煤矿瓦斯测量系统（精选十篇）
煤矿瓦斯测量系统 篇1
煤层气 (俗称瓦斯) 的热值和成分与常规天然气有着相似的特征, 是一种热值高、无污染的能源品种, 可用于发电燃料、工业燃料、化工原料和居民生活燃料。我国作为煤炭生产和消费大国, 随着煤炭的开采每年向大气排放煤层气约199亿 m3, 造成资源的巨大浪费和对环境的严重污染。据测算, 我国埋深在2 000 m以内的煤层气资源量可能达到35万亿m3[1,2,3,4]。 为了更好地利用瓦斯, 某煤矿于2009年建成了瓦斯发电站, 安装了500GF-RW型发电机组, 总装机容量为16×500 kW。机组运行初期, 由于瓦斯气压和浓度波动较大, 机组运行不稳定, 造成机组出现开停机次数多, 输出电压、电流不稳定, 电能品质较差等问题。为了实现并网供电, 需要精确测量输出的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能等参数。目前, 国内相应的电参数测量系统功能单一、可靠性差, 没有实现网络化、智能化, 引进的电参数测量系统存在价格高、与现场实际需求有出入、维修困难的缺点, 因此, 有必要研制一种符合实际需求、价格适中、运行可靠的电参数测量系统。笔者根据该煤矿瓦斯发电站的现场实际需要, 设计了一种低成本、高可靠性的基于DSP的电参数测量系统。
1 系统总体结构
基于DSP的电参数测量系统能同时测量三相工频交流电 (频率波动范围为45～65 Hz) 的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、总有功功率、总无功功率、功率因数、电网频率、有功电能和无功电能等电参数, 其总体结构如图1所示。该系统主要技术指标: (1) 实现三相额定交流相电压 (220 V/380 V) 的测量, 过载能力:在较长时间内可达到1.2倍额定交流电流, 在较短时间内 (5 s) 达到10倍额定交流电流; (2) 实现三相额定交流电流 (300 A) 的测量, 过载能力:在较长时间内可达到1.2倍额定交流电压, 在较短时间内 (1 s) 达到2倍额定交流电压; (3) 三相三线或者四线任意选择; (4) 实现电压和电流相序检测功能。
基于DSP的电参数测量系统核心控制器采用DSP TM320LF2407A芯片, 该芯片运算速度快、支持浮点运算、测量精度高、抗干扰能力强;自带12位AD转换器, 只需搭建外部信号调理电路即可;提供高度专业化的指令集, 提高了快速FFT和滤波器的运算速度;具有高速、同步串口和标准异步串口[5,6]。显示器采用OCM12864-8图形点阵液晶显示器, 该显示器尺寸小、功耗低、显示信息量大。键盘模块采用ZLG7289集成按键处理芯片, 该芯片具有串行接口, 同时连接64个按键并同时驱动8位共阴数码管, 内含去抖和扫描电路, 并具有按键触发中断功能。
2 系统硬件设计
2.1 电压采集调理电路
电压电流传感器输出的电压信号不一定符合DSP的A/D采样要求, 因此要进行2个环节的处理:一是电压压缩, 二是电压抬升。如图2所示, 上半部分为压缩电路, 将输入为-3～+3 V的信号转换为-1.5～+1.5 V的信号;下半部分为抬升电路, 将有正有负的交流信号加上一个直流偏量变为正的直流信号, 将压缩后的电压信号抬升1.5 V, 最终输出0～3 V电压信号供DSP进行AD转换。电路输出端通过2个EN5817二极管进行钳位, 使输入DSP的U0范围不超过0～3 V[7]。
由图2可得
则
2.2 电流采集调理电路
电流采集调理电路采用交流互感器TA17―04采集电流信号, 通过典型电路进行电流电压转换、抬升后送给DSP, 如图3所示。
TA17-04的变比为2 000:1, 由图3可得
则
2.3 三相电参数计算
DSP以三相和单相瞬时无功功率理论为基本算法, 进行三相有功、无功功率和总有功、无功功率的计算。而瞬时无功理论中的概念都是在瞬时值的基础上定义的, 无论是三相三线还是三相四线都可以求出电参数, 有功功率和无功功率算出后, 通过对时间的积分, 便可计算出电能。
2.4 红外线通信电路
红外线通信电路由DSP的串行接口与片外的红外发射和接收电路组成, 如图4所示。
3 系统软件设计
基于DSP的电参数测量系统软件主要包括DSP编程控制程序、LCD显示程序、键盘控制程序、语音模块程序、红外模块程序等。该系统软件程序流程如图5所示。系统首先进行初始化, 初始化完毕后输入密码, 密码正确后可进入选择功能主界面。选择功能主界面有参数测量界面、修改密码界面、语音模块、通信传输界面4个选项。通过选择要实现的功能, 系统会进入次级菜单, 任务完成后, 程序回到选择功能主界面。
4 系统测试
为验证基于DSP的电参数测量系统的可行性, 对该系统进行了测试。利用三相调压器、3个单相调压器、电抗器和滑线变阻器来模拟三相电压、电流源, 采用电能质量分析仪HIOKI3169测量电压和电流。测试结果如表1～3所示。
从表1～3可看出, 该系统测量的三相电压、电流、有功功率、功率因数误差都控制在0.5%以内, 说明该系统具有较强的稳定性和抗干扰能力。
5 结语
基于DSP的电参数测量系统现已在某煤矿瓦斯发电站使用, 从一年多的运行情况来看, 该系统可准确测量输出的三相电压、三相电流、三相有功功率等参数, 测量误差较小, 系统运行稳定可靠, 具有良好的推广和使用价值。
参考文献
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[5]张卫宁.TMS320C2000系列DSP原理及应用[M].北京:国防工业出版社, 2002.
[6]王晓明, 王玲.电动机的DSP控制——TI公司DSP应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
煤矿瓦斯监测监控系统管理实施细则 篇2
瓦斯监测监控系统是领导煤矿安全生产决策提供科学可靠的第一手材料，是及时协调和正确指挥生产的重要途径。为了充分发挥煤矿瓦斯监测监控系统在煤矿安全生产中的重要作用，有效遏制煤矿重特大瓦斯事故的发生，规范瓦斯监测监控系统的运行管理，真正发挥监控系统在“一通三防”中得作用，保证瓦斯监测监控系统正常运行及运行的有效性，根据《煤矿安全规程》（2006年版）和上级有关文件，对系统的日常维护及责任管理规定了《安益煤矿瓦斯监测监控系统管理实施细则》，请遵照执行。
一、管理机构
煤矿安全监测监控系统由董事长为组长，总经理、总工程师、安全、企管副总经理、通风部为副组长，生产部副部长、生产连队队长为成员的领导组；调度监控组和通风队全面负责具体工作。
二、管理职责范围划分
1、调度监控组负责煤矿安全监测监控系统井下主传输电缆的敷设、分站定位、监测监控设备装置的管理和井上中心站得数据处理。按标准安装、回收各类分站、断电仪及各类传感器保证系统正常运行：监控系统安装在地面的所有设施及其附属设备，均由调度监控组负责管理和维修。
2、安装敷设在回采工作面的各种传感器、断电仪及相应的传输电缆，均由在工作面的生产队组负责管理，随着工作面的推进负责该传感器及传输电缆和移动、回收。
3、安装敷设在掘进工作面的各种瓦斯传感器、断电仪及相应的传输电缆，均由在工作面的生产队组负责管理，并且随着工作面的延伸负责该瓦斯传感器及传输电缆的移动、回收，当传感器电缆要用完时，应及时调度监控组补充电缆。
4、相对固定的装置均由调度监控室负责管理、使用和维修。
5、系统的分站和电源安设在什么地点，就由管辖区的队组负责管理，要班班观察电源、分站的批示灯是否正常显示，若有异常情况，及时向调度监控室汇报。
6、凡属于与装置关连的电气设备，电源线、控制线均由管辖范围的机电维护人员负责安装，在安装拆除时，必须与监控组联系现场共同进行。
7、生产队组检修或更换与分站、断电仪等相关的电器设备，或有计划区域性停电检修影响监测监控系统正常运行的必须提前1天汇报调度室，经生产、安全副总经理或调度主任批准后，调度监控组配合实施，生产队组无权中断监测监控装置的正常运行。否则，追究有关人员的责任。
8、井下装置发生故障时，先由瓦检员就地代替传感器进行检查，但断电装置必须在8小时内修好，投入使用，否则必须停产修复。
9、如果监测装置与人工监测出现误差时，在测值的正负0.2%范围内，应以测值大的瓦斯浓度为准，以确保安全。
10、如人员监测平均值与装置监测值误差超过0.2%时，监测人员应立即下井进行校正，在此期间，任何人不得擅自停用监测装置。
11、使用监测装置断电的工作面、井巷等地点，严禁自动复电，只有当瓦斯浓度降到《煤矿安全规程》规定以下，方准人工复电。各级值班管理人员，在断电装置出现故障末采取措施，末经生产、安全副总经理或调度主任批准，不得指示甩掉断电装置不用。
12、瓦检员、安全员、采掘班组长每班至少对所管辖范围内的监测装置和支线电缆进行一次外观检查，发现问题及时汇报调度、监控组并协助处理。13调度监控组要不定期检查，不断完善安全监控系统的各项工作。
三、安全监测监控设备的安装要求及标准
1、安装前准备工作
1-1根据要求确定安装位置和电缆长度
1-2检查设备各部件应齐全、完整，电缆无破口、绝缘导通性良好，并备足安装用的各种材料。
1-3设备的调试要求：分站、传感器、断电仪等装置必须在井上正常运转24h后可下井。
2、井下安装
2-1设备搬运或安装时要轻拿轻放，防止剧烈震动和冲击。2-2敷设的电缆必须使用专用阻燃或光缆，严禁与调度电话电缆或动了电缆连接，并且要与动了电缆保持300mm以上的距离。固定电缆要用吊钩悬挂，非固定电缆要用柔性材料悬挂，悬挂点间距为3m，每拉一次线，必须按标准吊挂。
2-3监测设备本质安全电路部分的输入、输出信号必须为本质安全型信号。高压部分必须按照煤矿防爆要求封盖。供电电源必须取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。
2-4电缆进线嘴连接要牢固，密封良好，密封圈直径和厚度要合适。2-5传感器和井下分站的位置和瓦斯传感器报警点、断电仪、复电点及断电范围要符合有关要求。
2-5-1瓦斯传感器应垂直悬挂，回采工作面瓦斯传感器应吊挂在距切眼煤帮不大于10m、距顶板不大于300mm、距巷道侧壁不小于200mm的位置；回风流瓦斯传感器应呆挂在距回风顺槽口10-15m，距顶板300mm、距巷道侧壁不小于200mm无淋水的位置，并且随工作面的推移而移动。其它传感器（开停、风速、一氧化碳、风门、馈电、风筒等）设置在能正确反应该设施或参数的位置。
2-5-2掘进工作面瓦斯传感器应吊挂在距工作面不大于5m的位置，随工作面的延伸而移动，使之始终处于小于5m的位置。
2-5-3井下分站应设置在无淋水、宽敞、易于检修读数，并且与传感器之间的距离不大于监测系统要求的巷道或硐室。
2-5-4瓦斯传感器的报警点、断电点、复电点与断电范围协调必须符合《煤矿安全规程》第168条规定。
3、安装完毕后，由调度监控组与辖区负责人，现场清点所安装设备的数量、型号，检查电缆悬挂是否符合标准等，验收合格后，填写监控设备使用卡片，双方负责人签字，各持一份留存。
四、断电仪安装、拆移
凡需安设断电仪的工作地点，必须在作业规程或安全技术措施中对传感器数量、连锁开关安设地点、接点和电源线及控制范围等做出明确规定。
应安装断电仪的地点，开工前由施工队组与矿调度值班室联系，由调度值班室下达通知单，调度监控组准备调试和所需断电装置，生产队组准备连锁开关等，安装前1天生产队组与调度监控组具体联系。凡因工作失误影响断电仪安装运行和采掘工作面正常开工者，将追究有关人员的责任。
断电装置由调度监控组安装。
五、其它
煤矿瓦斯治理的通风系统设计 篇3
【关键词】煤矿 瓦斯治理 通风系统
煤矿瓦斯事故是制约煤炭工业安全发展的突出问题[1-2]，因此研究煤矿瓦斯治理具有重要意义。矿井通风系统、抽采抽放、监测监控、现场管理是影响瓦斯治理的四个关键环节[3]，本文对建立健全、稳定、可靠的矿井通风系统进行了研究。
一、通风设备布置
（一）井下通风设施布置
第一、主要进、回风巷之间的每个联络巷中，必须砌筑永久性风墙；需要使用的联络巷及风井安全出口，必須按设计安设两道连锁的正向风门和两道反向风门。
第二、采空区必须及时封闭。必须随采煤工作面的推进，逐个封闭通至采空区的联通巷道。工作面开采结束后，必须在所有与采区相通的巷道中设置密闭墙，全部封闭采空区。
第三、控制风流的风门、风墙、风桥、风窗等设施必须可靠。不应在倾斜运输巷中设置风门；如果必须设置风门，应安设自动门或设专人管理，并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全措施。
（二）确保风流稳定
为了保证风流稳定，需要在部分通风网路上安设风门、调节风窗和密闭等通风构筑物，并随生产的进度进行及时调节补充，风门间应尽可能设置闭锁装置。确保各用风地点的风量、风速符合《煤矿安全规程》的规定，确保风流稳定。
二、风量计算方法
基于分别计算法计算矿井需风量的公式如下：Q=（∑Q采+ΣQ掘+ΣQ硐+ΣQ它）×K矿通式中：
Q，矿井所需风量总和，m3/min；ΣQ采，回采工作面需风量之和，m3/min；ΣQ掘，掘进工作面需风量之和，m3/min；ΣQ硐，硐室所需风量之和，m3/min；ΣQ它，其它用风量地点所需风量之和，m3/min。K矿通，矿井通风系数，抽出式K矿通取1.15～1.2。
（一）Q采的计算
Q采的计算方式包括：按采煤工作面的瓦斯涌出量计算；按采煤工作面所需风量计算；按采煤工作面温度计算；按炸药使用量计算；按采煤工作面同时工作最多人数计算五种，然后选取其中一个最大值作为Q采，并通过风速验算公式验证。由于篇幅限制，这里只介绍按采煤工作面温度计算公式，因为其计算结果往往大于其它四种计算结果。按采煤工作面温度计算公式为：Q采=60×Vc×Sc式中：Q采为采煤工作面需要风量，m3/min；Vc为回采工作面适宜风速，m/s；Sc为回采工作面平均有效断面，按最大和最小控顶距有效断面的平均值计算，m2；所选择的Q采值需要满足以下验算公式范围：15×Sc≦Q采≦240×Sc。
（二）Q掘的计算
Q掘的计算方式包括按炸药使用量计算、按掘进工作面同时工作的最多人数计算、按局部风机吸风量计算三种。这里分别按照三种方式计算，并选取其中的最大值。下面一一进行介绍。
A、按炸药使用量计算公式为Q采=25Aj式中：Aj为掘进工作面一次使用最大炸药量，kg。B、按掘进工作面同时工作的最多人数计算为Q掘=4·N掘式中：4为每人每分钟供风标准，m3∕min；N掘为掘进工作面同时工作的最多人数。C、按局部风机吸风量计算的公式为Q掘=Qf×I×kf式中：Qf为掘进面局部通风机额定风量，m3∕min。I为掘进面同时运转的局部通风机台数，台；kf为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数；一般取1.2～1.3。
（三）Q硐的计算
独立通风硐室主要有井下炸药库、采区变电所、充电硐室及一些需要独立通风的机电硐室等。炸药库配风必须保证每小时4次换气量：Q库=4V/60式中Q库为井下炸药库需要风量，m3∕min。V为井下炸药库的体积，m3。B、充电硐室应按其回风流氢气浓度小于0.5%计算风量。C、机电硐室需风量应根据设备降温要求进行配风。D、选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30℃，其它硐室温度不超过26℃.
（四）Q它的计算
根据经验，按（ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐）的10%计算。矿井负压按下列公式计算：h=Q2/S3 +h局R=α·L·P·/S3 式中：H为全矿井风压，Pa。R为井巷摩擦风阻，NS2/m8；α为摩擦阻力系数，NS2/m4；L为井巷长度，m；P为井巷断面周长，m；S为井巷断面积，m2；h局为局部阻力，按全矿风压的10%计算，Pa。等积孔计算公式如下：A=（1.19×Q）/ H （㎡）式中：A为等积孔，㎡；Q为矿井总风量，㎡/s；H为矿井负压，Pa。
三、通风措施
为了提高通风系统可靠性，本文建议执行以下通风措施：（一）根据通风需要，安设风门、调节风门；（二）同一井巷内安设两道风门时，必须保证两道风门不同时开启，防止造成风流短路；（三）勿在巷道内堆放杂物，保证巷道的有效断面；（四）严格按设计掘进、支护巷道，以保护巷道断面尺寸；（五）加强对各种通风设施和巷道的日常管理。（六）对相邻巷道的掘进时，尽量减少放炮震动，同时注意加强支护，防止岩体（或煤体）松动或破碎，以有效防止漏风；（七）加强对各通风设施的管理，对应密闭的地点应采用构筑物或永久密闭装置密闭，以保证满足通风及其它功能需要；（八）加强各通风设施的日常管理，保证设施满足设计和使用功能的需要。
四、结论
通风系统稳定是瓦斯治理的关键环节，对防止局部瓦斯集聚、对井下各作业地点瓦斯浓度的控制、对采煤、掘进工作面及其它巷道风排瓦斯都具有重要的作用。本文从通风设备布置、风量计算方法、通风措施三个方面对矿井通风进行了研究，所得结果对于煤矿通风系统管理具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]岩敦.新一代煤矿通风与安全瓦斯监控系统[J]. 中国煤炭. 2005（09）
[2]郭献文，汪延，周立民. 瓦斯爆炸：煤矿矿难头号杀手[J]. 瞭望. 2005（29）
浅析煤矿瓦斯监控系统 篇4
我国矿井瓦斯监控技术经历了从简单到复杂、从低水平到高水平的发展过程。从新中国成立初期到20世纪70年代, 煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定仪、风表等携带式仪器检测井下环境参数。20世纪60年代初期, 我国开始研制载体催化元件, 随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展, 特别是大规模集成电路、微型计算机的广泛应用, 使监控技术进入了新的发展时期。20世纪70年代瓦斯断电仪问世, 装备在采掘工作面、回风巷道等井下固定地点, 实现了对瓦斯的自动连续监测及超限时自动切断被控设备的电源。随后, 陆续研制了便携式瓦斯检测报警仪、瓦斯报警矿灯。1983年至1985年, 从欧美国家先后引进了数10套监控系统及配套的传感器和便携式仪器装备煤矿矿井, 并相应地引进了部分监控系统、传感器和敏感元件制造技术, 由此推动了我国矿井安全监测监控技术的发展进程。1983年以后, 国内有多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定, 逐步实现了对矿井安全、生产多种参数的连续监测、监控、数据储存和数据处理。近几年, 随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要, 国内各主要科研单位和生产厂家推出了多种监控系统, 监测管理系统由早期的地面单微机监控已发展到网络化监测监控, 以及不同监测监控系统的联网监测, 完成监控数据的采集、传输、处理及预警控制。
1 煤矿瓦斯监控系统的结构组成
1.1 中心站
1.1.1 中心站系统组成中心站由监控主机工控服务器、系统监
控软件、网络附件系统、电源系统、网络打印机、中心监控大屏系统、大屏幕控制软件、大屏幕控制开关电源等组成。
1.1.2 中心站软件功能监控主机服务器可以进行数据存储、报
警、显示、打印, 同时可以在监控中心设置“各矿瓦斯数据监视大屏”, 对井下各分站进行监测监控。主要功能有: (1) 简单配置功能。地面可对井下分站、传感器的数量、类型、参数、安装地点等进行设置。 (2) 丰富的图形功能。各种瓦斯监测数据动态图形、柱状图、实时曲线、历史曲线显示。 (3) 用户根据实际情况自行设计实用的报表功能。软件可自动生成报表, 报表内容、起止时间可由用户设定。 (4) 可靠的存储功能。软件可根据具体要求定时存储一组数据。 (5) 进行实时数据、实时曲线、实时报警数据、实时断电数据查看, 历史数据显示, 历史曲线、历史报警数据、历史断电查看, 其它历史故障、传感器标定、传感器设置、数据传输设置。
1.2 井下分站尽管各厂的监控系统井下分站形式多样, 但基本上具备以下功能:
(1) 开机自检和本机初始化; (2) 通信测试; (3) 分站设程控 (实现断点仪、风电瓦斯闭锁、瓦斯管道监测和一般的环境监测) ; (4) 死机自复位且通知中心站; (5) 接收地面中心站初始化本分站参数设置 (如传感器配接通道号、量程、断电点、报警上限和报警下限等) ; (6) 分站自动识别配接传感器类型 (电压型、电流型或频率型等) ; (7) 分站本身具备超限报警; (8) 分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作和异地断电。
监控系统的软件设计主要解决煤矿井下采区现场监控设备的注册, 具有数据的接收、转发、管理、发布和远程控制等功能。监控软件的结构和功能分以下几个模块:注册模块、数据接收模块、数据转发模块、数据存储处理模块、数据管理模块、数据发布模块、远程控制模块。
1.3 通信接口井下瓦斯等信息采用分时多路复用技术传输, 信息的传输是井下监控分站的信息交换过程。
信息传输的主要表现为信息下发是由地面主机产生的, 传输到井下的监控仪处理后, 执行各种反馈任务。井上、井下信息传输设备接口通常采用RS485通信协议和CAN总线通信。RS485采用差分平衡式无地线传输方式, 数据传输质量高, 抗干扰能力强, 符合欧洲工业标准。随着CAN总线技术的发展, 分站通过CAN总线中心站计算机进行数据通讯, 能够满足矿井监控系统对监控分站的要求。
1.4 瓦斯传感器传感器的稳定性和可靠性, 是煤矿监测监控系统能否正确反映被测环境和设备参数的关键。
催化的燃烧型瓦斯传感器是当前煤矿使用最广泛、最普通的瓦斯传感器, 是煤矿用来监控矿井瓦斯动态的有效工具。随着其技术的发展与完善, 该类型仪器近年来发展迅猛, 产品种类繁多, 从报警矿灯、便携式瓦斯报警仪到安全监控系统中的低瓦斯传感器, 现已占据了煤矿瓦斯检测的主导地位。
2 煤矿瓦斯监控系统存在的问题及其解决措施
在安全监控系统方面, 计算机硬件采购投入大, 软件投入少;信息平台已建立, 但没有有效利用各类信息。目前, 在我国煤矿安全监测行业, 煤矿安全监控系统并没有统一的通信协议, 系统各自处于封闭状态, 系统间无法实现信息资源共享, 很难实现更高级别联网及实行监控和管理。
因此, 煤矿瓦斯监控系统不应仅仅限于能实现监测监控, 还应研发出能根据被监测环境地点的参数进行有效危险性判别、分析并提出专家决策方案的新软件。同时系统应用软件应向网络发展, 按统一格式提供监测数据, 针对通信协议不规范和传输设备物理协议不规范的情况, 应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径, 或制定相应的专业技术标准。这对促进矿井监控技术发展和系统推广应用均具有重要意义, 同时研制高可靠性瓦斯传感器、强化技术培训等等、提高现场管理和对监测系统的维护水平等等, 都能很好的确保系统的正常运转。
3 结束语
随着国家经济的快速发展, 煤炭工业出现了历史以来最好的情况, 煤炭持续出现买方市场, 煤矿效益大大提高, 用在生产和安全方面的投入明显增加了, 特别是最近几年通过国家安全治理整顿, 加大安全监察和资金投入力度, 落实国家提出的“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯治理十二字方针后, 全国各国有煤矿矿井基本上都购置安装了安全 (通风) 监测监控系统, 实现了对井下瓦斯、一氧化碳、风速、风压、温度、风机开停、风门开关的自动、连续、集中监测和瓦斯超限、报警断电, 曾多次避免了瓦斯和火灾事故。大部分矿区还实现了全局、全省监测数据联网, 对煤矿安全生产起到了重要的促进作用。
摘要：煤矿的瓦斯灾害时有发生, 不仅威胁井下人员生命, 摧毁矿井设施, 迫使矿井停产, 而且需要投入大量人力物力抢险救灾。因此, 对瓦斯参数进行监测并对其抽放进行智能控制已势在必行。煤矿抽放瓦斯, 既可以解决煤矿瓦斯灾害, 又可以变废为宝, 产生洁净能源, 减少大气污染。采用瓦斯监控系统, 能有效地对瓦斯抽放状态进行连续跟踪监测和实时调控, 使之在最佳状态下工作。本文对煤矿瓦斯监控系统进行阐述, 同时介绍了其存在的问题及其解决措施。
关键词：煤矿,瓦斯,监控系统
参考文献
[1]王衍生, 尹经梅, 刘平.监测监控系统在矿井瓦斯管理中的应用[J].矿业安全与环保.2000 (S1) :71～72.
煤矿瓦斯测量系统 篇5
关于印发《煤矿瓦斯监控系统 专项整治工作方案》的通知
各旗安监局，孪井滩生态移民示范区经发局：
为进一步完善煤矿瓦斯远程监控系统，切实解决各煤矿矿端监控系统存在的实际问题，保证煤矿瓦斯监控系统整体正常运行，为煤矿安全生产发挥积极的作用。我局制定了《阿拉善盟煤矿瓦斯监控系统专项整治工作方案》，现予印发。要求各旗安监局按《方案》选派相关人员参加专项整治工作。
二○一○年七月八日（此页无正文）
主题词：印发 专项整治 工作方案 通知
抄送：维护单位 阿拉善盟安全生产监督管理局 2010年7月8日印发 阿拉善盟安全生产监督管理局 煤矿瓦斯监控系统专项整治工作方案
煤矿瓦斯远程监控系统经过两年多的运行，一直未达到全盟整体平稳运行状态，存在许多急需解决的问题。尤其是各煤矿矿端部分存在着煤矿视频监控系统不完善，图像质量差，不能有效传输至各级安监局平台；瓦斯监控系统传感器配备数量不足，断线现象严重，个别煤矿瓦斯监控系统过期，煤矿瓦斯监控系统厂家多，设备型号杂，不能有效统一管理；煤矿监控室值班人员技能较差，对系统性能不了解；煤矿传输网络不稳定，不能平稳、实时传输至各级监控中心等，已严重影响到全盟监控系统整体网络平稳运行。为进一步完善煤矿瓦斯监控系统，切实解决各煤矿矿端存在的实际问题，保证煤矿瓦斯监控系统整体正常运行，为煤矿安全生产发挥积极作用。经研究，决定在全盟各煤矿开展一次煤矿瓦斯监控系统专项整治工作。
一、整治内容
1、检查各煤矿监控室是否配备专职监控人员，专职人员是否满足24小时值班需要，监控人员的技术技能是否满足实际工作需要。
2、收集煤矿井下瓦斯监控系统图。
3、检查瓦斯监控系统是否符合国家最新标准，系统运行是否正常，接口、分站、各类传感器状态是否正常，传感器数量是 否符合国家安设标准。
4、检查瓦斯监控系统硬件设备的备品备件情况，是否能满足实际需要。
5、检查瓦斯监控系统双机热备情况，要求必须有备份主机。
6、检查视频监控主机是否工作正常，各个监控点视频是否正常、视频传输质量如何，监控点数量是否符合实际要求。
7、检查网络状况，查看网络设备运行状况，是否延时、丢包，检验网络传输质量。
8、检查各硬件设备损坏情况。
9、检查监控室是否配备UPS不间断电源及运行状况如何。
10、检查各煤矿就阿盟安监局发（阿安监综字{2010}）63号和64号）及（阿安监综字{2010}109号）三个文件贯彻落实情况。
二、工作目标
本次整治工作主要目标是进一步完善煤矿瓦斯监控系统，了解和解决各煤矿矿端监控系统运行中存在的实际问题，提高各煤矿对瓦斯监控系统重要性的认识，增强其对煤矿监控系统管理的主动性和积极性，为下一步煤矿技改验收后，全盟煤矿监控系统的平稳运行奠定基础。
三、整治工作方法及时间安排
本次整治采取逐矿检查的方法对各煤矿监控室系统设备运行情况依据《煤矿安全规程》（2009）、《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）要求，从管理和技术两个层面 进行检查，对检查中发现的问题当时能改进的予以当时改进，当时不能改进的，逐矿下达限期整改指令书限期整改。
本次整治工作时间自2010年7月15日至2010年7月30日止。
四、组织领导
根据整治工作需要，成立专项整治联合工作组。组 长：武召维（阿盟安监局副局长）副组长：卢相承（阿左旗安监局副局长）
高 前（阿右旗安监局局长）
孙晓波（阿盟安监局煤矿瓦斯远程监控室主任）组成成员：
由盟安监局煤矿瓦斯监控中心、各旗局监控中心、维护服务单位各抽调2人组成。
五、整治工作要求
为了上述目标的实现、要求工作组各成员必须认清这次专项整治的重要意义，认真履行工作职责。各煤矿企业必须严肃地接受检查，对于查出的问题，必须认真落实整改，并提出以下具体要求。
1、未单独设置监控室的，必须尽快考虑监控室单独设置，不得与其他用途合属使用。
2、煤矿监控室值班人员配置不足的，必须立即配齐监控值班人员，保证昼夜24小时连续值班。
3、未建立监控室值班及管理制度，监控室卫生环境差的。必须立即进行整顿，建立监控室值班及管理制度，严格执行。
4、未做值班记录或接到井下报警信号时，未能询查报警原因及时向矿领导汇报处理的，责令立即整改，并依照相关规定提出处理意见。
5、值班期间，值班人员擅自脱岗或空岗的，责令立即整顿，并要求矿方立即提出处理意见。
6、擅自改变视频探头位置或采取其他手段影响视频信号传输者，责令矿方立即整改，并提出对矿方的处理意见。
7、煤矿井下各类传感器数量不足，位置不符合要求的，由工作组当场提出传感器数量要求和安设位置。并由监控系统维护服务单位指导矿方实施。
8、煤矿井下各类传感器未按规定时间进行标校或传感器出现负数传输者，查清其原因，按照相关规定提出处理意见。
9、检查中出现煤矿端监控设备损失的，由维护服务单位进行维修，损坏程度严重不能维修的，责令矿方更换新设备。
煤矿瓦斯测量系统 篇6
【关键词】煤矿瓦斯；远程；监管；系统
【中图分类号】F224-39【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0126-01
自20世纪80年代以来，我国已有某些条件较好的矿务局采用电话专线方式，实现了远程集中监测。近年来随着Internet网络技术的发展，有的矿务局也实现了基于普通网站的采用浏览器方式的监测。但是以往的这些监测都限于用文字或数字描述监测结果，显示不直观，没有空间分析功能，而基于WebGIS网站，具有GIS先进技术，通过浏览器操作直接在屏幕数字采掘工程图上实现实时实地监测和动态网络监管新技术首次在本系统中得到解决。以下将概述系统功能和主要操作过程[1]。
1 系统组成
系统的组成分地面和井下两大部分，地面部分由监控主机、图形工作站、远程终端、地面调制解调器、大屏幕、UPS和GMS测控软件包组成；井下部分主要由井下分站、隔爆兼本质安全型电源箱、各种配套传感器和专用信号电缆组成。
2 系统的需求分析
（1）适用多种通信协议，兼容多种分站同时运行，便于新老设备的交替。（2）采用安装位置和测点类型组合配置来确定惟一的测量点，不但使系统测点维护简单，即使调整物理通道也能保证数据的连续性，更重要的是能够真正使系统数据永久保存。（3）显示页面格式自由设置，不仅显示常规的测点和相应的实时数据，而且提供测点的图标信息、变化时刻及其相关控制定义信息等，反映数据更直观、全面，满足用户多种需求。尤其在超限断电的情况下，系统自动提供点对点的相关信息，数据信息一目了然。（4）数字量显示信息一改传统系统中“开”、“停”、“断电”等死板提示，取而代之的是数字量测点类型及其提示信息任意定义，使显示数据更贴近实际，提供给用户的是一个完整的句子，如：“西南采区8108综采面的采煤机正在割煤”。（5）曲线查询操作更方便、迅速。无论是三个月的趋势还是三秒钟的细微变化，一目了然。查询时间段长度任意，查询测点任意选择。（6）系统自动统计并提供打印系统故障资料，便于指挥安排维护工作。（7）支持标准的局域网和广域网。实现矿内、局内联网，通过程控电话拨号联网，即使远在天边亦可随时查看系统数据。（8）具备远程维护功能。（9）动态图形显示采用目前最先进的工控组态软件设计，图形页面由监控机房统一管理，通过网络共享[2]。
3 系统基本功能的设计
（1）监测低浓甲烷、一氧化碳、风速、高浓甲烷、温度、压力等环境参数。（2）监测风门，设备开/停状态和皮带运输机的开停等各种开关状态参数。（3）每个分站与中心站通信，受中心站控制，执行中心站的各种控制命令，并将分站的各种监测参数传送给中心站。（4）分站（包括电源箱）能独立工作，实现自动报警、断电等控制功能。（5）在不超过电源额定负载的前提下，可以接人8个模拟量传感器，8个开关量传感器，最多可以输出8组控制信号。（6）符合矿井环境需要，耐压，耐腐蚀，防潮和密封。（7）模拟量输人口即可以接频率型、电流型、电压型模拟量传感器，也可以接开关量传感器。接人类型只需在中心站通过软件定义即可实现。
与已往的模拟示意监测或表格监测显示截然不同，本系统能够在数字采掘工程图上十分直观地实地显示监测分站和传感器及控制设备的真实位置，实时实地显示监测数据与设备的运行状态及控制状态，煤矿安全状态一目了然，有助于及时发现问题和快速解决问题。
从传感器的分布位置和实时监测数据，右侧窗口直观显示传感器监测状态、报警状态和控制设备开停状态。可同时对数字矿图进行各种操作，如放大缩小和与各种其它图层叠加进行各种安全分析。能够随着工作面的推进编辑数字采掘工程图和移动传感器，始终保持最新位置状态。可以以图形方式实时监测单个煤矿的全部传感器的工作情况以及井下设备的工作状态。在图上能够看到每个传感器当时的瓦斯浓度大小和设备的开停状态，具有瓦斯超限时有铃声报警的功能，通信中断有相应的显示。首先点击“在线监测”链接，然后在下拉框中选中要监测的煤矿，点击“启动监测”链接[3]。
4 煤矿瓦斯远程自动监管信息化系统的实现
为确保矿井通风安全监测监控系统的安全、可靠和正常运行，必须做好监测监控系统的使用、调试和维护等管理工作。在使用装置前，必须按产品使用说明书的要求，调试合格后方可使用。每隔7天必须使用校准气样和空气样按产品使用说明书的要求对瓦斯传感器进行1次调校，其他传感器也应按使用说明书要求定期调校，使各项指标符合规定[4]。
井下监测员必须24小时值班，监测装置发生故障时应及时处理。在井下处理故障时，必须严格执行有关规定，并填写故障登记表。在井下无法处理时，应在24小时内更换。在处理故障期间应有安全措施。各种装置在井下连续运行6—12个月，须将井下部分运到井上进行全面检修。矿井安全监测监控系统信息处理的管理工作 为了充分利用矿井通风安全监测监控系统的信息资源，及时发现井下安全问题，应注意以下几点：
①中心站每班必须有1名值班员值班。值班员应认真监测终端机屏幕所显示的各种信息，详细记录累计各部分的运行状态，负责打印监测重点日报表：接到警报（或断电）信号及事故警报，应立即通知通风调度、生产调度。
②值班员组长必须对当日获得的信息进行分析整理，写出主要情况、问题及处理意见的书面报告（日报），送通风区（科）长或工程师批示后报送矿长和总工程师审阅，并定时向矿务局通风处汇报。
⑧矿长、总工程师应经常通过终端了解并下安全情况、调阅计算机存储的资料，更好地指挥安全生产。
④矿通风部门负责人应经常组织有关专业人员分析、研究矿井通风安全监测监控系统的数据，结合井下采掘动态，掌握瓦斯、自然发火等变化规律，并制定相应的防治措施。
结论
煤矿瓦斯远程自动监管信息化系统在网站浏览器上实现实时监测，为集中或分布式全方位监测与管理提供了可能，为监测信息的高度共享提供了可能。
参考文献
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[2] 朱红汉，刘祖飞.煤矿瓦斯治理关键技术探讨[J].科技资讯，2011（02）
[3] 郑伟.煤矿瓦斯安全自动监测与报警系统研究[J].科技风，2010（04）
煤矿瓦斯分级报警系统设计 篇7
瓦斯事故是煤矿发生最频繁以及危害最大的事故,它制约煤矿安全发展和可持续性发展,也影响社会稳定。据统计2004年至2013年期间,我国煤矿共发生重特大事故300起,死亡人数为6680人。其中,重特大瓦斯事故为187起,共死亡4445人[1],因而煤矿必须做好瓦斯防治工作。利用计算机、网络通讯等现代高科技手段,将煤矿瓦斯监测监控系统联网,实时监控煤矿安全生产状况,出现安全异常时自动报警并向相关责任人发出报警短信,可以最大程度地降低瓦斯事故的发生[2]。
目前煤矿瓦斯监测监控系统普遍存在一些问题,具体如下:
1)大多系统都是依据国家相关标准中规定的报警、断电门限进行瓦斯超限处理,当瓦斯浓度达到报警门限时系统发出报警提示并发送短信到相关人员手机;当瓦斯浓度达到断电浓度时,切断矿井相关区域的电源。这种不分级别的瓦斯超限处理方式,使得报警无法分级响应,也丧失了提前处理的时机。
2)煤矿井下测点众多,每个测点都有发生瓦斯超限的可能,因而报警的情况是时有发生的。同时因为一些操作还会引起特殊情况,如煤矿井下放炮时会引起瓦斯浓度瞬间升高,一般会在较短时间内下降到安全值;煤矿井下设备(如分站、传感器等)维修也可能会造成短时间内的瓦斯假超限情况。以上各种情况因为系统没有分级处理因而都将引起报警,不利于相关人员及时掌握真正的瓦斯报警情况。
本文设计了煤矿瓦斯分级报警系统,利用现有KJ95N煤矿安全监控系统,对实时采集的瓦斯数据进行分析处理,将达到各级报警门限的数据根据不同的报警级别系统进行报警提示并发送相关短信到对应报警级别的责任人手机,实现瓦斯的分级报警、分级响应。
1 系统结构
煤矿瓦斯分级报警系统的系统结构如图1.所示:横线下方为利用已有的KJ95N煤矿安全监控系统通过分站将瓦斯传感器采集到的煤矿井下现场瓦斯数据收集起来供煤矿瓦斯分级报警系统使用。煤矿瓦斯分级报警系统将收集到的数据进行分析处理,将各级报警信息在终端上显示并自动发送报警信息短信给相关责任人。
2 系统功能
系统功能如图2所示,由以下几个功能模块组成:用户管理模块,瓦斯报警分级设置模块,瓦斯分级报警显示模块和短信发送模块。
1)用户管理:实现用户信息的增加、修改和删除操作。需要维护的用户包括操作系统的使用者以及接受瓦斯分级报警短信的各部门相关责任人员。
2)瓦斯报警分级设置:实现各级瓦斯报警的门限设置,根据瓦斯报警的不同严重程度设置与之相对应的不同瓦斯报警门限,当瓦斯浓度达到某个报警门限时触发系统进行具体级别的瓦斯报警提示以及进行短信自动发送。
3)瓦斯分级报警显示:瓦斯报警产生时系统将立即进行提示,并通过不同的颜色和语音来区分报警等级以方便用户第一时间掌握瓦斯报警信息;系统提供历史分级报警信息查询功能,以方便用户排查问题。
4)短信发送:实现报警短信设置、手动发送信息、发送记录查询功能。报警短信设置为不同级别报警信息设置需要其自动发送的不同级别、不同业务部门的相关责任人;需要设置具体部门的相关责任人接受哪些级别的报警信息,以及用于接受短信的手机号,手机号码必须正确以保证短信正常接受。除了自动发送报警信息,系统还提供手动发送信息功能,管理员可以向需要接受信息的责任人发送相关短信。系统提供所有的短信(自动发送和手动发送)发送记录查询功能。
3 关键技术
3.1 瓦斯分级报警
本系统将瓦斯报警划分为4个等级,等级越高其危害程度越严重:
初级报警:瓦斯报警、断电门限值比国家相关标准(如《煤矿安全规程》、《AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》)规定的值要低。出现一级报警时系统语音报警并弹出蓝色文字提示信息,向通风区长、分管区长、通风工区当日值班班长、分管队长、监控队长等发送报警短信。
一级报警:瓦斯浓度达到国家相关标准时发生一级报警;系统语音报警并弹出黄色文字提示信息,向通风区长、分管区长、通风工区当日值班班长、分管队长、监控队长等发送报警短信。
二级报警:瓦斯浓度超过国家相关标准,并涉及局部区域事态较为严重的报警为二级报警;系统语音报警并弹出橙色文字提示信息,除了向一级报警涉及人员发送报警短信,还需向矿长、总工程师、安监处长、矿相关业务部门等发送报警短信。
三级报警:瓦斯浓度严重超过国家相关标准,并可能涉及整个采区、整个矿井事态十分严重的报警为三级报警;系统语音报警并弹出红色文字提示信息,除了向一级、二级报警涉及人员发送报警短信,还需向集团公司董事长、总经理、安监局长、通风部、集团公司相关部门等发送报警短信。
3.2 报警短信发送
GSM(全球移动通讯系统)是我国目前覆盖范围最广的移动通讯网络系统。SMS(短信息服务)是基于GSM的一项增值服务,手机之间通过SMS进行短信通讯,其价格低廉且服务稳定。SMS除了实现手机用户之间的通信外,目前还被广泛地应用在远程数据采集与监控、电子商务、办公自动化等领域[3]。本系统使用GSM的SMS将各级瓦斯报警信息发送到相关责任人的手机。
4 结语
本文对煤矿瓦斯分级报警系统设计进行了探讨,系统将瓦斯超限引发的报警划分为四个等级,对瓦斯报警信息的分级细化处理将减少误报警的发生,提高瓦斯报警的处理效率,从而将在一定程度上降低瓦斯事故的发生有利于煤矿安全发展。
参考文献
[1]孙继平.煤与瓦斯突出报警方法[J].工矿自动化,2014(11):1-5.
[2]闵晓勇,雷玉勇.煤矿瓦斯超限分级短信报警的实现[J].煤矿机电,2005(6):25-26.
瓦斯监控系统在煤矿的应用 篇8
煤矿瓦斯监控系统的结构主要是由中心站、分站、通信接口和瓦斯传感器共同构成的。
中心站主要是由主机控制服务器、网络附件系统、系统监控部分、电源系统、打印机、中心屏幕及控制软件和控制电源组成的。中心站的软件功能主要是对主机服务器的信息和数据进行存储、显示、报警、打印。同时可以通过主机的屏幕对各个分站进行监控, 主要目的是能够实现开采资源的简单控制, 对于分站、传感器参数进行合理分配;提供更加丰富的功能图像, 能够根据现场提供的信息实时显示检测数据的动态图和柱状图等一系列图标;主机系统可以让各个分站的用户根据井下的实际情况自行设定符合自身条件的报表, 同时系统可以自动生成报表, 报表的详细内容可以由分站的用户自行设定;主机系统提供及时的存储功能, 主机软件可以在第一时间内形成一组存储数据并同时上传保存, 除此之外还可以对数据进行查看、历史数据显示和分析、历史故障确定和其他一系列详细的功能。
井下分站是各个分矿点的监控子系统, 主要负责开机后的自检和系统的数据初始化, 然后对自身的通信条件进行测试和分站的程控设施进行检测, 一旦无法正常工作会第一时间自动回复切通知中心系统, 同时接受地面中心站的参数设置和初始化数据。分站可以根据实际情况和自身条件自动识别和设置传感器的类型。除此之外, 分站本身还具有超限警报的功能, 通过警报实现手工断电或者远程自动断电。分站的系统软件设计主要是为了解决设备的注册问题, 提供了数据接收、转发和发布以及远程协控的功能, 监控软件的结构主要分为注册模块、数据的接收和转发模块、数据存储模块、数据的管理和发布模块以及远程控制模块几个部分。
通信接口主要负责井下的瓦斯信息分时多路传输, 信息的传输室井下监控分站的信息交换过程。信息传输功能的主要方面是通过地面主机传输到井下的监控仪器进行处理之后执行各项反馈任务。实现井上和井下的信息同步, 信息接口一般采用RS485的通信协议, 具有质量高和抗干扰等优点, 能够满足矿井监控系统对各个分站进行全方位实时监控的要求。
瓦斯传感器是整个瓦斯监控系统的核心, 传感器的可靠性和稳定性是煤矿检测系统正常使用的关键, 催化类的燃烧瓦斯传感器是目前使用最广泛的传感器之一, 是监控实时情况的最有效工具。随着这项技术的不断发展和完善, 这种仪器的更新换代也发展迅速, 从便携式的到大型机械各种种类齐全, 而且随着对安全生产要求的逐渐提高, 低瓦斯的传感器已经逐渐占据了瓦斯监测的主要地位。
二、煤矿气体监测系统的国内外发展状况
随着空气型传感器的不断更新, 针对各类监测对象可以分为燃气型、毒气型和氧气型的检测仪器, 这些仪器的结构又主要是固定式和便携式两种, 便携式的仪器可以利用扩散的方法进行检测, 还可以用于检测工作人员的定期安全检测, 同时也可以在危险环境中的工作人员随身携带。而大型的固定式的仪器以大型机械仪器为主, 主要是用于矿井下的固定地点的长时间检测。
目前世界各国有各自的瓦斯检测系统, 如法国的TF200、波兰的DAN640以及英国的MINO等系统, 其中最具有综合监控特点和代表性的是美国的MSA公司生产的监控系统和德国BEBRO的PROMO系统, 但是这两种系统没能做到数据的及时上传, 因此也就不能实现智能化的监控, 只能单纯地进行井下检测。我国的检测技术使用比较晚, 在八十年代初从国外的一些发达国家引进了一系列的安全检测系统, 在引进系统的同时进行消化和吸收并且结合了我国实际煤矿开采情况和自身条件由辽宁煤炭科学院和重庆煤炭科学院等中多煤炭科学研究院共同研制出了KJ2、KJ4、KJ38、KJ66、KJ75、JS、KJ10、KJ13、KJ19等一系列有关有害气体的检测系统, 在我国这种煤矿检测技术已经做到了大量的应用, 但是很大一部分还是采用传统的模拟数据传输方式, 只是将气体的浓度转化为电磁脉冲的大小, 很容易受到矿井下的电磁设备和矿产的干扰, 从而造成了检测结果的不准确, 导致误报的情况发生。
在我国的煤矿安全生产检测系统方面, 计算机的硬件采购和软件投入不成比例, 开采方只是单纯注重硬件的质量而忽视了软件的更新, 没能及时做到实际水平的提高。而且, 我国的安全检测行业没有统一的通信协议, 这就使得各个系统处于了各自相对封闭的状态, 系统之间就无法实现系统资源共享和信息交流, 更难以实现更高级别的互联网联动管理和监控。所以煤矿的瓦斯监控系统不仅只局限于中心站和分站的信息交流和共享, 还应该从研发环境和工作方式进行统一性的有效危险判别和同步分析的决策软件, 同时信息要做到网络化发展, 按照统一的数据格式进行监控, 通过提高各个系统的兼容性和制定相关的专业技术标准, 促进矿井瓦斯安全行业的发展和推广。同时要开发和研制更加有效的瓦斯传感器并且加强对安全工作人员的工作培训以及提高检测系统的工作和维护水平等。只有做到这些才能真正实现煤矿生产的安全作业, 保证施工单位和开采工作人员的生命财产安全。
三、结束语
随着我国经济的迅速发展, 在煤炭开采行业也出现了新的市场, 煤矿的市场效应大幅提高, 最近几年开始在生产和安全方面的投入有了大幅增加, 实行了先抽后采和监测监控的方式进行生产和开采, 全面实现了对于煤矿矿井下的瓦斯和一氧化碳含量以及风压、风速、温度以及其他方面的全方位监控, 避免了瓦斯和煤矿爆炸, 大部分地区还实现了信息联网, 对于安全开采的信息交流提供了便利的渠道。
摘要：在煤矿开采的过程中时常有瓦斯的灾害发生, 瓦斯泄漏事故不仅严重威胁着井下工作人员的生命安全和摧毁矿井内的设施, 使得矿井被迫停产, 还需要在发生灾害之后投入大量的人、财、物力进行抢修。所以, 对于煤矿开采工作中煤矿参数的检测和智能控制的系统建设势在必行。
关键词：煤矿开采,瓦斯监控,安全事故
参考文献
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[2]吴资玉.数字通信原理[M].北京:中国物资出版社, 1999.
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[4]王君.凌振宝传感器原理及检测技术[M].长春:吉林大学出版社, 2003.
煤矿智能瓦斯巡检管理系统的研制 篇9
瓦斯是煤矿生产中的有害气体, 严重威胁着矿工生命和国家财产的安全, 这就要求煤矿企业不断提高生产管理水平, 以适应当前煤炭工业的发展。近年来, 我国采矿自动化水平不断提高, 但管理水平还相对落后。提高管理水平, 不仅要对煤矿员工进行安全教育, 更要从实际的可操作的层面加强对员工特别是瓦检员的管理, 做到有章可循, 有据可查, 从而更好地督促瓦检员按时到规定的瓦检地点进行各项数据的测量及记录[1]。
目前, 煤矿企业瓦检管理主要采用瓦检牌等老式瓦检方法, 通过在移动式设备上加挂便携式瓦斯检测设备来检测瓦斯浓度, 工作人员在瓦检牌上登记瓦斯值, 但这种方式不能保证准确及时反映现场数据, 这给瓦斯异常情况上报及处理带来安全隐患。而且传统的笔记方式将数据记录在纸上, 日积月累, 各种报表大量堆积, 这给历史资料的查询和分析带来了麻烦。另外, 煤矿还存在瓦检员监督困难的问题。为彻底解决现有瓦检管理方式存在的缺陷, 保证瓦斯监测数据的准确性、及时性, 提高各煤矿对井下瓦斯管理的自动化水平, 实现瓦斯安全预警, 笔者研制了一套智能瓦斯巡检管理系统。该系统中的便携式瓦斯巡检仪可实时监测、显示及语音提示瓦斯浓度、时间、电池电压等信息。
1 系统设计原理
智能瓦斯巡检管理系统中, 瓦检员在巡检线路中可以随时利用瓦斯巡检仪保存信息, 在特定监测点瓦斯巡检仪会自动保存位置、时间等信息, 瓦检员回到地面将瓦斯巡检仪连接到计算机, 系统软件可对测量数据进行存盘、分析处理, 显示各种报表曲线, 如有需要可将巡检信息通过局域网上传到煤矿Web信息发布平台。煤矿各级领导能够及时准确了解现场数据及瓦检员工作情况, 并根据历史信息预测井下安全重点防范设备区域, 为各种决策提供依据。
智能瓦斯巡检管理系统采用了单片机技术、无线技术、传感器技术等。井下固定无线信号设备放置在瓦检员巡检路线上, 发射装置上的液晶屏显示当地地址编号、环境信息及时间等。瓦检员携带瓦斯巡检仪经过信号发射装置附近时, 瓦斯巡检仪和信号发射装置会自动选择合适的通信频率启动无线通信, 瓦斯巡检仪记录经过时间、当地瓦斯数据, 并通过语音给瓦检员提示当地的瓦斯信息。如果巡检途中瓦斯浓度超过安全设定值或增速异常, 瓦斯巡检仪声光语音报警提示瓦检员及时采取相应措施。
2 系统硬件设计
智能瓦斯巡检管理系统由井下固定无线设备和智能瓦斯巡检仪2个部分组成, 如图1所示。
井下固定无线设备 (包括矿用电源) 的硬件电路由AT89S52单片机 (控制各个功能模块) 、总线 (传输数据) 、存储器 (存储设备地址编号、历史数据等) 、液晶显示模块 (显示当地地址编号、环境信息及时间等) 、时钟模块 (计算时间) 、语音模块 (储存原始语音及组合发声) 及无线通信模块 (与移动设备交换信息) 组成。
智能瓦斯巡检仪的硬件电路由C8051F310单片机 (控制各个功能模块) 、总线 (传输数据) 、镍氢电池模块 (移动设备供电) 、液晶显示模块 (显示瓦斯值、本机编号、时间等信息) 、瓦斯A/D采集模块 (包含载体催化元件、模数转换电路、基准电压电路等, 负责瓦斯浓度采集) 及无线通信模块 (与固定设备交换信息) 组成。
2.1 主要硬件元器件的选择
(1) C8051F310芯片及其功能简介
智能瓦斯巡检仪的核心处理单元为C8051F310芯片。C8051F310是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片, 采用高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核, 全速、非侵入式的在系统调试接口, 真正的10位25通道单端/差分ADC, 高精度可编程的25 MHz内部振荡器, VDD监视器和温度传感器, 片内电压比较器。还具有片内上电复位、看门狗定时器和时钟振荡器。FLASH存储器还具有在系
统重新编程能力, 可用于非易失性数据存储, 并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制, 可以关断任何一个或所有外设以节省功耗[2]。
(2) AT89S52芯片及其功能简介
井下固定无线设备的核心处理单元为AT89S52单片机。AT89852是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器, 具有8 KB在系统可编程FLASH存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造, 与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程, 亦适于常规编程器。在单芯片上, 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH, 使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
2.2 主要外围电路模块的设计
(1) 瓦斯采集模块
智能瓦斯巡检仪探头内装有载体催化元件, 当探头气室内无瓦斯时, 检测电桥处于平衡状态, 无信号输出。当瓦斯进入气室后, 检测电桥失去平衡而输出一个与瓦斯成正比的检测信号, 检测信号进入运算放大器, 放大处理后的信号送入AD转换器, 最后由C8051F310采集。C8051F310将经过运算后的数据通过串口送到数码管驱动芯片, 驱动LED数码管显示, 同时将瓦斯数据与设定报警值进行比较。当瓦斯浓度达到预置报警值时, C8051F310控制蜂鸣器发出声光报警;当瓦斯浓度恢复到报警值以下时, C8051F310控制蜂鸣器解除声光报警。
(2) 无线通信模块
虽然ZigBee技术是实现无线传感器网络的理想解决方案, 但在实际的工程应用中也有不足之处:ZigBee在全球范围内使用的频率是2.4 GHz, 属于微波范畴, 特点是频率高, 但在井下环境中存在很多大功率机电设备, 运转时会产生大量高频干扰信号, 严重影响ZigBee通信的效率及稳定性[3];另外现代煤矿使用的无线设备越来越多, 包括无线视频监控、无线人员监控及其它一些高频无线通信系统, 这些无线设备与ZigBee通信系统或多或少互有影响, 严重情况下会使相互干扰的2套无线系统完全瘫痪。因此, 在本系统中选用了可自动转换频率 (几个较低频率之间) 的无线发射方式, 用C8051F310模拟、组织生成发射信号, 通信方式采用短帧结构并有奇偶校验, 受干扰概率低, 发送的信息遭到破坏后, 可自动切换频率重发, 直到通信成功, 语音提示使用者为止[4,5,6]。
(3) 液晶显示模块
系统采用了MzLH04-12864液晶显示模块。该模块为为一块128×64点阵的LCD显示模组, 模组自带2种字号的汉字库 (包含一、二级汉字库) 以及2种字号的ASCII码西文字库;并且自带基本绘图功能, 包括画点、画直线、矩形、圆形等;此外该模块特色的地方就是还自带有直接数字显示。模组为串行SPI接口, 接口简单、操作方便;与各种MCU均可进行方便简单的接口操作。
(4) 语音模块
系统采用了WTV040语音模块。WTV040是一款功能强大的一次性编程语音芯片, 语音为6 KB采样频率时, 存储长度可分别达到40 s、80 s、170 s、340 s, 音频输出为PWM或DAC模式。可选控制模式有按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、串口控制模式等。按键控制模式的触发方式灵活;串口模式下具有控制音量、打开或关闭功放、循环播放和停止功能。本系统选用了该模块的一线串口控制模式, 使用单片机自动控制语音播放。
(5) 时钟模块
系统采用了SD2405AP时钟模块。SD2405AP 内置晶振, 可保证时钟精度为±5×10-6 (在 (25±1) ℃下) , 即年误差小于2.5 min。
SD2405AP 内置充电电池及充电电路, 在电池满充的情况下可保证内部时钟走时超过半年时间, 累计电池电量超过1.1 A·h, 电池使用寿命为5～8 a;内部具备电源切换电路, 当芯片检测到主电源VDD掉到充电电池电压以下, 芯片会自动转为由充电电池供电。
3 软件设计
智能瓦斯巡检管理系统软件平台采用Windows XP操作系统, 使用C#+ASP.Net编程语言及SQL Server数据库。系统软件利用Windows操作系统自身的多任务功能, 在进行数据通信时, 同时进行各种操作以及曲线图形信息的显示、报表打印等, 通信数据全部实现了在内存中利用动态数据库进行读取存储。
瓦斯数据采集计算、液晶显示控制、按键采集、时钟及语音芯片控制以及无线通信组织函数采用Keil C语言编写, 实现相对简单, 编程难点主要在于控制各个模块优先级的设定及模块流程之间的相互转换。
智能瓦斯巡检仪的主程序流程如图2所示, 井下固定无线设备的主程序流程如图3所示。
软件主要功能:
(1) 建立瓦检员信息数据库。编辑、修改瓦检员姓名、所持瓦斯巡检仪的编码, 并录入数据库。
(2) 建立井下测量内容数据库。编辑、修改测量内容 (如CH4、时间等) 、报警上限、报警下限, 并录入数据库。
(3) 完成系统各固定设备设置, 以上编辑的瓦检员姓名、瓦斯巡检仪编码、测量内容可发送至井下各固定无线设备。
(4) 测点定义。井下测点比较分散, 因此, 必须在每个测点附近安装一台固定设备, 不同测点安装不同地址的固定设备, 测点与地址存在一一对应关系。随着采矿工作的进行, 部分固定设备要移到新测点, 地址与测点的关系发生改变, 利用该系统软件可重新定义。
(5) 数据通信。除了系统进行初始化设置之外, 系统可与瓦斯巡检仪串行通信, 通过串行口接收各瓦斯巡检仪传输来的井下巡检数据。
(6) 对瓦斯巡检仪采集到的瓦斯参数进行存储、实时显示和统计分析, 实现数据报表和历史曲线查询与打印等功能。
4 结语
煤矿智能瓦斯巡检管理系统使用先进的单片机作为核心控制单元, 保证了系统检测灵敏、控制准确, 自动化程度高、运行稳定可靠;使用先进的无线通信方式保证了系统中固定接收处理设备和移动采集设备之间及时、可靠、高速的数据通信;固定接收及移动设备中显示屏幕采用彩色液晶清晰明了, 易于井下人员操作使用。
在煤矿井下特殊环境下 (采煤工作面及运输大巷等) 采取专门安全措施后, 该系统进行了多次工业性试验, 试验结果表明, 系统运行正常可靠, 故障率极低, 具有较大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京.煤炭工业出版社, 2010.
[2]何宗健.Windows CE嵌入式系统[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
[3]高媛.基于ZigBee的井下人员定位系统路由算法研究[J].工矿自动化, 2010 (11) :58-62.
[4]瞿雷, 刘盛德, 胡咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
[5]胡文涛, 周军, 赵立厂.基于RFID手持终端的煤矿安全巡检系统的设计[J].工矿自动化, 2010 (12) :1-4.
煤矿瓦斯测量系统 篇10
1 煤矿作业中瓦斯爆炸安全预警系统的原理
瓦斯爆炸安全系统在煤矿作业过程中, 有着重要的作用, 不仅可以保证煤矿作业人员的安全, 还可以降低瓦斯爆炸后, 给煤矿带来的损失。煤矿安全预警系统通过对煤矿的瓦斯进行不定期的探测, 得出影响瓦斯爆炸安全的数据, 再由工作人员进行整理、归纳, 得出可以预测出瓦斯爆炸发生的有效且具体的数据, 再通过这些合理的数据对瓦斯爆炸现象进行预防[1]。
瓦斯爆炸安全预警系统是对瓦斯爆炸进行安全有效防护的重要系统。其主要分为两个阶段, 第一个阶段是对煤矿瓦斯系统进行合理的检测, 并得出一定的检测数据, 将这些数据结合在一起, 形成瓦斯爆炸预警体系的模型, 在此模型中对瓦斯爆炸数据进行整合。第二个阶段是将整合后的瓦斯爆炸数据放入瓦斯爆炸系统中, 并对系统进行监测, 然后将整合后的数据与数据库中原有的数据进行比对, 若发现与原有的数据相一致, 则将数据存储库中的数据提取出来, 进行分析与整理, 对瓦斯爆炸进行预测, 并采取相应的措施, 防止瓦斯爆炸的发生[2]。而如果数据存储库中的数据没有与系统整合后的数据相一致, 则将整合后的数据放入数据存储库, 使数据存储库系统更为完善, 数据信息更为丰富, 为日后预测瓦斯爆炸提供合理有效的数据资源, 也为防止瓦斯爆炸提供很好的保障。
瓦斯爆炸安全预警系统分不同的时期, 每一时期的预警工作有其不同的性质。在第一个时期, 工作人员将大量的对瓦斯监测出来的数据放入瓦斯爆炸预测系统, 使这些数据与原来数据模型中的数据进行比较, 当新的数据与原有的数据不相符时, 表明数据测量出现错误。预测系统将进入下一个工作时期, 在这个时期里, 系统将这些数据进行挖掘、整理、合并, 并建立新的数据资料库。用新的数据库代替原有的数据库, 并将检测的数据不断的放入数据库中, 这样一直发展下去, 就会有不断进行更新的数据库产生, 也会使数据库内的信息不断增大, 数据库不断更新, 数据系统不断强大[3]。拥有不断强大的数据库系统可以对数据进行合理有效的管理, 并使数据库不断完善, 这样也能增加瓦斯安全预警系统的预警能力。如果检测发现有瓦斯爆炸隐患, 煤矿工作人员将及时采取措施进行防护, 以保证煤矿设施的损坏和工作人员的人身安全。
2 煤矿作业中瓦斯爆炸安全预警系统的重要手段与影响要素
瓦斯爆炸预警系统的重要组成部分是对采集的数据进行有效的挖掘。对数据进行合理的挖掘是使信息更加有效作用于安全预警系统中的重要方式。挖掘数据首先应对数据进行简化, 使复杂的数据变成分析人员可以进行运用的简单化数据。简化后的数据不能背离了数据本身的实质意义, 而应该在保证数据有效性的基础上, 对数据进行合理的简化, 简化后的数据将去掉了数据原有的无效部分, 使数据可以更好的被数据分析员进行分析与运用[4]。运用简化后的数据信息, 可以更清楚的对瓦斯爆炸情况进行分析, 也可以更好的找出防止瓦斯爆炸的方法。而对于一些复杂的数据信息进行分类处理也是挖掘数据信息的有效手段, 将监测的数据信息进行合理的归类后, 分析人员可以清楚看出数据对于瓦斯爆炸预测的用处, 并及时对无用的数据进行删除, 留下有效的数据, 并对这些数据进行整合, 从而推测出瓦斯爆炸的情况, 这种方法有利于提高挖掘数据的速度, 也可以对部分无效的数据进行整合与删除, 防止其影响整体数据的预测。
瓦斯爆炸的安全预警系统中的各项指标可以体现出预警系统的重要特点和预警情况, 也是预警系统的基础信息, 其主要标准是瓦斯爆炸情况的危险系数, 瓦斯爆炸的安全系数越大, 安全预警系统的指标将会越高, 瓦斯爆炸的安全系数越小, 安全预警系统中的指标将会越小[5]。对瓦斯爆炸预警系统的外部影响要素也有很多种, 不同的要素对预警系统有着不同的影响。而这样的影响要素过多, 也会导致预警系统预测的偏差, 使系统的各项指标过于复杂, 这样的情况一旦发生会导致实际重要的影响要素被忽略, 这导致不重要的要素影响安全预测能力, 虽然预测的方法简便, 但导致最终的预测结果不足以表现出所用的实际情况。因此, 为了使安全预警系统更加完善, 增加安全预警能力, 煤矿的安全预测人员需要结合实际情况, 对瓦斯爆炸安全预警系统的各项指标进行分析, 并全面的预测出实际的瓦斯爆炸情况。
瓦斯爆炸安全预警系统对爆炸危险的主要方向做出了定向的分析, 对瓦斯爆炸的危险分为三种情况。
①实际煤矿施工地设施的安全隐患, 有地势情况、煤矿内部构造、瓦斯的实际指标、易燃物品等;
②这种危险是由第一种危险发展出来的, 包括设备是否通过检验, 煤矿设施的破损程度、易坏程度, 以及各种外部因素, 包括煤矿周边的风力、温度、湿度等;
③第三种是人为因素, 包括施工人员的施工技术、监测人员对设施的监测程度等。
这些危险情况的影响因素都对瓦斯爆炸安全预警系统的建立有重要的意义。
3 总结
煤矿作业中存在很多的安全隐患问题, 就如煤矿中的瓦斯爆炸问题, 对于这些安全问题, 国家应该采取一定的措施进行防护, 使煤矿可以进行合理的安全的施工。而建立良好的有效的瓦斯爆炸安全预警系统可以对瓦斯爆炸现象进行预测, 得出预测数据, 对实际的爆炸情况进行分析, 得出合理的解决方案, 使工作人员进行提早防护, 同时对预警系统进行有效的管理与改善, 使管理系统不断有新的技术加入, 并且不断更新, 实施这一系列的措施, 以保证煤矿设施不受损害, 也保证了煤矿工作人员的人身安全。
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摘要：随着我国煤矿事业的不断发展, 煤矿中的瓦斯爆炸现象也常常发生, 瓦斯爆炸不仅会给煤矿作业带来很大的影响, 造成重大的损失, 还会对在煤矿作业的工作人员造成伤亡事故。因此, 煤矿作业的安全非常重要, 为了提高煤矿作业的安全性, 需要采取一定的措施对煤矿作业的安全情况进行勘测, 并预防煤矿瓦斯爆炸的发生。工作人员需要建立良好的煤矿瓦斯爆炸的安全预警系统, 保证煤矿作业的安全进行。本文对煤矿作业中瓦斯爆炸安全预警系统进行深入的探究与分析。
关键词：煤矿作业,瓦斯爆炸,安全预警系统
参考文献
[1]袁昌明, 张晓冬, 章保东.安全系统工程[M].北京:中国计量出版社, 2010.
[2]何剑斌, 郑启伦, 彭宏.数据融合与数据挖掘的集成研究[J].计算机工程与应用, 2010, 5 (3) :82-86.
[3]孙继平.煤矿井下人员位置监测技术与系统[J].煤炭科学技术, 2012, 2 (2) :98-104.
[4]赵旭生, 邹云龙.近两年我国煤与瓦斯突出事故原因分析及对策[J].矿业安全与环保, 2010, 4 (3) :48-53.