煤礦仍然是我國的重要的能源，礦山開采的安全非常重要。井下瓦斯、粉塵富集、煤層坍塌、自然、滲水等安全隱患都給礦山的安全開采帶來了很大的威脅。解決安全問題，必須加強(qiáng)對礦井的監(jiān)測監(jiān)控。

作為能源產(chǎn)業(yè)之一的煤礦開采生產(chǎn)行業(yè)，在上世紀(jì)為我國的工業(yè)發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)。同時(shí)煤礦開采的安全問題也是大眾非常關(guān)心的話題之一，主要原因是煤礦在開采和生產(chǎn)過程中，有毒氣體甲烷會(huì)迅速進(jìn)入，對井下作業(yè)造成較大的安全隱患，因此對煤礦的瓦斯監(jiān)測也是煤礦開采工作中的重要工作之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦開采對于瓦斯的監(jiān)測也開始依靠各種監(jiān)測技術(shù)。

生產(chǎn)是人類社會(huì)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。如果生產(chǎn)中存在各種隱患，就會(huì)有各種不安全因素，使生產(chǎn)不能順利進(jìn)行。因此，安全是生產(chǎn)的必要條件。在生產(chǎn)中，只有保證安全，才能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。因此，我們首先要牢記安全的概念，我們將繼續(xù)采取實(shí)際行動(dòng)，確保安全再生產(chǎn)。在煤礦安全生產(chǎn)中，防止瓦斯超標(biāo)是十分重要的，是生產(chǎn)的主要前提，是安全的基礎(chǔ)，因此采用各種瓦斯超限防治技術(shù)，包括監(jiān)測技術(shù)。由于互聯(lián)網(wǎng)對不同監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控，可以完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和預(yù)警控制等各種任務(wù)。因此，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，瓦斯監(jiān)測與檢測系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、控制技術(shù)等技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。

一、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用

為了貫徹國家提出的“先抽后采，風(fēng)定生產(chǎn)，監(jiān)控”的十二個(gè)字方針，全國國有煤礦基本購置和安裝了安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對煤礦的自動(dòng)、連續(xù)、集中監(jiān)控。煤氣、一氧化碳、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、風(fēng)機(jī)啟停、閥門開關(guān)、報(bào)警、停電。多次避免了各種瓦斯和火災(zāi)事故。大部分礦區(qū)還實(shí)現(xiàn)了全球和省級監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，對促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)是傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電氣防爆技術(shù)和控制技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控領(lǐng)域中應(yīng)用的產(chǎn)物。它對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)效率和利用率具有十分重要的作用。

二、瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)一般由四部分組成

中心站：

（1）中心站系統(tǒng)組成 中心站由監(jiān)控主機(jī)工控服務(wù)器、系統(tǒng)監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)附件系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、中心監(jiān)控大屏系統(tǒng)、大屏幕控制軟件、大屏幕控制開關(guān)電源等組成。

（2）中心站軟件功能：監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、報(bào)警、顯示、打印，同時(shí)可以在監(jiān)控中心設(shè)置“各礦瓦斯數(shù)據(jù)監(jiān)視大屏”，對井下各分站進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控。

井下分站：

盡管各廠的監(jiān)控系統(tǒng)井下分站形式多樣，但基本上具備以下功能:

①開機(jī)自檢和本機(jī)初始化；

②通信測試

③分站設(shè)程控：實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)儀、風(fēng)電瓦斯閉鎖、瓦斯管道監(jiān)測和一般的環(huán)境監(jiān)測

④死機(jī)自復(fù)位且通知中心站

⑤接收地面中心站初始化本分站參數(shù)設(shè)置：如傳感器配接通道號、量程、斷電點(diǎn)、報(bào)警上限

和報(bào)警下限等

⑥分站自動(dòng)識別配接傳感器類型

⑦分站本身具備超限報(bào)警

⑧分站接收中心站對本分站指定通道輸出控制繼電器實(shí)施手控操作和異地?cái)嚯姟?/p>

也就是說，監(jiān)控分站的設(shè)計(jì)具有高效可靠的保護(hù)電路和程序糾錯(cuò)功能。即使變電所與地面中心站失去通信，變電站也可以繼續(xù)獨(dú)立工作，并自動(dòng)恢復(fù)內(nèi)存。根據(jù)預(yù)先給出的要求，實(shí)現(xiàn)了煤氣失電報(bào)警、斷電報(bào)警和斷電控制功能。該斷電邏輯實(shí)現(xiàn)了氣-風(fēng)閉鎖裝置和氣體斷電儀的所有功能。如果出現(xiàn)故障，分站可以在很短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)復(fù)位和重新啟動(dòng)單片機(jī)。即使變電站不能正常運(yùn)行，也可以在不影響其他分站正常工作的情況下，自動(dòng)從系統(tǒng)中移除。

通信接口

井下氣體等信息通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)傳輸，信息傳輸是地下監(jiān)測變電站的信息交換過程。信息傳輸?shù)闹饕阅苁切畔⒂傻孛嬷鳈C(jī)發(fā)送，并且在傳輸?shù)降叵卤O(jiān)視器之后，執(zhí)行各種反饋任務(wù)。

瓦斯傳感器

傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)能否正確反映被測環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵。具體地說，煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)是對煤礦生產(chǎn)、運(yùn)輸、提升、排水等環(huán)節(jié)的瓦斯、風(fēng)速、一氧化碳、煙氣、溫度等環(huán)境參數(shù)以及機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制的系統(tǒng)，并利用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行分析。處理并獲取數(shù)據(jù)。

三、氣體安全環(huán)境監(jiān)測和控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成，其主要技術(shù)指標(biāo)主要以系統(tǒng)各子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為特征。

在測控變電所的容量(輸入、數(shù)量和輸出類型)等方面，檢測精度(是反映變電站性能的主要指標(biāo)之一)，一般用全量程的相對誤差來表示。該值越小，檢測精度越高，分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間等指標(biāo)也越高。中心站具有主機(jī)類型和配置、容量、傳輸速率(數(shù)字傳輸速率越高，傳輸效率越高)。系統(tǒng)信息管理軟件具有良好的開放性、安全性、數(shù)據(jù)容量、響應(yīng)速度等指標(biāo)。

四、氣體安全監(jiān)測和監(jiān)測系統(tǒng)的類型

監(jiān)測系統(tǒng)可分為兩類：環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和工況監(jiān)測系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)可以包含幾個(gè)子系統(tǒng)。如環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可設(shè)置瓦斯突出預(yù)測子系統(tǒng)和頂板監(jiān)測子系統(tǒng)，工況監(jiān)測系統(tǒng)可設(shè)置綜合礦井監(jiān)測子系統(tǒng)和皮帶監(jiān)測子系統(tǒng)。

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于監(jiān)測礦區(qū)開挖工作面、機(jī)電室、主進(jìn)回風(fēng)道等自然環(huán)境參數(shù)。工作條件監(jiān)測系統(tǒng)一般側(cè)重于機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測。一些大型監(jiān)測系統(tǒng)通常包括環(huán)境監(jiān)測和工作條件。監(jiān)控兩個(gè)功能，適應(yīng)性更廣。

五.氣體安全環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

燃?xì)獍踩a(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式兩種。集中控制是中央計(jì)算機(jī)直接控制被控對象的系統(tǒng)。其特點(diǎn)是信息采集、分析和處理、信道管理、控制功能由地面站計(jì)算機(jī)完成。分布式多級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng).所謂分布式多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是一個(gè)分布在不同地方，以協(xié)作方式相互配合的多機(jī)系統(tǒng)。

氣體監(jiān)測和監(jiān)測分布式系統(tǒng)由多功能樹結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。樹形結(jié)構(gòu)具有簡單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于礦山安裝和施工;信息單一，系統(tǒng)規(guī)模易于擴(kuò)展，易于形成多級分布式系統(tǒng)。地面中心站只需要一根電纜直接沿井下行，而地下變電站則與這根主傳輸電纜并聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)，變電站連接非常方便靈活，可根據(jù)礦場條件靈活配置。由于變電站和變電站并聯(lián)連接，任何變電站的故障對其他變電站都沒有影響，變電站的可靠性很高。然而，當(dāng)?shù)谝缓鸵粋€(gè)變電站之間的距離很長時(shí)，阻抗難以匹配。除了樹結(jié)構(gòu)之外，分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還具有星形，公共總線類型，環(huán)形類型等。它們之間的區(qū)別在于溝通過程。

數(shù)據(jù)流有不同的路徑和模式

煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，環(huán)境條件復(fù)雜。除了一般工業(yè)企業(yè)在地面上的危險(xiǎn)和有害因素外，煤礦也有特殊的危險(xiǎn)和有害因素，一次事故的發(fā)生往往導(dǎo)致另一次事故的發(fā)生；工作場所和工作條件隨著時(shí)間和空間的變化而變化，危險(xiǎn)和有害因素的出現(xiàn)和消亡具有明顯的動(dòng)態(tài)性；一些危險(xiǎn)和有害因素相對隱蔽，難以憑感覺和直覺發(fā)現(xiàn)，必須通過儀器和特殊設(shè)備檢測。

煤礦主要事故如下:（1）瓦斯爆炸;（2）水災(zāi);（3）煤礦火災(zāi);（4）粉塵;（5）中毒和窒息;（6）高處墜落;（7）物體打擊;（8）觸電傷害;（9）機(jī)械傷害;（10）冒頂、片幫;（11）高處墜落;（12）淹溺;（13）坍塌;（14）爆破傷害;（15）火藥爆炸。

六.煤礦瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用

目前煤礦瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用已較為普遍。高瓦斯煤礦，煤和瓦斯突出礦都配備了氣體監(jiān)測系統(tǒng)。甲烷傳感器和CO傳感器與安全監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，已成為煤礦瓦斯綜合治理和煤炭自燃火災(zāi)預(yù)測的關(guān)鍵技術(shù)裝備，受到用戶和研究人員越來越多的關(guān)注。

安全監(jiān)控系統(tǒng)中的甲烷傳感器和CO傳感器：

催化燃燒式 甲烷傳感器 CH4傳感器 CH-D3簡介：CH-D3是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測元件和補(bǔ)償元件配對構(gòu)成測量電橋，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)，可燃?xì)怏w在檢測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。廣泛應(yīng)用于石化、煤礦井下等惡劣場合

另外甲烷傳感器模塊是便攜式甲烷檢測儀的核心元件，日本費(fèi)加羅FIGARO 甲烷氣體預(yù)校準(zhǔn)模塊 FSM-T-01，采用TGS2611可燃?xì)怏w傳感器配合優(yōu)化的經(jīng)典電路設(shè)計(jì)的模組，性價(jià)比高，使用簡單方便，常被廣泛用于地下礦井礦道內(nèi)甲烷濃度安全監(jiān)測以及家居燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)，為廣大人員的生命安全護(hù)航。

英國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。

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