矿井安全监测

矿井安全监测（共10篇）

矿井安全监测 篇1

煤炭是我国重要能源之一, 也是各行业的基础燃料。随着我国经济的飞速发展, 对于煤炭的需求也与日俱增, 随之而来的是煤矿开采规模的加大、对井下工作人员的需求增多, 致使井下的安全系数及保证井下工作人员的安全问题已经不容忽视。近几年我国对煤炭行业的安全生产也越来越重视, 我国由于地质条件限制, 煤炭的开采主要以井下为主, 一个矿井深达几百米, 要想解决井下的安全生产问题, 实现矿井的安全调度和通信保障是首要问题。因此, 煤矿安全成为一个亟待解决的科学问题, 研究出能减少甚至消除矿井灾害的最新现代化安全技术手段十分迫切, 以保证煤炭安全生产和保障国家对煤炭资源大量需求的供应, 对矿井安全智能监测WSN系统总体结构采用的Zig Bee无线电技术、传输路由协议和定位算法三个关键技术进行了研究。

1 矿井安全智能监测WSN系统总体结构

基于无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统在继承了无线传感器网络的自动感知、自动组网、多跳中继传递等特性的同时, 充分考虑到了煤矿井下的实际情况。如图1、图2所示, 该系统主要由以下五个部分构成:

1.1 移动无线传感器网络节点

由井下矿工携带, 电池供电, 带有探测瓦斯浓度等环境质量监测传感器, 具有无线传输数据的功能, 并在环境监测数据超标时自动报警。每个移动节点提供一个唯一的编号, 用以确定携带者的身份、位置等信息。

1.2 固定无线传感器网络节点

按一定的间距固定在支巷道道壁上, 具有环境数据和无线传输数据的功能;并在环境监测数据超标时自动报警。每个固定节点的位置需要在计算机数据库中备案, 以此为固定坐标点用以确定运动节点的坐标位置。

1.3 基站接收机节点

安装在主巷道内, 接收固定式无线传感器网络节点的数据, 并通过通信电缆将数据传输给信息收集数据库服务器。

1.4 信息收集数据库服务器

收集处理数据, 将数据储存到数据库, 并随时向监控部门提供及时准确的井下环境数据。

1.5 监控台

监控人员操作台, 以图形方式实时监测井下全部无线传感器节点, 显示每个节点当时的环境参数, 具有瓦斯超限报警等环境超限报警功能。

2 Zig Bee无线电技术

Zig Bee是目前在煤矿企业安全监测系统中广泛使用的无线电技术, Zig Bee技术在应用初期主要在军事领域。后来对Zig Bee技术进行整合和相关衍生技术的开发, 现在已经广泛地应用于灾难检测、能源监测等方面。其主要特点包括下面几个方面:

2.1 功耗低且数据传输稳定

Zig Bee技术将工作过程分成工作模式和休闲模式。在工作模式下Zig Bee技术的传输速率较低, 数据量也会比较小, 因此信号的收发时间就会比较短。而在非工作模式下, 有关Zig Bee的节点就会呈现休闲状态, 即进人了休闲模式。因此能够节省大量的电力, 一节碱性电池就能够使用数年。而且在MAC层, 采用了冲突避免机制, 提升了信息数据传输的可靠性。

2.2 容量大, 兼容性好, 且安全性高

Zig Be。技术的使用非常简单, 而且也支持简单器件。一个Zig Bee技术的网络能够包括255个Zig Bee的网络节点, 如果在这个网络里采用了网络协调器, 那么就能够支持65535个网络节点。而且这个网络技术能够和现有的有线互联网和无线互联网无缝集成, 极大地促进了Zig Bee的广泛应用, 而且Zig Bee还支持基于128位的加密算法, 从而提升了数据传输的安全性。

2.3 成本造价低, 工作频段设置灵活

因为Zig Bee技术的网络协议相对及暗淡, 其有效的覆盖范围在10~75 m, 使用频段能够在2.4GHz, 868 MHz, 915MH, 这3个频段上免费使用, 正是如此, 现在很多煤矿企业在选择无线电技术时, 采用的是Zig Bee技术, 特别是井下的特殊环境, Zig Bee技术凭借着3个重要特点, 无疑成为首选的无线电技术。

Zig Bee嵌入在监测传感器上的应用架构, 如图3所示。

3 WSN井下安全监测数据传输路由协议

煤矿井下的WSN路由协议比传统的路由协议更注重能量均衡问题, 众多针对能量均衡问题研究的WSN路由协议中, 主要包括对节点能耗进行被动调整和对节点能耗进行主动调整2种方式。被动调整方式主要包括以低功耗自适应集簇分层型协议, 这类协议采用周期性对簇首进行选举来解决能耗不均问题;通过综合节点的剩余能量和其他参数来周期性地选择簇头。这些算法共同的问题是当节点出现能耗不均的情况后才采取措施实现能量均衡。主动调整方式主要包括利用非均衡分簇的思想来解决能量均衡问题, 从而延长网络的生存周期;根据节点剩余能量的大小竞选簇首, 然后以簇首与Sink节点的距离为参数计算簇半径, 从而组织不同规模的簇, 并采用多跳路由的方式实现数据转发。

通过对煤矿采空区的特征研究发现, 采空区面积较大, 长度较长, 宽度较窄, 呈不规则的狭长带状结构, 传感器节点采集的信息均从采空区内部向采空区巷道口传输, 然后通过巷道口的Sink节点传送到地面的通信及管理设备。这种结构造成应用于煤矿采空区的WSN具有不同于一般应用的特点: (1) 采空区是无人可达区域, 传感器节点一旦部署将难以获得能量供给, 因此, 需要优先考虑延长网络生存期。 (2) 采空区的长度通常超过几千米, 而且部分采空区可能会出现冒落、塌陷, 造成节点消失, 使传输路径中断, 因此, 应该在采用多跳通信方式的同时, 利用多路径机制保证数据传输的可持续性。 (3) 采用多跳通信方式, 所有的数据都需要通过采空区巷道口的节点转发, 因此, 靠近巷道口的簇应该规模小, 数量多, 而且簇内节点数量少;远离巷道口的簇应该规模大, 数量少, 而且簇内节点数量多, 从而达到均衡负载的目的。 (4) 为避免簇首过早死亡, 应该采用轮流担任原则, 同时在考虑剩余能量的基础上, 还应考虑传感器节点与Sink节点的距离, 保证距离Sink节点较近且能量较高的传感器节点成为簇首。因此, 对于煤矿采空区的WSN路由协议的研究应该充分考虑以上4个方面的特点, 并更多地注重能量均衡从而达到延长网络生存期的目的。

4 结语

在对矿井安全智能监测WSN系统总体结构设计的基础上, 分析了Zig Bee无线电技术在煤矿企业安全监测系统中广泛使用与对WSN井下安全监测数据传输路由协议进行了多方面的研究。而国内对于无线传感器网络的研究才起步较晚, 并在无线传感器网络方面的研究工作还不多, 但是随着研究的深入, 该理论无论在国家矿井安全还是在国民经济等方面都将有更广泛的应用前景, 对整个国家的社会、经济都将有重大的战略意义。

参考文献

[1]陈林星.无线传感器网络技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[2]Karl H, Willig A.无线传感器网络协议体系结构[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3]吴瑾, 潘启勇, 王宜怀.基于MC13213的单芯片Zig Bee平台的物理层协议研究与实现[J].微型机与应用, 2010, 29 (23) :61-65.

[4]李毅治.基于Zig Bee协议的无线传感器网络网络层协议栈的设计和实现[D].南京:东南大学, 2007.

[5]周武斌.Zigbee无线组网技术的研究[D].长沙:中南大学, 2009.

[6]徐军委。下一代互联网中无线传感器网络协议理论与技术的研究[D].合肥:中国科学技术大学, 2007.

[7]崔逊学, 赵湛, 王成.无线传感器网络的领域应用与设计技术[M].北京:国防工业出版, 2010.

矿井安全监测 篇2

近年来，高瓦斯矿井的数量在不断增加，如何加强安全生产，提高搜救工作效率，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。随着国家对煤矿安全的日益重视和监管力度的不断加强，我国大中型煤矿及广大乡镇小煤矿已大量装备了煤矿安全生产监控系统，这些安全装备的推广应用大大改善了我国煤矿安全生产状况,但目前煤矿井下还普遍存在入井人员管理困难。

RFID人员考勤监测系统采用无源识别卡，应用信息自动识别技术，对煤矿入井人员进行实时考勤、跟踪定位、管理的系统，能够实时掌握井下人员的详细资料、出勤情况、工作区域、行动轨迹等，对巷道移动目标进行非接触式识别和跟踪显示，并绘制出人员行踪路线，在地面主机上显示的同时，可以远程传输至上级管理部门数据中心。此系统能正确处理安全与生产、安全与效益的关系，提升工作人员准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，能有效的进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作。

二、系统原理及结构

在入井人员经过的通道和需要监控的巷道中安装射频天线和井下分站，当人员经过射频天线时，封装在矿帽中的无源识别卡感应射频天线磁场能量，发射出全球唯一ID号，同时将自身存储的个人信息立即上传给射频天线，射频天线通过数据传输电缆将读到的信息发送至井下分站，井下分站将接收到的无源识别卡对应的员工信息和检测到的时间存储于数据存储器中，待监控中心的服务器巡检时，通过数据传输接口，上传到监控中心的服务器上，用于显示和查询。

图1 系统图

图2 系统结构图

三、系统设计流程

本系统遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员和班组实行“一人一卡”制，该标识卡可视为“上岗证”或“坑道准入证”。具体方案：

1)煤矿生产单位在井下坑道、作业面的交叉道口安装井下分站设备。2)煤矿生产单位向下井工作人员颁发并装备标识卡。

3)系统数据库记录该标识卡所对应人员的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班

组、所属工种、职务、本人照片、有效期等基本信息。

4)生产单位对该标识卡进行授权后即生效。授权范围包括：该员工可以准入的坑道或 作业面。为防止无关人员和非法人员进入坑道或作业面，系统设置该卡准入坑道或作业面的

时效管理模块及卡的失效、报失等。

5)进入坑道的工作人员必须随身携带标识卡，当持卡人员经过设置识别系统的地点时被系统识别，系统将读取该卡号信息，通过系统传输网络，将持卡人通过的地点、时间等资料传输到地面监控中心进行数据管理；如果采集的卡号无效、或进入限制通道，系统将自动报警，监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。

6)坑道一旦发生安全事故，监控中心在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于事故救助工作的开展。

7)系统可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。

图3 数据处理流程

四、系统功能

（1）考勤功能：能够实时统计入井人员姓名、时间、职位、数量等，并及时统计各单位人员下井班数、班次、迟到、早退信息等；对考勤数据进行统计、查询、汇总、生成报表、打印等。

（2）跟踪功能：井下人员实时动态跟踪、位置显示、运行轨迹回放，实时动态查询某一区域某一时刻井下人员分布。

（3）报警功能：系统对入井人数超计划、进入限制区域、升井超时及系统故障能自动显示和报警。

（4）救护搜寻：可提供位置信息，便于及时救护。（5）组网功能：系统具有强大的组网功能，根据用户需求，监控中心与各矿级系统能够以局域网方式联网运行，使联网的所有矿级系统在使用权限范围内都能共享考勤跟踪数据，便于远程查询和管理。

（6）扩展功能：系统提供了强大的扩展空间，可根据需求扩展车辆管理系统、门禁识别考勤系统。

图4 网络结构示意图

矿井安全监测 篇3

【关键词】瓦斯监测；新技术研究；KJD11监控器；WYS监测仪；预警系统

矿井瓦斯是煤矿企业安全生产重点关注的对象之一，但矿井瓦斯事故从未消失于人们的视线中。在历次众多煤矿重大矿难中，瓦斯事故至少占到2/3以上，这足以说明矿井瓦斯的威胁性与矿井瓦斯事故的严重性。我们知道，瓦斯事故产生的根本原因在于瓦斯积聚程度超出浓度的极限，而矿井因为重视程度不够或违规操作，导致悲剧的发生。为预防重大瓦斯事故的产生，一方面需要着重强调安全问题、提高生产安全意识外，还有赖于各类瓦斯监测监控系统的支持，下文就各类瓦斯监测新技术展开阐述。

1.WYS管道气体参数监测仪

WYS管道气体参数监测仪适用于煤矿井下瓦斯抽放系统的监测，可实时监测抽放管路中的瓦斯流量、温度、浓度、负压，自动计算出标准状态下的瓦斯流量与纯量。四种参数都为标准的200～1000Hz输出，能顺利地接入煤矿常用的KJ4、KJ66等安全监测分站，通过分站传送至地面计算机。值得一提的是，现今安全监测系统很多都具备抽放监控系统的软件模块，两者有机的结合，及时适应了煤矿“先抽后采”、“以抽为本”的实际要求。（1）监测仪的工作原理：流量测定采用了先进的涡街流量传感器，在流体中设置三角柱型旋涡发生体，当流体从管道流过时，在旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，在一定流量范围内，该旋涡的发生频率与流速成正比，且不受流体的密度、粘度等介质参数的影响，通过测出旋涡的发生频率，准确得出管道内瓦斯的流量。（2）监测仪结构：由四个装在管道上的传感器和主机组成，主机是仪器的核心，主要任务是：供给传感器电源、输出频率信号以及对传感器数据进行处理、统计与显示。（3）适用范围：煤矿井下瓦斯抽放系统的监测，可实时监测抽放管路中的瓦斯流量、温度、浓度、负压，自动计算出标准状态下的瓦斯流量与纯量，能顺利地接入煤矿常用的KJ4、KJ66等安全监测分站，通过分站传送至地面计算机。

2.KJD11局部通风机自动切换监控器

在高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井中，基于其瓦斯涌出量大，通风机提供的风量也要相应增加。为了保证局部通风机安全、可靠、稳定运转，可以在掘进工作面实行双风机双电源供风，它的优点是降低了因风机停风造成瓦斯超限的机率，进一步保障了掘进工作面的安全生产，但需要解决双风机自动切换、风机运行状态监视以及风电瓦斯闭锁等环节如何与之配合的问题。为此需要设计一种监控器实现风机自动切换功能，于是KJD11局部通风机自动切换监控器应运而生。其主要功能有：（1）双风机自动相互切换。即使工作的一台风机出现故障停机后，也不会导致工作面的供风间断，其原因是此该装置根据检测反馈信息自动启动功能正常的风机。（2）双风机之间相互闭锁。一台风机处于运行状态时，另一台风机无法启动，以免强风损坏分风器和风筒。（3）风电瓦斯闭锁。当专用风机（或专用对旋风机的一级）停止运行后，装置自动切断工作面动力设备电源。通过接收监测系统分站的控制信号也可以进行风电闭锁和瓦斯电闭锁。（4）风机运行状态监测。可以自动连续监测风机（对旋风机的各级）的运行状态，并将此开关量信号传输至监测系统分站，实现风机运行状态的远程自动监测。（5）被控开关工作状态监视。以电压方式直接检测被控闭锁开关负荷侧电压的状态，并转换成开关量信号传输至监测系统分站，实现被控开关负荷侧状态的远程自动监测。（6）停风自保。当双风机因停电都处于停止状态时，一旦恢复送电，则两台风机均不会自动启动，以免在瓦斯超限且未处理的情况下自动送风。（7）装置设有观察窗，可以通过指示灯了解风机和被控开关的状态。

3.MD-1短消息瓦斯预警系统

所谓的短消息瓦斯预警系统是指以短信的形式，将工作面以及掘进面的系统分析与判断后产生的数据发送至指定负责人的手机或其他联系设备中，达到及时对瓦斯进行预警的目的。短信通知的形式可以分为系统发送与人为主动查询。前者通过系统设置即可完成，后者是指各级负责人如果想要主动了解工作面与掘进面的瓦斯监测情况，可编辑特定编码发送至MD-1短消息瓦斯预警系统，该系统接收到编码后，即刻做出反馈，准时将查询信息发送到查询人的手机中。如此以来，无论负责人身处何地，在手机有信息的前提下，都可以通过编辑特定编码的形式查询到各个探头的监测数据，从而做出正确与及时决策。

另外，在引用该系统时不需要更换现有监测系统，只要在现有监测系统的基础上增加本系统即可。该系统能提供各种监测数据的实时数据保存、汇总、分析；可以实现分级的人员设置管理；具有灵活的报警级别设置管理；可按时间段的超限统计信息。

4.矿灯瓦斯监测器

中国科学新近开发的微型瓦斯探测器，将一块专门用于瓦斯探测的处理器置于普通矿灯的蓄电池中，当矿灯处于环境的瓦斯浓度超过安全警戒线时，矿灯上的红色指示灯便开始持续闪亮报警，直至周围瓦斯浓度恢复正常。《煤矿安全规程》规定：入井人员必须携带矿灯和自救器，方可入井。这就是说如果用这种具有瓦斯检测报警功能的矿灯取代普通矿灯，相当于每个入井人员都携带了一个小型的瓦斯监测报警装置，一旦出现瓦斯超限入井人员就会及时发现并进行处理，大大减小了瓦斯积聚的现象，从而保证了生产安全。这种矿灯已在山西临汾等矿务局进行了使用和推广。

5.MGIS煤矿安全生产多参数信息管理监测系统

MGIS煤矿安全生产多参数信息管理监测系统能够及时、准确、完整地收集、处理各种安全信息，提高工作效率，统计、分析事故发生的原因、后果，预测可能发生的事故，为安全生产监督、管理，制定落实安全措施和计划提供可靠的生产现场第一手资料；同时可以形象、立体了解矿井各种信息。

这种系统的主要功能有：（1）图形显示功能：图形无极缩放、平滑漫游、定位显示；“鹰眼”显示、图形综合显示、自动标注；矿井实际距离自动显示；矿井主题的动态闪烁显示；图形编辑；图形数据的添加、修改、删除等功能。（2）查询功能：系统关键字查询功能、结果高亮度显示功能；查询结果统计显示、动态及定位显示和对比功能；查找结果排序、结果输出功能。（3）打印输出功能：地图及图形信息的筛选输出打印；打印统计及查询结果。（4）统计功能：设备查询统计；专题地图对风速、瓦斯浓度等分类统计，超限报警功能等。

6.结语

瓦斯监测技术是预防重大瓦斯事故的重要保障，虽然我国在瓦斯检测方面取得了许多重大技术突破，但鉴于矿山安全管理的特殊性，还需要进一步研究监控设备的性能与监控系统的稳定性。 [科]

【参考文献】

[1]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（3）.

[2]陈庆陆，柳增运.便携式矿用瓦斯检测系统设计[J].山西电子技术，2011（2）.

矿井安全监测 篇4

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

矿井通风与安全 篇5

煤矿井下为什么要进行[1]?？不进行通风不行吗？经过实践证明，不进行通风是不行的。因为井下要生产就要有人，人没有氧气就不能生存。其次人们在井下生产过程中不断产生有毒有害气体，如：一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢、沼气等，如果不排除这些气体人们也无法生产。井下由于受地温等因素的影响需要对井下恶劣气候条件进行调节。矿井通风的基本任务是：

（1）、供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。

（2）、冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。

（3）、调节井下气候，创造良好的工作环境。

井下必须进行通风，不通风就不能保证安全和维持生产。故矿井通风是矿井生产环节中最基本的一环，它在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。

编辑本段 矿井通风的类型

矿井通风系统由影响矿井安全生产的主要因素所决定。根据相关因素把矿井通风系

矿井通风阻力参数智能检测仪

统划分为不同类型。根据瓦斯、煤层自燃和高温等影响矿井生产安全的主要因素对矿井通风系统的要求，为了便于管理、设计和检查，把矿井通风系统分为一般型、降温型、防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型几种，依次为1-8八个等级。

编辑本段 空气 地面空气

地面空气是我们居住的地球表面包围着的地面大气，它由干空气和水蒸气组成的混合气体，在正常情况下干空气由下列几种成分组成：

气体名称体积浓度

氮（N2）78.13%

氧（O2）20.90%

二氧化碳（CO2）0.03%

氩（Ar）0.93%

其它0.01% 井下空气

地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成份和浓度发生改变。

1、物理变化：

气体混入：煤层中含有瓦斯、二氧化碳等气体，矿井在生产过程中这些气体便混

jfy-2矿井通风多参数检测仪 入井下空气中。

固体混入：井下各作业环节所产生的岩、煤尘和其它微小杂尘混入井下空气中。

气象变化：由于井下温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。

2、化学变化：

井下一切物质的缓慢氧化、爆破工作、火区氧化等这些变化均对井下空气产生影响。

经过上述的物理、化学变化井下空气同地面空气相比较发生了较大变化，成分增多、浓度发生变化、氧浓度相对减少。井下空气的成分种类共有：O2、N2、CH4、CO、CO2、H2S、SO2、H2、NH3、NO2、水蒸气和浮尘十二种。但由于各矿条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都不相同。

编辑本段 井下空气的主要成分： 氧（O2）

氧气的性质：是一种无色、无味、无臭的气体，它对空气的比重是1.11，其化学性质很活泼，可以和所有的气体相化合，氧能助燃，氧是人和动物新陈代谢不可缺少的物质，没有氧气人就不能生存。氧气对人影响见下表：

氧的浓度%

人体的症状反应

静止状态无影响，工作时引起喘息、呼吸困难、心跳。

10--12

失去知觉、对人的生命有严重威胁。

9以下

在短时间内窒息死亡。

《煤矿安全规程》中规定：在采掘工作面的进风风流中，按体积计算，空气中的于20%。氮（N2）

氮气的性质：是一种无色、无味、无臭的气体，它对空气的比重是0.97，不助燃、不能维持呼吸。在正常情况下，氮对人体无害，当空气中含氮量过多时，就会降低氧气含量，可以因缺氧而使人窒息。

二氧化碳（CO2）

二氧化碳性质：是一种无色、略带酸味的惰性气体，它对空气的比重是1.52，易溶于水、不助燃、不能维持呼吸，略带毒性，对眼、喉咙和鼻的粘膜有刺激作用。

《煤矿安全规程》中规定：在采掘工作面的进风风流中，按体积计算，二氧化碳浓度不得超过0.5%。

四、井下空气的主要有害气体及其防治措施

井下空气由于受矿井生产的物理、化学变化的影响,使井下空气中存在一些有毒有害气体: 主要有害气体:

一)、一氧化碳(CO)

1、性质:

一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体,它对空气的比重为0.97,微溶于水。在一般温度与压力下,一氧化碳的化学性质不活泼,但浓度达到13%--17%时遇火能引起爆炸。

一氧化碳之所以毒性很强是因为它对人体内血红球所含的血色素的亲和力比氧大250--300倍。因此,一氧化碳吸入人体后就阻碍了氧和血色素的正常结合,使人体各部分组织和细胞缺氧,引起窒息和中毒死亡。

2、一氧化碳的浓度与中毒程度的关系:

一氧化碳

0.016

0.048

中毒时间 中毒程度 中毒症状

数小时 无征兆或轻微头痛

1小时以内 轻微中毒 耳鸣、头痛、头晕、心跳

0.128 0。5--1小时 严重中毒 除上述症状外四肢无力、呕吐、感觉

迟盹、丧失行动能力

0.4 短时间内 致命中毒 丧失知觉、痉挛、呼吸停顿、假死

《煤矿安全规程》规定井下空气中一氧化碳的浓度不得超过0.0024%。

3、井下一氧化碳地来源:

(1)、井下火灾;煤层自燃。

(2)、沼气与煤层爆炸。

(3)、爆破工作。二氧化碳见上节。硫化氢气体。

1、性质:

硫化氢气体是一种无色微甜,有臭鸡蛋气味的气体,它对空气的比重为1.19,溶于水,能燃烧,当浓度达4.3%--46%时还具有爆炸性。

3、井下来源:

(1)、坑木析腐烂。

(2)、含硫矿物(如:黄铁矿、石膏等)遇水分解。

(3)、从采空区废旧巷道涌出或煤围岩中放出。

某矿井通风网络

(4)、爆破工作产生。二氧化硫:

1、性质:

二氧化硫是一种无色具有强烈硫黄燃烧味的气体,它对空气的比重为2.2,易溶于水。它对眼睛和呼吸器官有强烈刺激作用。

《煤矿安全规程》规定井下空气中二氧化硫气体浓度不得超过0.0005%。

3、井下来源:

(1)、含硫矿物的自燃或缓慢氧化。

(2)、从煤围岩中放出。

(3)、在硫矿物中爆破生成。二氧化氮（NO2）

1、性质:二氧化氮为红褐色气体,它对空气的比重为1.57,极易溶于水,对眼睛鼻腔、呼吸道及肺部有强烈的刺激作用,二氧化氮与水结合生成硝酸,因此对肺部组织起腐蚀破坏作用,可以引起肺部浮肿。

2、二氧化氮的浓度与中毒程度关系:

《煤矿安全规程》规定井下空气中二氧化氮气体浓度不超过0.00025%。

井下来源:

主要是放炮产生。

六)沼气:沼气的数量约占矿井瓦斯总和的90%以上,重点放在下一章阐述。

二、防止有害气体的措施:

1、加强通风。适当增加风量,把这些有害气体排出或冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全浓度以下,是常用也是有效防止井下有害气体危害的最根本的措施。

2、加强检查,用各种瞧骷嗍泳?赂髦钟泻ζ?宓亩??以便及时采取相应的措施。

3、如果某种有害气体的含量较大可采取抽放措施。如瓦斯抽放。

4、井下通风不良的地区或不通风的旧巷道内积聚大量的有害气体。故在这些旧巷口要设栅栏,挂警标,防止他人误入。如果必须进入,需要详细检查各种有害气体方可进入。

5、若有人由于缺氧窒息或呼吸有毒有害气体中毒时立即将中毒者移到有新鲜空气的巷道或地面并进行人工呼吸(NO2、H2S中毒除外)施行急救。

编辑本段 矿井通风设施:

为了使井下风流沿指定路线流动分配,就必须在某些巷道内建筑引导控制风流的构筑物即通风设施,它分为引导风流和隔断风流的设施。引导风流的设施:

1、风峒:风峒是联接扇风机装置和风井的一段巷道。

大煤沟煤矿风峒

风峒多用混凝土、砖石等建材构筑成圆形式矩形巷道,这是由风筒的特点所决定的。

2、风桥:风桥是将两股平面交*的新、污风流隔成立体交*新、污风分开的一种通风设施。

根据结构特点不同风桥可分为三种:

(1)绕道式风桥。(2)、混凝土风桥。(3)、铁筒风桥

3、风窗(卡)

风窗是在巷道内设在墙或门上,在墙或门上留一个可调空间窗口,通过调节空间窗口面积从而达到调节风量的目的。

4、风障:

在巷道内利用木板、苇席、风筒布做布障起到引导风流的作用。常用此方法处理高冒处、落山角等处积聚瓦斯。

5、风筒:

在巷道中利用正压或负压通风动力通过管道把指定的风量送到目的地,这个管道就叫风筒。隔断风流设施:

1、防爆门(帽)

防爆门是装在扇风机筒,为防止井下发生煤尘瓦斯爆炸时产生的冲击波毁坏扇风机的安全设施。当井下发生煤尘、瓦斯爆炸时,防爆门即能被气浪冲开,爆炸波直接冲入大气,从而起到保护扇风机的作用。

2、挡风墙

在不允许风流通过,也不允许行车行人的井巷如采空区、旧巷、火区以及进风与回风大巷之间的联络小眼都必须设置挡风墙,将风流截断。以免造成漏风,风流形成短路使通风系统失去合理稳定性而发生事故。

挡风墙分为:临时挡风墙、永久挡风墙。

1)临时挡风墙:一般是在立柱上钉木板,木板上抹黄泥建成临时挡风墙。

使用条件:服务年限不长,巷道围岩压力小,漏风率要求不不严时使用。

2)永久挡风墙:一般使用料石、砖土、水泥、混凝土建筑。

使用条件:服务年限长,巷道围岩压力大,漏风率要求严时使用。

3、风门:

在不允许风流通过,但需行人或行车的巷道内,必须设置风门。

按结构分:普通风门和自运风门。

4、通风设施管理规定：

（1）、通风部门做好系统的调整，尽量减少风卡以自然分配风量为主。

（2）、爱护通风设施做到：风门严禁同时打开或用车撞风门、风门损坏及时汇报通风调度，如果影响系统风量受影响区域停电、撤人修复后再生产，安监调度组织分析处理。

（3）、通风设施由通风部门管理，其他单位无权移动、拆除等权力，如需要拆除、移动需要提前和通风部门联系。

（4）、严禁跨入栏杆、拆除栏杆、闭墙、风卡等通风设施。

编辑本段 风量的测定:

矿井通风的主要参数之一就是风量,即:单位时间内通过井巷空气的体积。测风站要求

1、必须设在直线巷道中。

2、测风站长度不少于4m。

3、测风站前后10m内没有拐弯和其它障碍。

4、测风站应挂有记录牌,注明编号、地点、断面积、平均风速、风量、测风日期、测风点。

5、测风站应设在没有漏风、支架齐全、断面变化不大的巷道内。测风方法

测风采用定点法、九点法和线路法,求出平均风速。

在同一断面测风次数不少于三次,每次测量结果的误差不应超过5%,然后取三次的平均值。测得平均风速后通过测风站的断面积计算出巷道风量。

《煤矿安全规程》规定，至少每10天要进行一次全面风量测定。

4、通风设施管理规定：

（1）、通风部门做好系统的调整，尽量减少风卡以自然分配风量为主。

（2）、爱护通风设施做到：风门严禁同时打开或用车撞风门、风门损坏及时汇报通风调度，如果影响系统风量受影响区域停电、撤人修复后再生产，安监调度组织分析处理。

（3）、通风设施由通风部门管理，其他单位无权移动、拆除等权力，如需要拆除、移动需要提前和通风部门联系。

（4）、严禁跨入栏杆、拆除栏杆、闭墙、风卡等通风设施。风量的测定

矿井通风的主要参数之一就是风量,即:单位时间内通过井巷空气的体积。

一)、测风站要求:

1、必须设在直线巷道中。

2、测风站长度不少于4m。

3、测风站前后10m内没有拐弯和其它障碍。

4、测风站应挂有记录牌,注明编号、地点、断面积、平均风速、风量、测风日期、测风点。

5、测风站应设在没有漏风、支架齐全、断面变化不大的巷道内。

二)、测风方法:

测风采用定点法、九点法和线路法,求出平均风速。

在同一断面测风次数不少于三次,每次测量结果的误差不应超过5%,然后取三次的平均值。测得平均风速后通过测风站的断面积计算出巷道风量。

《煤矿安全规程》规定，至少每10天要进行一次全面风量测定。

编辑本段 掘进通风

在掘进巷道时,为了供给人员呼吸,排除稀释掘进工作面瓦斯或爆破后产生的有害、有害气体和矿尘要进行通风。掘进巷道的通风叫掘进通风。掘进通风方法分全负压通风、引射器通风和局扇通风。由于我集团公司主要采用局扇通风，故主要讲局扇通风。局扇通风

局扇通风是我国矿井广泛采用的一种掘进通风方法,它是利用局扇和风筒把新鲜风流送入掘进工作面的。

一)、局扇通风方式:

压入式;抽出式;混合式

1、压入式:就是利用局扇将新鲜空气经风筒压入工作面,而泛风则由巷道排出。

压入式通风局扇安装在新鲜风流中,泛风不经过局扇,因而局扇一旦发生电火花,不易引起瓦斯、煤尘爆炸,故安全性好,可用硬质风筒也可用柔性风筒,适应性较强。其缺点是:工作面泛风沿独头巷道排往回风巷,不利于巷道中作业人员呼吸。放炮后炮烟由巷道排出的速度慢,时间较长,影响掘进速度。

2、抽出式通风:

抽出式通风与压入式通风相反,新鲜空气由巷道进入工作面,泛风经风筒由局扇排出。

抽出式通风由于污风经风筒排出,保持巷道为新鲜空气故劳动卫生条件较好,放炮后所需要排烟的速度快,有利于提高掘进速度。但由于风筒末端的有效吸程比较短,放炮时易崩坏风筒,如吸程长则通风效果不好,污风经过局扇安全性差,抽出式通风必须使用硬性风筒,适应性差。

3、混合式:

混合式通风把上述两通风方式同时混合使用。虽然克服了上述的一些缺点,但由于设备多,电耗大,管理复杂,未被推广使用。压入式通风由于安全性好,设备简单适应性好,效果好而被广泛应用。局部通风管理

1、局扇:

1)、指定专人负责管理（挂牌管理）,不准任意停开局扇,保持正常运转。

2)、局扇安装必须上双风机双电源且安装开停监测装置。

3)、局扇安设在进风巷中。距回风流不得少于10m,不许发生循环风。

4)、局扇安装与掘进工作面的电器设备必须有延时风电闭锁装置。

5)、局扇因故停运,必须撤人钉栅栏,按有关规定进行排放瓦斯。

2、风筒:

1)、推广使用Φ700mm软质阻燃风筒,提高局扇出风率。

2)、提高接头质量,减少接头漏风,坚持使用反边式双边接头。

3)、风筒要吊挂平直,拉紧吊稳,逢环必吊,提高局扇供风量。

4)、加强检查和管理,及时修补。并搁专人负责。

5)、经常及时接风筒,保证风筒出口到煤头不超距。

编辑本段 矿井瓦斯

煤层瓦斯的主要成分一般是沼气和其它有害气体等,这些气体统称为瓦斯。由于瓦斯的危害主要是沼气,所以从狭义上讲矿井瓦斯就专指沼气而言。矿井瓦斯的生成:

煤矿井下的瓦斯来自煤层和煤系地层。瓦斯是在成煤和煤的变质过程中所伴生的气体。古代植物在成煤的初期,经厌氧菌的作用,植物纤维质分解成大量瓦斯。以后在上覆岩层的高温高压作用下泥炭褐煤发生物理和化学变化,逐渐转变成烟煤、无烟煤,煤在这种变质过程中挥发分减少,;固定炭增加。挥发分转变成沼气。这部分瓦斯由于埋藏在地层深处,不易跑掉得以保存。但在漫长的地质年代里由于受到诸多因素的影响,大部分瓦斯已放散出去,仅有一小部分至令还保存在煤层或岩层中,煤层或岩层中所含的瓦斯主要就是这部分瓦斯。瓦斯的性质:

甲烷是无色、无味、无臭可以燃烧和爆炸的气体,不能供人呼吸,能造成人员窒息,它易于扩散,扩散速度是空气的1.34倍,瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍,甲烷对空气的比重为0.544,因此容易积存在巷道顶板冒落的顶板空峒内。瓦斯的化学性质极不活泼,几乎不与其它物质化合,难溶于水。瓦斯与空气适量混合后具有燃烧爆炸性。这是瓦斯所以成为矿内主要灾害的原因所在。瓦斯爆炸条件:

1、瓦斯浓度:

在标准状况下瓦斯按体积百分比浓度为5—16%时遇到高温火源后就会发生瓦斯爆炸。浓度在9.1—9.5%时爆炸威力最大。

瓦斯爆炸界限不是固定不变的,它受温度、压力以及煤层其它可燃气体、惰性气体的混入等因素的影响。

2、引燃温度:瓦斯引燃温度一般在650℃—750℃,但它受到瓦斯浓度及火源性质等的影响1)、瓦斯的引爆延迟性对爆破工作有实际意义。炸药在爆破时瞬间温度可达2000℃,但火焰存在的时间很短,仅为千分之几秒,故不会引起瓦斯爆炸。但若炸药变质,装药炮泥不符合规定,就有可能使火焰存在时间加长甚至引燃药包造成瓦斯燃烧或爆炸事故,所以对井下爆破工作应十分注意。高温火源的存在是引起瓦斯爆炸的必要条件。电气火花、违章放炮、煤炭自燃、明火等都易引起瓦斯爆炸。

3、足够的氧含量:

实验证明,空气中的氧气浓度降低时,瓦斯的爆炸界限缩小,当氧气浓度减少到12%以下时,瓦斯就不会爆炸。

煤矿安全新技术：第一章 概述

矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。

20世纪80年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法、巷道布置及支护的改革，电子和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步，通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多地投人应用。以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多煤矿得以实施，使其能够更好地为高产、高效、安全的集约化生产提供安全保障。

编辑本段

矿井通风系统的优化改造

矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气、排出污风的通风方式(进＼回风井布置的方式一中央式、对角式、混合式)、通风方法(抽出式、压人式、抽压混合式)、通风网络(由风流流经的巷道及相关设施组成)和通风控制设施(通风构筑物)的总称。

近年来，为适应综合机械化采煤的要求，原煤炭工业部在总结建设经验，借鉴国外先进技术的基础上于1984颁发了《关于改革矿井开拓部署的若干技术规定》，作为新井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生产集约化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以“针对现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节能增风”为指导思想，对数百对国有煤矿进行了通风系统优化改造，配合生产矿井井田合并、开采范围扩大和储量增多等改扩建工作。这类通风系统优化改造主要有以下几个方面内容。通风方式的改革

根据矿井的特点和需要，把中央式通风演变为中央一对角式混合通风系统。为适应综采集约化生产，工作面单产超过1Mt／a的要求，对矿井采用分区域开拓。因此，形成区域式通风系统，即每个区域均有一组进、回风井，各个区域采用相对独立的通风技术。它具有通风线路短、风阻小、区域间干扰小、安全性好，便于选择主要通风机，使其实现高效节能的特点，提高了矿井的通风能力和抗灾能力，适用于特大型矿井或因地质条件须把井田划为若干独立生产区域的矿井。总之，新建大型矿井通风系统以对角式、分区式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主，主要通风机的经济运行能力的提高

离心式风机

为提高主要通风机的经济运行能力，主要开展了以下工作。

(1)为适应通风系统的变化和生产集约化的要求，20世纪80年代以来，我国相继出现2K60系列和GAF系列的轴流式风机和G4-73与K4-73系列的离心式风机。20世纪90年代，依托于国家“八五”关项目，研制出FD型的对旋式风机。该系列风机具有能耗低、效率高的特点，因而迅速在我国煤矿推广。在原煤炭部“九五”攻关项目中，无驼峰式轴流风机的研制成功增大了通风机的稳定工作区域。

(2)研制出离心式风机的调速装置，如可控硅调速、液力偶合器和变频调速装置。

(3)加强了通风机及其附属装置管理，减少风硐、风机内部以及扩散塔的阻力损失和漏风，提高了通风机运行效率。在生产矿井进行老、旧机的运行状态改造中，主要查明了通风机特性与通风网络风阻特性匹配差，主要通风机选型偏大，风机转速偏高，电机容量偏大，使风机长期处于低效区运行等问题，提出一整套风机经济运行的办法，对老、旧风机进行多种方法的技术改造，如采取更换机芯、改造叶轮和叶片等办法提高风机运行效率。采区通风系统优化布置

优化采区和工作面的通风布置，能有效提高通风能力和排出瓦斯的效果。随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方面，出现了3条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和回风上山，利于采区内采煤工作面和掘进工作面的独立通风，提高了采区的通风能力和风流的稳定性，也为保证采区的局部反风和作业人员的安全脱险提供了有利条件。在采煤工作面的通风布置方面，在常规的U型通风布置的基础上，提出了U＋L型方式(或称尾巷布置方式)，改变了采空区的流场分布，较有效地防止了采煤工作面隅角瓦斯积聚，促进了采空区瓦斯的排放。为了防止专用瓦斯排放巷瓦斯超限，又提出和采用了Y型的通风布置方式，单独供应新鲜风流直接稀释采空区涌出的瓦斯。此外，还采用了W型和Z型等布置方式，在适宜条件下均取得了较理想的通风效果，大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证了安全回采。新型通风设施的使用

矿井提升载荷监测装置的设计 篇6

随着现代工业发展对能源需求的不断增加, 煤炭资源的开采与利用近几年来达到了高峰, 主要体现为矿井的开采深度越来越大, 提升速度显著加快, 单次提升量不断在增加。在这种高负荷运行状态下, 矿井提升机系统的事故频率有增加的趋势, 主要有提升机系统振动、过速、容器下坠、冲击、运行过卷、断绳、坠罐、松绳等故障[1,2,3], 其原因大多与钢丝绳张力即提升载荷有关。

多绳摩擦式提升设备是我国各大煤矿的主要提升设备。《煤矿安全规程》规定:多绳摩擦提升装置中任一根提升钢丝绳的载荷与平均载荷之差不得超过±10%[4]。目前, 大部分煤矿采用定期停产检查调整或者更换钢缆等方法来确保提升机钢丝绳的运行安全。这不仅影响正常的煤炭生产, 而且不能从根本上保证提升机系统的安全运行。为此, 笔者设计了一种矿井提升载荷监测装置。

1 装置结构及工作原理

矿井提升载荷监测装置可实时、自动地监测各钢丝绳的载荷变化状况, 一旦钢丝绳张力不在正常范围之内, 能及时发出警告, 工作人员可根据警告及时采取相应措施, 从根本上保证提升机的安全运行。矿井提升载荷监测装置结构如图1所示, 主要由以下3个部分组成:

(1) 信号采集部分:对张力信号的采集、转换与处理以及一些开关量信号的采集。

(2) 信号传输部分:主要包括信号发射模块对无线信号的调制与发射、信号接收模块对调制信号的解调与传输。

(3) 数据处理部分:对解调后的钢丝绳张力数据以及各种辅助判定数据进行分析, 并进行相应的决策。

矿井提升载荷监测装置采用称重传感器 (称重传感器安装在箕斗与钢丝绳的连接处, 在提升循环中随箕斗在罐道中做上下往复运动) 实时测试钢丝绳张力值, 并将钢丝绳张力值的物理量转换为与之成线性关系的电信号, 该电信号经初步处理后以无线电磁波方式传输到安装在井口的无线信号接收模块, 该模块再将该电信号以串行通信的方式接入到工控机, 在工控机上进行数据处理, 并根据监控要求输出控制信号。同时, 该装置可检测定量斗关闭、箕斗到位等开关量参数, 这些开关量参数与检测到的钢丝绳张力值相配合, 可实现对过载、卸不净、卡罐、张力不平衡等故障的判断[5], 并在必要时进行相应的报警。

2 装置的硬件设计

矿井提升载荷监测装置的硬件核心为钢丝绳张力值信号的采集及发射部分。钢丝绳张力值信号的采集及发射部分主要由放大电路、AD转换器、单片机数据采集与计算电路、数字频率调制器、信号发射模块组成, 如图2所示。钢丝绳张力值信号由称重传感采集, 输出为微弱的电压信号, 该信号经过变换和整形后作为AD转换器的输入信号, AD转换器的输出是数字载荷信号。通过对该数字信号的编码运算数据处理, 产生具有校验位的串行输出信号, 然后对载波进行调制产生高频调制波, 由信号发射模块将钢丝绳张力值发送给信号接收模块。

图2中, 单片机选用STC12C5410AD芯片, 它是高速/低功耗的新一代8051单片机, 全新的流水线/精简指令集, 内部集成看门狗和MAX810专用复位电路, 在P1口有8路10位高速AD转换器。该装置的实现需把STC12C5410AD的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口配置为AD转换器。数字频率调制器采用KI公司生产的2 400/1 200 bit/s单片调制解调器OKI6882-5, 它采用OKI公司生产的低功耗CMOS硅门技术制作, 将MSK调制器、解调器、发送滤波器、接收、时钟信号再生器、时钟振荡电路等集成于一个电路上。信号发射模块采用上海桑博公司生产的STR-15无线模块, 该模块内置高纠错信道编码技术, 无需任何编码, 具有抗干扰能力强、通信稳定等特点。

针对立井环境恶劣、干扰源多等情况, 为提高钢丝绳张力值信号传输的有效性和可靠性, 采用无线数字传输技术;在信号的传输过程中利用编码技术与校验技术实现差错控制, 使装置具有较高的纠错能力和检错能力;采取了抗干扰和降低功耗的措施, 使装置具有较高的可靠性和较低的功耗。

3 装置的软件设计

矿井提升载荷监测装置的软件包括上位机软件和仪器软件2个部分。上位机软件采用LabVIEW编写, 主要完成钢丝绳张力值的计算, 并对装载与卸载完成后钢丝绳张力值的变化量进行判断, 根据钢丝绳张力状态发出相应的报警信号并在适当情况下输出控制信号;创建监测结果的数据库, 以便对监测结果进行归档与查询。上位机软件程序流程如图3所示。仪器软件主要对AD转换器转换好的数字信号进行计算, 并传输给数字频率调制器进行调制发射。

4 结语

目前, 矿井提升载荷监测装置已在邯郸峰峰煤业集团九龙矿、山西同煤集团同家梁矿等多个现场得到应用。实际应用表明, 该装置具有结构简单、易于安装调试、维护成本低、抗干扰性强等特点, 能监测到提升机系统出现的过载、卡罐、张力不平衡等故障现象, 确保了提升机系统的安全运行。

参考文献

[1]刘清平, 杨国华.提升钢丝绳动载荷及其动应力分析[J].矿山机械, 2000 (5) :5-6.

[2]王德堂, 肖兴明, 赵玉彬, 等.装卸载系统防过装问题的分析与实现[J].工矿自动化, 2005 (5) :36-37.

[3]吴永祥.卡箕斗故障的分析与对策[J].煤炭科学技术, 1998 (8) :11-14.

[4]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.

矿井水文在线监测系统及其应用 篇7

1 传统矿井水文监测方式的不足

(1) 准确性差。由于监测方法的先天缺陷、测量工具的不精确性、测量条件的限制以及监测人员自身技术水平等, 使监测结果往往与实际情况有较大的误差。

(2) 实时性差。传统监测方式往往由技术人员定期去现场测量, 易使监测在时间上出现空白区, 无法及时获取现场地下水数据和发现数据异常, 不利于水害事故的预测和预防, 不易及时发现突水征兆。

(3) 全面性 (多参数性) 差。传统监测数据比较单一, 一般仅仅是水位和流量参数, 难以全面反映矿井地下水的变动情况, 从而影响对可能出现的水害事故的研判。

(4) 共享性差, 尤其是实时共享性差。传统监测方式的特点难以让相关业务部门及上级管理部门及时掌握各种监测数据, 不利于对水害事故的预测预防及应急救援的及时决策。

(5) 管理便利性差。传统监测方式一般都需要繁琐复杂的手工录入和保存, 这种方式很容易出现差错。另外, 当要查询某一方面的信息, 则要从大量的信息中查询﹑翻阅, 处理过程费时、费力, 达不到矿井水害防治的要求。

(6) 人工工作量大、效率低。对于面积大且水文地质条件复杂的矿井, 观测人员工作量大、效率低, 而且长期单一和枯燥的工作内容使工作人员极容易产生倦怠而导致工作失误。

2 矿井水文在线监测系统关键技术

2.1 计算机 (工控机) 及软件系统

矿井水文在线监测系统依托于计算机平台, 对计算机系统硬软件的稳定性和可靠性要求比较高。在硬件上一般采用工控机 (Industrial Personal Computer, IPC) 作为监测主站。工控机即工业控制计算机, 是一种采用总线结构、对生产过程及机电设备和工艺装备进行检测与控制的工具总称, 主要应用于工业控制领域。

工控机的特点: (1) 高可靠性, 能够适应各种恶劣的环境和复杂的条件, 具有较强的抗干扰能力; (2) 能够进行自我快速诊断和维护, 能够快速响应工作情况的变化, 可以进行自动复位, 能够实时采集、处理、保存各种监测数据, 实现监测系统在无人值守的情况下正常运行; (3) 扩充性, 工控机具备较强的输入和输出功能, 能能够扩充各种工业控制设备外设; (4) 兼容性, 工控机能够保证各种监测设备协同运行, 适应多任务处理。

矿井水文在线监测系统采用具有采集处理分析存储各项功能的单机版监测软件以及具有共享和发布功能的网络版软件 (B/S模式) , 实现对各监测点基本资料的设置与管理、监测数据的采集接收及存储备份、各种监测数据的多样化查询和分析以及异常报警等, 真正达到了矿井地下水监测和数据管理的自动化、科学化和规范化, 为矿井水害预测预报提供可靠的数据来源与趋势分析[1,2,3]。软件结构及功能如图1所示。

2.2 数据通信

矿井水文在线监测系统采用无线和有线2种数据通信方式。煤矿矿区地面水文长观孔用来监测主要含水层的水文参数随时间、自然条件及地下开采等因素的变化情况, 一般分布面广且分散。如果采取有线网络则造价昂贵、可靠性低, 易受地面地形条件约束、传输距离受限, 且后期维护费用高、水文监测数据的信息量小且数据格式单一。基于这种特点, 系统采用基于公共通信GSM网络的SMS服务作为数据通信方式, 既节省了高昂的组网和后期维护费用, 且可靠性、稳定性高。在监测点和监测中心主站各安装GSM通信模块并内置SIM卡, 监测点既可以定时向主站发送监测数据, 主站也可以以短信息的形式向监测点发送控制指令。煤矿井下水文监测数据通信采用有线方式, 使用井下专用通信电缆或光纤进行传输, 并通过企业内部网络在各业务部门之间实现数据及时共享, 同时可以充分利用井下现有其他监控设备的通信线路进行数据传输, 以减少组网和维护费用。

2.3 传感器

传感器用于各种水文监测数据的现场采集工作, 是矿井水文在线监测系统的关键部件。系统所使用的传感器主要有水位、水压、水温及流量4种。对于地面水文观测孔, 采用投入式的水位和水温传感器, 在观测孔内安装有基于GSM网络传输的智能遥测分站, 将水位和水温传感器用电缆连接于遥测分站。

传感器利用水压力计算水位, 传感器输出的压力频率、温度频率和水对传感器的压力、水的温度成正比。按式 (1) 计算观测孔水位标高:

式中, H为水位标高;H0为地面标高;h1为孔口到孔内水面的距离;h0为孔口至地面的高度;h2为传感器探头至水面的距离;L为孔口至传感器探头的距离 (即为电缆长度) ;k为线性系数;f为实测频率;f0为初始频率或零频率。

对于井下水文观测孔采用水压和温度传感器, 将传感器安装于孔口阀门上, 取代原来的普通压力表, 实施测定水压。井下明渠采用堰板式流量传感器测量, 一般使用矩形堰。通过测量矩形堰水头高度的变化并根据已知矩形堰的宽度计算相应的水流量。安装在堰上的位移传感器反映了水头高度的变化, 实时输出水头高度值。对于地面水流管道的测量则使用管路流量传感器, 其主要由电磁流量计、温度传感器、测量及通信线路组成。

3 系统架构

矿井水文在线监测系统一般由系统监测主站 (中心站) 、监测分站以及监测点构成。监测主站通过通信设备接收分站数据, 并提供数据显示、查询、编辑等操作的软件平台。通过主站内数据处理软件, 可生成或输出各种报表及图表。系统分站分为地面分站和井下分站, 地面分站即遥测分站, 连续或定时自动监测记录水文观测孔内水位 (水压) 、水温的变化, 并通过GSM网络将数据发送至中心主站进行处理分析, 井下分站通过有线电缆或光纤将数据发送至主站进行处理 (图2) 。

4 应用实例

郭二庄煤矿是一个具有50多年开采历史的老矿井, 分为一坑和二坑。其中一坑分2个水平开采, 分别为-300 m水平和±0 m水平, 主采煤层为上组煤中的1#煤和2#煤, 二坑的上组煤资源已经枯竭, 现主采煤层为下组煤中的9#煤。随着开采的不断深入, 水文地质条件变得愈发复杂, 所受水害威胁日益严重。尤其是奥陶系灰岩含水层, 对9#煤开采构成严重威胁, 矿井防治水工作任务繁重而艰巨。因此迫切需要加强对矿井主要含水层的水文监测, 以期对水害做到早预防、早发现、早处理。经过调研分析和论证, 采用了KJ-402矿井多参数水文动态监测智能预警系统。

矿井初步在地面选煤厂水文长观孔设立一个遥测分站, 监测奥灰水位、水温变化情况;在二坑井下-100 m水平运输大巷、一坑井下-300 m水平南大巷、-300 m水平泵房、±0 m水平中央泵房设立明渠监测点, 主要监测流量情况;在二水平防尘孔、二坑防尘孔设立钻孔监测点, 主要监测水压情况。具体布置如图3所示。

矿井水文监测系统在该矿投入运行后, 其效果显著: (1) 地面遥测分站的实时观测钻孔水位取代了每月3~6次人工用测绳的观测, 提高了及时性及准确度, 节省了人力, 为防治水设计及时提供了参考数据; (2) 弥补了井下防尘孔水压的监测空白, 可及时了解钻孔的水压, 对保障井下采掘生产的正常进行具有重要意义; (3) 对3个大巷明渠流量的实时观测, 取代了人工采用浮标法或容积法等常规方法的每月定期观测, 可以全面、及时和准确地了解整个矿井涌水量的变化情况, 并对异常情况作出预警。

5 结语

基于计算机平台的矿井水文在线监测系统, 综合应用了计算机技术、电子技术、通信技术、网络技术、水文学及信息处理技术, 弥补了传统和常规矿井地下水监测方式的不足, 在煤矿尤其是水文地质条件复杂、受水害威胁相对严重的矿井得到了越来越广泛的应用, 并取得了良好效果。系统实现了对矿井地下水的全面、准确和实时监测和分析处理, 并提供了数据共享发布、预警及辅助决策功能, 具有较高的可靠性、稳定性。矿井水文在线监测系统还可在以下方面进一步改进和完善: (1) 通过对传感器和数据处理技术的研发使监测的水文参数更加多样化、精细化, 为防治水决策提供更多参考依据; (2) 进一步加强系统本身的信息处理功能, 尤其是图形处理和地质及水文地质数据库管理功能, 形成一个功能完备的矿井水文地质信息系统; (3) 随着煤矿现代化的进一步推进, 矿井水文监测系统可进一步与其他煤矿监测和监控系统进行技术和管理的融合, 更好地为煤矿安全生产保驾护航。

参考文献

[1]邢延团, 刘增平, 吴新庆, 等.水文动态实时监测系统应用研究[J].采矿技术, 2006 (3) :385-386.

[2]李桂萍.基于网络的矿井水文多参数监测系统研究[D].西安:西安科技大学, 2006.

矿井通风机智能监测软件设计 篇8

矿井通风机的正常运转对煤矿的安全生产有着非常重要的意义[1]。矿井通风机监测系统要趋于自动化、智能化, 不仅要能实现各性能参数的自动监测, 还要能根据监测所得的数据进行智能分析, 根据诊断分析的结果控制监测对象, 形成一套完备的智能监控系统。

本文融合Visual Basic (VB) 和Matlab的优势, 利用VB6.0实现基本的软件设计, 通过Matlab实现复杂的数值计算[2], 设计了一套矿井通风机智能监测软件, 建立了从数据采集、管理到智能诊断的完整体系。该软件能够对通风机的各种性能参数进行监测, 并通过智能诊断模型快速、准确地诊断通风机故障类型, 为操作人员实时掌握通风机的运行状况、及时发现和解决故障提供了一种有效、可行的方法。

1 通风机智能监测系统总体结构

通风机智能监测系统结构如图1所示。该系统通过传感器采集通风机运行信息, 经一系列处理后, 由下位机 (CPU) 通过串口通信模块传送给上位机 (PC机) 的智能监测软件。智能监测软件将接收到的数据一方面用于数据管理, 实现显示、查询等功能;一方面用于智能诊断, 即利用智能算法获得通风机控制决策信息, 再通过串口通信模块传达给下位机, 从而对通风机的运行状况进行及时的调整。

采集的通风机运行信息主要包括通风机电动机定子温度、风机轴承温度、风量、全风压、静风压、风机振动、噪声、电动机三相电流及电压。另外, 系统还能测量瓦斯浓度, 使得通风机能够根据矿井环境及时调整工作状态, 节约用电。

2 矿井通风机智能监测软件设计

矿井通风机智能监测软件主要包括串口通信模块、数据管理模块和智能诊断模块。PC机通过串口通信模块接收传感器采集的通风机运行信息, 并且向下位机下达控制决策信息, 因此, 串口通信模块是监测系统硬件设备与上位机智能监测软件的连接纽带;数据管理模块负责处理所采集的数据, 包括数据计算、保存、查询等操作;智能诊断模块根据采集的通风机各项性能指标, 利用智能算法快速地获得客观、准确的通风机控制决策信息。

2.1 串口通信模块

VB中的MSComm控件为应用程序提供串行通信功能[3]。在监测软件开始运行时, 首先应设置PC机的串口号及自动接收时间间隔。当下位机接收到PC机开始接收数据的命令后, 立即给串口发送一个带有标志的数据;PC机接收到标志数据后发送读取命令, 读取存储在下位机中的数据信息。下位机的串口设置为1 200 bit/s、8位数据、无奇偶校验、1个停止位, 对应Mscomm的settings属性设置为“1 200, n, 8, 1”。下位机每隔1 min向上位机发送一次数据, 用户可以根据要求在操作界面上设置数据接收时间间隔。

2.2 数据管理模块

数据管理模块以VB6.0作为开发平台, 在Microsoft Windows XP操作系统下进行设计, 并将数据存储至Access数据库, 使用数据源开放数据库连接 (ODBC) 访问Access数据库中的数据。该模块包含许多子功能模块, 如数据的保存、查询、备份、删除模块, 数据信息的曲线视图显示及曲线保存与打印模块, 数据信息打印模块等。此外, 由于通风机监测涉及到安全技术方面的资料, 为了保证监测系统的安全与规范性, 软件提供了用户安全登录模块及使用权限设置模块。

2.3 智能诊断模块

根据通风机的振动频率与故障间的对应关系, 建立了基于BP神经网络的通风机智能诊断模型。该模型可将诊断结果反馈给通风机硬件控制系统, 以便及时调整通风机的运行, 提高煤矿安全生产的水平和综合运行效益。

智能诊断模块的计算比较复杂, 因此采用基于ActiveX技术的VB与Matlab混合编程方法, VB通过ActiveX接口将Matlab作为其ActiveX部件, 调用Matlab来实现复杂的数值计算[4]。

2.3.1 BP神经网络原理及其建模

在通风机工作过程中, 其动态信号尤其是振动信号中包含着丰富且重要的反映通风机运行状态的信息, 当产生转子不平衡、轴弯曲、轴线不对中、轴承损坏等故障时, 通风机会产生不同的振动。因此, 可通过通风机不同的振动特征对故障进行识别[5]。振动特征与常见故障的对应关系如表1所示。

表1中, f1为转子振动频率, f2为叶片振动频率, fo为外圈特征频率, fi为内圈特征频率, fb为滚动体特征频率, ff为保持架特征频率。

BP神经网络能够根据网络的实际输出与期望输出之间的最小均方差值, 通过误差的反向传播, 利用梯度下降法迭代调整神经元之间的权值与阈值, 直至收敛于较小的均方差[6]。本文根据定量描述的振动频率与引起故障的原因之间的联系, 建立基于BP神经网络算法的通风机故障智能诊断模块。按以下方式构建一个3层神经网络:通风机9种状态下的振动特征作为训练集样本, 模型的输入为通风机振动特征——8个输入神经元;输出为通风机状态——1个输出节点, 按表1中故障类型的顺序, 各种状态分别用整数1～9代替, 即训练集输出向量Yo=[1 2 3 4 5 6 7 8 9];设置8个隐含层节点。

2.3.2 测试结果

表2为通风机常见故障测试样本及其诊断结果。从表2可以看出, 所建模型能够快速、准确地诊断通风机的故障类型。

3 结语

介绍了通风机智能监测软件串口通信模块、数据管理模块和智能诊断模块的设计, 为矿井通风机的运行状态监测、故障分析提供了一种方案。

参考文献

[1]于栋.矿用通风机检测及数据处理技术的研究[D].焦作:河南理工大学, 2009.

[2]陈在平, 李志国.VB与Matlab混合编程在管式加热炉调炉决策系统中的应用[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (2) :90-92.

[3]范逸之, 陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京:清华大学出版社, 2002.

[4]谢楠, 陈汉良.Visual Basic与Matlab的几种接口编程技术[J].仪器仪表学报, 2004, 25 (S2) :571-574.

[5]荆双喜, 宋瑞菊.矿井通风机振动故障诊断的神经网络方法[J].焦作工学院学报, 1999, 18 (4) :292-296.

矿井通风机在线监测系统总体设计 篇9

矿井通风机用于向井下输送新鲜空气, 同时将有害、有毒气体以及粉尘带走, 假如矿井通风机发生故障, 就会造成经济损失, 严重时更会危及工作人员的生命。随着计算机技术的不断发展, 以故障信号分析技术为基础, 联合计算机技术和传感器技术, 为矿井通风机建立一套实时监测与故障诊断系统很有必要[1]。

2 硬件系统组成

GAF型矿井通风机在线实时监测硬件系统以工业控制计算机为核心, 由信号测取装置、信号采集及转换装置、通讯装置、供电装置、显示器等组成, 原理图如图1所示。系统工作时将传感器接收的信号送入信号调理设备, 把经调理电路整定后的信号送入数据采集卡, 进行A D转换, 最后输入计算机[2]。

2.1 振动监测装置的选择

GAF型矿井通风机主轴转速为1000r/min, 振动频率fr=16.7Hz, 属于中频振动。根据各振动频率下故障性质分析, 选择采用SG-2型振动速度传感器。

系统中安装6只振动速度传感器, 通过螺钉与安装座固定, 再通过焊接安装在被测点上, 测点分布见表1。

根据《中华人民共和国机械行业标准GB-T8689-1998-通风机振动检测及其限值》中第3.1节中相关规定, 选择三个600B/014-A05-B01-S01型振动模块, 一个600B/001-A00型电源模块, 一个600B/094-A01-S01型温度模块以及一个压力模块来配置监测装置, 原理图如图2所示, 采集模块均为双通道模块。

2.2 负压监测设备的选择

根据《煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法》MT421-1996, 测点P1布置在一级风机环形断面, 测点P2布置在连接风筒圆形断面, 具体测点分布分别见图3 (a) 、 (b) [3,4]。系统中使用4只LLD-EX防爆型微差压变送器进行对负压的测量。

2.3 温度监测设备的选择

温度监测点位于轴承处, 有2个测点, 每个测点均预埋有两支PT100铂热电阻, 其中一支作为备用。监测装置配用600B/094-A01-S01型温度模块采集, 实现对被测对象的温度监视[5]。

2.4 信号采集系统设备的选择

数据采集卡是虚拟仪器必不可少的设备, 是连接外界电信号与PC机的桥梁, 系统选用凌华科技公司的PCI-9114HG型数据采集卡。

共有8个传感器输入信号, 采用差分输入方式, 具体接线设计为:振动传感器1接通道19、37;振动传感器2接通道18、36;振动传感器3接通道17、35;振动传感器4接通道16、34;振动传感器5接通道15、33;振动传感器6接通道14、32;温度传感器接通道13、31;压力传感器接通道12、30。

信号调理环节用于联系传感器和数据采集设备。此外, 采用的共振解调技术可以对轴承、主轴的初期故障做出准确判定。

3 软件结构设计

软件设计采用结构化程序设计与面向对象程序设计相结合的方式, 以数据流为主线, 进行模块化设计。需要完成的任务主要有:数据采集、数据处理与分析、数据显示、数据存储和数据查询等。监测系统主要针对风机部分和电动机部分进行监测, 诊断系统以振动烈度值等振动量为判断标准。流程总图如图4。

信号采集模块中数据实时采集模块对6个监测点的振动情况进行数据采集, 每周期设置512个数据点, 24h不间断;定周期数据采集模块以每月8日、18日、28日作为周期采集的时间点。

实时显示模块主要用于显示测点振动数据以及图形的情况, 测点振动幅值对应不同的运行状态, 当超过某个特定值的时候就会发出警报, 提示机器运行出现故障。

故障分析模块通过对故障特征信号的提取, 通过时域分析只能粗略判断风机是否存在故障, 还需要通过频谱分析和相位谱分析等频域分析方法对故障定位。

4 结语

随着时代的发展, 机械领域的故障诊断已经由原来的依靠经验, 凭眼看、手摸、耳听转移到了按状态维修。通过对设备运行状态的实时监测, 以及历史数据的分析, 判断机器设备的运转状态, 并对未来某段时间的设备运转状态进行预测, 根据监测数据判断不同的故障类型, 制定不同的维修措施。致力于及时消除故障隐患、缩短停机检修时间、防止维修过剩、延长设备使用寿命、优化运行操作。

摘要：GAF型矿井通风机的在线实时监测系统包括硬件系统部分和软件系统部分。硬件系统部分采用振动检测诊断法, 借助振动传感器、数据采集卡PCI-9114HG等设备, 以单端输入和差分输入两种方式进行数据采集;软件部分利用Lab VIEW软件搭建数据采集系统平台, 实现各监测参数的实时显示、故障报警与控制。

关键词：矿井通风机,振动监测,硬件设计,软件设计

参考文献

[1]李强.状态监测与故障诊断技术在矿山提升设备上的应用[J].煤矿机械, 2009, 30 (4) :221-222.

[2]阮跃.旋转机械智能故障诊断系统的研制[J].仪表技术与传感器, 1999 (12) :28-30.

[3]李英.低温双平板保护法导热系数测定仪的开发[D].天津:天津大学, 2007.

[4]ZHOU Rong.Using ADO technology to found database dynamically in Lab VIEW[J].Journal of Dalian Institute of Light Industry, 2005, 24 (3) :207-210.

矿井安全监测 篇10

1监测系统功能

由于副井、冷冻站、监控机房分布在方圆200 m的旷野中,而副井、冷冻站内的监测对象分布各自相对集中,为简化系统的布线,便于集中管理,将整个冻结温度监测系统分为监测机房及测温孔监测、冻结器监测和冻结站监测(图1)。

1.1测温孔温度监测

测温孔温度监测是冻结监测系统的核心内容,测温模块的驱动距离也是冻结监测系统的难点。张集矿井现有测温模块的驱动距离可达800 m。

副井各有4个测温孔,实时监测测温孔内测温点的温度参数,可以分析、推断冻结壁的发展形成状况。测温孔的深度分别为619,458,44,137 m,在每个测温孔内分别布置1条基于一线总线的测温电缆,执行一线总线协议的数字温度传感器按照土层冻结的诸多薄弱观测点布置,每根总线实际布置9～58个测温点。

测温孔温度经分类汇总,可以分析冻结壁发展情况,如积极冻结期间判断冻结壁是否交圈,井筒开挖期间判断冻结壁厚度和强度,停止冻结后判断冻结壁解冻情况等。黏土层冻结温度变化见表1,反映出冻结65 d后,黏土层温度降到0 ℃以下,以及停止冻结后冻结壁温度逐渐回升的速度,为冻结分析提供了重要依据。

1.2冻结器温度监测

监测各冻结器的回水温度,可掌控各冻结器的工作状况,使冻结壁均衡发展。在副井布设有123根冻结管,在每根冻结管的回水处均设有温度探头。如果某冻结管回水温度偏低,说明该管盐水流速过快,冷量交换不充分;而回水温度偏高则使盐水流速较缓,冷量交换时间较长,也可能会因管路的堵塞造成。

冻结器按圆周均匀分布,为了布线方便,且与测温模块通道容量(单通道60点)相匹配,为冻结器设置3～4根测温电缆。

1.3冻结站监测

(1)盐水进、回水干管的温度监测。

用于检查盐水的进、回水温差,掌握冷冻机组的工作效率,2个进水管和2个回水管分别安装管式测温探头。盐水干管温度直接反映了冷冻系统冻结效率(表2),积极冻结时盐水温度降速很快,待降到约-30 ℃时,进入维护冻结,盐水温度维持不变,在井筒套壁期间,盐水维持在-24 ℃,这样为实时控制冻结运转提供了参考依据,也大大节约了运行成本。

(2)电缆沟电缆温度监测。

在夏季冻结,难免遇到高温酷热,大量电缆聚集在一起将产生大量的热量,易发生危险事故,监测电缆沟温度可以做到防患于未然。

(3)盐水箱液位与盐水干管流量的监测。

由于冷冻水为闭路循环使用,冷冻站正常运转期间,盐水箱的液位应基本稳定,如果有管路发生泄漏,液位将出现明显下降,实施液位监测的目的就在于此。这里采用立杆浮球式液位计进行监测。盐水干管流量采用电磁流量计监测,用于统计冻结制冷量。

2关键技术问题的解决方案

2.1超长距离的一线总线网络

自主开发的测温模块驱动距离超出800 m,应用中常常将多条测温电缆接在同一测温模块通道[1,2],相比之前的康铜热电偶监测有了质的变化。测温模块的特点:强力驱动电路,对总线电平转换速率与定时进行了严格控制。具有强力驱动能力的测温模块,在测温电缆的使用上更为灵活,既可以使用1根单线长度超过800 m的测温电缆,也可以使用多根电缆并接,只要其总长度在800 m左右即可[2]。目前所开发的强力驱动测温模块具有单通道60点的配置,1个模块通常接1根或多根测温电缆,这使得测温模块的用量减少,主机与测温模块之间的联络更加顺畅。冻结深度超过400 m,一线总线的负载将加重。原一线总线测温模块不能满足要求,必须采用2种方案解决:①将测温模块放入测温孔。由于测温孔内为低温盐水,使得测温模块的工作环境相当严酷,对测温模块器件的筛选与密封均提出了相当高的要求,难以实现。②增强一线总线的驱动能力。采用煤科院青年基金的成果,可使一线总线的长度达到800 m。因此,对800 m左右的测温孔,只需要制作1根测温电缆。

2.2模拟信号纳入一线总线网络

对模拟信号的监测常采用PLC或ADAM模块等方式,通过A/D转换模块为数字量[3],需要另外扩充1套监测装置,这无疑增加了监测系统的成本与复杂性。因此,对模拟信号测量,仍借用一线总线器件的模拟量测量功能,从而继续保持一线总线系统的简洁性。A/D转换接入计算机管理系统的实现方式有多种,如计算机扩充采集卡、智能数采模块以及PLC等。开发的监测软件实现了对模拟信号的监测,这使得整个底层的监测全部采用一线总线网络实现,使整个系统形式一致,结构简单,便于维护。

2.3安装调试

(1)测温电缆的制作采用两线制、寄生电源方式,按照监测要求进行布点。

(2)测点的配置采用自主开发的地层冻结监测软件识别出每个温度传感器的ID号及在测温电缆上的位置,更改元件在测温电缆上的序号,与监测软件中的通道号与位号相对应。

2.4监测主机管理

监测系统的功能需通过监控主机得以体现,从而实现一个完善的自动监测系统。

(1)按照不同的监测场景,设置了多个监测画面,其中有冷冻机组运行、测温孔温度监测、冻结器温度监测、盐水干管和电缆沟温度监测等画面。

(2)单击测温孔即可打开相应的画面,该画面是按监测点的柱状分布显示温度传感器的位置与此点的实时温度,不同的温度范围以不同的颜色表示,从而形象直观地展现了温度的变化情况。

(3)定时记录冻结参数,以实时趋势与历史曲线显示参数的变化情况。

(4)采用Microsoft Visual Studio 2005为开发平台,以Access数据库为管理核心,实现对参数的永久记录管理,便于与其他软件共享。

(5)具有定时报表与即时报表管理功能。

(6)具有各监测层位的等温线生成功能,便于技术人员直观判断冻结壁是否交圈。

3监测系统的特点

(1)空间分散,点数多且相对集中,因此将整个监测系统分为4个部分:监测机房、测温孔监测、冻结器监测和冻结站监测。

(2)监测系统可监测长度达到800 m。

(3)测温精度在±0.5 ℃,对传感器的误判率<1%[4]。

(4)所能支持的测温电缆的分支长度为1 m。

(5)监测系统主机置于工程项目管理办公室,便于实时监控。

(6)在工程施工中,安装方便,便于回收,也容易维护。

(7)监控画面简洁直观,易于判断冻结情况。

4结语

冻结监测的核心内容是温度场,冻结监测系统依附于冻结工程,工程内容的不同使监测系统的规模与内容都有所变化。基于计算机的监测系统,监测画面可根据工程方便地设计,测温电缆根据监测要求制作,但整个系统的设计、制作、安装已形成一套标准的运行模式。 冻结监测系统在张集矿井冻结建设中的成功应用,为井筒施工阶段性分析提供了井壁实时数据,加强了设计单位、掘砌施工单位和冻结施工单位间的配合,提供定量依据,保证了掘进工作面处冻结壁和井壁的强度与稳定性,又不浪费冷量,从而提高了工程施工的经济性和安全性,确保了优质快速掘进。事实证明,冻结施工过程中的冻结监测是必不可少的,强力驱动型一线总线技术在冻结监测系统中已经逐步完善。

摘要：针对张集矿井冻结监测的功能要求,采用强力驱动型一线总线技术实现了深井测温孔和冻结器的温度监测;监控主机与各测温系统间构成主从式通信网络,适于施工作业;地层冻结监测系统管理平台具有数据采集、画面显示、报表管理、数据库记录和等温线等功能。

关键词：一线总线,监测系统,地层冻结,测温孔,冻结器

参考文献

[1]翁家杰.井巷特殊施工[M].北京:煤炭工业出版社,1991.

[2]翟延忠.地层冻结监测中超长距离一线总线驱动技术的研究[J].建井技术,2004,25(6):20-23.

[3]翟延忠,赵玉明.深井地层冻结一线总线监测系统的研发[J].煤炭科学技术,2011(11):104-107.