矿井安全监控系统

1、煤矿安全监测监控工在防治煤矿灾害中的作用煤矿安全监测监控工在防治煤矿灾害中的作用 煤矿安全监测监控是矿井生产中的重要环节，在矿井生产中占有非常重要的地位。最重要的是事故预防重大灾害时，安全监测监控工必须保持事故发生后的应急救援。1、保障监测监控设备的正常运行，发现问题立即 处理，自己不能处理的及时上报。2、加强事故预防工作，严密监控井下作业场所的安全状况，发现事故隐患立即按规定处置。3、灾害发生后，按照矿救灾指挥部的命令进行协调处置，确保救灾命令及时下达。4、发生清醒的头脑，根据指挥部的命令坚守岗位，保证救灾工作的顺利进行。 矿井安全监控系统简介矿井安全监控系统简介 矿井安全监控系统是由单一瓦

2、斯监测、就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关量监测模拟盘调度系统发展而来。该系统监测参数单一，容量小、电缆用量大、系统性价比低。矿井环境、安全、生产管理系统矿井环境、安全、生产管理系统： 由矿井安全监测系统、轨道运输系统、胶带运输系统、提升运输系统、矿井供电监控系统、矿井火灾监测系统、矿山压力监测系统、煤与瓦斯突出监测系统、矿井大型机电设备健康状况监测系统以及矿井视频监测系统、矿井人员定位系统组成的矿井安全管理系统。 一、定义： 对煤矿有毒、有害气体、环境及机电设备运行状态进行检对煤矿有毒、有害气体、环境及机电设备运行状态进行检测、监视。运用传感器技术、数据传输技术和计算机技术实现测、监视。

3、运用传感器技术、数据传输技术和计算机技术实现数据测量、数据采集、数据分析、数据传输、数据处理，对矿数据测量、数据采集、数据分析、数据传输、数据处理，对矿井生产环境和过程进行监测和控制的一种矿井安全装备。井生产环境和过程进行监测和控制的一种矿井安全装备。二、矿井安全监控系统的术语和定义：1、系统： 为实现规定功能以达到某一目标而构成的相互关联的一个集合体或装置(部件)。 主要指由一群有关连的个体组成，根据预先编排好的规则工作，能完成个别元件不能单独完成的工作的群体。2 2、煤矿安全监控系统： 具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一

4、氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成的系统。3、信号：随时间变化的物理量。分连续信号和间断信号。4、传感器：传感器： 将被测物理量转换为电信号输出的装置。将被测物理量转换为电信号输出的装置。 传感器工作原理的分类传感器工作原理的分类 物理物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反

5、应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 5 5、甲烷传感器： 连续监测矿井环境气体中及抽放管道内甲烷浓度的装置，一般具有显示及声光报警功能。6 6、风速传感器：连续监测矿井巷道中风速的装置。7 7、风压传感器：连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等地通风压力的装置。8 8、 一氧化碳传感器：连续监测矿井环境气体中一氧化碳浓度的装置。9 9、温度传感器 ：连续监测矿井环境温度高低的装置。1010、烟雾传感器：连续监测矿井中胶带输送机胶带等着火时产生的烟雾的装置。1111、风筒开关传感器 ：连续监测风筒是否有风的装置。 12、馈电传感器 ：连续监测矿井中供电开关

6、负荷侧有无电压的装置。1313、声光报警器：能发出声光报警的装置。1414、断电控制器：控制供电开关的装置。1515、分站：煤矿安全监控系统中用于接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传送给传输接口，同时，接收来自传输接口多路复用信号的装置。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理能力、对传感器输入的信号和传输接口传输来的信号进行处理，控制执行器工作。16、开关量:量值只反应高电位和低电位两种状态。如设备开/停、风门开/停。 17、主机： 主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络联接等。

7、一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。18、故障闭锁功能： 当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或发生传感器、分站断线等故障时，必须切断该监控设备所控制区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁。19、馈电异常馈电异常 ： 被控设备的馈电状态与系统发出的断电命令或复电命令不被控设备的馈电状态与系统发出的断电命令或复电命令不一致。一致。 2020、瓦斯矿井：只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井依照矿井瓦斯等级进行管理，分为低瓦斯矿井，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井。2121、便携式甲烷检测报警仪：具有甲烷浓度数字显示及超限报警功能的携带式仪器。2222、甲烷

8、报警矿灯：具有甲烷浓度超限报警功能的携带式照明灯具。23、模拟量：量值连续变化的物理量。如甲烷浓度、风速，模拟量：量值连续变化的物理量。如甲烷浓度、风速，用以电压的高低、电流的大小、频率的高低来表示。用以电压的高低、电流的大小、频率的高低来表示。 2424、风电闭锁：、风电闭锁： 当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒漏风时，能自当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒漏风时，能自动切断被控设备电源的设备。动切断被控设备电源的设备。 2525、甲烷风电闭锁装置：、甲烷风电闭锁装置： 当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒漏风时，或工当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒漏风时，或工作区域内甲烷浓度超限时

9、能自动切断被控设备的电源的设备。作区域内甲烷浓度超限时能自动切断被控设备的电源的设备。26：传输接口： 在系统中，接受分站远距离发送的信号，并送主机处理；接受主机信号，并送相应分站传输接口。主要完成地面非本质安全型电气设备的隔离；控制分站的发送与接受多路复用信号的调制与解调，系统自检等功能。 27、系统软件： 在计算机中文操作系统平台上，实现安全监控系统的全部功能的操作。28、遥测技术: 利用电信在离测量仪器有一定距离的地方自动地显示或记录测量结果的技术。29、调制：调制： 用一信号（称调制信号）去控制另一作为载体信用一信号（称调制信号）去控制另一作为载体信号（载波信号），让后者的某一特征参数

10、按前者变化。号（载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。30、解调： 从已经调制信号中提取反映被测量的测量信号称为解调。31、调制解调器： 为数据通信的数字信号在具有有限带宽的模拟信道上进行远距离传输的专用设备。 1 1、概述、概述： 矿井安全监控系统，是应煤矿生产自动化和管理现代化的要求，为确保安全、高效生产，在便携式检测仪器、半固定式、固定式检测装置的基础上，应用遥测、遥控技术、监视及计算机的开发而发展起来的多种现代化技术装置组成的系统。对煤矿井上井下的有关气体、环境及有关生产环节的机电设备运行状态等进行检测、监视，用计算机对采集的数据进行分析处理，对设备局部生产环境或过程进行控制的一

11、种安全管理系统。 2、矿井安全监控系统监控的内容：矿井安全监控系统监控的内容： 、矿井空气成分的监测。主要有、矿井空气成分的监测。主要有CHCH4 4、COCO、 COCO2 2、等；、等； 、空气物理状态的监测。主要有温度、湿度、风速、空、空气物理状态的监测。主要有温度、湿度、风速、空气压力等；气压力等； 、生产环节的各种机电设备运行状态的监测。如、生产环节的各种机电设备运行状态的监测。如局部通局部通风机、主要扇风机、风机、主要扇风机、运输机、采煤机、综掘机等。运输机、采煤机、综掘机等。 目前分为三大类，KJ、TF、A-1系列，其结构基本相同。都是由: 传感器及执行装置传感器及执行装置 传输

12、（通信）系统传输（通信）系统 数据处理系统数据处理系统 三大部分组成。1 1、传感器及执行装置、传感器及执行装置 传感器负责采集各种环境参数并送到传输系统。传感器直接关系到监控内容和数量及系统的准确度，因此，必须选择可靠、稳定、准确的传感器；执行装置的功能是接收来自传输系统的信息，并根据指令执行开、停、断电的控制功能。2 2、信息传输系统、信息传输系统 主要有传输接口、分站、中心站柜、电缆组成。其功能是接收传感器传来的各种信息，并把它转换成数字信号或频率信号，发送、接收装置及电缆和各种接口传送到地面中心站的计算机进行处理。同时接收计算机发来的各种指令，并通过上述设备传递给执行装置。 3 3、数

13、据处理系统、数据处理系统由计算机、模拟盘及各种外部设备等硬件和各种应用软件、操作系统等软件组成。其功能是接收来自传输系统的信息，并对其进行综合分析判断，同时通过屏幕、模拟盘对监测参数或状态进行显示。当某些环境参数超过预定值时，自动报警，并可向井下发出控制信号，切断影响区域电源，防止事故发生。对一些重要监测参数可存储规定时间内的数据，并可随时用屏幕显示、打印、绘图等方式再现所需资料。三大部分由传感器、执行器、分站、电源箱、后备电源、调制解调器、计算机、系统软件，打印机、电视墙、管理工作站、服务器、路由器、ups电源、电缆和接线盒等组成。 矿井安全监控系统组成示意图矿井安全监控系统组成示意图主机主

14、机数据处理器文件处理器电视墙路由器终端调制解调器（传输接口）打印机打印机分分 站站分分 站站电源电源执行机构模拟量传感器开关量传感器执行机构模拟量传感器开关量传感器井上部分井上部分井下部分井下部分UPS管理工作站矿井安全监控系统的组成矿井安全监控系统的组成 安全监控系统的特点安全监控系统的特点 矿井监控系统不同于一般工业监控系统。与之相比有以下特点:1 1、电气防爆。、电气防爆。系统在有瓦斯与煤尘环境的矿井下，其设备必须是防爆型。2 2、传输距离远。、传输距离远。系统的传输距离至少要达10km。3 3、网络结构宜采用树形结构。、网络结构宜采用树形结构。由于巷道为分支结构，且分支长度可达数千米。

15、为便于系统安装维护，节约传输电缆，降低成本，宜采用树形结构。4 4、监测对象变化缓慢。、监测对象变化缓慢。监控对象为缓慢量，系统对传输速率要求不高。5 5、电网电压波动大。、电网电压波动大。大型设备启动，影响电网电压。6 6、工作环境恶劣。、工作环境恶劣。潮湿、粉尘、瓦斯。7 7、传感器宜采用远程供电。、传感器宜采用远程供电。 不宜采用中间继电器。延长系统传输时间；有源设备，故障率高；矿井安全监控系统主要技术指标矿井安全监控系统主要技术指标: (1) 监测距离不小于10Km； （2）传感器到分站的传输距离不小于1Km； （3）系统误差不大于1%； （4）时分制监测系统的误码率不大于10-6；

16、（5）系统巡检时间不超过30s； （6）控制执行时间不超过30s。 第二章第二章 传传 感感 器器 （一）、传感器的特点（一）、传感器的特点 它是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的，易于处理电量信号输出。1 1、传感器是一种测量装置，能够完成一定的检测任务。、传感器是一种测量装置，能够完成一定的检测任务。2 2、它的输入量种类很多，且多为模拟信号的非电量。、它的输入量种类很多，且多为模拟信号的非电量。3 3、它的输出量是经过转换后的电量信号，是有一定的对、它的输出量是经过转换后的电量信号，是有一定的对应关系和转换精度应关系和转换精度传感器的组成传感器的组成： 由敏感元

17、件、转换元件及测量转换电路和电源组成。由敏感元件、转换元件及测量转换电路和电源组成。敏感元件敏感元件：直接感受被测量的元件，通过它可以将被测量转换成为与之有确定关系的，便于转换的非电量信号。转换元件转换元件：该信号再通过传感元件，被转换为电参量。测量转换电路测量转换电路：将传感元件输出的电参量在转换成易于处理的电压、电流或频率。敏感元件转换元件测量转换电路电源（二）、传感器的特性：（二）、传感器的特性： 1）灵敏度： 在稳定的条件下，传感器的输出量变化值与引起此变化的输入量变化值之比。对线性传感器，灵敏度为一常数。 S = Y/X 式中： S 常数 Y - 输出量 X - 输入量 2）分辨率：

18、 传感器能检测出的被测信号最小变化量。 3）线性度： 传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差和传感器满量程输出的百分比。 4）精确度：精密度和准确度两者意义的总和。 A=(Y/Y) 100% 式中： Y 允许误差 Y 全量程4）迟滞： 传感器正向特性与反向特性的不一致程度5）传感器所允许测量被测物理量的量值范围。 用上、下限来表示，上限值又称为满量程值，使用中不宜超量程运行。增加误差，损坏传感器。6）稳定性 传感器测量输出值在一段时间内的变化情况。7)重复性 传感器沿同一方向变化时，在全量程范围内连续进行多次测试，所得的各种特性曲线的重复程度。 传感器质量的好坏对系统的正常运行影响很大，一

19、般人们把它称之为系统的心脏元件。 传感器的线性度传感器的线性度正向特性反向特性 第二节第二节 模模 拟拟 量量一、催化燃烧式甲烷传感器组成及工作原理一、催化燃烧式甲烷传感器组成及工作原理 1、组成组成: : 主要由电桥电路、线性放大电路、U/I变换电路（或U/F变换电路）数字显示电路、比较报警电路、超限保护电路以及稳压电路等单元电路组成。 工作原理工作原理：利用电桥不平衡的原理。甲烷进入传感器燃烧室，在催化剂利用电桥不平衡的原理。甲烷进入传感器燃烧室，在催化剂的催化下，在传感元件（黑元件）表面发生无焰燃烧，放出的催化下，在传感元件（黑元件）表面发生无焰燃烧，放出热量，使传感元件（黑元件）表面温

20、度升温，阻值增大，破热量，使传感元件（黑元件）表面温度升温，阻值增大，破坏了平衡的电桥，使电桥有输出值。瓦斯的浓度越高传感元坏了平衡的电桥，使电桥有输出值。瓦斯的浓度越高传感元件（黑元件）的阻值变化值越高，电桥输出值越大。因此，件（黑元件）的阻值变化值越高，电桥输出值越大。因此，通过测量传感元件阻值变化就可测出甲烷气体的浓度。通过测量传感元件阻值变化就可测出甲烷气体的浓度。 电桥典型电路电桥典型电路R1R3R2R4电路中电路中 R1*R2=R3*R4 USC=0ABCD R1R3R2R4若若:R1则则:R1*R2R3*R4电桥平衡破坏电桥平衡破坏USC有输出有输出ABCDCH4 将R1用直径0

21、.025-0.05mm的铂金丝按一定的几何参数绕制的螺旋状、外部涂以氧化铝浆并经煅烧而成的一定形状的耐温多孔载体。其表面涂上一层催化剂-氯化钯（氯化钯（PdCIPdCI2 2) )。经过处理的元件接在电桥的桥臂上，而其他桥臂电阻匹配适当，满足电桥平衡的状态。 当一定的工作电流通过R1时，其表面即被加热到300一400度，而这时，当含有瓦斯气体接触到R1表面时，便被催化燃烧，燃烧放出的热量又使R1的温度升高，使铂金丝的电阻值明显升高，于是电桥就失去平衡，输出一定的电压。其值与瓦斯浓度呈正比关系。因此，可以根据测量电桥的输出电压值的大小测算出瓦斯的数值。 CHCH4 4+2O+2O2 2 COCO

22、2 2+2H+2H2 2O+795.5O+795.5kj CHCH4 4 R R1 1表面温度表面温度 R R1 1阻值阻值 R R1 1* *R R2 2RR3 3* *R R4 4电电桥平衡破坏桥平衡破坏 USCUSC电信号电信号 CHCH4 4 因涂在铂金丝的催化剂颜色为黑色，故将其称为黑元件。R3是作为桥路补偿元件，其表面未涂催化剂，故呈白色称之为白元件。 催化剂催化剂电气原理图电气原理图数字显示电路数字显示电路线性放大电路线性放大电路比较报警电路比较报警电路U/I U/F变换电路变换电路测量电桥电路测量电桥电路超限保护电路超限保护电路低压差稳压电路低压差稳压电路集成稳压电路集成稳压电

23、路电路分析电路分析 由电桥的输出参数经线形放大器放大后，一路一路供到数字显示电路，显示出瓦斯的数值；一路一路进入比较报警电路，若示值大于预约值触发报警电路发出警报；一路一路进入U/I或U/F电路输出到分站。为保证电桥正常稳定的工作，采用两极稳压措施。为防止传感器超限工作设有超限保护电路，免遭高浓度瓦斯对传感器造成伤害。 U/FU/F变换电路： 是以“劳耶尔典型电路”为基础的电路，将一个电压或电流信号转换成低频脉冲信号。U/F变换电路的输出低频脉冲信号的个数与其输入电压（电流）的 高低成正比关系。即输入电压越高则输出的低脉冲信号个数越多。将与瓦斯浓度成正比关系的电信号，再次转换成与瓦斯浓度成正比

24、关系的低频脉冲信号，其个数与瓦斯浓度成正比关系。2 2、使用注意事项：、使用注意事项： 1）本仪器应固定专人使用维护，严格按使用说明书进行操作。非专 职人员禁止使用、拆开仪器和旋动电位器。 2）在使用中避免猛烈摔打、碰撞。 3）仪器应建立必要的登记和记录制度，对每台仪器的使用、故障等情况逐一记录备案。 4）对仪器的零点、测试精度和报警点要定期调校。应及时擦拭、清扫气室内部及仪器外部的煤尘，保持清洁。5) 更换黑白元件时,需成对更换。6）甲烷传感器黑白元件的最大杀手是硫化氢气体，在选择设备时要慎重。 电桥典型电路电桥典型电路R3R2R4USRR1r1r1- 精度电位器r0r0- 调零电位器3、影

25、响载体催化元件主要技术性能的因素 (1) 双值性。甲烷浓度低于9.5%时，甲烷能够充分燃烧。当甲烷浓度大于9.5%时，甲烷不能充分燃烧。甲烷浓度越高载体催化元件的电阻变化越小。出现双值，则不能完成准确的测试。主要是化学反应后生产的CO2和H2O所造成的。（2）激活。黑元件在制造时，是将AI2O3载体寝入PdCI2溶液中，热分解后，催化剂以Pd和PdO形式存在于载体上，对甲烷的催化活性降低。因此，出厂前为使其具有较高的活性，通常在加热条件下通入12%CH4，进行活化处理， 使PdO还原为Pd。这一过程称为激活。激活后的元件要经过老化和稳定性处理才能出厂，当元件被激活后要及时用新鲜空气校准零点，用

26、瓦斯标气标定准确度，避免元件被激活。因此，低浓度甲烷传感器应具有超限保护功能。 （3）催化剂中毒。硫化物（H2S SO2)、磷化物（H3P)以及有机硅蒸气能强烈地吸附在催化剂上，与Pd反应生成新的化合物。降低催化剂活性，称之为中毒。 （4）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。降低催化活性。使电桥输出灵敏度下降。因此，载体催化元件必须每隔七天定期校准。当元件灵敏度降到初始值的50%时，元件报复。 （5）响应时间。 甲烷浓度发生阶跃变化时，电桥输出信号值达到确定值的90%时所需要的时间。一般要求连续式响应时间为20S，间断式响应时间为6S。 （6）气体流量。进入

27、气室的气体流量影响催化元件的灵敏度。校准时进入传感器标气的流量应安装地点的风速相吻合。 （7）线性度。在低浓度范围内，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，因而导致元件表面温度不随催化燃烧热量而呈线性增大。因此，甲烷浓度大于5%时元件难以保持线性关系。二、热导式甲烷传感器二、热导式甲烷传感器 1、工作原理 利用甲烷的热导率热导率高于新鲜空气热导率，通过热敏元件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。也就是利用被测可燃与纯净空气导热性的差异和在金属氧化物表面燃烧的特性，将被测气体浓度转换成相应电阻的变化，达到测量目的。

28、 R1R2R3R1R4 R1 = R2 USC = 0 R1 = R2USC=I(U) 特点 1、选择性差：矿井中空气成分含有除甲烷外其它气体。如CO2浓度的增加，使热导率降低。 2、湿度的增加会使热导率增大。 3、环境的温度变化影响热导式甲烷传感器的测量精度。 4、气室的尺寸和气体流速对对流的影响，会造成测量值。三、一氧化碳传感器三、一氧化碳传感器 1、电化学式一氧化碳传感器、电化学式一氧化碳传感器 工作原理工作原理：电解质液与电极间发生化学能与电能之间的转换称之为电化学反应。实际是氧化还原反应。氧化还原反应必须在一定的电极电位下进行。若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

29、物质被氧化，反之，这个电对中的氧化物被还原。 电化学反应在阳极上给出电子，在阴极上得到电子。当内部电解质与外部电路形成回路时，将有电流流过，并与一氧化碳的浓度成正比关系。 一氧化碳敏感以及工作原理 阳极：CO+H2O CO2+2H+2e 阴极：O2+4H+4e 2H2O CO+O2=2CO2 当CO气体通过透气膜扩散进入工作电极，在电极催化剂作用下与电解液中水发生阳极氧化反应，同时放出电子。 即： CO+H2O CO2 + 2H+ + 2e-透气膜工作极对面膜透气膜电 解 质COCO2O2H2OH2OHH二、红外线吸收式一氧化碳传感器二、红外线吸收式一氧化碳传感器 工作原理工作原理：不同原子结

30、合成的气体分子对特定波长的红外线具有吸收能力，气体对特定的光的吸收强度取决于气体分子浓度。通过检测入射光强度的变化，就可测定一氧化碳的浓度。KGA3型使用条件、技术参数、安装和使用维护（略）三、氧气传感器三、氧气传感器 工作原理工作原理： 氧气进入气室，气室内的电化学传感器以扩散方式与氧气反应，产生与氧气反应，产生与被测气体成正比的电信号，经放大后输入A/D转换器，经微处理器数据处理，显示出氧气的浓度。GY25型技术指标、安装和使用维护（略）四、火灾探测器四、火灾探测器 根据物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换所产生的不同火灾现象与特征，产生量不同的火灾探测方法 空气离化探测法 光电感烟探测

31、法 热（温度）检测法 火焰（光）探测法 可燃气体探测法五、烟雾传感器五、烟雾传感器 工作原理： 当烟雾通过通风孔进入探头时，放射源的离子流因烟雾的影响而发生变化，致使电路平衡受到破坏，探头有信号输出。传感器控制电路接受到信号后，通过复位延迟滤波器约2s后使发光二级管导通，并通过复位计时器使发光二极管间断闪亮，发出声光报警。BYT3270型使用条件、技术参数、安装和使用维护（略） 六、温度传感器六、温度传感器 热电偶式、热电阻式与热敏电阻式温度传感器 热电偶式温度传感器。 将两种不同材料的导电体连接在一起，形成一个闭合回路。当两种不同材料导体的两个结点（冷端和热端）之间存在温差时，就在两者之间产

32、生电动势，在回路中形成相应大小的电流。 热电阻式温度传感器。 利用导体电阻随温度变化而变化的原理来测量温度。 热敏电阻式温度传感器。利用半导体热敏电阻随温度的变化而变化的原理来测量温度的。分正温度系数和负温度系数两种。 半导体温度传感器。利用半导体PN结正向电压随温度变化而变化的特性来测量温度的。 红外线温度传感器。 任何物体只要温度高于绝对零度，就会产生红外辐射，其辐射功率随物体温度增高而增大。 光纤温度传感器。利用半导体材料吸收光谱特性随温度变化的原理。砷化锗、碲化镉晶片。KG9301型使用条件、技术参数、安装和使用维护（略）七、风速、压差传感器七、风速、压差传感器 超声波旋涡式传感器。

33、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换成超声波脉冲，再将超声波脉冲转换成电脉冲，从而测得风速。 优点：a 无运动部件，无机械磨损。b 输出信号就是与风速呈线性关系的脉冲频率信号。C 输出信号不受流体特征影响。 时差式超声波传感器。 利用超声波的时差来测定风速。 优点：a 非接触式，不影响测试点的风速分布。b 不受流体压力、湿度和温度的影响。C使用寿命长，性能稳定，转换精度高。FS-1型使用条件、技术参数、安装和使用维护（略）八、风流压力传感器八、风流压力传感器 采用压阻应变测力原理，由压敏式电桥等组成。GF型使用条件、技术参数、安装和使用维护（略） 第三节第三节 开

34、开 关关 量量1 1）、风门开）、风门开/ /闭传感器闭传感器： 是一种磁性驱动的接近开关，由干簧开关组件与磁性体组件两部分组成。干簧开关组件贴近磁体后，干簧开关组件内的触头闭合，远离后干簧开关组件触头在自身的张力下自动打开。使用中应将磁体安装在风门的门扇上，干簧开关组件安装在风门的门框上。 磁 钢干簧管2 2）、设备开停传感器）、设备开停传感器： 利用测定磁场的方式，间接地测定设备的工作状态利用测定磁场的方式，间接地测定设备的工作状态。通电后的导体周围必定产生磁场，测出电缆周围有无磁场存在，就检测电缆内有无电流通过，即可鉴别设备的开/停状态。利用传感头中的检测线圈，测得磁感应信号，经放大、检

35、波、信号变换及信号输出等环节，将设备的开/停信息传到井下分站。适用于工作电流为10A以上设备。电缆电缆传感器传感器电缆芯线传感器传感器3)3)风筒风量传感器风筒风量传感器: : 风筒风量传感器主要用于监测风筒中的风量。当局部通风机停止运转或风筒漏风造成风筒出口风量不足时传感器接点打开，通过甲烷风电闭锁装置，自动切断局扇供风的工作面一切非本质安全电源。它是由干簧管、永久磁铁以及夹钳臂组成。干簧管干簧管磁铁磁铁风筒风筒吊环吊环 第一节第一节 分站的功能分站的功能 它以微处理器为核心，使分站成为一个完整的微处理系统。它的主要任务是将各种传感器对矿井实时采集的环境数据参数，如瓦斯、一氧化碳、风速等进行

36、处理后，实时的向地面主机传送，同时，接收和执行地面主机发出的各种指令，完成对关键生产场所的安全检测与控制。它既可作为监控分站与监控系统配套使用，也可在没有监控系统的矿井作为风电甲烷闭锁装置单机使用。 分站功能分站功能：1) 能按预先设定，自动循环采集各种传感器信息。模拟量参数和开关量状态。2) 与地面中心站主机进行通讯，接收主机命令信息，将采集到的数据信息及设备运行状态信息传送至地面主机，或接收主机控制命令，执行切断被控设备电源等操作。3)以一定的时间间隔循环显示被测参数值，显示开关量状态，如风门开/关，设备开/停，馈电等，以及系统通讯状态，供电状态等。4)具有甲烷超限报警功能，当被测区域风流

37、中甲烷浓度达到预置的报警点时，由传感器发出声、光报警信号。当甲烷浓度恢复到预置的报警值以下，能自动解除报警。5)具有甲烷超限断电及闭锁功能，当监视被控区域甲烷达到预置断电点浓度时，输出切断被监视区域电源开关的控制信号并闭锁，当被监视区甲烷浓度降到预置的复电点浓度时，能自动解锁。断电点设置连续可调。6）风电瓦斯闭锁装置功能：1、瓦斯电闭锁瓦斯电闭锁: :当掘进工作面，工作面入风及工作面回风当掘进工作面，工作面入风及工作面回风风流中的甲烷浓度达到断电点时，装置能输出切断被控区风流中的甲烷浓度达到断电点时，装置能输出切断被控区域（掘进工作面、入风和回风）的非本质安全电气设备电域（掘进工作面、入风和回

38、风）的非本质安全电气设备电源信号并闭锁。当甲烷浓度降到源信号并闭锁。当甲烷浓度降到规程规程规定时，装置自规定时，装置自动解锁。动解锁。2 2、风电闭锁：当局部通风机停止运转或风筒中风速低于、风电闭锁：当局部通风机停止运转或风筒中风速低于规程规程规定数值时，装置输出切断被控区域非本质安全规定数值时，装置输出切断被控区域非本质安全电气设备电源信号并闭锁；当局部通风机恢复正常工作时，电气设备电源信号并闭锁；当局部通风机恢复正常工作时，装置能自动解锁。装置能自动解锁。 风电、瓦斯电闭锁风电、瓦斯电闭锁 在安全生产中所发挥的作用在安全生产中所发挥的作用。1 1、杜绝无计划停风，消除瓦斯积聚。、杜绝无计划

39、停风，消除瓦斯积聚。2 2、杜绝因瓦斯超限而强行作业的违法行、杜绝因瓦斯超限而强行作业的违法行为。为。3 3、消除了作业过程中的随意性。、消除了作业过程中的随意性。4 4、有效的防止因违章作业而发生瓦斯事、有效的防止因违章作业而发生瓦斯事故，保证安全生产。故，保证安全生产。3、当装置所配接的设备出现故障或断电时，装置输出切断被控区域非本质安全电气设备电源并闭锁；当配接设备恢复正常时，装置自动解锁。4、当装置配接的设备接通电源1min内，继续闭锁被控区域的动力电源；当配接设备正常工作时，系统装置能自动解锁。5、根据中心站的定义，分站具有接受异地分站控制或控制切断异地电气设备功能。6、当供电电源停

40、电时，后备电源自动投入工作（时间2h）。 第二节第二节 分站的组成及分站的组成及 工作过程工作过程1、单片机部分：单片机部分： 是支持CPU工作的最小系统。启动电源后，存储在EPROM中的分站工作程序立即执行，显示分站地址号，进行正常工作程序。2、A/DA/D转换器转换器: : 计算机能够识别的信号为0、1。为使模拟信号转换成计算机能够识别的信号，由A/D转换器来完成。即将代表着瓦斯的模拟信号转换成0、1二进制计算机（RS-232）信号。主要由COMSA/D转换电路完成。3、分站通信部分：分站通信部分： 1)、接受中心站调制解调器后发来的信号，解调成标准的RE-232信号，传递给CPU。2)、

41、接受分站单片机发来的RE-232信号，调制后以载波信号形式，通过传输电缆传递井上。 若： 地面计算机发出的指令信号0 0调制为1070Hz1070Hz；1调制1270Hz； 井下分站将0 0调制为20252025Hz，将1调制为2225Hz2225Hz。由井上、下调制解调器完成。4、I/OI/O部分部分： 井下分站外部设备开关的控制电路，对外部设备和开停状态信息的采集电路以及地址开关的信息采集等。二进制二进制十进制十进制二进制二进制十进制十进制二进制二进制十进制十进制二进制二进制十进制十进制000000000 0001100113 3011001106 6100110019 900010001

42、1 1010001004 4011101117 7101010101010001000102 2010101015 5100010008 8101110111111一、信息传输 矿用传感器输出的电信号可分为连续变化的模拟信号和阶跃变化的开关量信号两大类。从广义上讲，开关量信号是一种简单的数字信号。模拟信号可通过模拟/数字转换器（A/D转换器）转换为数字信号。数字信号也可通过数字/模拟转换器（D/A转换器）转换成模拟信号。 按照系统所传输的信号的不同，矿井监控信息系统可分为两类。模拟传输系统和数字传输系统。模拟传输系统和数字传输系统。 数字传输系统与模拟传输系统相比，具有如下优数字传输系统与模拟

43、传输系统相比，具有如下优点：点：抗干扰能力强；抗干扰能力强；传输中的差错可以设法控制，改善传输质量；传输中的差错可以设法控制，改善传输质量；可以传递各种信息，使传输系统变得通用、灵活；可以传递各种信息，使传输系统变得通用、灵活；便于用计算机对系统进行管理。便于用计算机对系统进行管理。但数字传输的上述优点都是用比模拟传输占据更宽的传输频带而换得的。 由于井下电磁干扰严重，传感器种类繁多等因素，数字传输在矿井监控系统中得到广泛地应用。1、单向传输、半双工及全双工传输单向传输、半双工及全双工传输单向传输单向传输： 信息只能单方向进行传输的工作方式。半双工（单向）传输半双工（单向）传输： 通信双方都能

44、收发信息，但不能同时进行收和发的工作方式。全双工传输全双工传输： 通信双方可同时进行双向传输信息的工作方式。2、串行传输与并行传输串行传输与并行传输串行传输串行传输： 代表信息的各种数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输的方式。通信方式示意图通信方式示意图发端发端发端发端发端发端发端发端发端发端收端收端收端收端收端收端收端收端收端收端信道信道信道信道信道信道信道信道二、矿井监控信号传输的特点二、矿井监控信号传输的特点 几种复用方式用于矿井监控系统的复用方式有：频分制、时分制和码分制。频分制频分制: : 是将一条传输线的频率资源，分配给若干个对象。将其所含信息的载波进行调制，在这些载波附

45、近各自形成一个载有相应信息的频带信号，该频带的宽度与所含信息的频率宽度成正比，并与调制方式、调制深度等有关。时分制时分制: 将一条传输线的时间资源，分配给若干个对象，每一个对象按一定的规则，轮流地使用该传输线，并且在同一时间内，只许一个对象使用。码分制码分制: 与时分制在原理上有很大不同，它们都是通过将各路信息调制在各自的载波上实现的。它是由经一定时间（成为周期）后，周而复始的码串组成。理论表明：只要两个（或多个）波形的码串特征各不相同而且它们之间的波形相关系数为零，那么，便于可作为多路复用的载波，这种基于载波码串特征的不同来区分多路信息复用的方式称之为码分制。 一、监控系统达到井下安装的要求

46、：一、监控系统达到井下安装的要求：1 1、直观检查、直观检查：A、防爆性能符号规定，B、系统部件（探头、分站、断电器）齐全，无损坏，电位器灵活。C、系统输入电压与现场电压相符。D、技术资料、备件、专用工具齐备。2 2、技术指标与功能试验、技术指标与功能试验1)本质安全电源试验 测试开路电压和短路电流2)通气试验 指示与跟踪。通入瓦斯标气和空气 线性试验。分别通入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%的标气，对传感器的指示情况进行测试。 3)报警、断电、复电功能试验。 3、系统的统调 系统经测试符合要求后，进行井上统调。即探头、分站、断电器、调制解调器，计算机、调制解调器按使用说明书的

47、要求连接后，接通电源，连续工作24-48小时后，未有异常现象，即可井下安装。二、矿井监控系统应用软件二、矿井监控系统应用软件 随着软硬件技术的发展，软硬件技术有了长足的进步。计算机的处理能力、操作系统的功能、界面在不断的更新。操作系统软件的易操作性、稳定性以及监测、监控系统的共享性都有了较大的提高。当前，均有如下特点： 整个软件由两大部分构成：中心站软件系统、监测终端软件系统。 软件网络通讯底层采用Windows面向连接的套接字通讯技术，使网络稳定可靠。 数据保存采用ACCESS数据库，便于二次开发和资源共享。 监测点超限可一控多、多控一、不同分站间相互控制与手动控制，可用软件定义来实现较为复

48、杂的逻辑控制。 超上限控制、超下限控制和模拟量状态控制灵活选择。 数字量测点可以关联控制断电，便于实现风电闭锁。 查看任意时间段的测点变化趋势。 用户可自由定义报表格式。 具有动态图形显示功能。三、矿井监测系统通用要求三、矿井监测系统通用要求 矿井监控系统除应能满足矿井信息传输要求外，还应满足下列要求： 1）系统应具有模拟量、开关量和累计量监测功能。 2）系统应具有声光报警、模拟量和开关量手动与自动控制功能。 3）系统应具有备用电源，当电网停电后，系统应能对主要监控量连续监控、继续监控时间应不小于2小时。 4）系统应具有自检功能系统应具有自检功能。当系统中传感器、分站、传输电缆等设备发生故障时

49、，报警并记录故障时间、故障设备、以供查询及打印。 5）系统应双机备份，并具有手动切换功能（自动切换功能可选）。当工作主机发生故障时，备份主机投入工作，保证系统的正常工作。6 6）系统应具有实时存盘功能，其存盘内容包括）系统应具有实时存盘功能，其存盘内容包括重要测点模拟量的实时监测值；重要测点模拟量的实时监测值；模拟量统计值模拟量统计值( (最大值、平均值、最小值最大值、平均值、最小值) )；报警及解除报警时间及状态；报警及解除报警时间及状态；断电复电时间及状态；断电复电时间及状态；断电复电逻辑关系不符报警时间及状态；断电复电逻辑关系不符报警时间及状态；设备开停时间及状态；设备开停时间及状态；累

50、计量值；累计量值；设备故障恢复正常工作时间及状态等。设备故障恢复正常工作时间及状态等。 在这些存盘项目中，除重要监测模拟量的实时监测值存盘记录应保持24小时外，其余均应保存3个月以上，并且当系统发生故障时，丢失上述信息的时间长度应不大于10分钟。（7）系统应具有列表显示功能系统应具有列表显示功能。模拟量及相关显示内容包括地址、单位、报警门限、控制门限、监测值、最大值、最小值、平均值、传感器故障、闭锁与解锁等。开关量显示内容包括地点、名称、单位、累计值等。（8）系统应具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能系统应具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能。在同一坐标上用不同颜色显示最大值、平均值、最小值3

51、种曲线。在一屏上，同时显示不小于3种模拟量，并设有标尺，可显示对应时间标尺的模拟量值。（9）系统应具有柱状图显示功能系统应具有柱状图显示功能，以便直观地反应设备开机率。显示内容包括地点、名称、最后一次开/停时刻和状态、工作时间、开机率、开/停次数、传感器状态、闭锁与解锁等，并设时间标尺。（10）系统应具有模拟动画显示功能系统应具有模拟动画显示功能，以便形象、直观、全面地反应安全生产状况。显示内容包括工程流程模拟图、相应设备开停状态、相应模拟量数值等。为满足大型复杂生产系统的需要，应具有漫游、总图加放大、分页显示等功能。为了使用模拟图，除具有一幅显示全矿概况的总图外，一般按使用功能划分多个系统图

52、，例如，通风安全系统模拟图、轨道运输系统模拟图、胶带运输系统模拟图、提升运输系统模拟图、供电系统模拟图、排水系统模拟图、巷道布置图、避灾路线图等。（11）系统应具有设备布置图显示功能系统应具有设备布置图显示功能，以便及时了解系统配置、运行状况、便于管理与维修。显示内容包括传感器、执行机构、分站、电源箱、主站和电缆等设备的设备名称、位置和运行状态等。若系统庞大一屏容纳不了，可漫游、分页或总图加局部放大。（12）系统应具有报表、曲线、柱状图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能（定时打印功能可选），以便于报表分析。（13）系统应具有人机对话功能系统应具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用

53、、控制命令输入。（14）系统应具有防雷措施，防止雷电击毁设备，引起井下瓦斯事故。（15）系统应具有抗干扰措施，防止架线电机车火花、大型机电设备启停等电磁干扰影响系统正常工作。（16）系统分站应具有初始化参数掉电保护功能，系统分站应具有初始化参数掉电保护功能，以防分站停电后，初始化参数丢失。（17）系统宜具有工业电视图象等多媒体功能系统宜具有工业电视图象等多媒体功能，以便提高信息的利用率。（18）系统宜具有网络通信功能，系统宜具有网络通信功能，以便矿领导及上级主管部门对监控信息的利用。（19）地面设备应具有防静电措施。（20）系统应工作稳定，性能可靠，出厂前要进行连续7天的稳定性试验，系统软件死

54、机率应小于1次/720小时。（21）系统应整幅实时数据画面的响应时间应小于5秒。（22）电源波动适应范围：（地面）90-110% （井下） 75-110% 四、矿井安全监控系统软件总体要求四、矿井安全监控系统软件总体要求实时性实时性：监测软件的监测、数据计算、判断、处理、传输、控制等功能应具有实时性，能周期地循环，而不中断。数据处理精度数据处理精度：监控软件在完成数据运算、处理时，所带来的各种运算、处理误差应小于0.5%。死机率：死机率：在连续运行过程中，软件引起的死机率应小于小于1 1次次/ /月。月。键盘响应键盘响应：在连续运行过程中，软件应能响应操作人员从键盘输入的命令并要求从输入到执行

55、命令的最间隔时间小于小于3030S S。中文功能中文功能：监测软件必须具有汉字显示、用汉字及字符打印报表的功能。自检功能：自检功能：监控系统软件宜具有对接入系统的传感器、分站的工作状态、传输电缆故障位置的自检功能。信息输出和存储功能信息输出和存储功能：监控软件应具有显示、打印、报警和存储功能。生成功能生成功能：监控软应具有在不中断正常监控功能的条件下由用户随时生成、修改各种参数及表格的功能。五、监控系统的技术管理资料五、监控系统的技术管理资料安全监控机构应建立以下帐卡及报表：一、设备、仪表台帐；二、监控设备故障登记表；三、 检修记录；四、巡检记录；五、中心站运行日志；六、 矿井安全监控日报表；

56、七、矿井安全监控设备使用情况月报、季报表。七、矿井安全监控设备使用情况月报、季报表。 安全监控机构必须绘制安全监控设备布置图和断 电控制接线图，图上标明传感器、声光报警器、断电器、分站、电源、中心站等设备的位置、接线、断电范围、报警门限、断电门限、复电门限、传输电缆、供电电缆等，并根据实际布置及时修改。 监测技术资料均需定期保存，井下事故记录应长期保监测技术资料均需定期保存，井下事故记录应长期保存。存。 发展过程发展过程 我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引进了一批安全监控系统，装备了部

57、分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。 随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和

58、企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统，以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。 因此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。我国煤矿监测监控系统的技术水平我国煤矿监测监控系统的技术水平1 1、系统中心站、系

59、统中心站环境监测环境监测。主要监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件，如高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。生产监控。生产监控。主要监控井上、下主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态参数，如煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数等。2 2、中心站软件、中心站软件具有测点定义功能；具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成。2 2、中心站软件、中心站软件 具有测点定义功能；具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储

60、、故障统计和报表、报告打印功能。其中，部分系统可实现局域网络连接功能，并采用国际通用的TCP/IP网络协议实现局域网络终端与中心站之间实时通信和实时数据查询。 随着计算机软件技术日新月异的发展，目前，各厂家的系统应用软件正不断更新版本，如KJF2000系统中心站应用软件版本2.40和MSNM局域网络终端应用软件版本1.1的操作界面全部实现了可视化和图形化功能，而且具备矿井采空区火灾早期预测预报和专家决策分析功能；具备皮带运输机全线火灾监测功能；具备井下瓦斯抽放监控功能。3 3、局域网络、局域网络网络系统应用软件。 抚顺分院开发率先开发的WEBGIS数字化矿山安全监测监管网络系统应用软件版本1.