以上傳感器的開發(fā)和應(yīng)用基本滿足了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控的需要，但國(guó)產(chǎn)傳感器在使用壽命、調(diào)校周期、穩(wěn)定性和可靠性方面與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有很大差距，某些傳感器（如瓦斯傳感器）的穩(wěn)定性還不能滿足用戶的需要。

 

煤礦井下使用的控制器主要是指各種規(guī)格的斷電儀，其主體是由繼電器構(gòu)成，該斷電儀的壽命長(zhǎng)，可靠性高。

 

礦用監(jiān)控系統(tǒng)傳感器

 

煤礦井下各種有用、有害氣體及溫度和濕度等參數(shù)，都屬于環(huán)境參數(shù)。礦井環(huán)境參數(shù)主要有甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、井巷硐室和工作面溫度、風(fēng)量與負(fù)壓、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、二氧化硫濃度和硫化氫濃度等。

 

采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸、及通風(fēng)等各系統(tǒng)的運(yùn)行及相關(guān)設(shè)備的工作狀況稱為礦井工況參數(shù)。主要監(jiān)測(cè)的工況參數(shù)有風(fēng)筒風(fēng)量、風(fēng)門開關(guān)、輸送帶開停、煤倉(cāng)煤位、采煤機(jī)組位置、排水系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、主要通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)等工況參數(shù)。

 

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)處理電路3部分組成，有時(shí)需要加輔助電源，其組成原理如圖4-1所示。

 

 

1.智能遙控甲烷傳感器

 

智能遙控甲烷傳感器是組成監(jiān)控系統(tǒng)的一種智能型檢測(cè)儀表。它可以配接各種型號(hào)的井下分站、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置、斷電儀等設(shè)備，用于檢測(cè)煤礦井下空氣中的甲烷含量。

 

催化燃燒式甲烷傳感器 (CH4傳感器)CH-A3是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)構(gòu)成測(cè)量電橋，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)，可燃?xì)怏w在檢測(cè)元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生燃燒，載體溫度就升高，通過它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號(hào)。

 

2. 一氧化碳傳感器

 

煤礦常用的一氧化碳檢測(cè)儀器有電化學(xué)式、紅外線吸收式、催化氧化式等。國(guó)內(nèi)外煤礦廣泛使用的是電化學(xué)式一氧化碳傳感器。

 

電化學(xué)一氧化碳傳感器，同時(shí)也是一種微燃料電池元件，對(duì)檢測(cè)氣體以恒定電位，作電化學(xué)性氧化還原反應(yīng)，通過測(cè)定電場(chǎng)電流獲得氣體濃度的信息。其工作原理是，利用工作電極與對(duì)電極組成電極對(duì)，當(dāng)這對(duì)電極浸入電解液中，在電極間加上電壓會(huì)產(chǎn)生極化，若工作電極為正，對(duì)電極為負(fù)，則電解液中的負(fù)離子移向工作電極，正離子移向?qū)﹄姌O。此時(shí)，被測(cè)氣體擴(kuò)散到工作電極上，在催化劑作用下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)釋放出電荷，使工作電極與對(duì)電極的電位發(fā)生變化，產(chǎn)生電流。

 

一氧化碳傳感器就是電化學(xué)原理的傳感器，具有反應(yīng)迅速靈敏、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，經(jīng)過獨(dú)有的補(bǔ)償算法、多段標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定，亦具有長(zhǎng)壽命、高精度、高重復(fù)性和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，對(duì)于減少事故發(fā)生，有效地保障煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命安全也具有重要意義。

 

 

一氧化碳傳感器CO-AF是電化學(xué)原理的傳感器，電化學(xué)傳感器具有靈敏度高，選擇性好，低濃度輸出線性好等優(yōu)點(diǎn)，主要用在石油化工，環(huán)保，煤礦，汽車等領(lǐng)域。

 

Alphasense一氧化碳傳感器CO-AM使用成熟的燃料電池技術(shù)，一氧化碳傳感器 (CO傳感器)CO-AM主要特性：測(cè)量范圍：5000ppm ,靈敏度：55～90nA/ppm ，主要用在石油化工，煤礦，工業(yè)等領(lǐng)域。

 

CO-BF一氧化碳傳感器是電化學(xué)原理的傳感器，電化學(xué)傳感器具有靈敏度高，選擇性好，低濃度輸出線性好等優(yōu)點(diǎn)，主要用在石油化工，環(huán)保，煤礦，汽車等領(lǐng)域。

 

TGS5042是費(fèi)加羅研發(fā)的可電池驅(qū)動(dòng)的電化學(xué)一氧化碳傳感器，與現(xiàn)有的電化學(xué)式傳感器相比，有以下優(yōu)勢(shì)：電解質(zhì)是環(huán)保型的；沒有電解液泄漏的危險(xiǎn)；一氧化碳可檢測(cè)濃度高達(dá)1%，操作使用溫度范圍廣(-5?C ~ 55?C)；對(duì)干擾氣體靈敏度很低。這種傳感器具有使用壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，精度高的特點(diǎn)，是數(shù)字顯示方面為數(shù)不多的可供選擇的理想傳感器。 OEM客戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，通過每個(gè)傳感器的條形碼，可以單獨(dú)打印每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，使用戶可以避免昂貴的氣體校準(zhǔn)程序，還允許對(duì)個(gè)別傳感器進(jìn)行追蹤。 CO傳感器TGS5042采用的是標(biāo)準(zhǔn)AA電池尺寸的外形設(shè)計(jì)。 TGS5042主要應(yīng)用: 住宅與商用一氧化碳檢測(cè)儀，工業(yè)一氧化碳監(jiān)控，室內(nèi)停車場(chǎng)通風(fēng)控制，火災(zāi)報(bào)警器

 

3. 溫度傳感器

 

熱電偶、熱電阻及熱敏電阻溫度傳感器

 

將兩種不同的金屬材料焊接在一起，當(dāng)兩種不同金屬材料的兩個(gè)點(diǎn)（冷端和熱端）存在溫差時(shí)，將在金屬材料間產(chǎn)生與溫差成正比的溫差電勢(shì)，如將回路閉合，就會(huì)形成電流。電阻值與溫度成正比，基于以上原理制成了熱電偶溫度傳感器。

 

熱電阻溫度傳感器是利用某些金屬材料對(duì)溫度的敏感特性而工作的。熱敏電阻溫度傳感器可分為溫度升高時(shí)電阻值增大的正溫度系數(shù)型和溫度升高時(shí)電阻值減少的負(fù)溫度系數(shù)型，兩者都是利用半導(dǎo)體材料對(duì)溫度的敏感特性而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。

 

4 開關(guān)量傳感器

 

煤礦安全生產(chǎn)中，除了對(duì)甲烷、一氧化碳和風(fēng)速等進(jìn)行監(jiān)控外，為了隨時(shí)全面了解全礦的生產(chǎn)、工作狀況，統(tǒng)計(jì)設(shè)備利用率，還要對(duì)主要機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

 

5 觸點(diǎn)傳感器

 

觸點(diǎn)傳感器是利用接觸器或繼電器的接點(diǎn)來表示開關(guān)狀態(tài)的。接點(diǎn)有常開/常閉之分，還有接點(diǎn)容量大小、耐壓高低等指標(biāo)，使用時(shí)應(yīng)注意。利用觸點(diǎn)的動(dòng)作可以反映局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒是否被風(fēng)吹得鼓起，從而判斷局部通風(fēng)機(jī)送風(fēng)狀態(tài)。觸點(diǎn)傳感器的接點(diǎn)簡(jiǎn)單、實(shí)用，是應(yīng)用較廣泛的傳感器。

 

6 干簧管傳感器

 

干簧管是由小玻璃管內(nèi)安裝導(dǎo)磁性能的簧片制作而成。在附近無磁場(chǎng)時(shí)，簧片處于接通，當(dāng)有磁場(chǎng)靠近時(shí)，簧片被磁化產(chǎn)生磁力，使簧片（也是接點(diǎn)）由閉合轉(zhuǎn)為斷開。干簧管應(yīng)用很廣泛，將干簧管固定在井下風(fēng)門的門框上，在門上安裝一塊永久磁鐵，門在關(guān)閉位置時(shí)，干簧接點(diǎn)即可動(dòng)作。

 

7 光電傳感器

 

利用光電器件可以方便可靠地傳遞開關(guān)信息。用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的本質(zhì)安全型電源為發(fā)光二極管供電，當(dāng)被控設(shè)備接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，其光線照射光敏管而使其導(dǎo)通，此光敏管可控制非本安電路的導(dǎo)通和關(guān)斷。

 

煤礦安全環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于測(cè)量自然環(huán)境參數(shù)，如甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)速風(fēng)向、負(fù)壓、溫度、濕度、粉塵濃度等。

 

8 煤礦防爆油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

 

煤礦底部的挖煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)也是也是煤礦安全監(jiān)測(cè)的一個(gè)重點(diǎn)。設(shè)備上的油液是否正常又關(guān)乎機(jī)器的安全。煤礦防爆型油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是運(yùn)用不同的油液在線傳感器，采用合理的布局及安裝方式將其串聯(lián)在一起，并實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的集成、顯示、分析及報(bào)警設(shè)置，實(shí)現(xiàn)油液在線監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、故障診斷等。

 

煤礦防爆型油液在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集理化、污染度等多參數(shù)傳感器監(jiān)測(cè)于一體，通過內(nèi)部系統(tǒng)集成，監(jiān)測(cè)油液旁路取樣流經(jīng)測(cè)試單元后回流到油箱。多個(gè)測(cè)試單元獨(dú)立形成子系統(tǒng)，完成本測(cè)試單元的信號(hào)采集、通過內(nèi)部系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)標(biāo)定、可靠性測(cè)試等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。

煤礦安全相關(guān)知識(shí)：煤礦安全六大系統(tǒng)介紹