平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦 河南 平頂山 467091

1 引言

眾所周知,煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜,容易出現(xiàn)安全事故。因此,為了確保煤礦作業(yè)安全,在現(xiàn)代技術(shù)的支持下,基于先進(jìn)的傳感器技術(shù)來構(gòu)建煤礦監(jiān)測系統(tǒng),實時監(jiān)測煤礦井下作業(yè)環(huán)境中的CO、甲烷、溫度以及風(fēng)速等參數(shù)。在上述過程中,主要通過傳感器技術(shù)來收集上述參數(shù)并轉(zhuǎn)化為機(jī)器系統(tǒng)可以識別的電信號,最終通過具體數(shù)值的形式在計算機(jī)中顯示。在此監(jiān)測系統(tǒng)中,越來越先進(jìn)傳感器技術(shù)的應(yīng)用,推動煤礦生產(chǎn)管理方式的變革,提升了煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性,有利于保障煤礦作業(yè)安全。

目前煤礦井下常用的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要起到生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測和生產(chǎn)信息監(jiān)控的作用,前者主要對井下生產(chǎn)作業(yè)中的甲烷等易燃易爆氣體濃度、環(huán)境溫濕度以及煙塵、風(fēng)速等生產(chǎn)環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測。后者則主要監(jiān)測機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、水位和煤位等信息,基于這些信息還可以實現(xiàn)對水泵啟停、提升其啟停以及安全設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)等分布式控制。無論是何種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),通常由主站、分站、服務(wù)器、各類傳感器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及數(shù)據(jù)接口裝置等組成,起到采集、傳遞和處理信息的作用,下面就對其中各類傳感器的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 CO傳感器的應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)中出現(xiàn)煤炭的自燃現(xiàn)象以及在鉆孔作業(yè)時由于煤不完全燃燒容易產(chǎn)生CO,而CO傳感器則是判斷CO濃度的重要裝置。由于CO是一種無色無味的氣體,在井下較為封閉的作業(yè)環(huán)境中濃度過高容易造成人員窒息以及中毒等問題。因此,需要在大巷、采煤工作面、采空區(qū)以及回風(fēng)巷等重點區(qū)域需要安裝CO傳感器來實時監(jiān)測CO濃度,并聯(lián)動相應(yīng)的報警裝置,一旦CO濃度超標(biāo)則發(fā)出警報提醒工作人員。

3 甲烷傳感器的應(yīng)用

煤礦井下作業(yè)中的瓦斯爆炸問題較為常見且具有較大的危害性,而瓦斯的主要成分是甲烷,其在空氣中達(dá)到一定濃度并遇到明火則會發(fā)生爆炸。因此,在井巷、工作面、采空區(qū)和回風(fēng)巷道中都設(shè)置有甲烷傳感器來監(jiān)測甲烷濃度。其主要原理就是結(jié)合不同的甲烷濃度來產(chǎn)生對應(yīng)的電信號,在經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換之后傳輸?shù)教幚砥?在經(jīng)過數(shù)據(jù)分析對比之后、結(jié)合事先設(shè)定的程序,一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)情況則發(fā)出報警或提醒等保護(hù)動作。

一直以來在煤礦井下比較常用電化學(xué)傳感器和燃燒性傳感器等甲烷傳感器類型,但是經(jīng)過長時間的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)此兩類傳感器在長時間使用中的穩(wěn)定性較差,需要進(jìn)行頻繁調(diào)校。而隨著甲烷傳感器技術(shù)的發(fā)展,目前煤礦井下常用的甲烷傳感器為紅外傳感器類型,在檢測甲烷濃度時依靠甲烷氣體對紅外光譜的吸收性來檢測,不會受到作業(yè)環(huán)境的影響,因此比較適合在煤礦井下應(yīng)用。同時,此類傳感器還具有抑制零點漂移的作用,不需要頻繁進(jìn)行校正,還具有較高的甲烷檢測準(zhǔn)確性,大大減少了作業(yè)人員的工作量。此外,此類傳感器不僅可以實現(xiàn)全程實時測量,而且還具有較強(qiáng)的防水和防塵功能,環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng),可以長時間穩(wěn)定工作,有助于確保煤礦作業(yè)環(huán)境的安全性。

4 溫度傳感器的應(yīng)用

煤礦井下作業(yè)環(huán)境中的溫度因素不僅會影響作業(yè)人員的生命健康安全,而且也會影響井下機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行準(zhǔn)確性以及測量精度等。比如一些儀器設(shè)備和傳感器等,比如開展超聲波測距作業(yè)之前需要開展溫度校準(zhǔn)工作。在傳統(tǒng)的井下測溫方式中,比較常用熱電偶溫度傳感器類型,但是此種類型的傳感器在井下作業(yè)環(huán)境中應(yīng)用,表現(xiàn)出測量精度低和誤差較大的缺點,這就會對超聲波測距的準(zhǔn)確性造成干擾。此外,應(yīng)用此種傳感器時的安裝調(diào)試步驟較為復(fù)雜,難以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,且在遠(yuǎn)距離傳輸時反應(yīng)比較慢,影響其使用效果。因此,目前比較常用的溫度傳感器類型為光纖傳感器。此種傳感器在井下作業(yè)環(huán)境中表現(xiàn)出良好的抗電磁干擾能力,能夠在井下復(fù)雜的電磁環(huán)境中保證準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。而且還具有較寬頻帶以及較低成本的優(yōu)點,可以對沿線較多監(jiān)測點開展連續(xù)和范圍溫度監(jiān)測,并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,比較適合用其開展大范圍的溫度監(jiān)測。比如在目前的井下作業(yè)中,可以在膠帶輸送機(jī)中應(yīng)用光纖溫度傳感器,用于監(jiān)測膠帶輸送機(jī)運(yùn)行中由于摩擦等原因而出現(xiàn)的溫度過高缺陷。而且由于膠帶輸送機(jī)具有較長的距離并需要進(jìn)行多點溫度監(jiān)測,因此便于應(yīng)用此類傳感器來實現(xiàn)連續(xù)多點監(jiān)測和長距離傳輸,確保在監(jiān)測到溫度超標(biāo)時啟動斷電動作來保護(hù)膠帶輸送機(jī)。

5 風(fēng)速傳感器的應(yīng)用

煤礦井下的風(fēng)速直接反應(yīng)井下通風(fēng)情況,也會間接影響井下的氧氣、瓦斯的濃度以及溫濕度等。一旦出現(xiàn)井下風(fēng)速過慢的問題,則會減慢井下作業(yè)人員的含水蒸發(fā)速度而影響其身體健康,而且不利于井下有害氣體的排出和新鮮空氣的進(jìn)入,增加巷道出現(xiàn)瓦斯爆炸的概率。而如果風(fēng)速過高則會加速人體的汗液蒸發(fā)速度,增加作業(yè)人員出現(xiàn)感冒等。而且還會激起塵土而影響人體健康。因此需要將利用熱敏電阻原理的風(fēng)速傳感器應(yīng)用于巷道中對風(fēng)速進(jìn)行測定,由于風(fēng)速增加會加快散熱速度,也就是通過對流換熱的方式來降低溫度。因此風(fēng)速直接影響散熱量的大小和溫度,這就可以利用上述原理來測定風(fēng)速,這也是利用熱敏電阻的風(fēng)速傳感器的原理。這就可以測定兩端的電壓,由于熱敏電阻對應(yīng)一個電阻值,就可以對風(fēng)速進(jìn)行測定。

6 結(jié)語

近年來人們生產(chǎn)活動更為頻繁使得煤炭需求量同步增加,增加了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)壓力。目前煤礦井下常用的煤礦監(jiān)測系統(tǒng)中常用的傳感器主要有CO、甲烷濃度、溫度以及風(fēng)速等傳感器類型,通過對井下作業(yè)參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測,有助于對井下生產(chǎn)活動和安全進(jìn)行監(jiān)測與控制。而可靠的傳感器技術(shù)則有助于保障所監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,進(jìn)而可以保證煤礦監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)有作用的發(fā)揮,切實保證煤礦井下的作業(yè)安全。