張廷偉

摘 ?要：本文主要探討了在粉塵濃度監(jiān)測、電機運行狀態(tài)監(jiān)測以及水害監(jiān)測等三個方面的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：實時監(jiān)測技術(shù);粉塵濃度;電機運行;水害

當(dāng)前，我國煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)已有了顯著提高，生產(chǎn)環(huán)境得到了相應(yīng)的改善和優(yōu)化，煤炭開采事故率和死亡率都迅速下降。但是，在煤礦安全生產(chǎn)過程中依然面臨著較為嚴(yán)峻的形勢，煤礦井下存在的安全隱患并沒有得到徹底有效的治理，而實時監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，則為排查解決這些隱患提供了科學(xué)的技術(shù)支持。通過采取煤礦井下實時在線監(jiān)測技術(shù)，可以對煤礦生產(chǎn)過程中存在的典型危險因素進行實時監(jiān)測，隨時關(guān)注相關(guān)變化，顯著提高煤礦井下安全生產(chǎn)水平。在下文中分析探討的內(nèi)容主要有粉塵濃度、電機運行狀況以及水害等幾個方面。

一、粉塵濃度實時監(jiān)測技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用

煤礦井下粉塵不僅直接影響到生產(chǎn)工人的身體健康，導(dǎo)致工人患上煤肺病，而且當(dāng)?shù)V井中的粉塵濃度與氧氣濃度達到一定的界限時，容易出現(xiàn)明火時，引發(fā)煤礦粉塵爆炸，給礦井生產(chǎn)安全帶來極大的威脅。因此，對煤礦井下粉塵濃度進行實時監(jiān)測尤為必要。

在對煤礦井下粉塵濃度進行監(jiān)測的過程中，主要采用礦用測塵儀對礦井中的粉塵濃度進行在線檢測。其中，光電式測塵儀因為其精度較高、可靠性好而被廣泛的應(yīng)用。其檢測是基于粉塵對光線的投射損耗與散射原理而實現(xiàn)的，能夠?qū)Σ蛔儩舛冗M行精確的測量。但是，在煤礦井下的實際生產(chǎn)過程中，因為作業(yè)環(huán)境內(nèi)粉塵濃度在不同的生產(chǎn)工藝、工序以及作業(yè)地點的變化有很大的差異，使用傳統(tǒng)的采樣器在現(xiàn)場采樣然后再到地面分析的方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前對生產(chǎn)現(xiàn)場的實際需要，因此，構(gòu)建一套基于光電式測塵儀的煤礦粉塵濃度實時在線監(jiān)測系統(tǒng)尤為必要（如圖1）。

圖1 ?粉塵傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該粉塵濃度實時監(jiān)測系統(tǒng)使用一臺主機與多臺分機相連，對井下多個位置同時測量，傳感器獲得的電信號通過RS485總線與計算機進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)及時獲得粉塵濃度信號的目的。需要注意的是，在構(gòu)建檢測系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該注意到光電式粉塵傳感器中，LED點光源在給檢測系統(tǒng)提供光源的過程中還會產(chǎn)生熱量，使得周圍的溫度隨之上升，從而使得光源強度會隨之衰減，尤其是在長期使用該系統(tǒng)進行在線實時監(jiān)測時，所導(dǎo)致的檢測誤差將會更加明顯。因此，在設(shè)計粉塵實時監(jiān)測系統(tǒng)及相關(guān)算法的過程中，應(yīng)該對此進行適當(dāng)?shù)男拚?，從而為檢測系統(tǒng)提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信號。

二、電機運行狀況實時監(jiān)測技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用

電機是煤礦機電設(shè)備的重要動力來源，因此，保證電機正常工作，是確保煤礦生產(chǎn)用設(shè)備處于長期穩(wěn)定運行狀態(tài)、提高煤礦生產(chǎn)效率、保證煤礦生產(chǎn)安的必要條件。

（一）煤礦電機運行實時監(jiān)測系統(tǒng)工作原理。在待測電機的各個位置設(shè)置高精度的傳感器，對電機運行過程中的轉(zhuǎn)矩、溫度、速度、電壓以及電流進行實時檢測;之后使用傳感器將檢測信號輸出，然后通過信號采集和放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路對信號進行處理，并將處理后的信號傳遞給DSP控制系統(tǒng)。通過DSP對電機的運行參數(shù)進行實時在線計算和分析，將電機的實時運行狀態(tài)參數(shù)顯示出來，并將主要參數(shù)傳遞給上位機進行對應(yīng)的處理，實現(xiàn)對電機的監(jiān)測和反饋控制。

（二）煤礦電機運行溫度和電流監(jiān)測。（1）溫度監(jiān)測。溫度是衡量礦用電機正常工作與否的關(guān)鍵指標(biāo)，對電機本體、逆變單元等部分的工作溫度進行實時監(jiān)測是確保電機安全、可靠工作的重要途徑。以AD590型溫度傳感器為例，該傳感器屬于電流式集成溫度傳感器，在把它用于電機溫度測量的過程中，相當(dāng)于形成一個恒流源，能夠輸出大小為1μA/K、并與絕對溫度成正比的電流信號，具有較強的抗干擾能力和線性度。將傳感器設(shè)置在礦用電機的待測量部位，隨著電機工作溫度的升高，傳感器的溫度也隨之上升，輸出的電流將隨之增大，系統(tǒng)將獲得的電流信號轉(zhuǎn)換成為電壓信號，并通過后續(xù)的信號放大、經(jīng)

A/D轉(zhuǎn)換處理之后，將信號發(fā)送至DSP，從而獲得電機的實時工作溫度。（2） 電流監(jiān)測。在傳統(tǒng)的電流監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計過程中，一般使用串聯(lián)的分壓電阻作為傳感器對電流信號進行檢測，這種檢測方式具有監(jiān)測方法簡單的優(yōu)點，但是容易受到檢測環(huán)境溫度的影響，較難保證電阻值的恒定不變，導(dǎo)致所采集到的電流值精度不高，而且通常情況下，控制系統(tǒng)的反饋電路沒有與主電路相互隔離，一旦功率電路中的高壓電流通過反饋電路進入到控制電路后，將直接破壞整個控制系統(tǒng)的安全程度。因此，現(xiàn)在大多使用高精度霍爾電流傳感器作為電流檢測裝置，對礦用電機的三相電流進行實時監(jiān)測，而且該傳感器只需要使用

12V的電源供電，系統(tǒng)架設(shè)較為方便。

三、水害實時監(jiān)測技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用

在生產(chǎn)中，隨著煤礦開采深度的增加，水害的威脅也更大，對水害的潛在威脅實施在線監(jiān)測也是現(xiàn)代化礦井的必備條件。

（一）煤礦井下水害實時監(jiān)測原理。在煤礦井下設(shè)置足夠的分布式水文觀測孔，對觀測孔中的水壓、水位進行測量，逐步形成“一線多點”的測量體系，從而實現(xiàn)超遠距離的實時水害監(jiān)測。當(dāng)前，許多礦井所采用的水害監(jiān)測系統(tǒng)使用的都是高速數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)，這項技術(shù)能夠保證系統(tǒng)監(jiān)測的實時性。利用所測得的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以及時的反映不同地質(zhì)層水位的實時水壓、水位等動態(tài)信息，并結(jié)合歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)以及組織管理經(jīng)驗，采取對應(yīng)的治理措施，從而實現(xiàn)對煤礦井下水害的防范和治理。

（二）煤礦井下水害監(jiān)測系統(tǒng)的基本構(gòu)成。建立礦井水壓實時監(jiān)測系統(tǒng)的地面監(jiān)測中心站，利用檢測系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)通信以及數(shù)據(jù)處理等應(yīng)用軟件）處理來自系統(tǒng)子站傳遞的相關(guān)數(shù)據(jù)，將檢測結(jié)果實時顯示在對應(yīng)的設(shè)備中。煤礦井下子站（水壓、水位測量孔）主要由水壓/水位數(shù)據(jù)收集裝置、壓力/液位信號傳送器、數(shù)據(jù)通信模塊和安全保護罩等構(gòu)成，該監(jiān)測系統(tǒng)總共包含1-258個子站，通知對這些子站的實時檢測能夠?qū)崿F(xiàn)對整個礦井的水害情況的監(jiān)測。在信號通信的過程中，該系統(tǒng)使用了基于現(xiàn)場總線的控制技術(shù)，使得所有的檢測子站都能夠有內(nèi)置的計算機系統(tǒng)進行控制，從而實現(xiàn)對各個水文觀測孔中的水壓、水位進行數(shù)據(jù)采集，通過對應(yīng)的轉(zhuǎn)換以及存儲之后，利用地面的監(jiān)測中心站完成對水害情況進行實時在線監(jiān)測的任務(wù)。

通過前面的分析可以看出，實時監(jiān)測技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，提高了礦井的安全生產(chǎn)系數(shù)和經(jīng)濟效益，減少了災(zāi)害性事故的發(fā)生率，在井下安全管理中獲得了廣泛的應(yīng)用。本文中，筆者只選擇了幾個比較具有代表性的應(yīng)用實例，如粉塵、電機、水害等進行了粗略的分析，而在實際的煤礦井下生產(chǎn)中，監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用絕不是僅僅局限于這三個方面，適合其發(fā)揮作用的工作場所還非常多，具有一定的普遍性，值得同仁繼續(xù)做進一步的研究。

參考文獻：

[1] 朱劍鋒. 煤礦電機運行參數(shù)在線監(jiān)測技術(shù)研究[J]. 中國新通信，2014（20）.

[2] 楊昆，吳東旭. 礦井粉塵濃度在線監(jiān)測技術(shù)[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2012（6）.