矿井安全生产监测监控系统式

1、矿井安全生产监测监控系统第二章 式 1 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 2 第二部分：第二章第二部分：第二章 便携式安全生产监测装置便携式安全生产监测装置 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 3 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 4 1、便携式检测仪使用的、便携式检测仪使用的目的目的 （1）系统式属于固定安装，灵活性不够，存在覆盖死角这）系统式属于固定安装，灵活性不够，存在覆盖死角这 一缺陷一缺陷 ； （2）煤矿事故时有发生，国家向井下工作人员必须配备的）煤矿事故时有发生，国家向井下工作人员必须配备的 目标努力；目标努力； （3）便携式检测仪适用于防爆，可燃气体的实时检测，矿）便携式检测

2、仪适用于防爆，可燃气体的实时检测，矿 井或地下管道等场所，根据浓度显示以使工作人员作出相应井或地下管道等场所，根据浓度显示以使工作人员作出相应 的对策，有效地保证了工作人员的生命安全。的对策，有效地保证了工作人员的生命安全。 (4) 目前煤矿用便携式检测设备主要来检测甲烷、目前煤矿用便携式检测设备主要来检测甲烷、CO、氧气氧气 、硫化氢等，设备以单种气体检测居多，也在向多种气体同、硫化氢等，设备以单种气体检测居多，也在向多种气体同 时检测发展。最为常用的是便携式甲烷检测仪。时检测发展。最为常用的是便携式甲烷检测仪。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 5 2、便携式检测仪的、便携式检测仪的功能

3、功能 便携式设备应当具备以下主要功能便携式设备应当具备以下主要功能 1.1.低功耗；低功耗； 2.2.具有实时数据及时钟显示；具有实时数据及时钟显示； 3.3.具有声、光报警并且可设置调整报警点；具有声、光报警并且可设置调整报警点； 4. 4. 可燃气体传感器高浓度保护功能；可燃气体传感器高浓度保护功能； 5.5.可燃气体传感器故障自检，可更换传感器；可燃气体传感器故障自检，可更换传感器； 6.6.电池欠压提示；电池欠压提示； 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 6 图图1 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 7 要设计一个便携式检测仪主要考虑以下几个部分（电路要设计一个便携式检测仪主要考虑以

4、下几个部分（电路 的主要组成部分）的主要组成部分） 一、一、供电部分供电部分，从低功耗考虑，选择锂电池供电，从低功耗考虑，选择锂电池供电 ，而锂电，而锂电 池标准输出电压为池标准输出电压为3.6V，（，（所以这就要求在选择电子元器所以这就要求在选择电子元器 件方面从低压器件入手）。件方面从低压器件入手）。 另外对锂电池设计有保护电路，如图另外对锂电池设计有保护电路，如图2所示，主要由锂所示，主要由锂 电池保护专用集成电路电池保护专用集成电路DW01；充、放电（正常工作的时充、放电（正常工作的时 候）控制候）控制MOSFET(内含两只内含两只N沟道沟道MOSFET)等部分组成等部分组成 矿井安全

5、生产监测监控系统第二章 式 8 R1 VCC GND ODOCCS C1 C2 R2 R3 MOSFET B+ B- P+ P- DW01 图图2 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 9 图图3 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 10 二、二、CPU选择选择 1）CPUCPU的选择首先应该是低电压工作，低功耗；的选择首先应该是低电压工作，低功耗； 2 2）最好集成最好集成A/DA/D转换功能而且精度满足要求。转换功能而且精度满足要求。 可以选择的可以选择的CPUCPU比较多，比较多，MICROCHIPMICROCHIP，TITI， C8051C8051等；这里等；这里设计中选用了设计中选用了

6、C8051F330C8051F330单片机；单片机； （具有（具有1010位位ADCADC，转换速率可达转换速率可达200200kspsksps。供电电供电电 压压2.72.7V - 3.6VV - 3.6V。能够满足便携式设备的要求。能够满足便携式设备的要求。 ） 三、传感器三、传感器 图图1中中LXK-3指的是传感器电路，本文主要指指的是传感器电路，本文主要指 各种气体传感器，下面分别介绍各种各种传感各种气体传感器，下面分别介绍各种各种传感 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 11 1）半导体气体传感器半导体气体传感器 A）主要使用半导体气敏材料，利用气敏元件的电阻、电流或主要使用半导体气

7、敏材料，利用气敏元件的电阻、电流或 电压随气体浓度变化的原理工作的。该传感器己成为世界上产电压随气体浓度变化的原理工作的。该传感器己成为世界上产 量最大、使用最广的气体传感器之一量最大、使用最广的气体传感器之一 2）固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器 它使用固体电解质材料作为气敏元件。其原理是气敏材料在通它使用固体电解质材料作为气敏元件。其原理是气敏材料在通 过气体时产生离子，形成电动势，测量电动势从而测量气体浓过气体时产生离子，形成电动势，测量电动势从而测量气体浓 度。但这种传感器制造成本高，检测气体范围有限，仅在检测度。但这种传感器制造成本高，检测气体范围有限，仅在检测 环境污染领域

8、中有优势。环境污染领域中有优势。 3）接触燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器 分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式。其工作原理是：气敏分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式。其工作原理是：气敏 材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧 化燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化化燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化 ，测量阻值变化从而测量气体浓度。，测量阻值变化从而测量气体浓度。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 12 4）高分子气体传感器高分子气体传感器 利用高分子气敏材料制作的气体传感器近年来得到

9、很大的发利用高分子气敏材料制作的气体传感器近年来得到很大的发 展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数 、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生 变化。变化。 5）电化学传感器电化学传感器 这类传感器由膜电极和电解液灌封而成。气体浓度信号将电这类传感器由膜电极和电解液灌封而成。气体浓度信号将电 解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点 是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命是：反映速度快、准

10、确、稳定性好、能够定量检测，但寿命 较短（大于等于两年），主要适用于毒性气体的检测。目前较短（大于等于两年），主要适用于毒性气体的检测。目前 国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 13 6）国内气体传感器的研究现状国内气体传感器的研究现状 1 1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90%90%以上以上 ；接触燃烧式气敏元件己具备了生产基础和能力；电化学；接触燃烧式气敏元件己具备了生产基础和能力；电化学 气体传感器有了试制产品。气体传感器有了试制产品。 2 2）在工艺方面，引入

11、了表面掺杂、表面覆膜以及制作表）在工艺方面，引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表 面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性 气敏，发展成为选择性气敏；在结构方面，研制了补偿复气敏，发展成为选择性气敏；在结构方面，研制了补偿复 合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料 方面，方面，SnOSnO2 2和和FeFe2 2O O3 3材料已用于批量生产气敏元件，新研究材料已用于批量生产气敏元件，新研究 开发的开发的A1A12 20 03 3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始气敏材料

12、、石英晶体和有机半导体等也开始 用于气敏材料。用于气敏材料。 3 3）低功耗气敏元件（如）低功耗气敏元件（如CHCH4 4 、COCO等气敏元件）已从产品等气敏元件）已从产品 研究进入中试阶段。研究进入中试阶段。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 14 三、三、 1、 便携式甲烷报警仪的分类便携式甲烷报警仪的分类 光干涉式、热导式、热催化式光干涉式、热导式、热催化式等，其中等，其中催化式甲烷检测催化式甲烷检测 报警仪具有成本低、结构简单、受背景气体和温度影响小、报警仪具有成本低、结构简单、受背景气体和温度影响小、 输出信号电流大、信号处理显示方便、易实现自动检测等优输出信号电流大、信号处理显

13、示方便、易实现自动检测等优 点，在国内外广泛采用点，在国内外广泛采用 2 2、热催化式甲烷报警仪的工作原理热催化式甲烷报警仪的工作原理 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 15 显示 电桥 放大 比较 报警 电源 A/D 图图4 便携式甲烷检测报警仪工作原理便携式甲烷检测报警仪工作原理 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 16 3、仪器的型号及主要性能技术指标、仪器的型号及主要性能技术指标 (1)(1)仪器按使用功能可分为：仪器按使用功能可分为： 检测仪：以显示功能为主的仪器，以下称检测仪：以显示功能为主的仪器，以下称A A类仪器；类仪器； 报警仪报警仪. . 以报警功能为主的仪器，以下称以报

14、警功能为主的仪器，以下称 B B类仪器；类仪器； 测报仪：兼有显示和报警两种功能的仪器，以下称测报仪：兼有显示和报警两种功能的仪器，以下称 C C类类 仪器。仪器。 (2)(2)仪器按下面的方法命名和编制型号：仪器按下面的方法命名和编制型号： J C B- 1348620 国家标准编号 各生产单位产品序号，用 A、B表示 统一归口编号，用01- 99 表示，由生产 单位申请，国家质检机构统一发布 仪器分类符号: 用 A、B、C、Bj、Cj表示 便携式 热催化 甲烷检测报警仪 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 17 (3)(3)仪器测量范围可采用：仪器测量范围可采用： 0-3% 0-3% CH

15、CH4 4； 0-4% CH0-4% CH4 4； O-10% CHO-10% CH4 4。 (4)(4)仪器报警点设置范围可采用：仪器报警点设置范围可采用：0.5%- 2% 0.5%- 2% CHCH4 4。 (5)(5)仪器应能适应下列环境大气条件：仪器应能适应下列环境大气条件： 贮存温度：贮存温度：-40- 60-40- 60； 工作温度：工作温度：0-400-40； 相对湿度：相对湿度：98%98%； 气压气压= 68-= 68-ll5kPall5kPa； 风速：风速：O- 8m/sO- 8m/s。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 18 (6)(6)仪器基本功能：仪器基本功能： A

16、 A类和类和C C类仪器的显示值应为二位以上类仪器的显示值应为二位以上 ( (含二位含二位) )有效读数有效读数 ，且有显示值极性标志；，且有显示值极性标志； B B类和类和C C类仪器应有报警和报警自检功能；类仪器应有报警和报警自检功能； 各类仪器均应有电源欠压自动关断功能和防高浓甲烷冲击各类仪器均应有电源欠压自动关断功能和防高浓甲烷冲击 措施。措施。 (7)(7)与仪器配套使用的充电器，应有充电指示及防过充功能，与仪器配套使用的充电器，应有充电指示及防过充功能， 应保证充电效果良好。应保证充电效果良好。 (8) (8)仪器允许的基本误差仪器允许的基本误差 应符合表应符合表2-12-1的要求

17、，仪器允许的报警误差应符合表的要求，仪器允许的报警误差应符合表2-22-2的要的要 求。求。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 19 检测范围 01.00 1.00 允许误差 0.10 真值的10% 2-1 基基 本本 误误 差差 CH4 报警范围 0.501.00 1.002.00 允许误差 0.10 真值的10% 2-2 报报 警警 误误 差差 CH4 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 20 （9 9）仪器的工作位置偏离规定状态时，显示值）仪器的工作位置偏离规定状态时，显示值 或报警点产生的附加误差应在或报警点产生的附加误差应在0. 03% 0. 03% CHCH4 4范围范围 内。内

18、。 (10)(10)仪器的响应时间：检测元件连续工作的仪器仪器的响应时间：检测元件连续工作的仪器 应不大于应不大于3030s s；间断工作的仪器应不大于间断工作的仪器应不大于l5sl5s，其其 中，自动间断工作的仪器的响应时间还应比其设中，自动间断工作的仪器的响应时间还应比其设 定的测量时间少定的测量时间少5 5s s。 (11)(11)仪器的报警功能应符合下列要求：仪器的报警功能应符合下列要求： 报警点应能在报警点应能在0.50% - 2.00% 0.50% - 2.00% CHCH4 4 范围内任范围内任 意设置；意设置； 报警时，在距讯响器报警时，在距讯响器lmlm远处，供班组集体使远处

19、，供班组集体使 用的仪器其报警声音用的仪器其报警声音y y应不小于应不小于 80 80dBdB，其报警光其报警光 信号在暗处的能见度应不小于信号在暗处的能见度应不小于2020m m。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 21 (12)(12)仪器的电源应采用无仪器的电源应采用无“记忆效应记忆效应”电池或防电池或防 “记忆效应记忆效应”措施。电池正常充电后，各类仪器措施。电池正常充电后，各类仪器 工作时间应不小于工作时间应不小于9 9h h；工作中，均不应出现欠压工作中，均不应出现欠压 和超差，且和超差，且B B类和类和C C类仪器的报警性能应正常。类仪器的报警性能应正常。 (13) (13)仪

20、器连续运行仪器连续运行7 7天时天时 ( (每天工作每天工作9 9h)h)，其基其基 本误差或报警误差不应超差。本误差或报警误差不应超差。 4、JCBC668A型多功能甲烷检测报警仪型多功能甲烷检测报警仪 1）工作原理（见图）工作原理（见图4） 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 22 4).JCB-C668A型多功能甲烷检测报警仪电路组成型多功能甲烷检测报警仪电路组成 按 键 显示报警电路 PIC16F870 单片机 前置放大 测量电桥 电池组 电子开关 稳压电路 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 23 5、便携式甲烷报警仪的使用与维护、便携式甲烷报警仪的使用与维护 1）维护）维护 A）便

21、携式甲烷检测报警仪应设专职人员负责充电便携式甲烷检测报警仪应设专职人员负责充电 、收发及维护。、收发及维护。 B B）每班要清理隔爆罩上的煤尘，下井前必须检查每班要清理隔爆罩上的煤尘，下井前必须检查 便携式甲烷检测报警仪的零点和电压值，不符合要便携式甲烷检测报警仪的零点和电压值，不符合要 求的禁止发放使用。求的禁止发放使用。 C C）便携式甲烷检测报警应固定专人使用，用时要便携式甲烷检测报警应固定专人使用，用时要 严格按照产品说明书进行操作，严禁擅自调校和拆严格按照产品说明书进行操作，严禁擅自调校和拆 开仪器。开仪器。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 24 2）使用）使用 A A）使用时首

22、先在清洁空气中打开电源，预热使用时首先在清洁空气中打开电源，预热l5l5 分钟，观察指示是否为零，如有偏差，则需调零分钟，观察指示是否为零，如有偏差，则需调零 。 B B）测量时，用手将仪器的传感器部位举至或悬测量时，用手将仪器的传感器部位举至或悬 挂在检测点，经挂在检测点，经3030s s的自然扩散，即可读取瓦斯的自然扩散，即可读取瓦斯 浓度的数值；浓度的数值； C C）也可由工作人员随身携带，在瓦斯超限发出也可由工作人员随身携带，在瓦斯超限发出 声、光报警时，声、光报警时， 再重点监视环境瓦斯或采取相再重点监视环境瓦斯或采取相 应措施。应措施。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 25 J

23、CB-C2000型智能甲烷检测报警仪 一、此报警仪，是采用微电脑数字 技术的超小型便携式智能仪表； 二、主要用于检测煤矿井下空气中的 甲烷气体浓度，具有自动调零、报警 、连续自动记录120组数据等功能。 三、体积小、密封好、精度高、稳定 可靠，可供井下所有工作人员携带使 用。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 26 四、四、 我国煤矿使用的光干涉瓦斯检定器类型我国煤矿使用的光干涉瓦斯检定器类型 很多很多。 现以抚顺煤矿安全仪器厂生产的现以抚顺煤矿安全仪器厂生产的AQG- 1甲烷测定器为例讲解。甲烷测定器为例讲解。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 27 矿井安全生产监测监控系统第二章 式

24、28 五、五、 1.1.便携式甲烷检测报警仪在煤矿井下的使用便携式甲烷检测报警仪在煤矿井下的使用 （1 1）根据煤矿安全规程和企业有关规定：矿副总以）根据煤矿安全规程和企业有关规定：矿副总以 上干部、专业技术人员、放炮员、防突员、监测工、掘进上干部、专业技术人员、放炮员、防突员、监测工、掘进 机司机、电瓶车司机、井下流动性电钳工、采煤机司机、机司机、电瓶车司机、井下流动性电钳工、采煤机司机、 钻机司机、安监处长、调度所长、技术科长等单位的班队钻机司机、安监处长、调度所长、技术科长等单位的班队 长必须携带便携式甲烷报警仪。长必须携带便携式甲烷报警仪。 （2 2）在煤矿井下必须每天检查安全监控设备

25、及电缆是否）在煤矿井下必须每天检查安全监控设备及电缆是否 正常，使用便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照正常，使用便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行对照 ，并将记录和检查结果报监测值班员。当两者计数误差大，并将记录和检查结果报监测值班员。当两者计数误差大 于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并 必须在必须在8 8h h内对内对2 2种设备调校完毕。种设备调校完毕。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 29 （3 3）高瓦斯和煤（岩）与瓦斯突出矿井的采煤工作面上隅）高瓦斯和煤（岩）与瓦斯突出矿井的采煤工作面上隅 角，必须设置便携

26、式甲烷检测报警仪。角，必须设置便携式甲烷检测报警仪。 （4 4）采煤机和掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式）采煤机和掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式 甲烷检测报警仪，掘进班（队）长和采煤班（队）长的便携甲烷检测报警仪，掘进班（队）长和采煤班（队）长的便携 式甲烷检测报警仪必须悬挂在采煤面的上隅角。式甲烷检测报警仪必须悬挂在采煤面的上隅角。 （5 5）在煤（岩）与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中，进风）在煤（岩）与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中，进风 的主要运输巷道和回风巷道内，使用矿用防爆特殊型蓄电池的主要运输巷道和回风巷道内，使用矿用防爆特殊型蓄电池 电机车或矿用防爆型柴油机车时，蓄电池

27、电机车必须设置车电机车或矿用防爆型柴油机车时，蓄电池电机车必须设置车 载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪，柴油机车必须设载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪，柴油机车必须设 置便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过置便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过0.5%0.5%时，必须停时，必须停 止机车运行。止机车运行。 6 6）当煤矿井下工作地点的瓦斯浓度达到便携式甲烷检测报）当煤矿井下工作地点的瓦斯浓度达到便携式甲烷检测报 警仪报警值时，便携式甲烷检测报警仪发出警报，施工地点警仪报警值时，便携式甲烷检测报警仪发出警报，施工地点 必须立即停止工作，并严格按有关规定处理。必须立即停止工作，并严格按有关

28、规定处理。 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 30 2.2.便携式甲烷检测报警仪维护便携式甲烷检测报警仪维护 （1 1）便携式甲烷检测报警仪属国家强制检定的计量器具，）便携式甲烷检测报警仪属国家强制检定的计量器具， 每年必须由国家法定计量检定机构或授权的计量检定机构每年必须由国家法定计量检定机构或授权的计量检定机构 检定合格，并有检定合格证书且在证书的有效期内，方可检定合格，并有检定合格证书且在证书的有效期内，方可 使用。此外，还须建立计量器具管理台账，保证定期按周使用。此外，还须建立计量器具管理台账，保证定期按周 期检定。期检定。 (仪校要求仪校要求) （2 2）根据煤矿安全规程规定，为保

29、持便携式甲烷检测）根据煤矿安全规程规定，为保持便携式甲烷检测 报警仪性能稳定，除按周期检定外，还必须每报警仪性能稳定，除按周期检定外，还必须每7 7天对仪器的天对仪器的 零点、基本误差和报警值使用校准气样和空气样调校零点、基本误差和报警值使用校准气样和空气样调校1 1次。次。 （3 3）必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、）必须设专职人员负责便携式甲烷检测报警仪的充电、 收发及维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘，发放前必须检收发及维护。每班要清理隔爆罩上的煤尘，发放前必须检 查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值，不查便携式甲烷检测报警仪的零点和电压或电源欠压值，不 符合要求的严禁发放使用。符合要求的严禁发放使用。（专人管理）（专人管理） 矿井安全生产监测监控系统第二章 式 31 （4 4）使用人员在使用便携式甲烷检测报警仪前，必须详细）使用人员在使用便携式甲烷检测报警仪前，必须详细 阅读本产品的使用说明书，并严格按说明书的要求操作使阅读本产品的使用说明书，并严格按说明书的要求操作使 用。用。（专人使用）（专人使用） （