安全生产系统监控工教案

平安生产系统监控工教案

第1章煤矿平安生产方针和法律法规

1.1煤矿平安生产方针

1.2煤矿平安生产法律法规

1.3岗位责任制

复习题

第1章煤矿平安生产方针和法律法规

1.1煤矿平安生产方针

1.1.1煤矿平安生产方针的内容

煤矿平安生产方针：平安第一、预防为主、综合治理、整体推动。

平安第一、预防为主是煤矿平安生产的指导思想和行动准则，是煤矿平安生产

方针的核心。综合治理是手段和措施，而总体推动则是目的。

煤矿平安生产法律法规

1.2.1我国煤矿平安法律法规体系主要内容

1、法律有《煤炭法》、《矿山平安法》、《劳动法》、《矿山资源法》等；

2、行政法规有《煤矿平安监察条例》、《煤炭生产许可证管理方法》、《平安生

产许可证条例》、《乡镇煤矿管理条例》、《特殊重大事故调查程序荷行规定》、《企业

职工伤亡事故报告和处理规定》等；

3、地方性法规有《XX省矿山平安法实施方法》、《XX省煤炭法实施方法》

等；

4、部门规章（包括一些标准）有《煤矿平安规程》、《爆破平安规程》等。

《平安生产法》

1、立法的目的

《平安生产法》立法的目的是为了加强平安生产的监督管理，防止和削减平安

事故，保障人民群众生命和财产平安，促进经济发展。

2、主要内容

《平安生产法》的主要内容体现了“三个代表”、与时俱进、平安责任重于泰

山的重要思想，反映了党和政府以人为本、重视人权的社会主义本质，总结了我国

平安生产正反两方面的阅历，体现了依法治国的基本方略。

《矿山平安法》

1、立法的目的

《矿山平安法》立法的目的是：防止矿山事故，爱护矿山职工的人身平安，促

进采矿业健康发展，健全矿山法制。

2、内容

主要内容包括：矿山建设的平安设施必需和主体工程同时设计、同时施工、同

时投入生产和运用（三同时原则）；矿山企业职工有权对危害平安的行为，提出指

责、检举控告。

矿山企业必需对职工进行平安教化、培训，未经平安教化、培训的，不得上岗

作业；矿长必需经过考核，具备平安专业知识，具有领导平安生产和处理矿山事故

的实力。

《煤炭法》

1、立法的目的

《煤炭法》立法的目的是合理开发利用和爱护煤炭资源，规范煤炭生产、经营

活动，促进和保障煤炭行业的发展。

2、内容

《煤炭法》的主要内容是确立了坚持平安第一、预防为主的平安生产方.针，提

出了保障国有煤矿的健康发展。

《煤矿平安监察条例》

1、立法的目的

《煤矿平安监察条例》的立法目的是：保障煤矿平安、规范煤矿平安监察工作,

爱护煤矿职工人身平安和健康，促进煤矿健康发展。

2、内容

《煤矿平安监察条例》的内容共有5章50条，该条例明确了煤矿平安监察制

度、权力、地位、职责、监察内容、行政惩罚种类、工作原则及与政府的关系等。

《煤矿平安规程》

1、制定的目的

《煤矿平安规程》制定的目的是保障煤矿平安生产和职工人身平安，防止煤矿

事故。

2、《煤矿平安规程》的主要内容

《规程》共有四篇751条。第一篇总则，规定煤矿必需遵守有关平安生产的

法律法规，规章规程、标准和技术规范，建立各类人员平安生产责任制；明确职工

有权停止违章作业、拒绝违章指挥；第二篇井工部分，规定开采、“一通三防”

管理、提升运输、机电管理，以及爆破作业涉及的平安生产行为标准：第三篇露

天部分，规定了采剥、运输、排土、滑坡和水文防治、电气机和设备检修标准；第

四篇职业危害，规定必需做好职业危害的防治与管理工作和职业卫生劳动爱护工

作。

1.2.7平安监测工常见的违法行为和法律制裁

1、常见的违法行为

2、法律制裁

1）、民事、行政制裁；

2）、重大责任事故的刑事制裁。

［事故案例（己做好幻灯片）

1、河南大平煤矿瓦斯爆炸事故

［事故案例1-2］（己做好幻灯片）

2、陕西陈家山煤T瓦斯爆炸事故

1.3岗位责任制

1、平安监测工岗位责任制

2、监测修理工岗位责任制

复习题

1、煤矿平安生产方针的内容是什么？

2、《煤矿平安监察条例》的立法目的是什么？

3、《煤矿平安规程》制定的目的是什么？

4、平安监测工岗位责任制的内容是什么？

第2章矿井通风与灾难预防

矿井通风

2.1.1地面空气

1、氧气02体积百分比含量为

2、氮气N2体积百分比含量为

3、二氧化碳2体积百分比含量为，规定空气中的2Vo.5%。

4、稀有气体体积百分比含量为

2.1.2井下有害气体

1、一氧化碳相对密度为，无色、无味、无臭、微溶于水，浓度达13~75%

有爆炸危险。

2.1.3矿井有害气体最高允许浓度

《煤矿平安规程》规定采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%,二氧化

碳浓度不超过0.5队有害气体的浓度不超过表27规定。

表2-1矿井有害气体最高允许浓度

名称最高允许浓度%

2

FL

矿井气.条件

矿井人体最相宜的气候条件：气温15~20℃、湿度5060%、风速（其大小视气

温的凹凸而定）。

《规程》规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃,机电设备嗣

石的空气温度不得超过30℃。

2.1.5矿井通风的任务

1、向井下输送簇新的空气；

2、冲淡井下有毒有害气体的浓度；

3、解除矿尘。

矿井通风系统

1、矿井通风方法

11）＞压入式；

2）、抽出式；

3）、压入、抽出混合式。

2、矿井通风方式

1）、中央式：中央并列式、中央边界式；

2）、对角式；

3）、混合式。

2.2矿井瓦斯的防治

2.2.1瓦斯的性质

瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。瓦斯通常指甲

烷，瓦斯的性质常呈甲烷的性质。瓦斯（甲烷）4无色、无味、无臭，标准状态

下In?甲烷的质量为，相对密度为，有爆炸性危险。

2.2.2瓦斯的危害

1、当井下空气中的瓦斯浓度较高时，会相对降低空气中的氧气浓度。当氧气

浓度降到12%以下时，人会因缺氧窒息死亡；

2、当瓦斯与空气混合达到肯定浓度时，遇火能燃烧或爆炸；

3、瓦斯爆炸时伴有大量的有害气体；

4、瓦斯爆炸时能产生高温、高压。

瓦斯等级的划分

1、低瓦斯矿井；

2、rWj瓦斯矿井；

3、煤与瓦斯突出矿井。

2.2.4瓦斯爆炸的条件

1、浓度5~16仆

2、氧气12%以上；

3、火源650750℃o

2.2.5处理瓦斯积聚的方法

1、采煤工作面处理瓦斯积聚的方法；

2、掘进工作面处理瓦斯积聚的方法。

2.2.6防止瓦斯扩大的措施

1、分压通风；

2、电气防爆；

3、隔爆设施；

4、每年制定矿井灾难预防支配；

5、加强自救、互救；

6、加强职工平安培训。

煤（岩）与瓦斯突出的的防治

1、突出的征兆；

2、有声预兆；

3、无声预兆。

粉尘防治

2.3.1矿尘的定义

2.3.2矿尘的产生

2.3.3矿尘的危害

1、导致尘肺病；

2、煤尘燃烧和爆炸；

3、增加机器的磨损；

4、影响视线和照明。

2.4矿井火灾

2.4.1矿井火灾的定义

凡发生在矿井井下或地面，威胁到矿井平安生产，造成损失的非限制燃烧均成

为矿井火灾。

2.4.2矿井火灾的分类

矿井火灾按其缘由可分为外因火灾和内因火灾两大类。

2.4.3火灾发生的条件

1、引火源；2、可燃物资；3、氧气。

第3章矿井监控系

3.1概述

3.1.1矿井监控系统的组成

矿井监控系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱（或电控箱）、主站（或

传输接口）、主机（含显示器）、打印机、模拟盘、多屏幕、电源、远程终端、网络

接口电缆和接线盒等组成。

1、传感器是将被测物理量转换为电信号，经3芯或4芯矿用电缆与分站相连,

并具有显示和声光报警功能。

2、执行机构将限制信号转换为被限制物量，运用矿用电缆与分站相连。

3.2矿井监控系统的通用要求

信息传输要求

矿井监控信息传输要求是矿井监控系统硬件通用、软件兼容、信道共享、信息

共享的基础，对促进矿井监控产品标准化、提高产品质量具有重要作用。

1、传输介质；

2、网络结构宜采纳树形网络结构，也可采纳环形、总线形、星形或其他网

络结构；

3、工作方式；

4、连接方式；

5、传输方向矿井监控系统宜采纳半双工传输；

6、复用方式常用复用方式有频分制、时分制、码分制和它们的混合方式见

表37；

3.3矿井平安监控系统的通用要求

矿井平安监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧

气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、

局部通风机开停、主要通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光

报警和断电、甲烷风电闭锁限制、断电命令和馈电状态不符合声光报警等。

3.3.3矿井平安系统安装、运用与维护

3.3.3.1装备要求

煤矿平安监控设备装备标准应以保障煤矿平安生产为原则。因此煤矿平安监控

设备的装备标准主要依据矿井瓦斯等级，自然发火状况等确定，并不考虑矿井的生

产实力。这是因为对于小煤矿，并不因为产量小，发生事故的概率小，也不因为产

量小，每次事故的伤亡人数少。并于小每矿井田尺寸小，在同样装备标准条件下，

平安监控设备投入的总量要少，总造价要低。

3.3.3.6运用与维护

井下平安监测员必需24小时值班，每天检查平安监控设备及电缆，运用便携

式光学瓦斯检定器或便携式甲烷检测报警仪与甲烷传感器进行比照，并将记录和检

查结果报监测值班员。当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据采

纳平安措施，并须在8小时内对两种设备进行调教完毕。

第4章电气防爆

4.1基本概念

4.1.1基本概念

防爆电气设备共有10种类型：隔爆型、本质平安型、增安型、浇封型、气密

型、充砂型、正压型、充油型、无火花型和特殊型。另外，矿用一般型电气设备是

用于煤矿井下的非防爆电气设备。各种类型的防爆电气设备型式及标记见表4T。

4.2通用要求

1、防爆电气设备运用的环境温度为-20~40℃,环境气压为()X105；

2、防爆电气设备假如采纳塑料外壳，须采纳不燃性或难燃性材料制成，并保

证塑料表面的绝缘电阻不大于IX10'9,以防止积积聚静电，还必需承受冲击试验

和热稳定试验；

3、防爆电气设备限制运用铝合金外壳，防止其与铁锈摩擦产生大量热能，避

开形成危险高温；

4、运用紧固件的要求；

5、防爆电气设备应设置联锁装置；

6、防爆电气设备应良好的接地；

7、防爆电气设备应有明显的防爆标记。

4.3隔爆型电气设备

防爆原理

隔爆型电气设备的防爆原理是：将电气设备的带电部分放在特制的外壳内，该

外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔开的作用，并能

承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花和电弧引爆时所产生的爆炸压

力和温度，而外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆,

不会引起壳外爆炸性混合物燃烧和爆炸。

这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。具有隔爆外壳的电气设备称为“隔爆型电气

设备”。

防爆措施

技术要求

4.4本质平安型电气设备

防爆原理

本质平安型电气设备的防爆原理是：通过限制电气设备电路的各种参数，或实

行爱护措施来限制电路的火花放电能量，使其在正常工作和规定的故隙状态下产生

的电火花和热效应均不能点燃四周环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。这

种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是平安的，故称为

本质平安型(以下简称本安型)。

本安电气设备是一种比较志向的防爆电气设备。但由于本安型电气设备的最大

输出功率为25W左右，因而运用范围受到了限制。目前本安型电气设备主要用于通

信、监控、信号和限制系统，以及仪器、仪表等。

4.5隔爆电气设备的监察

4.5.1隔爆电气设备的监察

1、隔爆型电气设备必需经过考试合格的防爆电气设备检查员检查其平安性能,

并取得合格证；

2、外客完整无损，无裂痕和变形；

3、外壳的紧固件、密封件、接地件齐全完好；

4、隔爆接合面的间隙、有效宽度和粗糙度符合规定，螺纹隔爆结构的拧入深

度和啮合扣数符合规定；

5、电缆接连盒和电缆引入装置完好，零部件齐全，无缺损，电缆连接坚固、

牢靠。一个电缆引入装世只连接一条电缆。密封圈外径与电缆引入装置内径之差，

应符合下列要求：

第5章矿用电源及备用电源

矿用电源的特点、主要技术指标及分类

5.1.1矿井监控系统电源的特点

矿井监控系统电源同一般直流电源相比具有如下特点：

1、本质平安型防爆输出；

2、电网电压波动适应实力强；

3、效率高、体积小、重量轻；

4、爱护功能强；

5、输入电压范围宽；

5.2矿用线性直流电源

线性直流电源又可分为稳压源、恒流源和非稳定电源3种。矿用线性直流电源

一般由变压器、整流电路、双重限流（恒流）限压（稳压）电路组成。

变压器除具有降压作用外，还具有电磁隔离功能；整流电路将沟通整定为直流;

滤波也路滤除整流电路缅出的沟通成分；双重限流（恒流）限压（稳压）电路保证

本质平安型防爆电源的输出，同时可作为稳压或恒流电路，输出稳压或恒流电源。

5.2.1电源变压器

5.2.2整流电路

1、半波整流电路；

2、全波整流电路；

3、桥式整流电路。

5.3矿用开关电源矿用开关电源的特点

采纳半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一种电源形态，并

且有稳定输出限制和短路等爱护功能的电路称为开关电源。

矿用本质平安型防爆开关电源同地面•般开关电源相比具有如下特点：

1输出功率受限；

2、输出端滤波电容和电感受限；

3、输入、输出必需电气隔离；

4、大的电压允许输入范围；

5、多重化爱护；

6、恒压恒流输出特性；

5.4矿用备用电源

5.4.1矿用备用电源的特点

矿井监控设备必需配备备用电源，并保证维持正常工作时间不小于2ho矿用

备用电源同一般备用电源相比具有具有如下特点：

1、应采纳蓄电池；

2、蓄电池应采纳连续浮充制；

3、备用电源要与主电路共用输出限压（稳压）和限流（恒流）电路；

4、蓄电池要全密封免维护；

5、蓄电池无记忆效应。

第6章矿用传感器

6.1基础知识

在矿井监控系统中，所需监测的物理量大多数是非电量，如：甲烷、风速、温

度等，而这些物理量是不宜直接进行远距离传输的。为了便于传输、存储和处理，

就必需对这些物理量进行变换，将他们变换成便于传输、存储和处理的物理量。目

前最能满意这些要求的是电信号。电信号的测量、传输、存储和处理手段最为成熟,

便于信号的放大、传输、存储和计算机处理。这就须要运用传感器将被监测的非电

量信号转换为电信号。芍感器作为监控系统的第一个环节，完成着信息的获得和转

换功能，其性能的好坏直接影响着系统的监控精度。当然，随着光传输、存储和处

理技术的发展，光信号将会成为另一种便于信号传输、存储和处理的信号。

6.1.1基础知识

传感器主要由敏感元件、转换元件•、测量电路和协助电源组成，如图所示。在

矿井监控领域又将敏感元件和转换元件统称为传感元件。

6.1.1基础知识

敏感元件就是将被测的非电量转换成另一种便于转换为电量的非电量的器件。

转换元件是将敏感元件所输出的非电量转换为电量的器件。

有时敏感元件同时兼做转换元件，这时被测的非电量被直接转换为电量，例如

热催化式甲烷传感器的芍感元件。

传感器的分类方法主要有：按输入量（物理量）和按变换原理分类两种方

法。

按输入量分类的方法明确指出了传感器所能监测的物理量如甲烷、风速、负压

等传感器。

按变换原理分类的方法说明白传感器的变换原理，如电化学、热催化等。

为利用上述两种分类方法的优点，通常将上述两种分类方法同时运用，如热导

式甲烷传感器、超声波旋涡式风速传感器等。

此外，还有按能量的传递方式（有源和无源）、运用型式（便携式、机载式等）、

输出信号（模拟式和数字式）等分类方法。

6.1.2基本概念

1、量程

指传感器所允许测量被测物理量的量值范围。一般用传感器允许测量的物理量

的上、下极限来表示，其中上限值又称为满量程值。

在运用中，假如被测物理量超出了传感器所规定的量程范围，将会造成较大的

测量误差或传感器的损坏。

6.1.1基本概念

2、精度

精度表示传感器的测量结果与被测实际值的接近程度。

精度一般用“极限误差”来表示

3、迟滞

迟滞是指传感器在输入量x增大（正行程）或减小（反行程）时，输出/输入曲线

不重合的程度。

4、重复性

重复性就是指传感器在相同的工作状态下，重复地输入一个相同的值时，其输

出的一样性程度

6.1.2基本概念

5、线性度

为了标定和数据处理，一般要求传感器的输出与输入成线性关系，并能精确地

反映被测量的实际值。然而，实际运用的传感器，其输出与输入之间并不是所要求

的线性关系，如图4.4所示。这就是要求对实际传感器进行线性化处理，即用一条

直线去靠近传感器的实际工作曲线，如图4.5所示。图a是采纳拟合最小的直线,

而图b是采纳通过零点和满量程点的直线。

6.1.2基本概念

不难看出，用输出与输入成线性关系的直线拟合实际工作曲线，将会带来误差。

为了描述传感器输出/瑜入曲线的非线性程度，一般用所测得的输出/输入标准曲

线与理论拟合直线的偏差与满量程输出值的百分比来表示，并称之为线性度或非线

性误差。

6.2.1基本概念

6、灵敏度

灵敏度是指传感器的输出增量与输入增量之比

灵敏度一般用拟合直线的斜率来表示

6.1.3供电方式

矿用传感器的供电方式有内部供电和外部供电两种。

1、内部供电方式

传感器的内部供电方式包括传感器自带整流电源和蓄电池（或干电池）两种。

6.1.3供电方式

自带整源：体积大、重量重，并且在传感器的设置位置上，不肯定好取沟

通电源。（很少用）

蓄电池（或干电池）：须要定期充电（或更换），维护工作量较大，（用于能耗很

小的传感器）

2、外部供电方式

包括就近供电和集中供电两种。

1）外部就近供电方式

是指由系统分站电源、或电控箱、或电源箱向传感器供电的方式，

优点：供电距离近、功耗小、简单便利

是矿井监控系统传感器的主要供电方式

传感器外部就近供电可以采纳恒压源供电，也可以采纳恒流源供电，原委采纳

什么方式取决于传感器对电源的要求。采纳恒压源供电，传感器所得到的电压大小

受供电电缆的长度、芯线直径、材质、接触电阻影响，同时也受负载波动的影响。

在供电电压肯定的状况下，供电电缆越长，芯线直径越细，材质电阻率越大，接触

电阻越大，传感器汲取电流越大，线路压降就越大，传感器得到的电压值就越小。

6.1.3供电方式

因此，采笳恒压源供电的传感器一般在传感器内部又设置了二次稳压电路，以

保证传感器的正常工作。采纳恒流源供电，传感器所得到的电流大小受外界因素影

响较小，这是因为电缆的绝缘电阻很大。但由于传感器电路一般须要在稳定的电压

下工作，因此采纳恒流源供电的传感器一般也在内部设置稳压电路。

2）集中供电方式

为了保谕在井下供电不正常的状况下，仍能对被测物理量进行监测，有的矿

井监控系统采纳了中心站集中供电方式

在同样的监控容量下，须要的电缆较多，系统投资较大，并且不便于安装维护。

中心站向传感器供电，即可以采纳恒流源供电，又可以采纳恒压源供电，原委

采纳什么方式取决于传感器对电源的要求。

在矿井监控系统中，被测物理量可分为开关量和模拟量两大类。

开关量就是只取两种状态的物理量，如：采掘机、运输机、水泵、风机的开停

等。开关量可以用电压的有无、电流的有无和极性等来表示。

模拟量就是量值连续变化的物理量，如：甲烷浓度、风速、一氧化碳浓度等。

模拟量可以用电压的大小、电流的大小和频率的凹凸等来表示O

数字信号和频率型模拟信号均用脉冲表示，但有以下根本区分：（1）数字信号

的脉冲持续时间恒定不变（当传输速率肯定时.）;而频率型模拟信号的脉冲持续时间

随着频率的增高而减小；（2）数字信号采纳脉冲编码表示数值大小，由于编码长度有

限，因此数字信号表示模拟量大小存在量化误差；而频率型模拟信号的脉冲频率可

以连续变化，因此频率型模拟信号可以精确表示模拟量大小；（3）数字信号不同位置

的脉冲表示不同的数值；而频率型模拟信号的任何位置的脉冲均表示同一数值。

矿用传感器输出信号宜采纳数字信号，并应满意煤炭行业标准《煤矿用信息传

输装置》的有关要求。

1、开关信号

开关信号的输出可以是机械接点，也可以是半导体电路或其他电气元件、这些

被统称为输出接点。输出接点可以是有源接点，也可以是无源接点。

2、模拟信号

主要有电压型、电流型和频率型。

1）电压型

电压型模拟信号的电压随被测物理量变化而变化。电压型模拟信号一般为0〜

5\\

2)电流型

电流型模拟信号的电流随被测物理量变化而变化。电流型模拟信号一般为1〜5

(优选)和4〜20(仅用7地面)

3)频率型

频率型模拟信号的频率随被测物理量变化而变化，如图4.19所示。频率型模

拟信号一般为200〜1000(优选)，在整个频率范围内其正脉冲和负脉冲宽度均不得

小于0.3o频率型模拟信号的输出分有源和无源两种：

模拟信号的转换

1、电流/电压及电压/电流转换

2、频率/电压及电压/频率转换

6.1.5技术要求

低浓甲烷传感器的技术要求

(1)测量范围及基本误差

OWxWl.0%4W±0.1%4

%4<x<%4<±0.2%4

%4<xW%4W±0.3%4

(2)报警范围及基本误差

%4<x<%4<±%4

(3)声光报警

处285,能见度220m。

(4)响应时间W30so

(5)稳定性27d。

6.1.5技术要求

2、电化学一氧化碳传感器的技术要求

(1)测量范围及基本误差

0<x420W±2

20WxWlOOW±4

lOOCx这500W±5%(相对误差)

(2)稳定性27d。

技术要求

3、超声波旋涡式风速传感器的技术要求

测量范围及基本误差：

WxWlOW

WxW15W

WxW20W

6.2传感器

6.2.1甲烷传感器

甲烷传感器按其工作原理可分为催化燃烧式、热导式等。由于在矿井平安监测

中，用于低浓甲烷监测的主要是催化燃烧式，用于高浓甲烷监测的主要是热导式。

1、催化燃烧式

催化燃烧式甲烷传感器的工作原理是：在传感元件(含敏感元件，以下同)表面

的甲烷（或可燃性气体;，在催化剂的催化作用下，发生无焰燃烧，放出热量，使传

感元件升温，进而使传感元件电阻变大，通过测量传感元件电阻变化就可测出甲烷

气体的浓度。催化燃烧式甲烷传感元件有伯丝催化元件和载体催化元件两种。

钳丝催化元件采纳高纯度（99.99%）的伯丝制成线圈，铛丝既是催化剂，又是

加热器。

1）载体催化元件结构及工作原理

载体催化元件一般由一个带催化剂的传感元件（俗称黑元件）和一个不带催化

剂的补偿元件（俗称白元件）组成。白元件与黑元件的结构尺寸完全相同。但白元件

表面没有催化剂，仅起环境温度补偿作用。

2）影晌载体催化元件主要技术性能的因素

双值性

空气中甲烷浓度低于9.5%时，甲烷能够充分燃烧，甲烷浓度越高，载体催化

元件的电阻变化就越大。当空气中甲烷浓度高于9.5%时，甲烷不能够充分燃烧，

甲烷浓度越高，载体催叱元件的电阻变化就越小，这就是载体催化元件的双值性。

因此，载体催化元件只能用于低浓度的甲烷浓度监测。

6.2.1甲烷传感器

激活

在黑元件制造时，是将载体浸在2溶液中，然后热分解后，催化剂以和形式存

在于载体上，元件表面呈黑褐色，对甲烷的催化活性较低。在元件出厂前，为使其

具有较高的活性，通常在加热条件下通12%4进行活化处理，使还原为，这过程被

称为激活。激活后的元件要经过老化和稳定性处理后才能出厂运用。

2）影晌载体催化元件主要技术性能的因素

催化剂中毒

硫化合物（H2s、s02）、磷化合物（H3P）以及有机硅蒸气等能剧烈地吸附在催

化剂上，与反应生成新的化合物，例如112s与反应生成降低催化剂活性，严峻时会

使催化剂完全失去活性，这种现象被称为催化剂中毒。

6.2.1甲烷传感器

灵敏度变化

由于高温烧结，催化剂活性物质的粒子会变大，还会升华为气态等，这些都

会使元件的催化活性下降，使灵敏度下降。催化剂升华还会使置于同一气室的补偿

元件载体上吸附微量催叱剂，使甲烷能够在补偿元件上催化燃烧从而使电桥输出灵

敏度下降。

2）影晌载体催化元件主要技术性能的因素

响应时间

响应时间是指甲烷浓度发生阶跃变化时，电桥输出信号值达到稳定值9C%时

所须要的时间。

气体流量

进入检测气室的气体流量影响催化元件灵敏度。因此，对于扩散式甲烷传感

器，在校准时的流量应与甲烷传感器在井下安装地点的风速机吻合，否则会造成测

量误。

2）影晌载体催化元件主要技术性能的因素线性度

在低浓范围内，催化燃烧产生的热量随甲烷浓度的增加而增大。但由于元件

温度增加时，其散热量也增大，从而导致元件温度不随催化燃烧热量而线性增大。

因此，当甲烷浓度不大于4%时，元件的输出与甲烷浓度基本成线性关系，当甲烷

浓度大于％时，元件的输出与甲烷浓度很难保持线性关系。

2、热导式

热导式甲烷传感器的工作原理是：利用甲烷的热导率高于簇新空气的热导率，

通过热敏元件测量甲烷空气混合物热导率的变化，进而测得甲烷空气混合物浓度的

变化。

6.2.21氧化碳传感器

井下空气中一氧化碳浓度较高时，会使人中毒，同时，一氧化碳浓度又是预料

和监测煤炭自燃发火的主要技术指标。因此，一氧化碳监测是矿井平安监测的主要

内容之一。一氧化碳传感器按其工作原理可分为电化学式、红外汲取式等。

6.2.2一氧化碳传感器

1、电化学式。

电解质溶液与电极间发生化学能与电能之间的转换被称为电化学反应。

电化学反应是氧化还原反应。不同物质的氧化还原反应必需在肯定的电极电位

下进行。假如阳极电位高于氧化还原的可逆电极电位，则这个电对中的还原物质被

氧化，反之，这个电对中的氧化物质被还原。例如：2,氧化还原对的可逆电极电位

为一0.⑵,只要维持阳极电位高于一0.12V,就被氧化。

6.2.2一氧化碳传感器

2、红外线汲取式

不高原子结合成的气体分子对特定波长的红外线具有汲取实力，其汲取波长取

决于原子种类、一原子咳质量、结合强弱、光谱位置等，当气体压力、气室长度、

入射光强肯定时，气体对特定光的汲取强度取决于气体分子浓度，一氧化碳气体在

常压下对红外光谱的汲取如图4.29所示。不难看出，通过检测入射光强度的变化,

就可测定一氧化碳气体的浓度。

6.2.3风速传感器

在煤炭开采的过程中，总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向

井下输送簇新空气。风量是通风系统的重要参数之一。因此，对矿井风速的监测是

矿井监控的主要内容之一。用于矿井的风速传感器主要有超声波旋涡式和超声波时

差式两种。

6.2.3风速传感器

1、超声波旋涡式风速传感器

超声波旋涡式风速传感器首先将风速转换成与风速成正比的旋涡频率，然后通

过超声波将旋涡频率转演成超声波脉冲，后将超声波脉冲转换成电脉冲，从而测得

风速。由于超声波旋涡式风速传感器具有寿命长，易维护，成本低等优点。因此，

在矿井监控系统中获得了广泛应用。

6.2.3风速传感器

1、超声波旋涡式风速传感器

超声波旋涡式风速传感器工作原理如图4.30所示。在风洞中设置一旋涡发生

杆，在阻挡体下方安装•对超声波放射器和接收器，当流淌空气经过旋涡发生杆时,

在其下方产生两列内旋相互交替的涡旋。由于旋涡对超声波的阻挡作用，超声波接

收器将会收到强度随旋涡频率变化的超声波，即旋涡没有阻挡超声波时，接收到的

超声波强度最大，旋涡正好阻挡超声波时，接收到的超声波强度最小。超声波接收

器将接收到的幅度变化的超声波转换成电信号，所经过放大、解调、整形等就可获

得与风速成正比的脉冲频率。

6.2.3风速传感器

1、超声波旋涡式风速传感器

图4.30超声波旋涡风速传感器原理图

6.2.3风速传感器

1、超声波旋涡式风速传感器

超声波旋涡式风速传感器具有如下优点：

(1)无可动部件，无机械磨损，性能稔定，运用寿命长；

(2)输出本身就是与风速成线性关系的脉冲频率信号，没有零点漂移，且

敏感元件灵敏度变化不会直接影响输出，测量精度高；

(3)输出信号大受流体特性(温度、湿度、压力、成份、密度、粘度、矿尘

等)影响;

(4)响应快速。

6.2.3风速传感器

2超声波时差式风速传感器

超声波时差式风速传感器是应用超声波的时差来测定风速

超声波时差式风速传感器具有如下优点：

(1)属于非接触式，无机械传动，因而不干扰流体的状态，不影响测试点的风

速分布；

(2)只基于时间、距离和角度的检测，因而不受流体压力、温度和湿度的影响;

(3)无机械传动，运用寿命长，性能稳定。

(4)转换精度高。但结构困难，造价高，体积大。

6.2.4温度传感器

矿井环境温度除影响着矿工的工作效率和身心健康外，还是煤炭自燃发火的重

要指标之一。因此，矿井环境温度监测是矿井平安监测的重要内容之一。矿用温度

传感器有热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体红外和光纤等。

6.2.4温度传感器

1热电偶式、热电阻式与热敏电阻式温度传感器

热电偶温度传感器就是将两种不同的金属材料连接在一起，形成一个闭合回

路。当两种不同的金属材料的两个接点(冷端和热端)之间存在温差时，就在两者之

间产生电动势，进而在回路中形成电流。

热电阻式温度传感器就是利用导体电阻随温度的变化而变化的特性来测量温

度。热敏电阻温度传感器就是利用半导体电阻随温度变化而变化的特性来测量温度

的，热敏电阻可分为正温度系数和负温度系数两种。

6.2.4温度传感器

2、半导体式温度传感器

半导体温度传感器是利用半导体结正向电压随温度变化而变化的特性来测量

温度的。

半导体温度传感器具有体积小、成本低、功耗低、响应快、线性度好的优点。

在矿井监控系统中获得了广泛的应用。

3、红外式温度传感器

可通过热敏电阻或光敏电阻测量红外辐热功率，进而计算出物体的温度。

红外测温具有灵敏度高，反应快，测温范围广，非接触测量不影响被测温度场

分布等优点。

4、光纤式温度传感器

光纤温度传感器的工作原理较多，利用半导体材料汲取光谱特性随温度变化的

原理研制出的装有（碎化错）、（硅化镉）等晶片的光纤温度传感器是其中的一种。

1、机电设备开/停传感器

机电设备开/停传感器主要有协助触点型和电磁感应型两种。

协助触点型开关量传感器是利用机电设备的接触器或继电器中没有被其他电

气设备运用的协助触点的闭合状况来反映机电设备的开停状况，这些协助触点可以

是常开触点，也可以是常闭触点，其监测原理如图4.36所示。运用协助接点要留

意本质平安防爆电路与非本质平安防爆电路的隔离。

电磁感应型开关量传感器是通过测量向机电设备馈电的电缆四周有无磁场存

在，来间接地监测设备的工作状态。其工作原理是：向机电设备供电的三芯电缆中

的三相电流有对称和不对称之分，但无论对称与否，在电缆的外皮上，总可以找到

一个与三相芯线不等距的点，该点的磁场强度以靠近该点的芯线起主导作用，如图

4.37所示的点C。假如将电磁感应型开关量传感器安装在点c,传感器中的检测线

圈就可测得微弱的磁感应信号，供电电流越大，该感应信号就越强。感应出的信号

再经过放大和变换就可获得反映设备工作状况的电信号。

2、风门开关传感器

风门开关传感器是一种检测煤矿井下风门开闭状态的开关量传感器。它由干簧

开关组件与磁性组件两部分组成。在运用时，将磁性体组件装在风门上，而把干簧

开关组件安装在毗邻的门框上。当风门关闭时，磁性体靠近干簧开关组件，由磁性

体产生的磁场使干簧开关维持闭合（或断开）状态。这时，由干簧开关组件输出一个

闭合（或断开）接点信号。当风门打开时,磁性体离开了干簧开关组件，使接点断开（或

闭合），同时输出一个断开（或闭合）接点信号。通过图4.36所示的开关量检测电路,

应可以将该接点信号转爽为电信号。

3、风筒风量传感潜

风筒风量传感器主要用来监测风筒中的风量。当局部通风机停止运转或风筒漏

风造成风量不足时，输出风量不足信号。当局部通风机正常工作，并且风筒没有漏

风，风量满意要求时，输出风量足信号。风筒风量传感器是开关量传感器，输出风

量足和风量不足两种状态，是甲烷风电闭锁装置和矿井监控系统的重要传感器之一。

3、风筒风量传感器

工作原理如图所示。由卡子、弹簧、接点组成。卡子卡在局部通风机风筒的最

终一节，当局部通风机工作正常，风筒没有漏风，风筒中风量满意要求时，风筒将

卡子撑开，接点闭合。当局部通风机停止工作或风筒漏风等造成风筒风量不足时，

风筒无法撑开受弹簧作用的卡子，接点打开。

4、馈电状态传感器

馈电状态传感器用于监测被控开关负荷侧的馀电状态。馈电状态传感器可以采

纳被控开关（馈电开关或磁力起动器）协助接点，但要留意本质平安防爆电路与非木

质平安防爆电路的隔离。当被控开关是直接限制用电设备时，由于被控开关馈电，

馈电电缆就有电流，被控开关不馈电，馈电电缆无电流，因此，运用设备开停传感

器即可。当馈电开关不直接限制用电设备，用电设备由下一级磁力起动器限制时，

馈电状态的监测应采纳测量被控开关负荷侧的电场或电压的方法，如光纤法、电容

法等。

复习题

1、何谓传感器？

2、煤矿常用传感器是怎样分类的？

3、对矿用传感器有何要求？

4、何谓瓦斯传感元件中毒？

5、传感器的主要技术指标是什么？

6、矿用传感器有几种类型？信号制式有几种数值一般是多少

7、瓦斯传感元件为什么怕高浓度瓦斯冲击？

8、传感元件为什么要放在隔爆冶金罩内？

9、简述热导检测原理

10、简述90型电气设备开停传感器的工作原理

第7章断电限制

7.1隔爆型磁力起动器及其限制

甲烷浓度超限断电、掘进工作面停风或风量低于规定值时，必需切断被控区域

非本质平安型电气设备的电源。因此，断电限制是矿井平安监控系统最基本、最重

要的功能。

7.1.183系列型磁力起动器电气原理

近控时，须将装在绝缘板上的2和5线用导线短接，2和9线同时接地，工作

时近控按钮1起动、1停止；

远控时，将2与5和2与d端子的连线断开，9和d仍旧接地，并把远控按钮

的三根线分别接在负荷接线盒内的接线端子1、2、d上，工作时远控按钮2起动，2

停止。如图7T所示。图中C为沟通接触器吸力线圈，G为自保触电，C3为协助触

电用于联锁限制。

7.2隔爆型馈电开关及其限制

隔爆型馈电开关一般用于额定电压不大于1140V电网中的配电总开关。常用的

隔爆型馈电开关有、、系列等。

为保证平安监控装置的故障闭锁功能，对隔爆型馈电开关的限制应采纳常闭接

点进行限制，即通过限制分励脱扣线圈，从而达到限制馈电开关的目的。

第8章矿