煤礦安全監測監控技術中涉及哪些傳感器和在線監測系統？

 

 

隨著科技的進步和社會的發展，國家對企業安全生產的要求也在不斷提高，尤其是像煤礦這樣的高危行業。近年來，煤礦企業逐步平衡生產與安全的關系，安全生產管理體系逐步完善，人民生命財產安全得到保障，生產水平不斷提高。當然，高效的生產效率與煤礦安全監控系統密切相關。隨著井下工作面深度的不斷發展，安全監測必不可少。

 

礦井安全生產監測監控系統主要由傳感器、斷電儀、載波機、傳輸線、解調器、計算機、調度顯示盤等組成。隨著計算機技術、網絡技術、微電子技術的不斷發展，目前的礦井安全生產監測監控系統主要由監測監控終端、地面中心站、通信接口裝置、井下分站、各種傳感器等組成。其典型結構如圖1-1所示。

 

 

傳感器與控制器

 

傳感器的穩定性和可靠性是煤礦監測監控系統能正確反映被測環境和設備參數的關鍵技術和產品。目前國內生產和用于煤礦監測監控系統的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風速、負壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，以及機電設備開停、機電設備饋電狀態、風門開關狀態等開關量傳感器。以上傳感器的開發和應用基本滿足了煤礦安全生產監測監控的需要，但國產傳感器在使用壽命、調校周期、穩定性和可靠性方面與國外同類產品相比還有很大差距，某些傳感器（如瓦斯傳感器）的穩定性還不能滿足用戶的需要。

 

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

 

礦用監控系統傳感器

 

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

 

采煤、掘進、運輸、及通風等各系統的運行及相關設備的工作狀況稱為礦井工況參數。主要監測的工況參數有風筒風量、風門開關、輸送帶開停、煤倉煤位、采煤機組位置、排水系統、壓風系統、主要通風機工作狀態等工況參數。

 

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

 

 

1.智能遙控甲烷傳感器

 

智能遙控甲烷傳感器是組成監控系統的一種智能型檢測儀表。它可以配接各種型號的井下分站、風電瓦斯閉鎖裝置、斷電儀等設備，用于檢測煤礦井下空氣中的甲烷含量。

 

催化燃燒式甲烷傳感器 (CH4傳感器)CH-A3是利用催化燃燒的熱效應原理，由檢測元件和補償元件配對構成測量電橋，當遇到可燃性氣體時，可燃氣體在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發生燃燒，載體溫度就升高，通過它內部的鉑絲電阻也相應升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃氣體濃度成正比的電信號。

 

2. 一氧化碳傳感器

 

煤礦常用的一氧化碳檢測儀器有電化學式、紅外線吸收式、催化氧化式等。國內外煤礦廣泛使用的是電化學式一氧化碳傳感器。

 

電化學一氧化碳傳感器，同時也是一種微燃料電池元件，對檢測氣體以恒定電位，作電化學性氧化還原反應，通過測定電場電流獲得氣體濃度的信息。其工作原理是，利用工作電極與對電極組成電極對，當這對電極浸入電解液中，在電極間加上電壓會產生極化，若工作電極為正，對電極為負，則電解液中的負離子移向工作電極，正離子移向對電極。此時，被測氣體擴散到工作電極上，在催化劑作用下產生電化學反應釋放出電荷，使工作電極與對電極的電位發生變化，產生電流。

 

一氧化碳傳感器就是電化學原理的傳感器，具有反應迅速靈敏、抗干擾能力強的特點，經過獨有的補償算法、多段標準氣體標定，亦具有長壽命、高精度、高重復性和高穩定性的特點，對于減少事故發生，有效地保障煤礦安全生產和礦工生命安全也具有重要意義。

 

 

一氧化碳傳感器CO-AF是電化學原理的傳感器，電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，低濃度輸出線性好等優點，主要用在石油化工，環保，煤礦，汽車等領域。

 

Alphasense一氧化碳傳感器CO-AM使用成熟的燃料電池技術，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，工業等領域。

 

CO-BF一氧化碳傳感器是電化學原理的傳感器，電化學傳感器具有靈敏度高，選擇性好，低濃度輸出線性好等優點，主要用在石油化工，環保，煤礦，汽車等領域。

 

TGS5042是費加羅研發的可電池驅動的電化學一氧化碳傳感器，與現有的電化學式傳感器相比，有以下優勢：電解質是環保型的；沒有電解液泄漏的危險；一氧化碳可檢測濃度高達1%，操作使用溫度范圍廣(-5?C ~ 55?C)；對干擾氣體靈敏度很低。這種傳感器具有使用壽命長，長期穩定性好，精度高的特點，是數字顯示方面為數不多的可供選擇的理想傳感器。 OEM客戶會發現，通過每個傳感器的條形碼，可以單獨打印每個傳感器的數據，使用戶可以避免昂貴的氣體校準程序，還允許對個別傳感器進行追蹤。 CO傳感器TGS5042采用的是標準AA電池尺寸的外形設計。 TGS5042主要應用: 住宅與商用一氧化碳檢測儀，工業一氧化碳監控，室內停車場通風控制，火災報警器

 

3. 溫度傳感器

 

熱電偶、熱電阻及熱敏電阻溫度傳感器

 

將兩種不同的金屬材料焊接在一起，當兩種不同金屬材料的兩個點（冷端和熱端）存在溫差時，將在金屬材料間產生與溫差成正比的溫差電勢，如將回路閉合，就會形成電流。電阻值與溫度成正比，基于以上原理制成了熱電偶溫度傳感器。

 

熱電阻溫度傳感器是利用某些金屬材料對溫度的敏感特性而工作的。熱敏電阻溫度傳感器可分為溫度升高時電阻值增大的正溫度系數型和溫度升高時電阻值減少的負溫度系數型，兩者都是利用半導體材料對溫度的敏感特性而實現溫度測量的。

 

4 開關量傳感器

 

煤礦安全生產中，除了對甲烷、一氧化碳和風速等進行監控外，為了隨時全面了解全礦的生產、工作狀況，統計設備利用率，還要對主要機電設備的運轉狀態、風門狀態進行監控。

 

5 觸點傳感器

 

觸點傳感器是利用接觸器或繼電器的接點來表示開關狀態的。接點有常開/常閉之分，還有接點容量大小、耐壓高低等指標，使用時應注意。利用觸點的動作可以反映局部通風機風筒是否被風吹得鼓起，從而判斷局部通風機送風狀態。觸點傳感器的接點簡單、實用，是應用較廣泛的傳感器。

 

6 干簧管傳感器

 

干簧管是由小玻璃管內安裝導磁性能的簧片制作而成。在附近無磁場時，簧片處于接通，當有磁場靠近時，簧片被磁化產生磁力，使簧片（也是接點）由閉合轉為斷開。干簧管應用很廣泛，將干簧管固定在井下風門的門框上，在門上安裝一塊永久磁鐵，門在關閉位置時，干簧接點即可動作。

 

7 光電傳感器

 

利用光電器件可以方便可靠地傳遞開關信息。用監測系統提供的本質安全型電源為發光二極管供電，當被控設備接點動作時，發光二極管導通發光，其光線照射光敏管而使其導通，此光敏管可控制非本安電路的導通和關斷。

 

煤礦安全環境監測系統主要用于測量自然環境參數，如甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、風速風向、負壓、溫度、濕度、粉塵濃度等。

 

8 煤礦防爆油液在線監測系統

 

煤礦底部的挖煤機的正常運轉也是也是煤礦安全監測的一個重點。設備上的油液是否正常又關乎機器的安全。煤礦防爆型油液在線監測系統就是運用不同的油液在線傳感器，采用合理的布局及安裝方式將其串聯在一起，并實現多種數據的集成、顯示、分析及報警設置，實現油液在線監測，數據遠程報警、數據分析、故障診斷等。

 

煤礦防爆型油液在線監測系統集理化、污染度等多參數傳感器監測于一體，通過內部系統集成，監測油液旁路取樣流經測試單元后回流到油箱。多個測試單元獨立形成子系統，完成本測試單元的信號采集、通過內部系統集成、數據標定、可靠性測試等實現現場數據采集的穩定性。

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