矿用可移动式救生舱环境监测系统的设计

矿用可移动式救生舱环境监测系统的设计

0矿井安全避险根据世界各国对矿山事故的调查，大多数矿工在事故发生后无法立即升井或逃离高温和有害气体的地方。因此,各国都在致力建设矿井避难硐室和矿用救生舱,以便在矿井发生事故后能够为无法及时撤离的矿工提供一个稳定可靠、保障齐全的维生空间,把灾害的损失降到最低。2010年7月,国务院下发通知要求,煤矿和非煤矿山要在3年之内完成矿山安全避险六大系统的安装工作,包括监测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统和矿井通信联络系统。可移动式救生舱是井下紧急避险系统中的重要技术装备。随后,国家安监总局也下发通知,要求“必须在距离工作面500米范围内建设避难硐室或设置救生舱”。目前,我国矿用救生舱技术正在不断完善,其中,环境监测系统是其关键技术之一。《AQ1029—2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用规范》和《AQ6201—2006煤矿安全监控系统通用技术要求》要求煤矿企业必须按照其规范建设完善监测监控系统。本文将介绍国内外矿用救生舱的发展现状,并提出救生舱环境监测系统的设计方案。1救生舱的设计和制造工艺西方发达国家在救生舱的设计与研究方面积累了多年的经验,他们的矿山法规和标准对推广、使用矿用救生舱有着硬性的规定,一些具有较强科研实力的企业单位投入了大量的资金参与其中,如澳大利亚的MineARC公司、美国的StrataProductsWorldwide(斯特塔安全设备公司),他们在救生舱的研发方面处于世界领军地位。图1为国外厂商设计的不同类型的救生舱,包括固定式救生舱、移动式救生舱和快速充气式救生舱。他们研制的救生舱的外壳是采用钢制焊接而成的密闭空间,可承受0.10MPa的超压,内外舱壁之间采用特殊的隔热材料。目前,上述两家公司生产的救生舱可承载20人左右,其中斯特塔安全设备公司的可充气式救生舱最大可容纳50名矿工,同时可提供超过96h的救生时间。应急救生舱整体内部结构主要分为过渡舱和主舱。过渡舱内配置压缩医用氧气、压缩空气以及处理人体垃圾的设施等。主舱内主要有有毒有害气体置换和氧气、空气供给设备、空调系统、环境监测监控系统以及通信装置。与国外相比,国内矿用可移动式救生舱的研究相对比较晚,设计技术还不成熟,其相关的标准还在制定中。目前,国内超过20家企业、单位从事相关产品研发,通过专家鉴定的只有3家单位,取得安全标志(新产品)的只有一家单位。因救生舱壳体的制造技术及对其隔爆、耐爆能力的检验能力不够,国内救生舱的舱体以国外引进为主。舱内各类系统的检测技术也不够成熟,整机设备检验周期过长。在救生舱舱体制造及其使用的舱内环控生保系统、实时环境监控系统技术中,环境监测技术是我国目前较为成熟的技术。2环境监控系统构成矿用可移动式救生舱研究包括应急救援密闭舱、舱内环测生保系统、实时环境监控系统三大部分。作为关键技术之一,环境监测在矿用可移动式救生舱中非常重要。2.1气体监测和报警救生舱的环境监测系统是避难人员在密闭空间内生存依靠的重要保障,可对现有舱内的压力、温度、湿度等环境参数提供实时监测。由于被困人员在救生舱中生存通常从几小时到几天都有可能,随着时间的推移,舱内氧气不断减少,同时将产生CO、CO2、CH4等有毒有害气体,这都影响着人的生命安全,因此,舱内应对这些气体参数即时监控,并根据气体对人体影响设定仪器监测范围和报警参数,同时对供氧速度、有毒有害气体净化、温湿度调控、供电、通信等实现控制,保证在与外界隔绝的情况下,提供舱内一定时间内人员生存的重要条件。救生舱还应具备监测舱外气体环境的设备,及时观察舱内外的环境情况,判断是否处于危险状态。MineARC公司的各类救生舱配置的是电子气体监测仪,对舱内O2、CO2、CO等气体含量进行实时监控。电子气体监测仪有预置警报系统,一旦气体浓度达到某个值点,警报系统就会自动发出警报,避险人员根据警报判断是否需要更换化学吸附剂。电子气体监测仪机身轻巧、携带方便、操作简单、安全可靠。我国可移动式救生舱内主要设置环境监测仪表,该仪表主要采用带有煤安标志的本安防爆型气体传感器,一方面监测舱内数据,提醒舱内人员根据不同情况作出相应决策,保障生命安全。同时,在舱外一定区域设置监测仪表,以便舱内人员了解外部环境,在外部安全的环境下,通过通信系统与井下联系,实施自救、配合他救。2.2应急舱监护系统的设计2.2.1救生舱环境监测系统对于救生舱环境监测系统,要求灾变情况下能够长时间独立监测、传输数据,人机界面友好,安装便利,维护方便,操作简单,可扩充性好,易于实现产品工业化。(1)救生舱应能对舱内环境参数进行实时监测、显示,并超限报警,并应有对舱外环境监测功能。救生舱内、外环境监测系统宜独立运行。(2)救生舱内环境监测的参数至少应包括CO、CO2、O2、CH4、H2S、温度和湿度;舱外环境监测参数至少应包括CO、CO2、O2、CH4、温度。(3)救生舱内环境监测系统应根据表1的规定设置超限报警点,环境参数超出表1的规定值时自动声光报警,声级不宜大于50dB·A。(4)具有边界参数开关量控制功能,以便在监测到气体参数不符合舱内安全生命标准时启动相关设备。2.2.2系统设计的目标2.2.2.环境监测软件系统平台(1)救生舱环境监测系统与巷道中监控分站相连,组成全矿井监测信息管理中心,并可通过网络实现监测信息适时共享。(2)环境监测系统软件平台采用先进的组态软件,具有人机界面友好、操作简单方便、功能强大等优点,具有容错纠错功能,人为的误操作不影响系统的正常运行。(3)环境监测系统对所监测参数可根据需要随时显示监测数据、图形、曲线和报警点及数值。图形功能丰富直观,点开图形即得所需测点信息。(4)具有自检及自诊断功能,系统能自动切除故障区域,非故障区域仍能正常运行。2.2.2.灾变后救生舱内环境监测系统构成解读(1)在正常情况下,救生舱环境监测系统应包括监控主机、传输接口、监测分站、电源箱、监控软件、显示器、传感器及传输电缆。(2)在灾变后线路遭到破坏时,救生舱内环境监测系统应包括舱内电源、显示器、传感器及传输电缆。(3)建立救生舱环境监测系统需要完成舱内仪器仪表的选配,气动开启与电动开启的转换控制及连接,通信信号的统一处理,舱内仪器仪表布局及位置确定,仪器操作控制柜设计,舱内设备连接电缆桥架布置以及舱内外电缆密封接口设计。2.2.3实现从源头控制到自动监控的实时传感技术co、湿度、o2、ch4、hs的监测方案舱内环境监测系统对外提供所需传感器的信号,同时接入到分站,实现远距离传输,通过传输媒介接入到监控主机。其信号传输的原理框图如图2所示。舱内外配有多种传感器,用来测定温、湿度、大气压力、气体(CO、CO2、O2、CH4、H2S等有害气体)的浓度。舱内同时具有显示各种传感器参数的仪表,然后将采集到的数据通过传输电缆送到集中控制显示器进行显示。同时,救生舱环境监测系统与巷道监控分站相连,监控分站收集传感器的监控数据,通过传输媒介到达监控主站,实现所有仪表的远程实时监控,并自动调节舱内气体环境。环境监测系统一方面作为平时正常情况下的安全监测系统,另一方面在井下事故发生时,监控舱内维持生命的各种参数,并在其边界条件下自动启动舱体内报警装置。3监测系统的完善分析了国内外救生舱的发展现状,针对当前国内救生舱的研制和推广背景,提出了矿用可移动式救生舱环境监测系统的软件设计、硬件设计、信号传输的技术性能要求,为