矿井生产系统工况参数检测

矿井生产系统工况参数检测第1页，课件共82页，创作于2023年2月唐山市开平区刘官屯煤矿“12.7”瓦斯煤尘爆炸事故事故时间：2005年12月7日15时14分；事故地点：位于1193（下）工作面切眼，死亡108人；事故原因：回风下山风门打开风流短路，工作面瓦斯积聚，回柱火花引爆瓦斯，煤尘参与爆炸。徐矿集团张小楼井7.14事故主要原因是同时打开两道风门时，由于人员受风门撞击死亡。同时打开风门事故案例2第2页，课件共82页，创作于2023年2月3第3页，课件共82页，创作于2023年2月KGE12系列矿用风门开关传感器是磁性驱动的位置开关传感器，系矿用本质安全型产品（图5-1）。固定在门框上固定在门扇上4第4页，课件共82页，创作于2023年2月该产品可在煤矿井下有甲烷及煤尘爆炸危险的环境中，安装在井下巷道的各级风门上，用来监测风门的开闭状态，为通风管理提供风门状态信息。可与各种矿井监测监控系统配套使用，其无源开关触点信号可直接提供给矿井监控系统采集、处理。5第5页，课件共82页，创作于2023年2月一、工作原理KGE12系列风门开关传感器是一种磁性驱动的接近开关，它将触发磁钢装在风门上，而把开关组件安装在对应的门框上。当风门打开时，触发磁钢远离开关组件，开关组件中的干簧管断开，输出断开信号给监测系统分站，在地面中心站主机显示风门“开”状态。6第6页，课件共82页，创作于2023年2月7第7页，课件共82页，创作于2023年2月二、产品性能防爆形式：矿用本质安全型；防爆标志：ExibI（150℃）；使用环境温度：-5～+40℃；输入电源：10～24VDC；动作距离：不小于30mm，不大于70mm；防护等级：IP54；信号输出形式：

I型：一组转换接点，

II型：恒流-5mA/+5mA，III型：恒流0mA/5mA。8第8页，课件共82页，创作于2023年2月输出信号传输距离:≥2km；外形尺寸：138mm×52mm×31mm；触发磁钢材质:氧化物磁钢；触发磁钢特点：抗老化、抗杂散磁场、全密封；开关组件及触发磁钢两侧各有2个安装孔，用来精确调整开关组件和触发磁钢的距离。9第9页，课件共82页，创作于2023年2月第二节机电设备开停状态检测一、KGT9型开/停传感器KGT9型开/停传感器主要用于检测煤矿主要机电设备（通风机）的运转状态，实现煤矿主要机电设备的集中自动监测，随时全面了解全矿的生产、工作状况。该传感器把检测到的开/停信号以±5mA的恒流或以继电器触点信号的形式传输给监测分站（图5-2）。了解矿井主要设备的运行状态、运转时间长短，统计设备利用率。10第10页，课件共82页，创作于2023年2月11第11页，课件共82页，创作于2023年2月该传感器适用各种类型交流驱动的用电设备。在供电电流不小于10A的情况下，均可检测出设备的开/停状态。二、主要技术指标供电电源：本安型（15VDC）；最大工作电流:30mA；使用环境：温度为-20～40℃，相对湿度<95%；输出信号:恒流±5mA；继电器触点信号防爆标志：Exib。12第12页，课件共82页，创作于2023年2月三、KGT9型开/停传感器的组成KGT9型开/停传感器由检测线圈、放大检波、信号变换及信号输出等环节组成，如图5-3所示。13第13页，课件共82页，创作于2023年2月传感器使用时固定在用电设备供电电缆外皮上，检测出电缆内有无电流通过，即可鉴别设备开/停状态。一般机电设备系三相供电，利用传感器的电感线圈贴近电缆中一相芯线，即可测得微弱的磁感应信号，该信号经放大检波、信号变换及信号输出等环节，将设备开/停信息传给分站，再由分站传至地面。14第14页，课件共82页，创作于2023年2月四、KGKT—C10型开/停传感器电路原理KGKT—C10型开/停传感器电路如图5-4所示，图中L为检测线圈。当机电设备工作时，有电流流过供电电缆，在其周围产生磁场，通过电磁感应，在L上感应出电压信号。15第15页，课件共82页，创作于2023年2月16第16页，课件共82页，创作于2023年2月二极管的整流作用17第17页，课件共82页，创作于2023年2月18第18页，课件共82页，创作于2023年2月19第19页，课件共82页，创作于2023年2月全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压E2a、E2b。在0～π间内，E2a、D1

导通；在π-2π时间内，E2b

对D2为正向电压，D2导通；20第20页，课件共82页，创作于2023年2月21第21页，课件共82页，创作于2023年2月

β和α称为三极管的电流分配系数（电流放大系数）。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量ΔIb＝10μA，β＝50，根据ΔIc＝βΔIb的关系式，集电极电流的变化量ΔIc＝50×10＝500μA，实现了电流放大。

硅管β为40～150，锗管取40～80。三极管的电流放大作用22第22页，课件共82页，创作于2023年2月假设三极管的β=100，RP=200K，此时的Ib=6v/(200k+100k)=0.02mA，Ic=βIb=2mA

，Ic=βIb，三极管处于“放大区”。23第23页，课件共82页，创作于2023年2月假设RP=0，Rb=1k，此时，Ib=6v/1k=6mA，按Ic=βIb计算，Ic应等于600mA，而实际上，由于图中300欧姆限流电阻（Rc）的存在，实际上Ic=(6v/300)≈20mA，此时，Ic≠βIb，而且，Ic不再受Ib控制，即处于“饱和区”。当RP和Rb大到一定程度，使Ube<死区电压(硅管约0.5V，锗管约0.3）此时be结处于不导通状态，Ib=0，则Ic=0，处于"截止区"。24第24页，课件共82页，创作于2023年2月25第25页，课件共82页，创作于2023年2月感应信号经IC放大，电压放大倍数Av=RP1/R1=470/0.51≈1000。放大的电压信号，再经V1、V2及C2构成的整流滤波电路，将交流信号变为直流信号。直流信号加在V5的基极，使之导通，继电器KA吸合。V6为恒流电路，其基极电位由电位器调整决定。当无磁场时，继电器断开，使输出电流换向。输出信号取自A、B两端即为恒流信号，若取自继电器的另一个触点，即为触点信号。

26第26页，课件共82页，创作于2023年2月第三节煤仓贮煤位置检测煤仓贮煤位置检测，采用超声波料位传感器。超声波料位测量原理与回声测距原理相同，装在料仓顶部的探测器不断发射固定频率的超声波，经被测物料表面的反射，其反射回波部分由探测器接收，根据超声波往返时间即可换算出反射物料表面与探测器发射之间的距离，料仓料位即可得知。27第27页，课件共82页，创作于2023年2月KG1003型矿用超声料位计由控制箱、探测器和显示箱组成，适用于连续检测井下各种物料料仓的料位，同时也可适用于地面易爆环境场合的料仓的料位检测。28第28页，课件共82页，创作于2023年2月KG1003型矿用超声料位计主要技术指标：探测器工作频率：18kHz；探测器重复频率:2.5Hz；测量距离：≤125m；控制箱输入电压：127VAC；显示箱显示:11个发光二极管显示料位百分数；显示箱输出：1～5mA。29第29页，课件共82页，创作于2023年2月显示箱置于司机操纵台，供司机随时观察料位，控制箱就近安装。探测器安装时应将发射面正对料面，发射的声柱要避开物料流和料仓里的固定构件。30第30页，课件共82页，创作于2023年2月第四节煤炭运量检测一、电子皮带秤电子皮带秤由称量框架、荷重传感器、测速器、仪表四部分组成。胶带运输机有效称量段L的物料重P通至荷重传感器上，传感器中弹性元件产生应变，其应变量ε与P成正比。弹性元件上贴有四片电阻应变片，组成等臂电桥，如图5-6所示。31第31页，课件共82页，创作于2023年2月32第32页，课件共82页，创作于2023年2月应变量ε的变化线性地转换为电桥各臂应变片阻值的变化，在有桥电压UF的情况下，电桥输出信号Ug为

Ug=k△UF/R

（5-1）皮带秤有效称量段L上的物料重为P，单位长度上的物料重为Pe=P/L，若皮带速度为V，单位时间内通过的物料重Qx=PV/L=PeV。33第33页，课件共82页，创作于2023年2月由于用△R/R表示Pe的变化，即△R/R∝Pe，再将皮带速度v线性变换为电压UF作为电桥的电源，即UF∝v，则Ug

∝Pv，那么它就可以线性模拟瞬时输送量Qx。

Ug∝Qx

（5-2）物料的总累计量通过积分将Ug转换为记数脉冲，最终通过计数器累计，实现物料的总累计量的计量。34第34页，课件共82页，创作于2023年2月K-GGP-85电子皮带秤的主要技术指标：称重范围:100～2000t/h；皮带速度:0.5～3m/s；最大皮带宽度:2000mm；系统动态误差：±3%；输出特性：瞬时值为1～5mADC，恒流特性<1%/500Ω，累计值，9位数字显示。使用环境：温度为0～40℃，湿度为≤95%。35第35页，课件共82页，创作于2023年2月二、核子皮带秤电子皮带秤部分机械机构复杂，维护不方便，因此，人们研制出利用放射性原理的核子皮带秤。该皮带秤检测装置如图5-7所示，只需将检测框架套在皮带外即可使用。36第36页，课件共82页，创作于2023年2月37第37页，课件共82页，创作于2023年2月由于采用这种非接触测量，不需要对原皮带机改造，因而安装使用方便。在放射箱内，铯137放射源释放出强度稳定的X射线，通过出口照射在皮带物料上。物料对射线有吸收作用，因而穿透物料射线的强度随物料厚度多少而变化，该射线被装在皮带下的电离室吸收。电离室产生的电离电流随射线强度而变化，这样就完成了物料的称量。38第38页，课件共82页，创作于2023年2月电离室是由处于不同电位的电极和限定在电极之间的气体组成，通过收集因辐射在气体中产生的电子或离子运动而产生的电讯号来定量测量电离辐射的探测器。当探测器受到射线照射时，射线与气体中的分子作用，产生由一个电子和一个正离子组成的离子对。在电场作用下，电子和正离子就会分别被拉向正负两极，并被收集。39第39页，课件共82页，创作于2023年2月测速系统采用光电测速仪，内部有一精密光栅，每转输出1OOO个脉冲。乘法和积分运算则都由单片机完成。单片机系统具有数码显示、打印等功能。40第40页，课件共82页，创作于2023年2月FBC-1391系列微机核子皮带秤主要技术指标:放射器：铯137；源强：1.85×1O9～3.7×1O9Bq；（单位时间内污染物的排放量）射线泄露量：1m处低于国际居民安全标准5mSv/a（毫希

/年，普通人受到的累计辐射平均值为每年2.4毫希沃特）；精度：1%；皮带宽度：300～1500mm；输出：1～5mA；显示：6位累计量显示，最大99999.9t。

41第41页，课件共82页，创作于2023年2月第五节采煤机组位置传感器采煤机是综采工作面的主要机械，它的运行情况基本上可以反映整个综采工作面的生产进程。采煤机机组位置速度传感器可以将采煤机在工作面的位置变动情况连续地采集并报告给地面中心。在地面中心站可以用屏幕显示采煤机开停状态和位置，从而使调度人员掌握工作面生产情况。链式牵引采煤机在工作面的布置如图5-8所示。42第42页，课件共82页，创作于2023年2月43第43页，课件共82页，创作于2023年2月在工作面上、下平巷之间敷设一根拉紧的牵引链。采煤机链轮与牵引链咬合。当链轮转动时，采煤机就在链板上移动。通过检测链轮的转动可以采集采煤机行走的信息，这是由安装在链轮附近的接近开关来完成的，如图5-9所示。44第44页，课件共82页，创作于2023年2月接近开关：利用对接近它物件有“感知”能力位移传感器，对接近物体的敏感特性，控制开关通或断。无源接近开关：不需要电源，通过磁力感应控制开关的闭合状态。当磁或者铁质触发器靠近开关磁场时，和开关内部磁力作用控制闭合。涡流式接近开关：也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场。接近开关时，使物体内部产生涡流。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。光电式接近开关：将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。45第45页，课件共82页，创作于2023年2月46第46页，课件共82页，创作于2023年2月当链轮转动时，两个接近开关就按运行方向顺序输出脉冲。根据两路输出脉冲的相位关系可以鉴别采煤机的运行方向，同时根据脉冲的个数可以推算出采煤机的运行位置，并根据单位时间内的脉冲数计算出机组牵引速度。47第47页，课件共82页，创作于2023年2月接收装置安装在平巷的控制站，从动力电缆接收载波信号进行调制与处理，就地显示采煤机位置速度和工作状况。它输出1～5mA电流信号代表机组位置，输出±5mA开关量信号代表机组运行方向。载波信号：把普通信号加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化（调幅）。采煤机位置信号可进入监控系统分站，最终传至地面中心站。接收装置由电源、输入电路、计算机、输出电路组成。输入电路将脉冲调制的载波信号还原为脉冲信号，再经过双稳态电路整形，最后经光电耦合器进入计算机接口。48第48页，课件共82页，创作于2023年2月双稳态电路的特点是：在没有外来触发信号的作用下，电路始终处于原来的稳定状态。在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。49第49页，课件共82页，创作于2023年2月KG1OO1型机组位置速度检测仪主要技术指标：传感器工作电压：9～15V；传感器工作电流：16mA；发送装置：载波频率为100kHz，输出功率为150mW，失真度≤15%；接收装置：载波频率为100kHz；接收灵敏度：载波信号电压>30mV时动作，<10mV时不动作；输出信号：电流为1～5mA，误差<士0.03mA，频率为200～1000Hz，误差<士0.03Hz，开关量为±5mA，误差＜±0.5mA；使用环境：海拔高度＜1OOOm，工作面长度≤255m，温度为5～40℃，湿度≤95%。50第50页，课件共82页，创作于2023年2月第六节矿尘检测技术矿尘是矿井在生产建设过程中产生的各种煤岩微粒的总称，又称粉尘。煤矿井下矿尘主要是煤尘和岩尘。矿尘按存在状态可分为浮尘和落尘。矿尘不仅危害人体健康，加大机械设备磨损，降低能见度，而且矿尘在一定条件下还会引起爆炸事故。51第51页，课件共82页，创作于2023年2月2005年11月27日，黑龙江七台河东风煤矿特别重大煤尘爆炸事故，171人遇难。52第52页，课件共82页，创作于2023年2月矿尘粒度越小，单位体积空气矿尘浓度越大，其危害程度越大。检测矿尘浓度的方法分质量法和计数法。质量法是每1m3空气所含矿尘的质量，单位是mg/m3；计数法是每1m3空气所含矿尘的颗粒数，单位是颗粒/m3。我国规定用质量法检测矿尘浓度。53第53页，课件共82页，创作于2023年2月一、滤膜采样测尘仪器1、测尘原理测定时，抽取一定体积的含尘空气，将粉尘阻留在已知质量的滤膜上，由采样器采样后滤膜的增量来求出单位体积空气中粉尘的质量（mg/m3）。按式（5-4）计算粉尘质量浓度：54第54页，课件共82页，创作于2023年2月2.粉尘采样器粉尘采样器由采样头（内装滤膜）、流量计（稳流电路）、抽气泵、计时器和电源等组成。粉尘采样器可分为呼吸性粉尘采样器和全尘采样器。呼吸性粉尘采样器与全尘采样器的差别在于，呼吸性粉尘采样器增设了一个前置预捕集器。55第55页，课件共82页，创作于2023年2月前置预捕集器用以捕集非呼吸性粉尘，能对危害人体的呼吸粉尘和非呼吸性粉尘进行分离。预捕集器主要有:水平淘析器、旋风分离器和惯性冲击器。水平淘析器、旋风分离器（旋风器）和惯性冲击器截留某一区段粒度（体积大小）的能力与它的采样流量有关，因此，在采样过程中，应严格恒定所要求的采样流量，其原理如图5-10所示。56第56页，课件共82页，创作于2023年2月57第57页，课件共82页，创作于2023年2月滤膜的作用是捕获粉尘，有φ40mm和φ75mm两种规格，分别适用于采集小于和大于200mg/m3的粉尘。国内粉尘采样器的型号非常多，有AFQ—20A型、AKFC—92型矿用粉尘采样器和HFC—3BT型、ETE—30B型、DS—21B（BR）型呼吸性粉尘采样器等。58第58页，课件共82页，创作于2023年2月3.使用方法（1）采样前的准备①滤膜安装。先用镊子取下滤膜两面的夹衬纸，用万分之一的分析天平称取滤膜的初重m1，然后按滤膜的安装方法（直径为40mm的滤膜用平铺安装法，直径为75mm的滤膜用漏斗状安装法）安装好滤膜，放入采样头或滤膜盒内，同时对采样头或滤膜盒进行编号。59第59页，课件共82页，创作于2023年2月②选择采样头。用冲击式预捕集器时，需在玻璃片上涂上硅油；用旋风式预捕集器时，需在下部盒中放上滤膜。③对采样器充电。60第60页，课件共82页，创作于2023年2月（2）采样①采样前应选择所用的采样头，装上已称初重的滤膜夹，然后安装到仪器上，并将顶盖拧紧，防止漏气。②采样。对于有定时器的采样器，应根据需要，通过键盘可在0～99min任意预置采样时间。采样时间预置后，打开电源，显示为00，再启动工作按钮，开始采样。同时调节采样流量，使采样流量在20L/min，只要时间到，仪器就自动停止。对于没有定时器的采样器，打开电源要同时计时，并调节流量到所需的流量。采样时间一到，立即停止计时。取下采样头中的滤膜夹放人原滤膜盒内，要注意样品的保存。61第61页，课件共82页，创作于2023年2月③记录。每次采样结束，用记录簿记下采样日期、采样地点、滤膜盒的编号、采样流量、采样时间、工序、工具类型与数量、采样地点的风速和风量、干湿温度、防尘措施等。（3）采样后称重称重前，打开滤膜盒，置于干燥器中。2h后用镊子小心将滤膜从滤膜盒中取出称重；称重后，放入干燥器中再干燥30min，再称重。当相邻两次的质量差不超过0.1mg时，取其最小值。但要注意，称采样前后的滤膜，应使用同一天平和砝码。62第62页，课件共82页，创作于2023年2月二、快速测尘仪（直读式测尘仪）随着煤炭工业的发展，对测尘仪器提出了更髙的要求。快速测尘仪能快速测出粉尘浓度，有的仪器还能连续检测。快速测尘常用光电测尘、β射线测尘、压电晶体测尘等方式。光电测尘原理：根据滤膜集尘消光原理和光电效应来实现粉尘浓度测定，其原理如图5-11所示。63第63页，课件共82页，创作于2023年2月64第64页，课件共82页，创作于2023年2月合上电源开关，微电动机启动，带动气泵抽气，含尘气体经过采样孔，透过滤膜，粉尘被吸附在滤膜上。当采样气体达到规定时间时，延时开关自动关断，采样结束。进行直接测尘时，小电珠光束透过透镜变为近似平行光束，穿透滤膜，射向硅光电池上，使硅光电池产生光电流通过微安表，指示光敏电流值。硅光电池：直接把光能转换成电能的半导体器件。65第65页，课件共82页，创作于2023年2月通过采样前后干净滤膜与含尘滤膜的光电流I0与I以及流量、时间，由式（5-5）计算出被测粉尘的质量浓度：66第66页，课件共82页，创作于2023年2月可根据式（5-5）专门制造直接读取粉尘浓度的刻度盘。校正硅光电池是用来对小电珠光强的监测，并通过调整电位器W5的阻值，使采样前后的小电珠光强保持一致。快速测尘仪已有多家工厂生产，使用较多的是BFC—1型、ACG—1型和ACH系列呼吸性粉尘测定仪。67第67页，课件共82页，创作于2023年2月β射线测尘是利用核辐射原理工作的，它是利用矿尘对β射线的吸收作用。当放射源产生的β射线穿过含有矿尘的空气时，一部分射线被矿尘吸收掉，矿尘含量越大，被吸收掉的β射线量越大，β射线的减少量与矿尘浓度成正比。β射线快速测尘仪主要由放射源、探测器、电信号转换放大电路和显示器四个部分构成。68第68页，课件共82页，创作于2023年2月放射源是产生β射线，探测器的作用是检测β射线，将穿过被测物质的射线接收并转换成电信号输出，探测器以电信号的大小变化将射线强弱的变化反映出来。常用的探测器是盖格计数管等。探测器输出的电信号再经放大和一些特殊电路处理后，由显示部分指示出测值。CCZ1—1000型、CCX—1000型、BDZ型、AZFC—1A型等直读式测尘仪和AC-1型矿用智能测尘仪等69第69页，课件共82页，创作于2023年2月第七节煤矿井下人员定位系统煤矿井下普遍存在入井人员管理困难，管理人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对并下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低。70第70页，课件共82页，创作于2023年2月运用煤矿井下人员定位系统，工作人员佩戴的电子标签通过井下监控节点向监控中心传送他们的位置信息，实时掌握每个人在井下的位置及活动轨迹，对煤矿的安全生产将有积极作用，在一定程度上减少人员伤亡。平时，上传的位置信息也可以用做工作人员的考勤记录。71第71页，课件共82页，创作于2023年2月系统由井上与井下两部分设备组成。井上设备：由监控中心（包括服务器）及共享网络终端等组成；井下设备：以CAN总线作为主传输途径，煤矿井下人员监控节点（读卡基站），配合天线、电子标签、传输介质、中继器等与监控中心挂接，从而实现井下作业人员的定位和安全管理。定位系统网络结构如图5-12所示。72第72页，课件共82页，创作于2023年2月中继器作用如下图：73第73页，课件共82页，创作于2023年2月74第74页，课件共82页，创作于2023年2月在坑道、作业面的交叉道口安装监控节点，入井工作人员按照要求佩戴安装电子标签的腰带、安全帽、矿灯。75第75页，课件共82页，创作