安全检测技术5章矿山安全检测技术.ppt

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1、第五章第五章矿山安全检测技术矿山安全检测技术时间 地点 遇难人数 事故原因 2010.3.28山西王家岭煤矿37人遇难，一人下落不明透水事故2010.03.01 内蒙古乌海 31名被困者无生还可能 在建的神华集团骆驼山煤矿发生透水事故 2010.01.05 湖南立胜 34人死亡 湖南立胜煤矿发生重大火灾事故 2009.11.21 黑龙江鹤岗 共造成108人遇难 新兴煤矿发生瓦斯爆炸 2009.09.08 河南省平顶山 54人死亡 违法违规组织生产导致的特大事故 2009.05.30 重庆市綦江县 30人死亡、77人受伤 违规违章行为引发的特别重大安全生产事故。2009.02.22 山西屯兰 7

2、8人死亡 瓦斯浓度过高，煤矿爆炸。一、矿井安全监控技术发展概况一、矿井安全监控技术发展概况我国矿井安全监控技术发展我国矿井安全监控技术发展n建国初期，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定器、瓦斯检建国初期，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定器、瓦斯检定灯、检知管、风表等；定灯、检知管、风表等；n6060年代初期，研制达到使用水平的载体催化元件和年代初期，研制达到使用水平的载体催化元件和AQR-1AQR-1型型瓦斯测量仪。瓦斯测量仪。n7070年代研制出瓦斯断电仪；年代研制出瓦斯断电仪；n8080年代初期，从欧美引进、吸收矿井监控系统；年代初期，从欧美引进、吸收矿井监控系统；n8080年代以后，年代以

3、后，逐步开发出逐步开发出KJ126KJ126、KJF2000KJF2000、KJ95KJ95、KJ90KJ90等系统。等系统。二二、矿井安全监控对象、矿井安全监控对象作业场环境工矿设备矿轨道运输矿胶带运输矿供电、排水、火灾人员位置煤矿安全监控的主要内容煤矿安全监控的主要内容n对井下对井下CH4CH4、COCO、O2O2、CO2CO2等气体浓度的检测；对风速、风量、气等气体浓度的检测；对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测；对生产设备运行压、温度、粉尘浓度、水位等环境参数的检测；对生产设备运行状态的监测、监控等。状态的监测、监控等。煤矿安全监控系统组成煤矿安全监控系统组成n一般

4、由传感器、井下分站、传输线路、地面中心站、监控软件组一般由传感器、井下分站、传输线路、地面中心站、监控软件组成，如下图所示：成，如下图所示：一、煤矿安全生产监控系统基本构成一、煤矿安全生产监控系统基本构成1.传感器2.井下监控分站n井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的及时发出报警和断电控制信号。3.信号传输网络n将监测到的信号传送到地面中心

5、站的信号通道。如无线传输信道、电缆、光纤等。4.地面中心站1、传感器、传感器n甲烷传感器甲烷传感器n一氧化碳传感器一氧化碳传感器n温度传感器温度传感器n风速风速/风压风压传感器传感器n烟雾传感器烟雾传感器n开停传感器开停传感器甲烷传感器甲烷传感器n甲烷浓度检测电桥n工作原理 甲烷在催化剂作用下进行无火焰燃烧，产生热量使R1升温导致电阻变化，黑元件的电阻值与温度的关系为：R1(DCQ/h)R0（燃烧热方程）方程中为常数的：R0为铂丝摄氏零度时电阻值;铂丝温度系数:3.948510-3/D为甲烷扩散系数；Q为甲烷分子燃烧热；h为敏感元件热容量；方程中为变量的：C为被测环境中的甲烷浓度；n主要用于监

6、测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度，可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标浓度，可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给关联设备，并具有就地显示沼气准电信号输送给关联设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警等功能。还可与各类型监浓度值，超限声光报警等功能。还可与各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套，适宜测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套，适宜在煤矿采掘工作面、回风巷道等地点固定使用。在煤矿采掘工作面、回风巷道等地点固定使用。采用热催化原理与热导原理相结合来测量沼气浓采用热催化原理与热导原理相结合来测量沼气浓度，克服了单一元件测量

7、过程中的不稳定现象，度，克服了单一元件测量过程中的不稳定现象，具有性能稳定、测量精确、响应速度快，结构坚具有性能稳定、测量精确、响应速度快，结构坚固、易使用易维护等特点。并具有遥控调校、断固、易使用易维护等特点。并具有遥控调校、断电控制、故障自校自检等新功能。电控制、故障自校自检等新功能。原理说明原理说明：正常时，输出正常时，输出信号给系统；信号给系统；当浓度达到报当浓度达到报警值时产生声警值时产生声光报警，同时光报警，同时将信号发送给将信号发送给系统产生报警；系统产生报警；当浓度达到断当浓度达到断点值时报警并点值时报警并输出信号输出信号（AI）给系统）给系统判断后执行两判断后执行两道断电指令

8、，道断电指令，同时发出断电同时发出断电信号（信号（DO或或)执行断电指令，执行断电指令，并将切断信号并将切断信号(DI与与)反馈给反馈给系统。系统。CH4(CO)浓度浓度1.5%1.0%报警值报警值断电值断电值分线盒分线盒本安电源本安电源AC127VDC12V本安总线电缆本安总线电缆系统现场本安系统现场本安I/O箱箱报警和切报警和切断信号传断信号传递给系统递给系统模拟量信号模拟量信号（AI)执行切断指令执行切断指令-2现场供电高现场供电高爆开关爆开关执行切断指令执行切断指令-1CH4(CO)传感传感器，通过密码器，通过密码可设定参数可设定参数执行切断执行切断指令指令-3数字量信号数字量信号（D

9、O)电力分电力分站站PKS系统系统切断反馈信号一氧化碳传感器n检测原理1)当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化。当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化。2)一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。其化学反应式为：一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。其化学反应式为：3)CO+H2OCO2+2H+2e4)氧化反应产生的氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：的对电极上，与水中的氧发

10、生还原反应。其化学反应式为：5)1/2O2+2H+2eH2O6)因此，传感器内部就发生了氧化因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：还原的可逆反应。其化学反应式为：7)2CO+2O22CO2传感器内部配置图温度传感器n热电偶测温原理热电偶测温原理内部结构及接线图内部结构及接线图各种热电偶高温热电偶分度号S高温陶瓷保护管工业常用热电偶风压风压传感器传感器n检测原理检测原理扩散硅差压气体传感器选用高扩散硅差压气体传感器选用高精度、高稳定性的扩散硅差压精度、高稳定性的扩散硅差压敏感芯片，将所测的差压信号敏感芯片，将所测的差压信号经过精密补偿和信号处理，转经过精密补偿和信号处理，

11、转换成标准电流（电压）信号输换成标准电流（电压）信号输出，可直接与二次仪表和计算出，可直接与二次仪表和计算机控制系统连接，实现生产过机控制系统连接，实现生产过程中的自动控制和检测，可广程中的自动控制和检测，可广泛用于工业领域中进行非腐蚀泛用于工业领域中进行非腐蚀性气体的差压测量，特别适用性气体的差压测量，特别适用于风压测量。于风压测量。差压传感器示意图差压传感器示意图风速传感器风速传感器n工作原理简述工作原理简述 在无限界流场中，垂直插入一在无限界流场中，垂直插入一根无限长的非流线型阻力体根无限长的非流线型阻力体（旋涡杆或称旋涡体），当流（旋涡杆或称旋涡体），当流经该非流线体的流速（经该非流线

12、体的流速（V V）大于）大于某个值时，非流线体的两边即某个值时，非流线体的两边即产生两列内旋，方向相反、交产生两列内旋，方向相反、交替出现的旋涡，旋涡的频率替出现的旋涡，旋涡的频率（f f）与风速成线性关系。这个）与风速成线性关系。这个现象被称为卡门涡街。只要测现象被称为卡门涡街。只要测到旋涡的频率（到旋涡的频率（f f）即可得到所）即可得到所需的风速（需的风速（V V）值。）值。n工作原理示意图工作原理示意图烟雾传感器烟雾传感器n烟雾检测原理图烟雾检测原理图工作原理工作原理 粒子式感烟探测器的原理如图：在两个粒子式感烟探测器的原理如图：在两个金属平板之间加上直流电压，并在附近金属平板之间加上

13、直流电压，并在附近放上一小块同位素镅放上一小块同位素镅241241。当周围空气。当周围空气无烟雾时，镅无烟雾时，镅241241放射出微量的放射出微量的射线，射线，使附近的空气电离。于是在平板电极之使附近的空气电离。于是在平板电极之间的直流电压的作用下，空气里就会有间的直流电压的作用下，空气里就会有离子电流产生。当周围空气有烟雾时，离子电流产生。当周围空气有烟雾时，烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分离烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分离子吸附，使的空气中的离子减少，而且子吸附，使的空气中的离子减少，而且微粒本身也吸收微粒本身也吸收射线，这两个因素使射线，这两个因素使得离子电流减小。烟雾越浓，离子电流

14、得离子电流减小。烟雾越浓，离子电流减少越来越明显。改变电离平衡状态而减少越来越明显。改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后级电路处理识别输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。报警开关信号。开停传感器开停传感器nKJ90-F8/KJ90-F16型井下监控分型井下监控分站站n监控分站是一种以嵌入式芯片为核监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机计算机系统，可挂接多种心的微机计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状

15、态等进行连续监测，具设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多制式的信号采集功能有多通道，多制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将监测道德各种环境线方式能及时将监测道德各种环境参数、设备状态传送到地面并执行参数、设备状态传送到地面并执行中心站发出的各种命令，及时发出中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。报警和断电控制信号。KGJ15型设备开停传感器KG3007A型矿用温度传感器KGJ16型智能遥控瓦斯传感器KGJ15型设备开停传感器KJF16A-4型通用监控分站适用于信息相对集中的区域适用于信息相对集中的区域主传输线主传输线3、信号传输网络、信号传输网络矿务局矿务局省安全局省安全局国家煤矿安全监察局国家煤矿安全监察局发射机站发射机站4、地面中心（监测系统）、地面中心（监测系统）