安全检测技术5章矿山安全检测技术.ppt

第五章 矿山安全检测技术 时间 地点 遇难人数 事故原因 2010.3.28山西王家岭煤矿 37人遇难，一人下落不 明 透水事故 2010.03.01 内蒙古乌海 31名被困者无生还可能 在建的神华集团骆驼山煤矿发生透水 事故 2010.01.05 湖南立胜 34人死亡 湖南立胜煤矿发生重大火灾事故 2009.11.21 黑龙江鹤岗 共造成108人遇难 新兴煤矿发生瓦斯爆炸 2009.09.08 河南省平顶山 54人死亡 违法违规组织生产导致的特大事故 2009.05.30 重庆市綦江县 30人死亡、77人受伤 违规违章行为引发的特别重大安全生 产事故。 2009.02.22 山西屯兰 78人死亡 瓦斯浓度过高，煤矿爆炸。 一、矿井安全监控技术发展概况 我国矿井安全监控技术发展 n 建国初期，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定器、瓦斯检 定灯、检知管、风表等； n 60年代初期，研制达到使用水平的载体催化元件和AQR-1型 瓦斯测量仪。 n 70年代研制出瓦斯断电仪； n 80年代初期，从欧美引进、吸收矿井监控系统； n 80年代以后， 逐步开发出KJ126、KJF2000、KJ95、KJ90等系统 。 二、矿井安全监控对象 作业场环境 工矿设备 矿轨道运输 矿胶带运输 矿供电、排水、火灾 人员位置 煤矿安全监控的主要内容 n 对井下CH4、CO、O2、CO2等气体浓度的检测；对风速、风量、气 压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测；对生产设备运行 状态的监测、监控等。 煤矿安全监控系统组成 n 一般由传感器、井下分站、传输线路、地面中心站、监控软件组 成，如下图所示： 一、煤矿安全生产监控系统基本构成 1.传感器 2.井下监控分站 n井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机 系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如 瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连 续监测，具有多通道，多制式的信号采集功能和通讯功 能，通过工业以太网或总线方式能及时将监测到的各种 环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站 发出的及时发出报警和断电控制信号。 3.信号传输网络 n将监测到的信号传送到地面中心站的信号通道。如无线传输信 道、电缆、光纤等。 4.地面中心站 1、传感器 n甲烷传感器 n一氧化碳传感器 n温度传感器 n风速/风压传感器 n烟雾传感器 n开停传感器 甲烷传感器 n 甲烷浓度检测电桥 n工作原理 甲烷在催化剂作用下进行无火焰燃烧，产生热量 使R1升温导致电阻变化，黑元件的电阻值与温度 的关系为： R1(DCQ/h)R0 （燃烧热方程） 方程中为常数的： R0为铂丝摄氏零度时电阻值; 铂丝温度系数:3.948510-3/ D为甲烷扩散系数； Q为甲烷分子燃烧热； h为敏感元件热容量； 方程中为变量的： C为被测环境中的甲烷浓度； n 主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯 浓度，可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标 准电信号输送给关联设备，并具有就地显示沼气 浓度值，超限声光报警等功能。还可与各类型监 测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套，适宜 在煤矿采掘工作面、回风巷道等地点固定使用。 采用热催化原理与热导原理相结合来测量沼气浓 度，克服了单一元件测量过程中的不稳定现象， 具有性能稳定、测量精确、响应速度快，结构坚 固、易使用易维护等特点。并具有遥控调校、断 电控制、故障自校自检等新功能。 原理说明： 正常时，输出 信号给系统； 当浓度达到报 警值时产生声 光报警，同时 将信号发送给 系统产生报警 ；当浓度达到 断点值时报警 并输出信号（ AI）给系统判 断后执行两道 断电指令，同 时发出断电信 号（DO或)执 行断电指令， 并将切断信号 (DI与)反馈给系 统。 CH4(CO)浓度 1.5% 1.0% 报警值 断电值 分线盒 本安电源 AC127V DC12V 本安总线电缆 系统现场本安I/O箱 报警和切 断信号传 递给系统 模拟量信号（ AI) 执行切断指令-2 现场供电高 爆开关 执行切断指令-1 CH4(CO)传感 器，通过密码 可设定参数 执行切断 指令-3 数字量信号（ DO) 电力分 站 PKS系统 切断反馈信号 一氧化碳传感器 n 检测原理 1) 当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化。 2) 一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。其化学反应式为 ： 3) CO+H2OCO2+2H+2e 4) 氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔 的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为： 5) 1/2O2+2H+2eH2O 6) 因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为： 7) 2CO+2O2 2CO2 传感器内部配置图 温度传感器 n 热电偶测温原理 内部结构及接线图 各种热电偶 高 温 热 电 偶 分度号S 高温 陶瓷 保护管 工业常用热电偶 风压传感器 检测原理 扩散硅差压气体传感 器选用高精度、高稳 定性的扩散硅差压敏 感芯片，将所测的差 压信号经过精密补偿 和信号处理，转换成 标准电流（电压）信 号输出，可直接与二 次仪表和计算机控制 系统连接，实现生产 过程中的自动控制和 检测，可广泛用于工 业领域中进行非腐蚀 性气体的差压测量， 特别适用于风压测量 。 差压传感器示意图 风速传感器 n 工作原理简述 在无限界流场中，垂直插入一 根无限长的非流线型阻力体（ 旋涡杆或称旋涡体），当流经 该非流线体的流速（V）大于某 个值时，非流线体的两边即产 生两列内旋，方向相反、交替 出现的旋涡，旋涡的频率（f） 与风速成线性关系。这个现象 被称为卡门涡街。只要测到旋 涡的频率（f）即可得到所需的 风速（V）值。 n 工作原理示意图 烟雾传感器 烟雾检测原理图工作原理 粒子式感烟探测器的原理如图：在两个 金属平板之间加上直流电压，并在附近 放上一小块同位素镅241。当周围空气 无烟雾时，镅241放射出微量的射线 ，使附近的空气电离。于是在平板电极 之间的直流电压的作用下，空气里就会 有离子电流产生。当周围空气有烟雾时 ，烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分 离子吸附，使的空气中的离子减少，而 且微粒本身也吸收射线，这两个因素 使得离子电流减小。烟雾越浓，离子电 流减少越来越明显。改变电离平衡状态 而输出检测电信号，经后级电路处理识 别后，发出报警，并向配套监控系统输 出报警开关信号。 开停传感器 n KJ90-F8/KJ90-F16型井下监控分站 n 监控分站是一种以嵌入式芯片为核心 的微机计算机系统，可挂接多种传感 器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯 、风速、一氧化碳、负压、设备开停 状态等进行连续监测，具有多通道， 多制式的信号采集功能和通讯功能， 通过工业以太网或总线方式能及时将 监测道德各种环境参数、设备状态传 送到地面并执行中心站发出的各种命 令，及时发出报警和断电控