煤矿瓦斯监测

煤矿瓦斯监测（精选12篇）

煤矿瓦斯监测 篇1

瓦斯是煤矿安全生产的重大威胁, 《煤矿安全规程》明文规定一旦井下瓦斯浓度超标要立即停止生产, 因此煤矿井下, 尤其是工作面附近安装了很多瓦斯监测仪器。但是由于煤矿井下环境复杂多变, 的在实际应用中, 有些场合没有及时布线, 因此很多瓦斯监测仪器无法正常使用, 本论文针对井下瓦斯监测的特点展开研究, 设计了一种无线瓦斯监测仪。该无线瓦斯监测仪能够很好地满足煤矿实际需求, 保障了为煤矿的安全生产。

1 硬件模块设计

无线瓦斯监测仪主要由四部分组成:数据采集单元 (传感器和模数转换器) 、数据处理单元 (微处理器、存储器) 、数据传递单元 (无线收发器) 和供电单元。设计时, 我们充分考虑到无线瓦斯监测仪体积小、功耗低、在高组装密度下运行、制造成本低、能自动运行、无人操作、要适应恶劣环境等许多限制条件。

1.1 数据传递单元设计

CC2420的外围电路由射频输入/输出电路、晶振时钟电路和对应控制器接口电路等三部分组成。我们可以把其具体的应用电路表示为图1所示。

基于内部电路的提供依靠加晶体振荡器和两个负载电容来实现, 因此我们要求芯片本振信号必须由内外部源晶体两种具体方式来实现。而与之相关的由电容的大小对输入容抗和晶体频率参数要求很高。为了给芯片内部的PA及LNA提供直流偏置, 需要射频输入/输出匹配电路必须采用合适的阻抗, 因此要使其输入输出阻抗为50Ω。

1.2 数据采集单元设计

瓦斯的主要成分为甲烷, 所使用的传感器根据瓦斯气体对波长吸收率的特点, 来测量环境中的瓦斯浓度, 不会因为环境中的水尘含量而影响检测结果的准确性, 而且红外吸收原理性能可靠、传感器寿命长。因此本设计选用了MH-440V/D红外气体传感器, 该传感器具有体积小、集成度高的特点。集成传感器内部的温度传感器可以对元器件的温漂进行补偿。该传感器具有外围电路简单, 设计方便的特点, 可以很好的适应煤矿井下的恶劣环境。

2 监测仪软件设计

软件采用C51编写, 该系统软件的设计难点在于无线数据传递单元的程序编写, 因此本节主要描述了CC2420的软件设计。

CC2420采用SPI接口和单片机, 该接口由以下四线组成:SCLK、CS、SI、SO。片选信号CS低电平有效, 也就是说该信号有效当它被驱动成逻辑低电平。

相反, 复位信号则是高电平有效。SI、SO作为CC2420和单片机的数据接口, 实现了数据的双向传输。SCLK则是时钟信号接口, 通过高低电平来协调单片机和CC2420之间的通信关系。

下面给出了CC2420的数据发送和接收函数:

3 结束语

本设计综合考虑精度、成本等因素, 合理选用了传感器、单片机及其外围芯片, 以CC2420无线射频模块为核心, 以52系列单片机作为微型处理器, 来检测瓦斯浓度值。

综合分析了各种类型的传感器特点, 完成了监测系统的硬件电路和软件结构设计。本文所设计的监测仪外形小、集成度高、功耗低、成本低、有安全保证。

参考文献

[1]孙利民.无线传感器网络[M].清华大学出版社, 2005.

[2]李晓.无线传感器网络技术[M].北京理工大学出版社, 2007.

[3]王殊.无线传感器网络的理论及应用[M].北京航空航天大学出版社, 2007.

[4]王金龙, 王呈贵, 吴启辉.AdHoc移动无线网络[M].国防工业出版社, 2004.

煤矿瓦斯监测 篇2

一、监测监控系统是有效预防和杜绝煤矿瓦斯事故发生的重要设施，监控人员必须以高度的责任感认真履行自己的职责，严格执行《煤矿安全规程》、“煤矿瓦斯监测监控系统管理办法”和矿业公司各项规章制度，牢固树立“安全为天、以人为本”的思想，确保监测监控系统能正常运行，并发挥其安全保障作用。

二、瓦斯值班人员必须遵章守纪，持证上岗。爱护设备，遵守上机操作规程。严格执行交班制度，听从调度指挥，做好本班一切工作。

三、认真填写监测监控运行日志和异常情况汇总日报表，随时掌握采掘进度，并按及时掌握监控探头的实际位置，准确反映系统的运行情况。

四、监测值班人员发现系统无数据、数据不更新、不上传；瓦斯警报点定义不当、瓦斯曲线不正常；CO浓度超限、温度超高；主扇或局扇停止运行；风流短路或受阻、差压异常；馈断电报警等情况，必须立即通知矿业公司（煤矿）调度主任、值班领导进行隐患排查，并将所发生异常情况报告上一级调度机构，而后随时汇报处理情况和接受上级调度指出指令。

五、值班人员发现瓦斯超限报警，必须立即通知矿业公司（煤矿）调度主任、值班领导组织隐患排查，并将瓦斯超限原因、采取措

施报告上一级调度机构，而后随时汇报处理情况和接受上级调度指令。并做好详细记录。

六、监测监控系统一旦发生故障，值班人员应立即向值班领导报告。积极组织厂家和系统维修人员进行抢修，尽可能在短时间内恢复正常。发生故障超过1小时后得不到处理，应向上一级调度机构报告，并做好故障发生的时间、地点、现象、原因以及处理办法和恢复正常的记录，留档备查。

七、值班人员收到上级管理部门的“指令”和“监管处理决定书”后，必须马上报告矿业公司（煤矿）调度主任、值班领导采取有力措施认真贯彻执行。而后每隔半小时向发令部门汇报一次落实处理情况，直到异常情况消除为止。

八、值班人员必须遵守机房、调度监控室内等管理制度，不得用计算机危害公共安全、网络安全、损害公共利益或侵害他人正当权益的活动，不得传播和发送与安全生产无关的其它信息，不得安装与监测系统无关的任何程序，值班人员或其它人员不得玩游戏、播放光盘。

煤矿瓦斯监测 篇3

摘 要：在分析信息技术在煤矿瓦斯监控工作中的应用动态基础上，探讨了当前信息技术在煤矿瓦斯监测与预警应用过程中存在的主要问题，构建了基于C/S网络结构的煤矿瓦斯监测与预警系统，以期实现对煤矿工作面瓦斯含量的监测和预警。

关键词：信息技术；煤矿瓦斯监测；预警

中图分类号：P208；TP389.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0167-02

虽然当前煤矿企业通过对企业安全生产工作的整顿与改革，使得煤矿的生产作业安全性得到了明显提高，但是依然存在一定的问题。在信息网络技术快速发展的背景下，在瓦斯监控和管理工作中合理利用信息技术，已经成为了大部分煤矿保证生产安全、提高生产作业效率的重要途径。

1 信息技术在煤矿瓦斯监控工作中的应用动态

从上世纪的八十年代开始，我国已经从西方国家首次引入矿井监控系统，并在部分大型煤矿中进行了使用。之后，根据引进系统的实际使用经验以及相关的技术研发基础，相继自主开发了KJ2、KJ4 等型号的监控系统，并利用WebGIS等技术措施实现了对煤矿瓦斯信息的监测管理，极大的提高了煤矿企业的生产效率，为煤矿的安全生产提供了有效保障。但是，在实际的技术应用、操作和系统管理工作中，依然存在着一些问题，主要包括这样几个方面：

①在应用信息技术开展瓦斯监测系统构建过程中缺乏一个统一的标准技术体系，因此在不同系统之间难以进行有效的信息融合，使得系统功能扩充难以持续进行；②在监测过程中系统、线路、传感器和电源故障等容易引发预警系统错误响应的情况；③大部分煤矿使用的监控系统多为综合型，主要是通过安全参数对瓦斯进行监控，不能掌握其中的主要细节，难以进行精确的预警与决策；④系统的传感器灵敏度不足，虽然当前瓦斯传感器的类型较多，但是依然以催化燃烧式传感器为主，寿命较短、稳定性较差，容易出现信息监控不全面的情况。

2 存在的主要问题

2.1 信息技术应用管理制度不够完善

虽然我国的社会经济得到了快速发展，但是煤矿企业在利用信息技术构建瓦斯监测系统的过程中依然存在着管理制度不够健全，管理措施不够完善的问题。尤其是在一些国有大型煤炭企业快速发展的背景下，众多的中小型煤矿经营发展空间缩小，受到自身利润空间的限制，通常不会使用先进的信息技术构建对应的监测网络，这些都使得信息技术的应用质量受到限制。因此，在利用信息技术对煤矿瓦斯进行监测的过程中应该根据企业自身使用过程中存在的主要问题，制定出相应的管理制度和规范，从而保证煤矿监测、预警的目的得以实现。

2.2 企业内部对信息技术应用管理不尽合理

信息技术及以之为基础构建的内部信息网络已经成为了现代煤矿企业开展瓦斯监测及管理工作的有效方法。信息技术、系统管理制度措施等都会对监测结果和预警效果产生对应的影响。但是，煤矿企业内部的管理机制才是影响信息技术应用水平的最根本因素。就目前情况来看，我国大部分的煤矿企业内部管理机制及管理理念依然存在着较为落后的情况，并没有完全实现市场化的经营，由于受到诸多行政因素的干预和影响，也没有形成独立的管理体系，导致瓦斯监测及预警应用技术的管理工作不到位，相应的信息技术不能得到有效的应用。

2.3 信息技术的应用水平参差不齐

在应用信息技术开展煤矿的瓦斯监测及预警工作中，煤矿企业自身是信息技术的使用及管理机构。为了保证煤矿瓦斯监测与预警系统的功能得以充分发挥，必须在煤炭企业的内部构建一个成员团结、技术力量雄厚的专业队伍。但是，由于此前煤矿企业每年都有很大的生产任务，大多数的企业在任务量的压力下以追求自身利益的最大化为目的，往往会以较低成本安排一些不具备专业信息技术能力、综合素质整体能力不高的人对瓦斯监测系统及相关设备的进行操作，这些人员的专业知识和技能达不到正常的要求，影响了煤矿瓦斯监测与预警系统工作效能地充分发挥。

3 基于信息技术的煤矿瓦斯监测与预警系统

3.1 设计技术

本文在构建煤矿瓦斯监测与预警信息系统的过程中，使用WebGIS、WSN 等信息技术实现了对煤矿井下工作面瓦斯浓度等相关参数的实时在线监测，并通过设置对应的阈值对瓦斯浓度进行预警。利用信息技术对系统的功能模块进行对应的扩展，通过加强信息系统的数据管理及数据分析功能，实现了该系统综合功能的提升。

同时，在系统的具体构建过程中还重点关注了设备安装的便捷性和入手的简单性需求。在构建监测系统及网络的过程中，首先应用WSN技术可以实现对人员不能到达的危险区域的远程监控，实现对煤矿工作面瓦斯浓度的全面监控，可以在尽量减少节点移动的情况下，实现对整个工作面的覆盖；然后再将各个传感器节点监测获得的信息利用WSN网络传送到地面，实现对煤矿工作面瓦斯的监控与预警处理。在这个监控过程中，瓦斯传感器通过自由组合构建成为相应规模的网络，并将数据传送到对应的中心节点，然后由中心节点发送到各个计算机终端，借助WebGIS技术对采掘现场的瓦斯分布情况进行监测与预警。

3.2 结构设计

以信息技术在煤矿井下的应用为基础，在网络通讯等技术和设备的支持下，在煤矿瓦斯监测与预警系统的结构设计中，主要使用了监控主机设备、传感器和WSN网络，在实施监测的过程中，如果需要监测主机与网络远程对接，那么只需接入Internet网络即可实现。

监控主机设备：煤矿井下瓦斯监测与预警系统使用的是C/S的网络架构模式，终端服务设备使用SuperMapIS.net 6，即地理信息发布与开发平台，通过设备的GIS接口将二次开发获得的相关功能模块嵌入系统中，丰富该系统的功能。同时，将监控主机设备与VisualStudio 2008结合起来，实现对客户端的开发，在服务器配置工作之前及时启用，并借助SuperMap Desk pro 6对采掘区域地图进行制作，为需要监控的采矿区域提供地图目录。

WSN网络：WSN网络中包含无线传感器节点、中心节点设备及监控主机等，构建成WSN网络的主要部分。在实际的煤矿开采工作中，由于受到地质条件的限制，井下的采掘通道通常是非常复杂的，因此要保障瓦斯监控与预警工作的安全性和可靠性并不是一件容易的事情，所以很有必要在采掘通道里根据地形情况和距离的远近分别安装一定数量的报警器，并利用传感器把他们连接起来，从而形成了一个局域性的信息流通网络，之后才能将该网络检测到的瓦斯含量信息及时准确地发送到地面，从而实现对瓦斯的在线监测与预警功能。

3.3 监测与预警系统运行流程

瓦斯监测与预警流程，如图1所示。

传感器网络利用分布在采掘工作面的节点收集各个具体位置的信息，然后将获得的数据信息发送到附近的中心节点，最终将数据和具体的位置识别号发送到主机中，并在可视化的界面中实时显示采集获得的信息。之后，在地图中采取分布式的方式将井下实时情况体现出来，最后在WebGIS 服务器中对数据和设备的识别号进行存储。一旦发现检测节点的瓦斯含量超出了预先设置的阈值，主机将立即发出报警，并在系统的显示界面上显示具体的报警位置，将该信号传送到对应区域，驱动报警设备，提醒在该区域中的人员立即撤离。当主机接入Internet之后，还可以实现对应数据的共享与远程监控，从而将煤矿各个采掘工作面的数据融合起来，实现系统的联动预警功能。

参考文献：

[1] 贺晓云. 浅析信息技术在煤矿瓦斯监测及预警中的应用[J].建筑工程 技术与设计，2015，（10）.

[2] 吴永善.浅析信息技术在煤矿瓦斯监测及预警中的应用[J].电子制作，

2014，（5）.

煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制模型 篇4

中国是世界上最大的煤炭生产国，随着国民经济的快速增长，煤炭的需求量不断增长。而煤矿安全生产是我国目前亟待解决的问题之一，瓦斯和煤尘是影响煤矿安全的主要因素，为了实现安全生产，我们必须对井下瓦斯和煤尘进行严格的监测与控制。

试验表明，一般情况下煤尘的爆炸浓度范围是30～2000g/m3，而当矿井空气中瓦斯浓度增加时，会使煤尘爆炸下限降低，其变化情况如附表1所示。

本文结合附表1的监测数据，我们要按照煤矿开采的实际情况来研究和解决下列问题：

(1)根据《煤矿安全规程》的分类标准，既计算瓦斯相对涌出量和瓦斯绝对涌出量的范围来鉴别该矿是属于“低瓦斯矿井”还是“高瓦斯矿井”。

(2)根据《煤矿安全规程》的规定，不同工作面和回风巷的甲烷传感器报警浓度，断电浓度，复电浓度和断电范围，并参照附表1瓦斯浓度与煤尘爆炸下限浓度关系，来判断该煤矿发生爆炸事故的可能性有多大？

(3)为了保障安全生产，利用两个可控风门调节各采煤工作面的风量，通过一个局部通风机和风筒实现掘进巷的通风。根据各井巷风量的分流情况、对各井巷中风速的要求，以及瓦斯和煤尘等因素的影响，确定该煤矿所需要的最佳（总）通风量，以及两个采煤工作面所需要的风量和局部通风机的额定风量（实际中，井巷可能会出现漏风现象）。

2 模型的分析

在模型建立时，首先要对瓦斯的绝对涌出量和相对涌出量作以了解。

瓦斯绝对涌出量：是指单位时间内涌入采掘空间的瓦斯量（单位：m3/min）。

瓦斯相对涌出量：是指矿井在正常生产情况下，月平均生产一吨煤所涌出的瓦斯量（单位：m3/t）。

要判断该矿井属于低瓦斯矿井，还是属于高瓦斯矿井。就要根据国家《煤矿安全规程》中对瓦斯防治的规定：低瓦斯矿井瓦斯相对涌出量小于等于10m3/t且绝对涌出量小于等于40m3/min；高瓦斯矿井中相对涌出量大于10m3/t或绝对涌出量大于40m3/min。因此将此问题可以转化为计算瓦斯相对涌出量和绝对涌出量，计算出各个工作面的瓦斯绝对涌出量，判断出该矿井的瓦斯绝对涌出量的值，通过瓦斯绝对涌出量来计算瓦斯相对涌出量，并与国家标准进行比较，判断此矿井是否是高瓦斯矿井问题。

通过对实际生产数据的分析可知不会出现煤尘爆炸的现象。所以在建立模型时，我们只考虑瓦斯爆炸的情况。通过判断瓦斯浓度来计算不安全程度的大小。

问题(3)是一个最优化模型问题，要求该矿井所需的最佳（总）通风量，以及工作面和局部通风机的额定风量。对于求最佳（总）通风量，就是说在保证瓦斯在安全范围内，要求风速尽可能的小。而风速和瓦斯浓度又存在着指数关系，从而找出最佳瓦斯浓度，根据数据和图示分析计算出总风量，继续分析各个局部的风速。

3 模型的建立与求解

问题(1)：通过上述的分析以及定义，我们建立了关于瓦斯相对涌出量和绝对涌出量的公式：

(1)绝对涌出量=（风速*横截面积*瓦斯体积比*60)

(2)相对涌出量=（绝对涌出量*一天的时间*工作天数）/月生产煤总量

由公式可计算出各个工作面的瓦斯绝对涌出量如下：

工作面Ⅰ绝对涌出平均值Q1=3.794547m3/min，工作面Ⅱ绝对涌出平均值Q2=4.402101m3/min，掘进工作面绝对涌出平均值Q3=0.012339m3/min，回风巷Ⅰ绝对涌出平均值Q4=3.655376m3/min，回风巷Ⅱ绝对涌出平均值Q5=4.6948m3/min总回风巷绝对涌出平均值Q=9.75358m3/min。

注意：该矿井的瓦斯绝对涌出平均值是指总回风巷的瓦斯绝对涌出平均值，因为所有工作面的瓦斯量都会通过总回风巷流出。所以该矿井的瓦斯绝对涌出平均值为：Q=9.75358m3/min;

由矿井的瓦斯相对涌出量的计算公式可计算出该矿井的瓦斯相对涌出量：该矿井的瓦斯相对涌出平均值为：q=23.196404641m3/t;

问题(2)：因为我们判断该矿井为高瓦斯矿井，即采煤工作面Ⅰ与采煤工作面Ⅱ瓦斯浓度不应超过1.0%，回风巷Ⅰ与回风巷Ⅱ及掘进工作面的瓦斯浓度都不应超过1.0%。

因为该矿井的爆炸可能是由瓦斯爆炸和煤尘爆炸两方面引起的，而且瓦斯的浓度又影响煤尘爆炸下限，但是根据提供的数据及附件2的内容可知煤尘爆炸的可能性为0。因此考虑煤矿爆炸可能性只与瓦斯爆炸可能性有关。而引起瓦斯爆炸的条件中引火温度和氧气浓度是客观满足的，于是，只要瓦斯浓度达到爆炸条件将必引起爆炸。所以，我们用瓦斯浓度来刻画爆炸可能性程度。

我们可以根据层次分析法对各个瓦斯浓度阶段进行爆炸可能性评估，即可得下表2。

根据附表2中的工作面Ⅰ、掘进工作面、回风巷Ⅰ、总回风巷中的瓦斯浓度及上表可知工作面Ⅰ、掘进工作面、回风巷Ⅰ、总回风巷他们的不安全程度为0。

所以不安全程度计算公式为：（A*1+B*50%+C*35%+D*10%+F*5%)/N

A为一个月瓦斯浓度大于1.0%的个数，B为一个月瓦斯浓度在0.95%～1.0%的个数，C为一个月瓦斯浓度在0.90%～0.95%的个数，D为一个月瓦斯浓度在0.85%～0.90%的个数为一个月内测量瓦斯浓度总次数，F为一个月瓦斯浓度在0.80%～0.85%的个数，N为一个月内测量瓦斯浓度总次数；

所以，工作面Ⅱ的不安全程度为22.94%，回风巷Ⅱ的不安全程度为41.89%，由此看来工作面Ⅱ的不安全程度为22.94%，相对比较安全。而回风巷Ⅱ的不安全程度为41.89%，不安全系数较大，要加强防治。

问题(3)：通过分析所给信息，我们可以看出当瓦斯浓度升高到最大值1.0%时，煤尘爆炸下限浓度为（15g/m3～25g/m3），但是在一个月内，煤尘的最大浓度不超过10g/m3，所以在建立模型时将不再考虑风速和煤尘的关系。我们分析了数表（2）风速和瓦斯之间的关系，通过MATLAB拟合出了风速和瓦斯浓度之间的指数关系式为C=0.6032+467.3996*e-3.5877v，从关系表达式可知，当瓦斯浓度达到0.6032%时，再提高风速，将对瓦斯的浓度没有明显的影响。因而可将0.6032%定为瓦斯的最安全浓度，在此条件下计算出的总通风量为最安全和最佳总通风量。因而可建立模型：

瓦斯流入量=瓦斯流出量

即掘进工作面的平均瓦斯流出量+回风巷Ⅰ的平均瓦斯流入量+回风巷Ⅱ的平均瓦斯流入量

=总回风巷瓦斯的平均流出量

掘进工作面瓦斯浓度的均值*速度(v)*横截面积(s)*时间(t)+回风巷Ⅰ瓦斯浓度的均值*速度(v)*横截面积(s)*时间(t)+回风巷Ⅱ*速度(v)*横截面积(s)*时间(t)=总回风巷的速度(v)*0.6032*横截面积*时间(t)

得出V=5.63m/s;

即而得出最优通风量=5.63*24*3600*5=2432160m3/每天。

对于各个工作面与各个回风巷的最佳风速可建立模型为：

瓦斯均值*速度均值=V*0.6032

利用模型可计算出采煤工作I的最佳风速为V=2.623854采煤工作面II的最佳风速V=3.041033;

回风巷II的最佳风速V=3.243474；掘进工作面的最佳风速V=0.85317。

平均风速与最优风速如下表3。

因此可得到增加值与额定风量的关系：

回风巷I风量的增加值+回风巷II风量的增加值+局部通风机额定风量=总回风巷风量的增加值

(2.527806-2.107333)*4+(3.243474-2.120444)*4+局部通风机额定风量=(5.63-5.196444)*5

局部通风机额定风量为：4.0062m3/s=240.3720m3/min

局部通风机额定风量在150m3/min～400m3/min内符合安装局部通风机的要求。各个工作面和回风巷的风速也符合附件中一百零一条对风速的要求。因此，由此得到的通风量为最佳通风量。

4 模型评价

该论文所建立的模型比较简单，利用的软件是常用的办公软件，特别是层次分析法给出的标准化更容易理解。文章通过分析数据之间的关系，找到了风速与瓦斯浓度之间存在着指数关系。由于只考虑了浓度的最优，因而有可能浪费一部分不必要的通风量，使所得的通风量可能会偏大，但考虑在实际中存在间隙，误差也会有在一定程度上减小。风速越大，煤尘浓度越大，瓦斯浓度越小，并且煤尘和瓦斯浓度之间存在着一定的关系，然而，我们在建立模型时把它忽略了。而实际中它们是不能忽略的。

参考文献

[1]钟诚等.全国煤炭安全技术培训通用教材[M].北京:煤炭工业出版社,1996.10.

[2]安维默.用Excel管理和分析数据[M].北京:人民邮电出版社,2004.6.

[3]张志涌.精通MATLAB6.5[M].北京:航空航天大学出版社,2003.8.

煤矿瓦斯监测 篇5

用 户 使 用 手 册

第一章，安装部分

1.系统登陆

1，首选要检查一下系统所必备的程序在不在。打开控制面板—>管理工具里边有没有如下产红色圈里的项目，如图：

如果没有，你需要找到你的WINDOWS系统盘来通过控制面板的添加删除程序来安装此程序； 2，如果第一步没有任何问题，你需要确认你的系统是事已经安装了微软公司的.NET框架的Framework 1.1程序，切记：IIS的安装一定要在Framework 1.1程序之前。安装完在控制面板—>管理工具里有如图所示的程序：

3,完成前两步后，你就可以将程序包拷贝到你所要安装的目录文件夹，（最好放在C盘以外的其它盘）然后对其右键执行WEB共享，如下图所示：

然后点击如图圈里先项会出现如图所示

接下来只要点上图的确定按纽就可以了；

4，接下来我们回到控制面板—>管理工具打开IIS（全名：Internet 信息服务(IIS)管理器）,会如图所示：

然后对其右键属性出现如图所示：

接下来按照图中点击图中主目录后会出现如图所示：

按照图中所示把目录设为程序所在根目录就可以了；

5，在客户机上都要安装IE6.0才能使用该程序，如果您的IE还不是6。0版本，请您与管理员联系，让他来更新您的IE版本；

如果你的已经是IE6。0，您现在就可以在IE地址栏里输入程序所在服务器的IP；如：我的服务器的IP为:http://219.150.157.201你就可以打开程序并使用了；如下图：

现在您就可以使用该项系统了；

第二章，使用部分

1.系统登陆

当用户在IE浏览器地址栏中输入本系统服务器地址，就进入了本系统的登陆界面。如图1－1－1所示：

图1－1－1登陆窗口

当用户在登陆框中正确的输入自己的用户名和密码点击“用户登录”就可正常进入该系统进行操作。如图1－1－2所示：

图1－1－2登陆演示窗口

1）用户验证：由于用户名和密码是验证用户身份的唯一标志，所以登陆时不得为空。各使用用户请牢记自己的用户名和密码，如登陆系统时用户名和密码输入错误或为空，系统将出现以下提示，如图1－1－3所示：

图1－1－3登陆错误窗口

2）权限设置：不同的用户拥有不同的权限约束，所有用户都由系统管理员进行管理(创建并授权)。当有新用户使用本系统，可以根据需要向系统管理员提出申请，由系统管理员创建用户并根据用户的具体情况授予适当的使用权限。本系统共有4类用户，分别为：系统管理员，矿局用户，矿区用户和矿井用户。系统管理员具有管理本系统最高权限，可对系统所有数据进行浏览，添加，修改及删除，并具有管理系统其他所有用户的权限。矿局用户只具有浏览该矿局以下所属各矿区及矿井数据的权限，但不可以进行修改和删除。矿区用户只具有浏览该矿区以下所属各矿井数据的权限，不可以进行修改和删除。矿井用户只具有浏览本矿井数据的权限，也不可以进行修改和删除。

2.系统操作主界面

由于不同用户拥有不同的权限约束，所以各类用户登陆进入系统的主界面也有所不同。用户验证成功后系统进入操作主界面。如下图所示： 1）系统管理员操作主界面：

图2－1系统管理员操作主界面

2）矿局用户系统操作主界面：

图2－2矿局用户系统操作主界面

3）矿区用户系统操作主界面：

图2－3矿区用户系统操作主界面

4)矿井用户系统操作主界面：

图2－4矿井用户系统操作主界面

当用户点击系统左上角自己的用户名，便可对个人信息进行修改。如图2－5所示：

图2－5用户维护

修改页面如图2－6所示：

图2－6用户修改

当用户点击系统左上角的用户注销时，如图2－7所示，用户将自动退出本系统，返回到登陆页面，如图1－1－1所示：

图2－7用户注销

本系统共分为七大模块：实时监控、数据查询、图例查询、数据报表、参数管理、系统设置、在线帮助。每一个模块下又分了若干子功能，下面针对每一功能模块进行详细的描述。

3.模块功能描述

1）实时监控：系统默认的功能模块，根据用户的权限设置，系统自动对各个矿区的实时采集到的数据进行全屏显示，并且每15秒钟刷新一次，该模块共分3个子功能实时数据、设备信息、报警监控。·实时数据：从客户端采集到的最新的传感器监测数据，可以根据树型目录结构进行选择查询，并具有权限和所属矿区的约束。如图3-1-1所示。

图3－1－1实时监控

·设备信息：主要查看传感器的基本信息，根据左边的树型结构列出的矿区和矿井，点击后就在右边窗口中显示所选矿井下所有传感器信息和设备统计表。如图3－1－2所示：

图3－1－2传感器信息

·超限监控：根据用户所属矿区，系统自动对本矿区的实时采集到的报警数据进行全屏显示，并且每15秒钟刷新一次。如果有报警数据就出现一条报警记录，并伴有报警声音，一直鸣叫，直到报警结束，人工进行标记。

·故障监控：自动采集各矿区产生故障的时间及原因，进行记录，实现对各矿区进行实时监控，以便更好的解决故障。如图3－1－3所示：

图3－1－3故障监控

2）数据查询：该本系统具有对采集到的数据进行保存的功能，以便用做历史查询。本模块可用做对历史数据，报警数据及报警处理的查询。

·历史数据：可以查询某矿区或某个传感器所有历史数据。

矿井名为必要查询条件，如不选择具体矿井将出现以下情况。如图3－2－1所示：

图3－2－1无矿井编号

查询条件包括：矿井编号，日期及传感器安装位置。如图3－2－2所示：

图3－2－2查询方法

当正确选择了矿井名，日期及传感器安装位置，便可查询到想要的历史数据了。如图3－2－3所示：

图3－2－3历史数据查询

·报警数据：可以查询某矿区或某个传感器所有报警数据。

矿井编号仍然为必要查询条件，如不选择具体矿井，将会出现如图3－2－1类似情况。

本功能需要2个查询条件：矿井编号及日期。当用户选择了具体矿井及日期，如该矿井当天无报警数据则显示为空，如当天有报警数据，则显示如图3－2－4所示：

图3－2－4报警数据查询

·报警处理：可以查询某矿区或某个传感器报警数据的处理结果和意见。

矿井编号仍然为必要查询条件，如不选择具体矿井，将会出现如图3－2－1类似情况。

本功能需要2个查询条件：矿井编号及日期。当用户选择了具体矿井及日期，如该矿井当天无报警数据则显示为空，如当天有报警数据，则显示报警处理结果。如图3－2－5所示：

图3－2－5报警处理意见

点击意见可以添加对报警数据的处理意见。如图3－2－6所示：

图3－2－6报警处理意见

3）图例统计查询：该模块可实现将系统所采集到的实时数据以图例的形式表现出来的功能。图例包括：曲线图，柱状图和巷道图。绘制图例仍需3个条件：矿井编号，日期，传感器安装位置，如图3－2－2所示。

·全天曲线图：将系统采集到的某矿全天数据以曲线的形式表现出来。如图3－3－1所示：

图3－3－1曲线图

·全天柱状图：将某矿系统采集到的全天数据以柱状图的形式表现出来。如图3－3－2所示：

图3－3－2柱状图

·小时曲线图：将某矿系统采集到的某个小时内的数据以曲线图的形式表现出来。如图3－3－3所示：

图3－3－3小时曲线图

·小时柱状图：将某矿系统采集到的某个小时内的数据以柱状图的形式表现出来。如图3－3－4所示：

图3－3－4小时柱状图

·巷道图：如图3－3－5所示：

图3－3－5巷道图

4）图例报警统计：该模块可实现将系统所采集到的报警数据以图例统计的形式表现出来的功能。图例包括：超限状态统计，超限时长统计，超限矿井统计，报警年统计，报警月统计；

·超限状态统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某个月内的报警数据按报警状态以饼状图的形式表现出来。如图3－4－1所示：

图3－4－1超限状态统计[矿局]

图3－4－2超限状态统计[矿区]

图3－4－3超限状态统计[矿井]

·超限时长统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某个月内的报警数据按报警时长以饼状图的形式表现出来。如图3－4－4所示：

图3－4－4超限时长统计[矿局]

图3－4－5超限时长统计[矿区]

图3－4－6超限时长统计[矿井] ·超限矿井统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某个月内的报警数据按报警矿井以饼状图的形式表现出来。如图3－4－6所示：

图3－4－6超限矿井统计[矿局]

图3－4－7超限矿井统计[矿区]

图3－4－8超限矿井统计[矿井] ·报警年统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某一年内的报警数据按报警次数以饼状图的形式表现出来。如图3－4－9所示：

图3－4－9报警年统计[矿局]

图3－4－10报警年统计[矿区]

图3－4－11报警年统计[矿井] 22

·报警月统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某一月内的报警数据按报警次数以饼状图的形式表现出来。如图3－4－12所示：

图3－4－12报警月统计[矿局]

图3－4－13报警月统计[矿区]

图3－4－14报警月统计[矿井]

5）数据报表：该模块将系统所采集到的数据统计整理成报表形式，方便用户浏览及打印。数据报表包含3个子模块，分别为：矿井日报表，报警日报表及报警月报表。

·矿井日报表：根据所属矿井记录每一小时数据的最大值，最小值，平均值及报警次数。如图3－5－1所示：

图3－5－1矿井日报表

·报警日报表：根据所属矿井显示查询日期当天所有报警数据。如图3－5－2所示：

图3－5－2报警日报表

·报警月报表：根据所属矿井显示该矿井在当前月所累积的报警数据。如图3－5－3所示：

图3－5－3报警月报表

6）参数管理：该功能只对具有管理员权限的用户可见。管理员用户通过该模块可对本系统所使用的各类参数进行添加，浏览，修改及删除等操作。·计量单位：如图3－6－1-1所示：

图3－6－1-1计量单位

单击修改后的界面

图3－6－1-2修改计量单位

·传感器编码：如图3－6－2所示：

图3－6－2传感器编码

·传感器类别：如图3－6－3所示

图3－6－3传感器类别

·传感器状态：如图3－6－4所示：

图3－6－4传感器状态

管理员用户可以对参数进行添加，如图3－6－5所示：

图3－6－5参数添加

管理员用户还可对参数进行修改，如图3－6－6所示：

图3－6－6参数修改

7）系统设置：本模块也是只对具有管理员权限的用户可见。系统管理员通过该模块可实现对矿井、矿区、矿局的维护，还可实现用户管理，登陆日志管理及短信设置的管理等功能。

·矿井维护：系统管理员通过该功能可对各矿井数据进行添加，浏览，修改及删除等操作。如图3－6－1所示：

图3－7－1矿井维护

·矿区维护：系统管理员通过该功能可对各矿区数据进行添加，浏览，修改及删除等操作。如图3－6－2所示：

图3－7－2矿区维护

·矿局维护：由于本系统只隶属于伊川县煤炭局，所以该模块只实现对矿局信息的修改功能。如图3－6－3所示：

图3－7－3矿局维护

·用户管理：系统管理员通过该模块可实现对所有用户的管理功能，可根据需要添加，修改或删除不同权限的用户。如图3－6－4所示：

图3－7－4用户管理

·登陆日志：记录各用户登陆的时间，IP地址，分别管理员进行管理。如图3－6－5所示：

图3－7－5登陆日志

·短信设置：实现将报警信息及时方便的传送到各矿区领导手机上的功能。具体设置如图3－6－6所示：

图3－7－6短信设置

8）审核校验：本模块也是只对具有管理员权限的用户可见。系统管理员通过该模块可实现对矿井、矿区、矿局数据进行正确与否的校验，以方便管理员快速定位出错数据、查找出错原因进行对系统监控的维护操作。

·矿井编号校验：系统管理员通过该功能可对错误的矿井编号进行审核校验操作。如图3－8－1所示就是对矿井编号为05130101的错误进行校验的结果：

图3－8－1矿井编号审核校验

·传感器编码校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器编码进行审核校验操作。如图3－8－2所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－2传感器编码审核校验

·传感器类别校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器类别进行审核校验操作。如图3－8－3所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－3传感器类别审核校验

·传感器状态校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器类别进行审核校验操作。如图3－8－4所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－4传感器状态审核校验

·传感器编号校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器编号进行审核校验操作。如图3－8－5所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－5传感器编号审核校验

·计量单位校验：系统管理员通过该功能可对错误的计量单位进行审核校验操作。如图3－8－6所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－4计量单位审核校验

9)在线帮助：本模块主要为用户提供使用帮助及一些特色服务，如软件下载，留言板，新闻动态及巷道图的上传。

·操作手册：以图文结合的方式给各使用用户提供帮助，为用户进行正确指导，以便用户能更好的使用本系统，使用手册即本页面。如图3－9－1所示：

图3－9－1操作手册

·软件下载：本页面主要提供一些常用软件的下载。

·留言板：各系统用户可将自己的意见或建议发表在留言板上，也可在工作之余进行相互交流。这样既有利于系统管理员收集大家的意见，也可方便各用户之间的交流。如图3－7－2所示：

图3－9－2留言板

用户点击“发表留言”按钮即可将留言发布在留言板上了。本留言板还提供多种表情及头像可供选择。如图3－9－3所示：

图3－9－3发表留言

点击右上角的超级管理则弹出管理员登陆页面。如图3－9－4所示：

图3－9－4超级管理登陆

在正确输入管理员帐号和密码后，系统将进入超级管理员管理页面。管理员可在此修改留言板的设置，如改变背景色或边框色，也可对用户留言进行回复或删除。如图3－7－5所示：

图3－9－5留言板管理

·新闻动态：用户可自行浏览，添加或维护近期的新闻与动态，而且不同的用户。如图3－9－6所示：

浅析煤矿瓦斯监控系统 篇6

关键词：煤矿瓦斯监控系统

0引言

我国矿井瓦斯监控技术经历了从简单到复杂、从低水平到高水平的发展过程。从新中国成立初期到20世纪70年代，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定仪、风表等携带式仪器检测井下环境参数。20世纪60年代初期，我国开始研制载体催化元件，随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展，特别是大规模集成电路、微型计算机的广泛应用，使监控技术进入了新的发展时期。20世纪70年代瓦斯断电仪问世，装备在采掘工作面、回风巷道等井下固定地点，实现了对瓦斯的自动连续监测及超限时自动切断被控设备的电源。随后，陆续研制了便携式瓦斯检测报警仪、瓦斯报警矿灯。1983年至1985年，从欧美国家先后引进了数10套监控系统及配套的传感器和便携式仪器装备煤矿矿井，并相应地引进了部分监控系统、传感器和敏感元件制造技术，由此推动了我国矿井安全监测监控技术的发展进程。1983年以后，国内有多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定，逐步实现了对矿井安全、生产多种参数的连续监测、监控、数据储存和数据处理。近几年，随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家推出了多种监控系统，监测管理系统由早期的地面单微机监控已发展到网络化监测监控，以及不同监测监控系统的联网监测，完成监控数据的采集、传输、处理及预警控制。

1煤矿瓦斯监控系统的结构组成

1.1中心站

1.1.1中心站系统组成中心站由监控主机工控服务器、系统监控软件、网络附件系统、电源系统、网络打印机、中心监控大屏系统、大屏幕控制软件、大屏幕控制开关电源等组成。

1.1.2中心站软件功能监控主机服务器可以进行数据存储、报警、显示、打印，同时可以在监控中心设置“各矿瓦斯数据监视大屏”，对井下各分站进行监测监控。主要功能有：①简单配置功能。地面可对井下分站、传感器的数量、类型、参数、安装地点等进行设置o②丰富的图形功能。各种瓦斯监测数据动态图形、柱状图、实时曲线、历史曲线显示。③用户根据实际情况自行设计实用的报表功能。软件可自动生成报表，报表内容、起止时间可由用户设定。④可靠的存储功能。软件可根据具体要求定时存储一组数据。⑤进行实时数据、实时曲线、实时报警数据、实时断电数据查看，历史数据显示，历史曲线、历史报警数据、历史断电查看，其它历史故障、传感器标定、传感器设置、数据传输设置。

1.2井下分站尽管各厂的监控系统井下分站形式多样，但基本上具备以下功能：①开机自检和本机初始化：②通信测试；⑨分站设程控(实现断点仪、风电瓦斯闭锁、瓦斯管道监测和一般的环境监测)：④死机自复位且通知中心站；⑤接收地面中心站初始化本分站参数设置(如传感器配接通道号、量程、断电点、报警上限和报警下限等)：⑥分站自动识别配接传感器类型(电压型、电流型或频率型等)；⑦分站本身具备超限报警；⑧分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作和异地断电。

监控系统的软件设计主要解决煤矿井下采区现场监控设备的注册，具有数据的接收、转发、管理、发布和远程控制等功能。监控软件的结构和功能分以下几个模块：注册模块、数据接收模块、数据转发模块、数据存储处理模块、数据管理模块、数据发布模块、远程控制模块。

1.3通信接口井下瓦斯等信息采用分时多路复用技术传输，信息的传输是井下监控分站的信息交换过程。信息传输的主要表现为：信息下发是由地面主机产生的，传输到井下的监控仪处理后，执行各种反馈任务。井上、井下信息传输设备接口通常采用RS485通信协议和CAN总线通信。RS485采用差分平衡式无地线传输方式，数据传输质量高，抗干扰能力强，符合欧洲工业标准。随着CAN总线技术的发展，分站通过CAN总线中心站计算机进行数据通讯，能够满足矿井监控系统对监控分站的要求。

1.4瓦斯传感器传感器的稳定性和可靠性，是煤矿监测监控系统能否正确反映被测环境和设备参数的关键。催化的燃烧型瓦斯传感器是当前煤矿使用最广泛、最普通的瓦斯传感器，是煤矿用来监控矿井瓦斯动态的有效工具。随着其技术的发展与完善，该类型仪器近年来发展迅猛，产品种类繁多，从报警矿灯、便携式瓦斯报警仪到安全监控系统中的低瓦斯传感器，现已占据了煤矿瓦斯检测的主导地位。

2煤矿瓦斯监控系统存在的问题及其解决措施

在安全监控系统方面，计算机硬件采购投入大，软件投入少；信息平台已建立，但没有有效利用各类信息。目前，在我国煤矿安全监测行业，煤矿安全监控系统并没有统一的通信协议，系统各自处于封闭状态。系统间无法实现信息资源共享，很难实现更高级别联网及实行监控和管理。

因此，煤矿瓦斯监控系统不应仅仅限于能实现监测监控，还应研发出能根据被监测环境地点的参数进行有效危险性判别、分析并提出专家决策方案的新软件。同时系统应用软件应向网络发展，按统一格式提供监测数据，针对通信协议不规范和传输设备物理协议不规范的情况，应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径，或制定相应的专业技术标准。这对促进矿井监控技术发展和系统推广应用均具有重要意义，同时研制高可靠性瓦斯传感器、强化技术培训等等、提高现场管理和对监测系统的维护水平等等，都能很好的确保系统的正常运转。

3结束语

煤矿瓦斯监测 篇7

关键词：MQ-2,瓦斯,AT89S52,LCD

事实证明, 在甲烷监测管理工作中最为有效的现代化手段就是运用煤矿瓦斯监测系统, 甲烷事故在装备过监控系统的煤矿中较少发生。瓦斯监控系统保障了煤矿的安全生产并且提高了生产率, 其对于整个煤矿生产系统的自动化程度及管理水平现代化的提高都有着重要的作用。所以这种现代化及具有高精确性的瓦斯监测系统对煤矿安全生产、减少事故发生率及减少生命财产损失都具有深远意义, 其具有着十分广阔的市场应用前景。

1 系统设计方案

1.1 本设计中完整的瓦斯监测系统由以下五个模块组成

(1) 气体传感器:能感知周围环境中瓦斯气体浓度值的敏感元件, 它能将气体体积分数转化成对应电信号。

(2) A/D转换:能够将气体传感器输出的模拟信号转化为数字信号。

(3) 按键设置:根据需要设定气体浓度的上限, 并可以实现气体浓度记录的查询。

(4) 显示单元:根据测量信号与按键信号, 由单片机将待显示的数据进行数据传输给显示处理模块进行显示。

(5) 报警器:当监测气体浓度超出设定报警值时, 蜂鸣器发出报警。

1.2 主要模块器件的选择

(1) 主控器件

随着科学技术的发展, AT89S52常被用作控制器, 通过编程来控制输出电平的高低。AT89S52是8位单片机, 软件编程时编写方便, 多种算术算法及逻辑控制都可以通过编写程序实现。并且AT89S5具有体积小、硬件实现简单、安装方便的优点, 在编程和外围电路的配合使用方面的技术都已日趋成熟。因此本系统选择AT89S52作为主控芯片来实现监测瓦斯气体的功能。

(2) 气体传感器

气体传感器是一种可将气体的成份、体积积分数等信息转换成可以被人员、计算机、仪器仪表等识别的信息的装置。对以上几点的综合考虑, 本系统选择MQ-2气体传感器。MQ-2气体传感器对甲烷、丙烷、氢气、天然气及其它可燃气体的敏感度高。该传感器可检测多种可燃性气体, 是一种适合多种场合应用的低成本传感器。

2 硬件设计

2.1 单片机最小系统电路

单片机包括时钟电路和复位电路, 其中复位电路设计的好坏将直接影响到整个系统工作的可靠性, 时钟电路为系统提供基本的时钟信号。

2.2 时钟电路

单片机的晶振所提供的频率越高单片机的运行速度越快, 单片机每条指令的实现都与晶振密不可分。根据单片机的工作频率的范围来选择晶振。

2.3 气体检测电路

MQ-2气体传感器的气敏元件由测量电极、微型AL2O3陶瓷管、Sn O2敏感层及加热器构成。传感器内部敏感元件被固定于塑料腔体内, 气敏元件正常工作所需要的环境条件由加热器提供。

2.4 显示电路

1602字符型液晶是一种可以同时显示字母、数字及符号等的点阵型液晶模块。其由若干个5*7或5*11等点阵字符位组成, 其中每一个字符都可由一个点阵字符位显示。每位及每行之间都有一个点距的间隔, 可以起到字符间距和行间距的作用。

3 软件设计

本系统采用的是查询方式实现浓度监测的目的。主要包括四段程序的设计:A/D转换, 液晶屏的驱动程序, 浓度设定与查询以及报警程序。

供电后, 系统各模块进行初始化。气体传感器MQ-2进行气体的检测, ADC0832将相应的模拟信号转换为数字信号传送给单片机。根据实际情况判断是否设置浓度的上限值, 若需要则通过按键设置, 否则不设置, 不管是否设置都将在LCD1602显示。当气体的浓度超过上限值时, 报警器报警。进而判断是否需要查询前段时间气体的浓度的范围, 若查询则LCD显示浓度的最大值与最小值, 否则LCD显示此时的气体浓度与设置的上限值。MQ-2气体传感器是可将外界气体浓度转化为模拟信号输出, 但必须经过模数转化成数字信号才能传送到主控部分, ADC0832可以实现模拟信号到数据的转换。

当有查询需要的时候, 先判断是否按下查询按键, 若按键按下则应在进行去抖处理之后再此判断此键是否按下, 确定后调用查询程序来实现查询数据的功能。LCD1602在本系统中既显示气体的浓度, 按键设置的浓度又实现记录查询后气体浓度的上下极值。

运行程序后, 气体传感器MQ-2即可对浓度进行采集, 并送LCD液晶屏显示。我们可以通过按键设置浓度上限值, 当采集到的外界浓度高于当前所设定浓度上限值时, 程序就会进入报警子程序, 触发蜂鸣器进行报警。

4 系统调试

4.1 电路的仿真与调试

首先检查程序中的端口是否与电路图一直, 若没有则更改程序中的端口的引脚。其次将程序导入单片机中, 各个模块检测是否能实现其功能。最后整体检测系统的功能, 比如按键实现浓度的设置与查询。

模块检测常遇到的问题有:LCD1602不能显示, 按键只有一部分可以实现其功能, 查询功能实现不了。因此在程序设计时下功夫, 多调试几次直至出现仿真, 实现功能。

4.2 硬件的调试

按照电路图将元器件焊接在万用板上, 首先用眼观测是否存在虚焊, 如有则重新焊接, 保证没有虚焊的存在。其次用万用表检测电路是否全部导通, 若存在不通点, 则需要更改器件或线路。最后检查显示模块, 温度设置模块, 加热模块和温度采集模块。

5 结束语

在完成LCD液晶显示器的显示以及单片机在完整系统中的运用, 使我们能够体验到单片机在现代控制技术发展的应用, 同时也使我们的动手能力与思维能力有所提高, 为以后在工作岗位上更好地工作奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]董川.煤矿瓦斯监测新技术.化学工业出版社.2010.07

[2]刘西青.论国内煤矿瓦斯监控系统现状与发展[M]山西.煤炭出版社.2006年

[3]曾勇, 吴财芳.矿井瓦斯涌出量预测的模糊分形神经网络研究[J].煤炭科学技术, 2004, 32 (2) :32.

[4]马丕梁, 蔡成功.我国煤矿瓦斯综合治理现状与发展战略[J]煤炭科学技术2007年12期

煤矿瓦斯监测 篇8

瓦斯爆炸是影响煤矿安全生产的重要因素之一,因此,对瓦斯浓度的实时监测非常重要。目前,一般的瓦斯监测系统测量精度低、稳定性及实时性差,而测量精度高、稳定性及实时性强的瓦斯监测系统的开发和使用维护费用又较高。鉴此,笔者选用现今嵌入式开发主流使用的FPGA器件及GJC4型矿用低浓度瓦斯传感器开发了一种瓦斯监测系统,该系统具有监测精确度高、稳定性好、响应速度快、调试运行费用低等特点。

1 系统总体设计

基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统结构如图1所示。

该系统具有以下功能:(1)准确地监测井下瓦斯浓度并实时显示数据;(2)当瓦斯浓度超标时既能实现井下报警又能实现地面中心站的报警;(3)当瓦斯浓度超标时能及时关断近、远程设备电源。

FPGA采集站安装在煤矿井下,负责采集相关数据、处理数据,并在瓦斯浓度超限时启动报警和通风装置及切断电源。为适应FPGA采集站与上位机之间的长距离传输,在两者之间装有信号中继器,以增强信号。上位机负责报警浓度值的设置、接收并存储FPGA采集站送来的数据,以便对煤矿井下瓦斯浓度的变化进行分析。

2 系统硬件设计

2.1 FPGA的选型

综合考虑系统所用的门电路、宏单元数及I/O引脚数后,选择Altera公司生产的Cyclone系列FPGA器件。Cyclone系列FPGA器件采用一种全新的低成本架构;可实现NiosⅡ嵌入式处理器;通过向NiosⅡ处理器指令集中增加定制指令可以加速软件算法(定制指令可以在1个时钟周期内完成复杂的处理任务);支持一系列串行总线接口,如SPI、I2C、IEEE1394标准和通用串行总线(USB);支持多种通信协议[1,2],如表1所示。

2.2 液晶显示屏

该系统采用有机电致发光器件(Organic Light Emitting Device,OLED)SSD1303T6显示瓦斯浓度。SSD1303T6是晶门科技有限公司采用TAB封装的单色OLED模组,支持的最大分辨率为132×64,可以显示4色区域色,并可编程实现256灰度,可水平滚动显示数据[3]。

2.3 传感器的选型

GJC4型矿用低浓度瓦斯传感器是在有煤层及瓦斯爆炸危险环境中使用的低浓度瓦斯气体本质安全型传感器。该传感器是采用热催化元件制成的固定式智能瓦斯测量仪器,具有瓦斯浓度超限声、光报警及多种信号输出制式等功能,可与矿井安全监控系统配套使用;该传感器能自动地将检测到的瓦斯浓度转换成标准的电信号输送给矿井安全监控系统,从而实现测量值的传输、显示、数据采集、通断控制等功能。该传感器的主要技术指标:

整机工作电压:9~24 V DC(本质安全电源);

测量范围:0.00%~4.00%CH4;

基本测量误差:

0.00%~1.00%CH4±0.10%CH4;

1.00%~2.00%CH4±0.20%CH4;

2.00%~4.00%CH4±0.30%CH4。

2.4 上位机

基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统在运行时通过UART与上位机通信,上位机中装有与该系统通信的串口通信软件,故可直接使用上位机设定瓦斯上、下限浓度值,不需要额外设计键盘电路。

3 系统软件设计

基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统软件由NiosⅡ处理器、分频模块、数据采集模块、显示模块、报警及控制模块组成,各模块功能采用VHDL语言描述。该系统主程序流程如图2所示。

3.1 NiosⅡ处理器

由于FPGA是可编程的,在FPGA上实现的NiosⅡ处理器可以根据设计者的需要对其特性进行剪裁,使其符合性能和成本要求。该系统的NiosⅡ处理器是用QuartusⅡ软件中的SOPC Builder系统开发工具设计完成的,其结构如图3所示[4]。

3.2 分频模块

该系统要求1 s刷新显示1次检测结果,所以首先要对输入的50 MHz的时钟脉冲进行分频[5]。分频代码如下:

3.3 数据采集模块

数据采集模块[6]程序流程如图4所示。当瓦斯浓度信号从AD转换器输出之后调用FPGA片上资源实现片上FIFO缓存,由于AD转换器的采样频率与SRAM的读写频率不一致,所以采用读写时钟不同的异步FIFO,以达到数据缓存和转换时钟域的双重目的。将采集到的数据在FPGA中进行信号处理,处理结束后送往显示模块。

3.4 显示模块

显示模块负责实时显示瓦斯传感器测得的瓦斯浓度。FPGA与OLED间通过SPI接口通信。显示模块程序代码如下:

3.5 报警及控制模块

当所测得的瓦斯浓度超过设定值时,FPGA就向报警装置发出相应的信号使其响应,同时启动通风装置并切断电源。当瓦斯浓度达到安全标准之后,FPGA再给通风装置一个停止信号使其停止工作。报警及控制模块程序代码如下(其中ND为瓦斯浓度设定值):

4 结语

基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统采用VHDL硬件语言描述,用FPGA及相关器件完成了对煤矿井下瓦斯浓度的监测。在实验室模拟条件下的调试与运行结果表明,该系统可实时显示监测到的瓦斯浓度值,并且实现了瓦斯浓度超出范围时报警、启动通风装置和切断电源等功能,达到了预期设计目标。

摘要：针对目前一般的瓦斯监测系统存在测量精度低、稳定性及实时性差,而测量精度高、稳定性及实时性强的瓦斯监测系统的开发和维护费用又较高的问题,提出了一种基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统的设计方案;详细介绍了该系统的硬件及软件设计。模拟测试结果表明,该系统具有监测精度高、稳定性好、响应速度快、调试运行费用低等特点。

关键词：矿井,瓦斯监测,低浓度瓦斯传感器,FPGA

参考文献

[1]徐光辉,程东旭,黄如.基于FPGA的嵌入式开发与应用[M].北京:电子工业出版社,2006:16-24,191-209.

[2]田佳,王一平.基于FPGA的带CRC校验的异步串口通信[J].现代电子技术,2010,33(20):5-7.

[3]赵磊,范延滨,王大雷.基于FPGA的具有数字显示的水温测控系统[J].现代电子技术,2009,32(24):118-120.

[4]周景润,图雅,张丽敏.基于QuartusⅡ的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M].北京:电子工业出版社,2007:297-317.

[5]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL[M].2版.北京:清华大学出版社,2007.

煤矿瓦斯监测 篇9

近年来, 在煤矿重特大死亡事故中, 瓦斯事故又占到70%以上, 为此国家和煤矿企业投入几十亿元用于瓦斯治理、防范和相关技术装备更新改造。科技部发布的《固体矿产资源技术政策要点》就发展煤矿信息技术提出要求, 重点发展先进无线遥控、具有无线功能、故障自动检测功能、优化控制和智能化功能的井下移动设备等自动化技术。

煤矿行业目前所使用的瓦斯监测设备主要有2种, 即传统的瓦斯监控系统和分散的便携式瓦检仪, 但这两类设备都有局限性。固定式系统监测范围有限, 在某些瓦斯爆炸事故中未起作用。而便携式瓦检仪虽然监测范围大, 但存在分散、无法联网、数据无法自动实时上传、存在人为不利因素、信息孤岛、无法闭锁控制等问题。

2 国内外研究背景

目前国内外对井下无线移动传感器网络技术和产品的研究与开发, 大多数停留在理论分析阶段。目前研究较多的井下无线传感器网络都采用无线传感器网络技术 (Zig Bee) 。Zig Bee的优势是自组无线网络, 表面上看不需要布线, 可以通过无线自组网方式来传输数据, 但在实际使用中, 它需要很多传感器节点, 形成多路由, 然后选择其中一个最佳路由多跳传输, 最后到达主节点。

由于在煤矿井下巷道结构非常复杂, 存在很多分支、拐弯、上下山、起伏、硐室等, 不可能布设大量的无线传感器节点, 而且井下环境很差, 供电也不方便, 因此在井下布置很多无线传感器节点很难维护, 不现实。并且无线信号在井下传输困难, 容易受到人员、车辆、物体的遮挡, 遇到很多分支、拐弯、起伏、进入硐室等情况时信号就会中断, 因此靠自组网技术在井下复杂的巷道条件下传输无线信号是很难实现的, 也是极其不可靠的。最后Zig Bee采用2.4G频率漏泄电缆, 大约是433M漏泄电缆价格的10倍以上, 且无安标证, 无法在煤矿井下使用。因此, Zig Bee等自组网的无线传感器网络不适用于煤矿井下。

目前, 能够实用的、简单、可靠、价格适合实际应用的煤矿井下无线瓦斯传感器系统还基本上没有。

我们研究的矿井无线瓦斯监测管理系统, 在利用433M无线通讯技术和井下千兆工业以太环网平台的基础上, 有效解决井下信号大范围连续覆盖、目标精确定位的问题。

3 系统设计原则

要实现瓦检仪数据的实时上传, 首先解决井下无线信号的覆盖问题。煤矿井下巷道结构错综复杂, 还有各种硐室、设备和车辆, 因此无线信号要在井下实现连续覆盖很困难。

我们根据井下巷道条件, 设计了独特的系统结构以实现巷道信号连续覆盖。系统将便携式瓦检仪与无线通讯技术相结合, 使得瓦斯监测数据能够实时上传, 瓦斯检测和记录自动完成, 充分发挥便携式瓦检仪大范围流动监测的优势, 同时减少各种人为因素的影响。

解决了信号覆盖问题后, 还要解决定位的问题。瓦斯数据上报时, 必须与瓦斯浓度地点信息关联, 区分信号覆盖范围内的多台瓦检仪同时上报数据。

需要进行连续的精确定位的地点, 每隔一定距离布置一台定位器。定位精度取决于定位器布放的密度, 定位器越密, 定位精度越高。

解决了信号覆盖和定位问题后, 在传统瓦检仪中增加无线通讯模块和操作面板, 使其具备无线数据收发功能。该模块与定位器进行无线通讯以获得当前的位置信息;与无线收发器通讯以将瓦斯数据和位置信息上传。为传统瓦检仪增加汉字液晶显示, 以实现更多的显示功能。地面有事需要通知时, 可以通过地面操作终端编辑好短信息, 然后在几秒钟内下发到井下的无线瓦检仪上并在液晶显示屏上显示出来, 可以单发和群发;当井下瓦检仪携带者遇到紧急情况时, 可以将瓦检仪中编辑好中文短信息发送给地面控制室, 从而实现了实时的信息沟通。

系统的研究充分考虑到兼容性、扩展性、远程维护的方便性, 以保证以后的升级和维护, 并为推广时的二次开发提供便利。

4 系统技术原理

系统组成:矿井无线瓦斯监测系统, 由数据通信接口、读卡分站、无线收发器及防爆直流电源、定位器、识别卡、无线瓦检仪、传输电缆或光缆、工业以太环网、通道防雷保安器、计算机、UPS等设备组成。

硬件系统由井下分站设备、发射天线、人员标识卡、以太网交换机、无线瓦检仪组成。井下分站设备用于完成信息采集和识别。分站、人员标识卡、无线瓦检仪设计均采用智能射频芯片, 无线数据传输有极高的纠错机制, 使用灵活, 人员标识卡、无线瓦检仪体积小巧可随身携带, 低功耗、工作电压范围宽、取电方便、使用寿命长。

瓦检仪和识别卡不断向外发送包含自身身份信息的射频信号, 当识别卡进入矿用本安型读卡分站、收发器和定位器检测范围时, 分站和收发器将收到识别卡信息, 并通过数据传输通道将信息转发给控制计算机。

当需要呼叫瓦检仪时, 由控制计算机将提示信息发送给指定的分站和收发器, 再由分站和收发器发给附近的瓦检仪。瓦检仪接收到呼叫信息后, 同时以声、光、振动方式通知携带者。

计算机收到的全部信息将保存到服务器数据库。当计算机与某个分站或收发器通信故障时, 在操作终端给出报警提示。

5 现场应用情况

系统自2012年8月初在徐庄矿安装调试并运行以来, 已经达到了预期的目的, 整体运行情况稳定。目前系统已经形成全矿覆盖的信息化、智能化的高效安全管理模式。通过系统的实施, 逐步提高了徐庄矿本质安全管理的科技化、信息化, 智能化, 规范化。

与目前传统的瓦斯监控系统、人员定位系统相比, 矿井移动无线瓦斯监测系统的监测范围大, 甚至可以到达井下巷道的每一个角落。各个监测点的瓦斯数据实时、自动上传, 没有人为因素干扰, 避免了各种人为因素而造成的监测失效。每一个无线瓦检仪形成一个双向汉字通讯终端, 为井下人员提供了有效的通讯工具, 实现地面控制室与井下人员之间实时的信息沟通, 为紧急事件处理提供了快捷的条件。

将固定在线式系统的自动监测处理、数据实时上传和便携式瓦检仪的大范围移动监测二者的优点有效结合在一起, 实现了技术创新和应用创新。

6 结论

无线瓦斯监测系统集瓦斯监测、人员车辆跟踪管理调度、危险警示、灾后急救等防、管、救一体, 能及时监控井下人员的动态分布、运动轨迹及变化情况和井下瓦斯气体, 使管理人员能够随时准确掌握各个区域当班作业人员的各种信息。当事故发生时, 救援人员也可根据系统所提供的数据、图形, 迅速了解有关人员的位置情况, 及时采取相应的救援措施, 提高应急救援工作的效率。

系统实现煤矿企业安全一体化管理, 改进本质安全管理方式, 提供反应迅速的自动预警功能。对于及时的消除或控制危险因素, 杜绝由于安全隐患未得到及时整改而发生相应事故, 起到至关重要作用, 以此避免了不必要的人员和财产损失。

无线瓦斯监测系统的应用, 可以明显提高矿山安全生产管理水平, 增加管理手段, 提高管理效率。为井下人员提供了有效的通讯工具, 实现地面控制室与井下人员之间实时的信息沟通, 为紧急事件处理提供了快捷的条件。大大提高煤矿行业瓦斯监测和事故预防技术、管理水平, 在预防瓦斯事故、减少事故人员伤亡、事故救援等多方面发挥积极、有效的作用。

摘要：为了提升煤矿瓦斯监测、事故预防技术和管理水平, 本文通过对目前国内外矿井无线传感监测技术研究现状进行简单分析后, 借助于先进的信息技术, 提出了实施煤矿无线瓦斯监测系统的构想, 并对无线瓦斯监测系统设计原则、工作原理、软硬件框架和结构、系统及特点做了详细的论述, 最后对项目的社会效益和经济效益进行了分析。

煤矿瓦斯监测 篇10

光纤传感技术是以光波为载体、光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰, 抗辐射性能好, 特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用[1,2]。为了提高我国煤矿瓦斯抽采水平, 山东省科学院激光研究所自2005年起研制基于光纤传感器的本质安全型矿山、智能油井、电力系统多参数综合监测系统, 取得多项研究成果, 在光纤气体传感器、温度、顶板位移、微震、无源通信等传感器网络以及在煤矿灾害检测系统方面的研究, 为光纤技术开辟了新的应用方向, 为矿山安全提供了新的检测体系, 在国际上产生了一定的影响, 代表着该技术领域的技术前沿[3,4]。

皖北矿区的各煤矿原先对煤炭自燃的预测预报普遍采用气体分析法, 依照煤炭在不同温度条件下产生气体的种类和多少来判断煤炭自燃发展的趋势。电子式传感探测技术及人工复测相结合实现了瓦斯抽采数据、自然发火指标气体分析及对高温的定位。原系统存在检测周期长、维护量大等缺点, 无法实现准确的实时在线监测。皖北煤电集团祁东煤矿引进光纤传感器用于煤矿安全监测, 特别是煤矿瓦斯抽采环境的监测, 为深入研究煤矿发火机理, 掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段, 对煤矿瓦斯灾害监测和控制有着重大意义, 具有明显的经济和社会效益。

1 技术原理及方案

1.1 光纤气体检测技术

光谱吸收式光纤气体传感器是基于分子振动和转动吸收谱与光源发光光谱间的光谱一致性的传感器。当光通过某种介质时, 即使不发生反射、折射和衍射现象, 其传播情况也会发生变化。这是因为光频电磁波与组成介质的原子、分子将发生作用, 作用的结果使得光被吸收和散射而产生衰减。由于气体分子对光的散射很微弱, 远小于气体的吸收光能。故衰减主要由吸收这一过程产生, 散射可以忽略。利用介质对光吸收而使光产生衰减特性制成吸收型光纤气体传感器, 如图1所示。

基于光谱吸收技术测量气体浓度时, 可利用可调谐激光二极管的波长而随电流大小调制的特点对激光输出波长进行调制, 再利用锁相放大器优异的微弱信号的提取能力实现气体吸收光谱线好的恢复, 就可实现很好的探测灵敏度, 从而测得精度较高的气体浓度。研制的光纤瓦斯传感器测量浓度范围:0~1%, 0~4%, 0~40%, 0~100%;响应时间<2 s;测量精度:低浓度 (4%以下) ±0.05%, 高浓度 (4%以上) ±0.5%;校准周期6个月。

1.2 光纤温度检测技术

光纤测温技术以光纤为检测元件对温度进行检测, 是一种新型全光纤无源器件, 比普通传感器具有不可比拟的优势和特点。它本质防爆、无电传感、化学性能稳定、传输距离远, 可用于对外界参量的绝对测量, 以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。

在煤矿井下应用的温度传感器, 主要采用基于光纤光栅原理来设计。光纤布光栅产生是由于光纤具有光敏特性, 从而在周期光强作用下沿着光纤轴向方向感生周期性折射率变化的缘故。近几年来, 光纤光栅成栅工艺上有了重大突破, 已经逐步走向实用。研制的光纤温度传感器测量温度范围-30℃~120℃;温度灵敏度0.1℃;温度精度±0.5℃;校准周期6个月。

1.3 光纤传感系统软件

光纤传感系统软件分为多点式温度传感器系统软件和气体传感器系统软件。多点式温度传感器系统软件的主要功能是, 对气体传感器安装部位的瓦斯气体的浓度进行采集并实时显示及上传数据到相关监控分站。气体传感器系统软件通过与温度参数检测综合系统交互来获取当前温度的监控实时数据, 并按照设定的图示 (正常、一级报警、二级报警) 显示出来, 同时提供了实时数据以及当天数据查询功能。光纤传感监测系统可以使用户通过互联网观察到当前瓦斯浓度、温度的数据, 以便指导安全生产。

1.4 系统研究技术路线

基于光纤测温技术和光纤气体在线监测技术相结合的方式, 充分利用光纤传感的优势, 实现瓦斯抽采管路中的浓度和温度参数在线监测, 进一步通过专家系统对检测结果进行分析, 实现环境状况的在线评估和定位。光纤传感监测系统的形成为深入研究煤矿发火机理, 掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段, 有利于煤矿瓦斯灾害监测和控制。主要采用的技术路线如图2所示。

光纤监测系统主要由微型计算机、传输电缆、连接光缆、光端机和探测器等组成。监测主机主要对采集的光学数据进行分析, 并按照通信协议标准提供具体监测数据给微型计算机 (可提供RS232、RS485、以太网口接口方式) , 连接光缆 (无源) 主要用来传输光信号。

2 现场实施方案及研究

祁东煤矿原采用的是传统气体传感器及电子式监测分站, 系统存在检测周期长、维护量大等缺点。基于光纤技术的气体检测技术具有检测快速、可靠性好、精度高等优点, 在气体检测方面与现有检测技术相比有较大优势。为了更好、更实时地检测瓦斯抽采管路内气体, 根据祁东矿瓦斯泵现场情况分析, 在2号正压泵安装一个光纤瓦斯传感器来检测其瓦斯浓度, 通过光缆传输到解调仪, 传送到监控室监测系统分站, 实现实时在线监测, 同时与原系统检测形成良好对比参照。

光纤传感器、传统传感器和传统在线传感器对2号正压泵瓦斯浓度检测数据的对比如图3所示。从图4中可以看到三种传感器监测数据变化趋势是一致的, 在监测的数据数值上, 光纤传感器监测数据和传统传感器监测数据基本相同。

光纤瓦斯传感器在实验室的长期稳定性试验记录如图4所示。

从图4中可以看到, 显示测量误差可以保持在±0.05%以内。与传统传感器组建的监测系统相比, 光纤瓦斯抽采监测具有本身不带电、校正周期长的特点, 可达到6个月校正一次, 传统传感器则需要10 d校正一次。光纤瓦斯抽采传感器根据不同气体对光的吸收强度不同制定而成, 所以它对气体鉴别性好, 不会受到其他气体干扰而引起监测不精确的问题。

3 结论

基于Beer-Lambert定理, 利用气体在某个吸收峰由于气体吸收而产生的光强衰减的原理, 研制出基于光谱吸收技术的光纤气体传感器。基于光纤光栅原理研制出光纤温度传感器。结合研制的温度检测技术和气体检测技术配套相应的软件系统组成了光纤瓦斯抽采监测系统, 对井下甲烷、一氧化碳气体进行实时监控。一旦出现异常能及时报警, 让煤矿根据系统采集的数据情况采取针对性措施;同时还可以为各级管理部门提供一个对现场监督、指挥、控制、协调的数字化平台, 有效地防止瓦斯事故的发生。监测地点瓦斯一旦超限, 系统能自动以短信形式将瓦斯超限信息发送到预先设置的管理人员手机上。利用监测系统可以对井下各作业地点的实时情况一目了然, 及时掌握“一通三防”信息, 做到防患于未然。

光纤瓦斯抽采监测技术在皖北煤电集团祁东矿使用以来, 对井上泵站正压管道及井下负压管道进行了实时地在线检测, 获取了大量的第一手数据, 为瓦斯监测手段的提升提供了有力的现场数据支持, 为井下瓦斯抽采监测提供了大量数据。通过光纤气体监测系统的现场试验, 可以看出光纤气体监测系统具有响应快、精度高、免校准、长距离检测等突出特点, 充分证明了该系统比现有系统具有明显技术优势。光纤传感技术以光波为载体、光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰, 抗辐射性能好, 特别适合于在易燃易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。将光纤传感器应用于煤矿安全监测, 特别是煤矿井下恶劣环境的监测, 将对瓦斯抽采监控治理及自然发火的预测预报起到重要作用。由此可以得出, 光纤瓦斯监测系统对瓦斯抽采监测能准确地反应瓦斯的实时浓度, 对瓦斯突发事故有重大的预防作用。

参考文献

[1]吴宏伟.光纤瓦斯传感的调制技术及虚拟化研究[D].淮南:安徽理工大学, 2011

[2]王玉田, 刘瑾, 杨海马.光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究[J].传感技术学报, 2003 (3)

[3]蒋继平.光纤瓦斯气体传感器的发展[J].常州信息职业技术学院学报, 2003 (1)

浅谈煤矿瓦斯爆炸及防治 篇11

【文献标识码】A

【文章编号】1672-5158（2012）10-0397-01

在煤炭开采过程中，瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、中毒、窒息矿井火灾、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生。在这些事故中尤以瓦斯爆炸造成的损失最大，从每年的事故统计中来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是由于瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70％左右，为此，瓦斯称为煤矿灾害之王。因此，分析瓦斯爆炸原因，制订防治对策，显得特别重要。

一、瓦斯爆炸特点

根据历年煤矿瓦斯爆炸事故统计分析，可以发现有如下一些特点：

①瓦斯爆炸多为大事故；

②事故地点多发生在采煤与掘进工作面；

③瓦斯爆炸造成的破坏波及范围大；

④多为火花引爆；

⑤高瓦斯矿井、低瓦斯矿井均有发生；

⑥瓦斯爆炸多发生在乡镇煤矿；

⑦基建、技改矿井和转制矿井瓦斯爆炸事故多发。

二、事故原因分析

煤矿发生瓦斯爆炸事故与许多因素有关，但总的来说，主要与自然因素、安全技术手段、安全装备水平、安全意识和管理水平等有关，发生瓦斯爆炸事故往往是以上因素相互作用所导致的。

我国煤矿井下开采条件普遍较差。①煤矿井下造成瓦斯积聚的原因很多，但主要有通风系统不合理和局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。②煤矿井下引爆瓦斯的火源有：爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等。但放炮和电器设备产生的火花是瓦斯爆炸事故的主要火源。③矿井安全装备配置不足，“先抽后采，监测监控，以风定产”方针未得到完全落实。许多事故分析发现，违章操作或管理不当而造成了一些本可避免的事故，但未引起重视，最终酿成特大瓦斯爆炸事故。因此，管理水平和职工的安全意识对于煤矿的长期安全生产非常重要。④一些煤矿企业由于采煤方法落后，引起矿井采掘布置不合理，通风系统不完善，此外，作业规程编制不符合实际，针对性不强，给安全生产带来了严重隐患。

三、瓦斯爆炸事故的预防措施

1）对煤矿井下的爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花、煤炭自燃等火源都有一些相应的防治措施，除炸药安全『生检验、电器防爆检验、摩擦火花检验外、还需防止火源与瓦斯积聚在同时同地点出现，如放炮时检测瓦斯浓度，采用风电闭锁、瓦斯电闭锁等措施。另外加强明火的管理，严格动火制度，消除引爆瓦斯的火源。

2）优化通风网络及通风系统

合理可靠的通风系统是防止瓦斯事故和控制灾害扩大的重要措施，为此，瓦斯防治工程与采掘工程，必须同时设计，超前施工，同时投入使用。

3）隔爆措施

矿井隔爆抑爆装置是控制瓦斯爆炸的最后一道屏障，当瓦斯爆炸发生后，依靠预先设置的装置可以阻止爆炸的传播，限制火焰的传播范围，主要有被动式隔爆棚和自动抑爆装置。

1）被动式隔爆棚。隔爆岩粉棚、隔爆水槽棚和隔爆水袋棚因成本低、安装方便，因而得到了广泛的使用，其中隔爆水袋棚的使用最为广泛。目前研制的XGS型和KYG型隔爆棚，具有适应性强，安装、拆卸和移动方便的特点。

2）自动式抑爆装置。使用压力或温度传感器，在爆炸发生时探测爆炸波，及时将预先放置的水、岩粉、N2，CO2等喷洒到巷道中，从而达到抑制爆炸火焰传播的目的。如ZGB-Y型自动隔爆装置采用高压氮气引射消焰剂，能将爆炸限制在距爆源40-60m之内；YBW-1型无电源触发式抑爆装置，适合安装在距爆源20-45m的巷道中；ZYB-S型自动产气式抑爆装置采用实时产气原理，当传感器接收到燃烧或爆炸火焰时，触发气体发生器快速产生的高压气体喷洒消焰剂，抑制火焰的传播。

煤矿瓦斯监测 篇12

我国煤炭资源丰富, 但是煤炭开采却面临诸多困难, 近年全国各地煤炭瓦斯事故不断发生, 如何准确有效的监测瓦斯浓度成为煤炭安全生产的主要问题。本文主要对当前瓦斯气体监测有线方式布线难, 检测效率不高、无人值守、检测设备携带不方便等问题, 提出了设计基于无线传感器网络煤矿瓦斯气体监测系统。

2 传感器结点硬件电路的设计

传感器结点电路的设计主要包括两类结点的设计, 分别是移动结点和固定结点。移动传感器结点负责现场的信息感知, 并将现场的信息通过自组网的方式传送到所在簇的簇头。移动结点是根据通信空间的关系或者地理位置的不同分成若干个簇, 每个簇以固定结点为簇头, 簇头作为路由将信息实时的传送到地面监控中心的网关服务器部分, 然后网关服务器将再将接收到的信息传送给瓦斯监控平台, 经过处理后实时显示监测区域的瓦斯浓度。图2为节点关系图。

2.1移动节点与固定节点硬件组成结构

移动节点结构主要由四部分组成:传感器模块、无线通信模块、控制器模块和电源模块。图3为传感器移动节点模块结构图。

考虑系统的性能要求及性价比我们选择加密性强、运行速度快、抗干扰能力超强 (高抗静电ESD保护、EFI测试轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰、宽电压, 不怕电源抖动、款温度范围、芯片电源经过特殊处理) 、超低功耗的STC12C5A60S2单片机芯片, 无线通讯模块我们这里采用射频芯片n RF905, 该芯片广泛应用的射频收发通讯中。

对于固定结点是传感器结点汇聚信息的纽带, 在设计中使用了和移动节点一样的硬件结构, 唯一不同的是固定结点中的汇聚结点增加了RS-485接口通信, 便于与地面进行有线通信。

3 瓦斯数据采集软件的设计

瓦斯传感器结点需要实时采集监测区域瓦斯的浓度, 然后将采集的数据信息进行相应的处理后, 使其构成无线传感器网络, 并将数据信息传输到监控和管理系统。

在井下监控区域内需要建立合适的无线传感器网络系统, 按照功能可分为瓦斯数据采集和瓦斯数据传输两个模块。瓦斯数据采集模块中又包含了瓦斯数据采集和处理。瓦斯数据采集模块流程图如图5-6所示。

瓦斯信息采集后还需要瓦斯处理, 瓦斯数据处理流程图如下。

4 瓦斯数据传输模块软件的设计

瓦斯数据传输模块主要负责通过控制模块处理后进行数据通信。通信设备有两部分组成, 一部分是发射器, 一部分是接收器。图7为传输模块流程图。

5 网络的建立与新结点入网

在自组织的无线传感器网络中, 网络的性能主要依赖于拓扑控制。如何有效的满足网络覆盖和连通度, 去除结点不需要的通信链路, 是传感器网络拓扑控制的主要目的, 这样可以形成一个数据转发的优化的网络结构, 最终延长网络的生存周期。一个好的拓扑结构可以增加路由协议和M A C协议的传输效率。本设计是运用层次型无线传感器网络的拓扑控制, 依据分簇的方法形成一个处理并转发数据的网络。在网络的形成阶段, 首先需要协调器建立一个网络, 然后固定结点和移动结点分别加入到网络中, 对于无线传感器网络, 有许多的信道可以供使用, 为了减少网络的建立时间可设计监测系统在一个固定的信道上, 如果在一个监测区内需要多个无线传感器网络, 则可以将它们固定在不同的信道上, 这样可以减少网络间的相互干扰。建网过程开始后, 固定结点首先要对能量进行扫描, 通过扫描协调器可以获得所规定信道内无线信号的哪些能量高哪些能量低, 以便查得能量峰值, 如果预期设定的可接受标准低于能量峰值, 协调器会继续进行能量扫描, 一直到该信道上能量峰值满足要求为止, 如果能力扫描结果可以接受, 固定结点为即将建立的网络选择一个网络ID作为它的唯一标识。

网络建立起后, 便可以接受未入网的新结点加入到网络, 新结点首先会在提前设定好的一个信道撒花姑娘进行一个固定时间的主动扫描。在扫描国产中, 新结点将向网络中的所有结点广播信标请求信息, 协调器和已入网的结点收到这个信息后会向该结点发送自己的信标帧, 因此在网络连通状况良好的情况下, 新结点将会收到很多个信标信息。扫描结束后, 新结点将会选择与信标中标识允许连接的网络结点进行连接, 如果多个网络结点允许连接, 那么新结点会按照所收到信标帧的顺序来选择靠前的结点连接。如果主动扫描结束后, 新结点没有收到任何一个信标帧, 则新结点会重复主动扫描过程, 直到发现可以连接的网络结点为止。为了使结点可以获取网络中邻居结点的信息, 便于数据传输, 设计每个结点都维护一个记录了该邻居结点信息的邻居表, 对于每一个新结点, 其邻居表初始值为空, 一旦新结点进入到网络, 它将会把信标信息保存到邻居表中, 并将邻居表中的做出记录, 之后新结点将会向网络中结点发送请求加入信息, 该信息包括了结点类型信息, 网络中结点收到这个信息后, 如果允许该结点加入, 则会为该结点分配相应的网络地址, 并将信息存入到邻接表中, 然后网络中的结点向新加入的结点发送应答信息, 包括网络ID、给该结点分配的网络地址等相关参数信息, 新结点收到这个应答信息后, 记录其中的内容, 这样就完成了新结点入网的过程。

6 结语

最后通过传感器节点的软硬件设计, 在实验室及走廊取三个传感器节点进行了实验, 通过数据结果分析, 效果良好。为以后实时运用的煤矿生产现场奠定了基础。

摘要：针对近些年煤矿瓦斯监测不够精确等问题, 本文结合无线传感器网络技术, 提出了基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统的设计方法。根据该设计思想将系统分为信息采集、传送、监控和路由设计等几部分。针对现场实际的需求, 提出固定节点和移动节点的实现方法并对两类传感器结点进行了软硬件设计。结点硬件部分主要包括:控制模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块。软件部分主要包括数据采集采集模块与处理模块和数据传输模块, 并给出了各模块的流程图。

关键词：甲烷,监测,无线传感器网络,节点

参考文献

[1]景旭, 鲁文华.单片机矿井安全监测系统[J].重庆:自动化与仪器仪表, 2003, 2:43-45.

[2]谢满温.高瓦斯水掘工作面瓦斯涌现出规律的研究[J].北京:煤炭学报, 1997, 22 (1) :61-66.

[3]将玉华.高性能遥控瓦斯传感器的研制[J].抚顺:煤矿安全, 1998, 4:6-9.