瓦斯监测监控系统

瓦斯监测监控系统（精选10篇）

瓦斯监测监控系统 篇1

摘要：在广元至达州铁路巴中至达州段一期工程中, 为降低瓦斯浓度, 确保瓦斯隧道的施工安全, 遇到了各种困难, 现场作业人员对洞内瓦斯问题进行认真分析并采取了有效的措施, 及时的处理了各类瓦斯问题, 使高瓦斯隧道的施工按预定施工计划顺利完成, 为整个工程的顺利完工创造了有利条件。

关键词：瓦斯监测系统,瓦斯隧道,应用

0 引言

瓦斯监测系统多用于煤矿施工中, 作为铁路隧道施工仍是一大难题, 多年来铁路瓦斯隧道施工安全系统多采用煤矿瓦斯安全检测系统。现就我公司在施工瓦斯隧道应用瓦斯监测系统的方法总结如下:

1 监控技术综述

1.1 根据要求, 结合本隧道高瓦斯的特点, 为保证瓦斯隧道能够顺利施工, 本部成立了以安全总监为组长的瓦斯检测、监测机构。加大隧道瓦斯监控, 以保证隧道在持续通风下, 瓦斯浓度控制在允许范围内。以徐家湾隧道为例:徐家湾隧道出口瓦斯检测采用KJ101自动监控系统、CJG10型光干涉瓦斯检测仪和AZJ-2000型便携式甲烷检测报警仪三种仪器进行相互结合, 对瓦斯进行检测, 进而在一定程度上确保瓦斯检测的准确性, 进一步确保施工的安全性。通过采用自动监控系统, 结合人工监控的方法, 将KJ101-45B型甲烷传感器设置在掌子面、模板台车顶部及相关辅助洞室等, 当瓦斯浓度超过0.4%时系统进行报警, 当瓦斯浓度超过0.5%时作业区电源就被切断, 在这种情况下, 工人停止作业, 同时撤出相应的作业面。同时设置GFW15型风速风量传感器, 当回风处风速小于1m/s时, 作业面停止作业, 查找原因并及时解决。对于需要进行人工检测的部位, 通常情况下保证120min进行一次检测, 如果发生突出或异常情况, 需要进行随时的监测。将手动式测风仪设置在洞口测风站, 对回风巷的风流速度进行定期的测定。

1.2 测点布设要求:通常情况下, 每断面至少在拱顶、两侧拱脚、两侧墙脚各距坑道周边20cm处进行检查, 同时检查该5点坑道风流的瓦斯和一氧化碳;节理发育裂隙处检查可沿裂隙布设测点;隅角、塌腔等处检测按其断面大小参考隧道断面布设点位, 但顶部测点不能减少。

2 瓦斯监控要求

2.1 瓦斯隧道施工过程中, 建立专门的瓦斯检测队伍系统, 该队伍主要由自动监控与人工监控系统组成, 该系统主要对瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速风量等参数进行测定。

2.2 在洞外的新鲜风流中装设压入式通风机, 进一步防止污风循环。对于瓦斯工区的通风机, 通常情况下需要设置两路电源, 同时装设风电闭锁装置。

2.3 对于瓦斯隧道来说, 通常情况下, 每班需要对开挖掌子面按照规定进行检查, 平常按1次/2h频率检查。

2.4 瓦斯检测地点及范围的要求:开挖工作面风流、回风流中;爆破地点附近20m内的风流中及局部塌方冒顶处;局扇附近10m内的风流中;坑道总回风流中, 斜井与正洞的横通道;各种作业台车和机械附近20m内的风流中;电动机及开关附近20m内的风流中;超前探孔孔口、孔内。

3 瓦斯监控机构

结合瓦斯隧道施工的特点, 成立由经理部安全总监担任组长、工程部、安质部部长及分部经理、施工队队长为副组长, 分部技术员、瓦检员、安全员等为组员的徐家湾隧道瓦斯监控小组, 对隧道施工瓦斯浓度进行全程监控。监控小组组长对瓦斯隧道瓦斯检测进行总体负责;副组长和组员对隧道实施小组所报数据进行审核, 并且对瓦斯进行不定时的抽检, 进而在一定程度上确保现场不会发生“漏检”、“假检”和“少检”的现象。

4 瓦斯监测方法

4.1 自动监控系统

使用KJ101N矿用安全自动监控系统对瓦斯自动监控系统进行处理, 在反映隧道风流中瓦斯, 一氧化碳的最高浓度及隧道内的风速的位置悬挂传感器。

KJ101N矿用安全自动监控系统详细布置:中心机房设在离隧道口约30m的值班室, 机房设备由监控主机、矿用隔爆兼本安型监控分站、矿用本安全电路用接线盒、UPS电源、矿用信息传输接口, 主机配KJ101N监控软件。

接线及信息传输形式:所有传感器的信息都由监控分站传输到信息传输接口, 再由信息传输接口到监控主机进行数据分析。其信息流程:

(1) 风机与施工用电连接:监控主机→信息传输接口→监控分站→两孔接线盒→机电设备开停传感器→隔爆兼本安型断电器→配电箱→监控分站→信息传输接口→监控主机。

(2) 甲烷连接:监控主机→信息传输接口→监控分站→甲烷传感器。

(3) 一氧化碳连接:监控主机→信息传输接口→监控分站→一氧化碳传感器。

(4) 风速风量传感器连接:监控主机→信息传输接口→监控分站→风速风量传感器。隧道内连接用线一般采用两孔接线盒连接至隧道深处, 当需增加检测传感器时可采用三孔接线盒连接。

(5) 监测项目。根据有关规定, 结合本隧道地质情况及瓦斯涌出情况, 甲烷浓度、一氧化碳浓度, 风速风量等成为隧道出口段监控的项目。

(6) 监控系统的布设。根据技术要求在距洞口50m处拱顶设置GTH500型电化学式一氧化碳传感器, KJ101-45B型甲烷传感器及GFW15型风速风量传感器各1台;瓦斯传感器主要设置在易引起瓦斯发生积聚、且位置相对固定、重要的地方, 通常隧道瓦斯探测器设置在掌子面处 (开掘处) 、衬砌处、加宽带和回风口四类环境, 隧道瓦斯涌出在不同的环境具不同的涌出特征。

4.2 人工检测。

现场瓦检员、进洞工班长按每次上下班和工作期间1次/h用CJG10型光干涉瓦斯检测仪检测;管理人员按每次上下班检测和工作期间1次/2h用AZJ-2000型便携式甲烷检测报警仪进行检测。

4.2.1 检测要求

(1) 成立专门瓦斯检测班, 并由经过专业培训合格且取得证件人员组成, 每班3人, 共9人。

(2) 严格执行“一炮三检制”和三人连锁放炮制。

(3) 瓦斯检查工作必须严格执行巡回检查制度、交接班制度、请示报告制度。

(4) 瓦斯检查过程中不得使瓦斯和二氧化碳浓度超过0.5%或其他有害气体浓度超过规定的区域。

4.2.2 检测频率

检测频率要求能代表全部可能存在瓦斯灾害的时间段。

(1) 检测段瓦斯浓度含量在0.5%以下时, 每隔0.5~1h检查一次;在0.5%以上时, 应随时检查, 不得离开掌子面, 发现异常及时报告, 并采取有效措施保证施工安全。

(2) 适当对洞内死角, 尤其是对隧道上部、坍塌洞穴、避人 (车) 洞等各个凹陷处通风不良、瓦斯易积聚的地点增加检测频率;当班未作业的工作面, 每班至少检查一次。

(3) 装药前、装药后、爆破后均必须单独增加检测。根据检测结果判断是否在允许作业范围之内。

(4) 如停风区中瓦斯浓度超过0.5%时, 必须制定排瓦斯的安全措施, 控制风速, 回风系统必须同时停电撤人。

(5) 因全面停电, 主要通风机停止运转后, 必须恢复通风, 排出瓦斯。

(6) 出现异常情况时随时检测。

4.2.3 检测数据分析

(1) KJ101N矿用安全自动监控系统。KJ101N矿用安全自动监控系统对瓦期突出区域和瓦斯易积聚处进行实时监控。在每天下午17:00前将当天数据进行汇总, 并将瓦斯浓度绘制成曲线图。KJ101N矿用安全自动监控系统检测数据统一上报分部总工, 由分部总工进行评估。在瓦斯检测数据在0.4%以下正常施工;在瓦斯检测数据在0.4%以上0.5%以下的由分部自行进行加强通风;在浓度达到0.5%或0.5%以上时, 现场管理人员应逐级上报, 一边到现场进行隧道撤人和加强通风的现场指导。

(2) CJG10X型光干涉瓦斯检测仪。瓦检员将每次使用CJG10X型光干涉瓦斯检测仪检测的数据登记瓦斯检查记录, 并将数据输入电脑, 绘制成瓦斯浓度变化曲线图, 由分部技术员对瓦斯进行分析, 判断瓦斯涌出的变化。瓦斯记录在正常情况下, 每星期给局指统一上报一次;如遇瓦斯超限或瓦斯涌出情况, 每天向局指上报一次。局指在不定期检查时, 将抽检数据记于在隧道瓦斯记录中, 以备检查。同时每天向经理部有关部门上报。

5 结论

广元至达州铁路巴中至达州段一期工程, 因其所处的地理环境和地质情况结合大多隧道都属于瓦斯隧道, 在施工过程中遇到多种安全事故情况, 施工中认真分析出现问题的原因, 采取有针对性的预防措施, 较好地避免了各类安全事故的发生。同时对已出现的安全事故, 采取科学有效地技术措施进行处置。总之, 通过瓦斯监测系统的应用, 取得了显著的效果, 有效地保证了瓦斯隧道的施工安全。

参考文献

[1]徐红.浅析KJ2000N网络监测系统在煤矿安全中的应用[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2012 (01) .

[2]宋聚勇.探析公路高瓦斯隧道瓦斯治理费用测算[J].价值工程, 2012 (10) .

[3]纪宁波.低瓦斯隧道施工中瓦斯处理方案研究[J].城市道桥与防洪, 2013 (08) .

[4]王春梅, 周仕强, 李磊.KJ90监测系统在瓦斯隧道施工中的应用[J].公路隧道, 2011 (12) .

瓦斯监测监控系统 篇2

岗位责任制

一、煤矿瓦斯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》、“朔州市地方煤矿瓦斯监测监控系统管理办法（试行）”和本矿各项规章制度，牢固树立“安全为天、以人为本”的思想，确保本矿瓦斯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、认真填写瓦斯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，并按规定及时标注瓦斯探头的实际位置，准确反映系统的运行情况。

四、瓦斯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，必须立即通知调度主任、值班矿领导进行隐患排查，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、瓦监值班人员发现瓦斯超限报警，必须立即通知调度主任、值班矿领导组织隐患排查，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、瓦斯系统一旦发生故障，瓦斯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、瓦监值班人员收到上级管理部门的“指令”和“监管处理决定书”后，必须马上报告调度主任、值班矿领 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、瓦监值班人员必须遵守机房、调度监控室内等管理制度，不得用瓦斯临近计算机人事危害公共安全、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，发现以上情况给予罚款或除名处理。

九、监控值班人员平时应经常学习计算机知识和系统相关的软件知识，每年至少参加一次上级主管部门组 织的系统培训，熟练掌握系统的维修技能、故障处理技能和计算机操作技能，以便提高自己的实际工作能力。

十、瓦斯监控人员无故脱岗或值班期间未认真履行职责，玩忽职守，致使重大隐患和险情未能及时发现报 告，造成不良后果的罚款50-100元，造成严重后果的要撤职，造成事故的要追查刑事责任。

煤矿瓦斯监测装置的设计与开发 篇3

摘要：文章介绍了基于Mega16单片机的瓦斯监测装置。该装置具有测量、通信、存储、查询、显示等功能，能够满足现场测量的需要。

关键词：瓦斯 监测 ATmega16

0 引言

瓦斯监测是煤矿安全中非常重要的环节，因此高性能的瓦斯监测装置对煤矿的安全系统十分重要。现有的许多瓦斯监测装置存在着可操作性差，显示不方便，反应速度慢等问题。因此，笔者开发了基于Mega16单片机的瓦斯监测装置。

1 瓦斯检测装置硬件设计

1.1 总体设计：

该瓦斯监测装置主要由微处理器8位AVR ATmega16、传感器采集电路、数据预处理电路、人机接口电路等组成。其工作原理如下：瓦斯传感器队瓦斯浓度进行检测，并产生一个电压信号；数据预处理电路对此信号进行放大处理并将信号传送到AVR ATmega16芯片的A/D转换通道中。AVR ATmega16芯片控制A/D模块工作得到数字信号并取若干次转换的平均值，并将该信号与预设的标准值进行比较并存储，当数字信号超过标准值时就产生声光报警，低于标准值则不报警。人机接口包括键盘和LCD显示屏，键盘主要用来调试日期，进行系统复位，LCD屏用来显示实时瓦斯浓度以及实时时钟给出的日期和时间。当系统进入死机状态时，看门狗可以对系统进行复位。

1.2 瓦斯传感器与信号预处理电路 催化燃烧式传感器突出的优点是传感器模块化设计，体积小，安全性高，而且随着对催化燃烧探头的原理与生产工艺的深入研究，载体催化元件的稳定性，抗中毒性，输出线性等都有了大幅度的提高，更适合于在恶劣环境下对煤矿瓦斯的检测。所以本系统选择催化燃烧式瓦斯传感器。信号预处理电路可以将传感器输出信号处理为适合A/D转换的范围。

1.3 A/D转换 A/D转换装置主要通过ATmega 16芯片自带的A/D转换接口，这样可以节省硬件成本，同时还起到简化外接电路、节省端口的目的。内置A/D转换装置具有10位精度、±2LSB的绝对精度、13?s~260?s的转换时间、在最大精度下可达到每秒15kSPS的采样速率、8路可选的单端输入通道、ADC的电压输入范围0～Vcc、可选择的内部2.56V的ADC参考电压源、ADC转换完成中断等优点。因而，ATmega 16完全适任本设计装置的预期的任务。

1.4 数据存储 ATmega 16单片机的强大的功能还体现在它的存储功能上。ATmega 16支持EEPROM和flash的读写。单片机在对转换信号进行处理后，将所得数据送至芯片自带的EEPROM或flash中。由于EEPROM和flash支持多次读写，且掉电不会丢失数据，因而非常适合在本设计中作为存储器使用。

1.5 人机接口 LCD显示屏是以HD44780为模型，它具有14个管脚，其中包括8个数据地址管脚，选片管脚，读写管脚等。本LCD屏不能显示汉字，可用来显示日期、时间和瓦斯浓度的装置。本LCD显示系统可以显示两行40个字符，第一行轮流显示日期和时间，其显示更替由按键决定。第二行显示瓦斯浓度。该瓦斯监测装置的键盘模块是9位键盘，通过此键盘可以对传感器的多项内容进行设置，例如日期、时间和报警标准值。

1.6 声光报警 当瓦斯浓度超过预置的报警值时，及时进行现场报警显得尤为重要。为了加强报警效果，本传感器采用声光同时报警的方式，当监测到甲烷浓度值超过报警值时，蜂鸣器开始鸣响，高亮红色数码管对当前过限浓度也亮起来。

1.7 串行通信 Atmega16本身带有串行通讯口，但其电平为TTL电平，必须通过MAX232进行电平转换才能与PC机进行串行通讯。为了将信号转化为可用，采用MAXIM公司的MAX232/MAX233芯片实现5V电路中和PC实现串口通信的电平转换芯片。存储数据的上传由PC机控制，PC机向测试仪发送启动发送或停止发送指令，即可完成数据上传的启动与终止。

2 瓦斯监测装置软件设计

软件设计大体上可以分为三部分，分别是主程序，串口中断程序，定时器中断程序。

2.1 主程序设计 主程序的主要作用是各项初始化并循环对键盘进行扫描。初始化包括时间的初始化，串口的初始化，LCD的初始化，定时器的初始化等。键盘扫描要判断键盘是否被按下，如果未被按下则再循环扫描，如果被按下则返回不同的数值，并根据不同的数值做出相应的动作，比如进入和退出设置状态，日期的设置，报警复位和系统复位等。

2.2 串口中断程序 串口中断程序主要用于和上位机的通信，当上位机向MEGA16发送命令时，则串口就会产生一个中断来处理上位机的命令，MEGA16会先判断指令是否是有效指令，如果不是则直接清除中断标志位，如果是有效指令则判断指令的类型并执行相应的操作，指令执行完毕之后清除中断标志位并退出中断。

2.3 定时器中断程序 当定时器产生中断时，A/D转化器进行一次AD转换，并存储转换的数据，然后将转换数据与预设的标准值进行比较，如果没有超过标准值则正常显示，如果转换值超过了标准值则先进行声光报警，然后正常显示。而显示日期时要先判断LCD是否处于设置状态，如果没有处于设置状态则正常显示日期，否则还要判断自定义变量是否是偶数，如果是偶数则正常显示日期的数字，如果是奇数则交替显示“-”和日期。最后清除中断标志位并退出中断。

瓦斯监测监控系统 篇4

辛置煤矿位于山西省临汾盆地北沿、霍州南端, 矿井始建于1952年。矿井通风方式为混合式, 通风方法为机械抽出式。矿井在2008年8月安装了KJ340型矿用安全监控系统。辛置煤矿在用的安全信息以太网综合接入系统为北京金力科技有限公司生产的MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网、型号KJJ50 (B) 。辛置煤矿现有MCTP综合自动化网络传输平台, 各个监控系统以MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网为传输平台, 通过使用发现瓦斯监控系统数据传输时常不能正常传输。为了保证矿井安全生产, 辛置矿拟重新整改现有MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统, 从MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统中分离出4芯光缆组成瓦斯光环网用于传输瓦斯监测监控系统数据。

1 辛置煤矿瓦斯监测监控系统现状

辛置煤矿现用环网系统为北京金力科技有限公司生产的MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统, 型号KJJ50 (B) , 2008年8月由山西阳光三极科技有限公司安装完成, 安装后系统持续稳定运行。KJJ50 (B) 为本质安全型设备, 能满足井下恶劣、危险环境对设备的要求, 在井下出现异常情况对非本质安全型设备进行断电时, 仍然能保证信息连续可靠传输, 且系统维护操作方便、快捷。目前在KJJ50 (B) 以太网系统下运行的安全信息监控系统有:a) 瓦斯监测监控系统;b) 矿井生产监测系统;c) 瓦斯抽采系统;d) 矿井水文监测系统;e) 矿压监测系统;f) 单轨吊监控系统;g) 视频监控系统;h) 矿井通讯联络系统;i) 人员定位系统。

2 辛置煤矿瓦斯监控系统环网运行存在的问题

随着安全信息设备增多, 信息量大, 现有的MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统布局已不能满足安全信息监测监控的需要, 在瓦斯监测监控系统日常运行过程中, 主要存在以下几方面问题:a) 现有以太网上安全信息监控系统设备多, 还将增加扩音广播系统、调度系统在线监测监控系统, 在同一环网设备下运行多种监控系统设备后, 管理难度加大;b) 多种系统共用MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网的同一主板, 由于多种监测监控系统信息量大, 兼容性差, 造成MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统死机率高, 当其中1个系统出现故障时造成整个系统堵塞, 判断、恢复故障困难, 多系统相互影响, 使故障时间延长, 不利于矿井安全生产;c) 带宽不够, 视频信号占用带宽大, 使安全监控系统速度减慢, 终端实时数据显示延时, 超过国家规定的最大巡检时间30 s;d) 辛置煤矿MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网的光缆从2008年8月安装之后, 在系统运行过程中, 辛置煤矿540水平系统巷道中使用的光缆出现过多次损伤, 经熔接后光损耗大, 致使光通量损耗大, 也无法达到光缆使用芯数;e) 辛置煤矿井下环网机柜每台已接入15路信号, 随着安全信息监控设备增加, 井下环网设备已不能满足需求。

3 辛置煤矿瓦斯监控系统改造内容

3.1 线路改造

此次瓦斯监测监控系统升级改造涉及到光缆线路部分的改造, 主要由三部分组成:a) 更换4 400 m32芯光缆, 用来更换辛置煤矿540水平系统巷道中出现过损伤的光缆;b) 新增2 200 m 32芯光缆。由于二采区为新开拓的采区, 之前二采区瓦斯监测监控系统数据传输都是通过电缆经分站传输至跑蹄中央变电所机柜, 电缆传输速度慢, 此次瓦斯监测监控系统升级改造增加跑蹄中央变电所至二采区2#变电所段2 200m 32芯光缆, 使二采区瓦斯监测监控系统数据通过光环网传输, 提高数据传输速度;c) 利用原有MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网线路, 从重新整合的工业以太环网中分离出4芯光缆。通过KJJ12矿用本安型网络交换机, 组成独立的瓦斯监测监控光环网, 从而实现安全监控系统数据正常传输。

3.2 设备选型

井下交换机所选产品应能适应井下恶劣工作环境和防爆要求。并且设备必须取得MA标志证书。根据辛置煤矿瓦斯监测监控系统运行现状及系统设备兼容性的要求, 选配阳光三极科技有限公司生产的KJJ12型矿用本安型网络交换机, 由于辛置煤矿矿井服务年限长, 巷道布局分散, 此次瓦斯监测监控系统升级改造共需安装15台网络交换机。主要安装位置分别为:辛置井上机房4台, 矿井东、南两区各安装2台网络交换机, 一用一备, 实现自动切换;五三口变电所、东四左翼变电所、东四1#变电所、东四2#变电所、450水平变电所、跑蹄中央变电所、一采区1#变电所、一采区2#变电所、跑蹄井上机房、二采区2#变电所、310水平变电所各安装1台网络交换机。另外在地面中心站部分增加1台网管服务器, 完善网络管理。

4 改造实践效果

对于煤矿工业以太网, 井下安装的交换机管理不方便, 在选择冗余网络方案的同时, 采用网络管理软件对整个自动化网络的通讯和设备进行监控和管理非常必要。网络管理软件可以对各种故障报警、历史故障查询, 查看每个交换机的端口状态、通讯流量、交换机设置、系统安全维护等, 具有良好易操作性。

辛置煤矿在现有MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统光缆中分离出4芯组成瓦斯监测监控系统光环网, 用于传输瓦斯监测监控系统数据, 减少了光缆的投用, 大大减少了辛置煤矿瓦斯监测监控系统升级改造费用。

辛置煤矿从2014年2月完成了瓦斯监测监控系统升级改造后, 瓦斯监测监控系统能满足《煤矿安全规程》及AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范中规定的各项要求, 解决了辛置煤矿多系统共同在MCTP矿用本质安全型工业环网系统的同一主板下运行过程中, 当其中的1个安全信息监控系统出现故障时造成整个系统堵塞, 使瓦斯监测监控系统数据不能正常传输的问题。通过此次瓦斯监测监控系统升级改造, 瓦斯监测监控系统与其它安全信息监控系统分开, 单独运行, 提高了瓦斯监测监控系统数据的传输速度, 使瓦斯监测监控系统巡检周期满足了国家规定时间, 瓦斯监测监控系统故障率降低, 减少人员对瓦斯监测监控系统的维护力度, 减小了职工劳动强度, 更好地发挥煤矿安全监测监控系统在煤矿安全生产中的作用, 更好地保证煤矿安全生产。

5 结语

瓦斯监测监控系统 篇5

真开展矿井瓦斯治理、监测监控系统排查的通知

公司各矿井：

2013年3月29日晚10时36分左右，地处吉林省白山市江源区的通化矿业(集团)有限责任公司八宝煤矿发生一起瓦斯爆炸事故。目前已确定造成28人死亡，13人获救。为了吸取此次事故教训，防患于未然，根据公司领导安排，要求各矿立即开展一次瓦斯防治、监测监控、通风系统拉网式检查。并按《煤矿安全监测监控系统检查一览表》对本矿瓦斯监控系统进行一次全面评估，评估结果必须由总工程签字。

各单位将检查结果、评估报告于2013年4月2日下午6点之前报至安全环保部吉锡处。

安全环保部

瓦斯监测监控系统 篇6

随着中国社会经济快速发展, 人们对于煤矿资源的需求量也日益加剧, 导致了煤炭生产过程中出现了较多安全事故。追究安全事故的发生原因, 大多是高瓦斯矿井中瓦斯爆炸所引起的。可想而知, 高瓦斯发生危险的概率要比普通煤矿安全事故更高, 由此可见, 高瓦斯矿井中的安全防范显得十分重要。而安全监测监控系统在高瓦斯矿井中的广泛应用, 有效解决了高瓦斯矿井中的安全问题。尽管如此, 安全监测监控系统在高瓦斯矿井中的应用依然需要不断改进, 从而确保煤矿生产的安全性。

1 高瓦斯矿井应用中安全监测监控系统的功能和原理

1.1 高瓦斯矿井应用中安全监测监控系统的功能

在高瓦斯矿井应用中, 必须安装高瓦斯自动监测报警断电装置。安全监测监控系统就是为了对高瓦斯实行全面自动监测和报警断电, 确保煤矿生产安全性。通常情况下, 安全监测监控系统不仅能直接监测通风安全环境, 还能直接监测监控安全生产方面, 如CO、CO2、粉尘等环境参数, 还有主扇、局扇、水仓水位等各种生产参数及电压等电量参数。总之, 在高瓦斯矿井应用中, 安全监测监控系统功能十分强大, 尤其是在联网拓展功能方面发挥着巨大作用, 促使各种机电设备能安全运行。

1.2 安全监测监控系统的工作原理

通常情况下, 安全监测监控系统主要包括中心站主控计算机、探头、传感器等多种设备。在中心站主控计算机和各个分站之间不断进行通信的过程中, 每个分站控制主机询问, 便会将收到的各个测点信号及时传递到主控计算机中, 这样各个分站便会不停监测、交换和处理收到的传感器信号, 以供给主控计算机进行询问, 最终将监测情况传递给各个分站。当需要对高瓦斯矿井中相关设备进行控制时, 就需要利用主控计算机发挥其功能, 将相应命令和分站巡检过程中收到的信号共同传递给分站, 最后经过分站将信号输出, 进而被相应设备进行相关操作。与此同时, 主控计算机能处理和存盘相关接收到的实时信息, 同时经过主控计算机显示器及屏幕等相关设备显示出来, 甚至通过打印机将各种报表打印出来。

2 高瓦斯矿井应用中安全监测监控系统的应用改进

2.1 地面主机信息管理方面的改进

通常情况下, 煤矿地质状况比较复杂, 高瓦斯矿井井下所反应信息千变万化, 如果软件不够完善, 将直接存在相应安全隐患。因此, 做好地面主机信息管理方面改进措施十分必要。a) 在安全监测监控系统监控过程中, 一旦出现超限数值, 应及时利用系统瓦斯和电闭锁功能将电源切断, 并在第一时间通知相关工作人员, 检测出超限原因, 做好详细记录, 责任至人;b) 一旦出现故障值, 切断电源过程中, 故障区域范围内会出现停产现象, 应在第一时间通过井下相关负责人及时进行修复;c) 每天井下各采区所有瓦斯测点报表应及时进行打印, 将报表呈报至相关领导, 为矿井高瓦斯活动情况提供相关参考依据, 加强监控力度;d) 每周都要做好相应井下断电试验, 并针对相应情况进行严格检查, 一旦发现问题应及时处理, 避免出现瓦斯超限等不良现象, 给井下工作带来不便, 甚至出现安全隐患。

2.2 加强井下监控设施的管理工作

做好井下监控设施安全管理工作是提高安全监控的重要保障。a) 在进行井下操作的过程中, 维护人员应充分做到井下一人一面的要求。严格检查井下各个工作站点设备相关情况, 比如探头位置是否满足相关要求, 一旦发现问题, 应在现场及时解决;b) 对井下分站和设施采取标牌化管理模式, 并责任至人, 一旦出现问题, 应追究其相关负责人责任, 充分做好井下检查维护工作;c) 坚持定期对探头进行检查, 做好调校记录;d) 井下安全监控电缆应采取单一路线方法, 一旦监控线路发生断电或出现故障等情况时, 能在第一时间找到故障点, 从而采取有效措施进行解决;e) 还可以设置相应维修检验组, 对井下探头适时维护, 及时更换井下故障探头, 进而确保监控质量。此外, 还应建立安全管理制度, 通过规章制度的制定和约束, 引起对高瓦斯安全监控系统的重视, 并加大宣传, 提高煤矿生产企业、管理人员对安全监控系统的认识。比如可以建立领导值班制度, 让领导参与到安全监控系统值班工作中, 对出现的问题及时处理。也可成立相关机构或组织, 配合安全监控系统管理工作。当煤矿开采中出现了瓦斯等有害气体或这些有害气体超出限制时, 要停止通风机工作, 向值班领导报告, 采取相应措施进行处理。

2.3 强化工作人员的综合素养管理

在高瓦斯矿井井下工作过程中, 要利用安全监测监控系统有效提高井下工作安全性, 还需要不断加强对工作人员的综合素养管理。其中包括用工管理和人员素质管理两方面内容。a) 用工管理方面。应严格按照相应要求进行地面监测和井下维护工作, 同时配置相应技术人员, 确保安全监测监控系统稳定性能, 做好安全监控服务;b) 人员素质培养方面。这要求相关技术人员提高自身专业知识和实践技能的掌握程度, 提高对安全监控重要性的认识, 在工作中严格要求自己, 有效提高工作责任心, 进而提高工作人员综合素养。

3 结语

瓦斯监测监控系统 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

瓦斯监测监控系统 篇8

瓦斯浓度过高是引起煤矿事故的主要原因, 因此, 实时了解井下瓦斯浓度是煤矿安全生产的一个重要因素。目前, 我国各大煤矿的瓦斯监测系统大多采用有线监测的方式, 但这种方式布线复杂、维护成本较大, 且如果监测系统的某一点发生故障, 则整个网络就会失去控制。基于这一点, 利用Zig Bee技术设计出一种无线网络通信系统, 通过计算机和无线网络获得井下各模块的工作状态和数据, 从某种意义上来说, 促进了煤炭工业现代化的管理, 减少了煤炭事故的发生, 具有可靠性高、成本低、灵活性强等优点。

1 系统总体结构设计

由于煤矿作业环境的特殊性, 所以检测矿井空气中的瓦斯浓度是矿井安全的基础, 以Zig Bee网络为架构的无线监测系统, 再其地面中心以下部分是由终端节点、路由器节点和协调器节点三部分组成, 终端节点主要用来瓦斯数据的收集, 然后传送给路由器节点层, 协调器节点层对其接收到的数据信息进行总结, 再连接主干网络控制中心接收传输的数据信息, 实时监测到井下瓦斯浓度的状态, 系统总体结构如图1所示。

2 系统硬件部分设计

在本设计中, 硬件电路主要有传感器模块和无线通信模块组成, 在实际的应用中, 通常把它们放到一个硬件电路上, 因此, 有利于提高系统的稳定性和准确性。

2.1 传感器模块电路

本设计采用是应用电路简单、耗电低、体积小的KGS-20型可燃气传感器, 瓦斯传感器的工作原理是在瓦斯的作用下是其热催化元件发生燃烧, 导致阻值随着元器件的温度升高而增大, 使电桥失去平衡引起桥路电压发生变化, 由于该电压和瓦斯浓度成正比例关系, 所以通过测量桥路电压就可以检测出瓦斯浓度值。

2.2 Zig Bee无线通信模块

设计采用基于无线SOC设计、内部集成了大量设计电路的CC2430作为系统方案的无线通信模块, 并且集成了一颗8051微控制器和符合了IEEE802.15.4标准的2.4GHz RF射频收发器, 可以实现数据信号的无线收发功能。

3 系统程序设计

程序的总体流程首先是初始化, 建立网络通讯连接, 通过瓦斯传感器采集数据, 对这些数据进行处理及对比, 如果超出所设范围则报警, 并执行相应的控制命令。

3.1 数据采集程序设计

数据采集部分的功能是利用传感器来完成瓦斯数据实时可靠的瓦斯数据采集, 然后再将电信号经过放大电路放大, 经与8051单片机连接, 后经AD转换获得所需要的参数。最后等待系统的无线传输。

3.2 无线收发的程序设计

由协调器节点、路由器节点和终端节点得到的数据传送给无线收发模块CC2430, 然后由其传送给控制中心, 无线收发模块CC2430的工作流程如下:首先初始化CC2430的寄存器参数并改变其参数值使其进入到待机模式的状态, 然后是发送模式或接受模式的工作模式选择, 最终完成数据信号的无线收发的功能。

4 结束语

本设计采用通信技术和无线传感器网络设计成的瓦斯监测系统, 达到了对于煤矿瓦斯浓度的实时监测和预警的功能, 减少了煤矿事故的发生, 使人身安全和财产有了一定的保障, 具有良好的实时性和可靠性。

参考文献

[1]孙利民, 李建中, 陈渝.朱红松.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社.2005.

[2]张雅君, 李明学, 田由辉.基于Zigbee技术的煤矿井下设备监测系统的研究[J].煤矿机械.2013, 34 (06) :271-272.

瓦斯监测监控系统 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。

瓦斯监测监控系统 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)