唐忠林 甘霖

【摘要】煤炭是我國重要的能源之一，也是為各行各業(yè)的發(fā)展所需要的一種重要能源，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)，因此，煤炭產(chǎn)業(yè)不論在我們的日常生活中還是對于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有重要作用。進(jìn)入21世紀(jì)之后，我國綜合實(shí)力顯著提高，使得我國各行各業(yè)都有了快速的發(fā)展。煤礦行業(yè)也獲得了不斷的發(fā)展，并且煤炭開采方式有了很大的改進(jìn)，同時(shí)隨著開采深度和工作面開采空間尺度的不斷增大，對于井下的安全必須要引起高度重視。瓦斯是礦井中常見的一種氣體，如果瓦斯?jié)舛冗^高會使得煤炭開采工作的危險(xiǎn)性大大提高。煤礦企業(yè)必須要采取有效的方式對礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測，了解采礦環(huán)境的安全性。因此，本文將基于氣體傳感器提出瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的研究，旨在為相關(guān)煤礦企業(yè)提供一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】氣體傳感器;瓦斯?jié)舛?監(jiān)測系統(tǒng)

本文受陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目資助，項(xiàng)目名稱為基于氣體傳感器陣列的煤礦瓦斯在線智能檢測儀研制，項(xiàng)目編號為17JK0928。

1. 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到礦井中的必要性分析

首先，有助于相關(guān)工作人員對礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。目前很多的相關(guān)學(xué)者專家嘗試瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到礦井之中，能夠使得相關(guān)人員通過對相關(guān)技術(shù)的利用，對整個(gè)礦井中的瓦斯氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對于可能會發(fā)生的問題，或者是已經(jīng)發(fā)生的問題進(jìn)行及時(shí)排查，并且能夠?qū)ΦV井工作的正常運(yùn)行有著十分重要的促進(jìn)意義。同時(shí)通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)ΦV井內(nèi)的瓦斯?jié)舛扰c成分進(jìn)行準(zhǔn)確科學(xué)的分析，讓相關(guān)人員能夠了解整個(gè)礦井的狀況。

其次，通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到礦井中，能夠更加的方便相關(guān)人員進(jìn)行操作。在使用運(yùn)行瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，只需要相關(guān)的人員設(shè)置好程序，而不需要自己進(jìn)行實(shí)際的動手操作，能夠通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)來完成指令，代替人工操作，對于需要控制的對象進(jìn)行靈活的調(diào)整，有效改善當(dāng)前人工監(jiān)測的漏洞，

最后，通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到礦井中，能夠最大限度地減少人力和物力的投入。通過對瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，只需要聘請相關(guān)的專業(yè)人員對瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，從而減少原來通過人力進(jìn)行控制的生產(chǎn)成本，并且對于系統(tǒng)維修等方面的人工成本也有所降低，對于相關(guān)煤礦企業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。

2. 基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的研究

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。而瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要通過氣體傳感器了解到礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛龋⑶依脷怏w傳感器能夠使得瓦斯的成分、濃度等信息被瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)收集上傳至終端，進(jìn)而讓相關(guān)人員了解到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終目的。基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)需要包括氣體傳感器的設(shè)置、人機(jī)交互界面的設(shè)置和瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)置。

2.1 氣體傳感器的設(shè)置

首先，在整個(gè)系統(tǒng)中需要加入氣體傳感器。氣體傳感器中包含著一個(gè)探測頭，利用探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分。在瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中加入氣體傳感器，可以使得整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測到氣體的濃度與成分并且對其進(jìn)行分析，以避免在整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測到其他的內(nèi)容。

2.2 人機(jī)交互界面的設(shè)置

其次，整個(gè)系統(tǒng)中需要包含一個(gè)人機(jī)交互界面，使得相關(guān)人員能夠通過人機(jī)交互頁面實(shí)施了解到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。人機(jī)交互界面是一個(gè)圖形用戶界面，主要由登錄界面、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、回放界面等構(gòu)成。登錄界面是為了能夠讓礦井里面的相關(guān)工作人員能夠利用自己的賬號和密碼登錄，進(jìn)而能夠進(jìn)入到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中。并且用戶登錄界面只允許通過驗(yàn)證的用戶才能夠進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)，以防瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)被泄露。實(shí)時(shí)監(jiān)控界面則是為了能夠讓相關(guān)的工作人員對收集到的瓦斯數(shù)據(jù)進(jìn)行了解，并且了解系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控界面，相關(guān)人員能夠進(jìn)行存儲方式選擇、瓦斯?jié)舛壬舷拊O(shè)置、清除報(bào)警歷史信息等相關(guān)操作，同時(shí)能夠及時(shí)地了解到礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸兓厔?，?dāng)前瓦斯的濃度以及整個(gè)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警的次數(shù)，進(jìn)而能夠有效采取相關(guān)措施?；胤沤缑嬷傅氖峭咚?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)能將收集到的數(shù)據(jù)通過圖表的形式展現(xiàn)出來，使得人們能夠更加直觀、準(zhǔn)確地了解到礦井內(nèi)瓦斯的濃度。

2.3 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)置

最后，相關(guān)人員需要對瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)部進(jìn)行合理的設(shè)置才能使得瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)發(fā)揮實(shí)際的作用。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)一般情況下都需要包含用戶登錄驗(yàn)證、數(shù)據(jù)處理與顯示、聲音報(bào)警、報(bào)警信息記錄、創(chuàng)建標(biāo)題文件、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放等構(gòu)成。所謂用戶登錄驗(yàn)證，為的就是能夠讓用戶登錄界面發(fā)揮效用，對于外來人員禁止進(jìn)入系統(tǒng)防止數(shù)據(jù)被泄露，使得只有通過驗(yàn)證的人員才能夠進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)操作。如果用戶輸入的密碼和賬號不正確的時(shí)候，整個(gè)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)不會對其進(jìn)行開放。而數(shù)據(jù)處理與顯示則是對前期收集到的數(shù)據(jù)利用氣體傳感器轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的瓦斯?jié)舛刃盘?，并且反?yīng)出當(dāng)下的礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛刃畔?，使得相關(guān)人員能夠及時(shí)確保礦井下的工作環(huán)境是否安全，達(dá)到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本目的。聲音報(bào)警指的是通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測，如果礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛雀哂谝话阏Ｖ档那闆r之下，會發(fā)出聲音警告，使得相關(guān)的工作人員不會繼續(xù)下到井內(nèi)工作，并且要采取一定的預(yù)防措施保證自己的生命安全。報(bào)警信息記錄指的是整個(gè)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的報(bào)警次數(shù)、時(shí)間等信息會被一一記錄下來，使得相關(guān)人員能夠及時(shí)查看，了解瓦斯?jié)舛茸兓那闆r，進(jìn)而能夠?qū)⑺械耐咚箞?bào)警信號進(jìn)行查看，對于查看過的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行定期清除，保證整個(gè)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及時(shí)更新，并且能夠有效避免數(shù)據(jù)被遺漏的現(xiàn)象發(fā)生。創(chuàng)建標(biāo)題文件和數(shù)據(jù)存儲指的是相關(guān)人員可以利用自己的存儲路徑對文件進(jìn)行命名，并且將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，方便后續(xù)查看分析。數(shù)據(jù)回放對應(yīng)的是回放界面，能夠?qū)⑹占降臄?shù)據(jù)通過圖表的形式直觀地反映出來，為相關(guān)人員提供一定的參考價(jià)值。

通過對氣體傳感器、人機(jī)交互界面以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)置以后，我們需要對其進(jìn)行一定的測試以后才能夠正式投入到礦井環(huán)境中使用。對于人機(jī)交互界面要監(jiān)測其是否能夠滿足只允許通過驗(yàn)證的用戶登錄以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)反饋出來的數(shù)據(jù)是否能夠及時(shí)被反映出來。而瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中最重要的則是報(bào)警裝置，報(bào)警裝置測量的準(zhǔn)確性會使得整個(gè)系統(tǒng)能否發(fā)揮有效作用。通過報(bào)警裝置，能使得礦井內(nèi)的所有工作人員及時(shí)地察覺到危險(xiǎn)，并且采取有效的預(yù)防措施。如果報(bào)警裝置失效，即使相關(guān)人員能夠通過后臺了解到數(shù)據(jù)，其傳輸?shù)倪^程中需要耽誤時(shí)間，進(jìn)而耽誤最佳救援時(shí)間。所以，基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)必須要通過反復(fù)驗(yàn)證確保其穩(wěn)定性后再大量使用。

3. 小結(jié)

綜上所述，瓦斯是礦井中產(chǎn)生的有害氣體， 當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，具有可燃燒、爆炸等特性。煤炭產(chǎn)業(yè)不論在我們的日常生活中還是對于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有重要作用。煤礦開采屬于井下工作，在煤礦開采的過程中，存在著各種潛在的安全隱患。井下工作環(huán)境復(fù)雜多變，同時(shí)影響著工程質(zhì)量。所以，基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)可以幫助開采人員最大限度地掌握井下地質(zhì)環(huán)境，保證安全作業(yè)。高精度的測量系統(tǒng)可以減少人工操作誤差，協(xié)助測量人員得到更為精確的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃凱峰. 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘柋孀R方法研究[D].安徽理工大學(xué)，2016.

[2]趙正杰. 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的井下人員定位和瓦斯監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中北大學(xué)，2013.

[3]池繼輝. 基于隨機(jī)共振技術(shù)的聲表面波瓦斯傳感器的研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.

[4]繆燕子. 多傳感器信息融合理論及在礦井瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2009.

作者簡介：唐忠林（1977-），男，漢族，講師，控制科學(xué)與工程。