浅析传感器在煤矿监测系统中的有效应用

平顶山天安煤业股份有限公司五矿 河南 平顶山 467091

1 引言

众所周知,煤矿井下作业环境复杂,容易出现安全事故。因此,为了确保煤矿作业安全,在现代技术的支持下,基于先进的传感器技术来构建煤矿监测系统,实时监测煤矿井下作业环境中的CO、甲烷、温度以及风速等参数。在上述过程中,主要通过传感器技术来收集上述参数并转化为机器系统可以识别的电信号,最终通过具体数值的形式在计算机中显示。在此监测系统中,越来越先进传感器技术的应用,推动煤矿生产管理方式的变革,提升了煤矿监控系统的安全性和可靠性,有利于保障煤矿作业安全。

目前煤矿井下常用的监测监控系统主要起到生产环境监测和生产信息监控的作用,前者主要对井下生产作业中的甲烷等易燃易爆气体浓度、环境温湿度以及烟尘、风速等生产环境信息进行监测。后者则主要监测机电设备运行状态、水位和煤位等信息,基于这些信息还可以实现对水泵启停、提升其启停以及安全设施运转等分布式控制。无论是何种监测监控系统,通常由主站、分站、服务器、各类传感器、网络交换机以及数据接口装置等组成,起到采集、传递和处理信息的作用,下面就对其中各类传感器的应用进行详细介绍。

2 CO传感器的应用

煤矿生产中出现煤炭的自燃现象以及在钻孔作业时由于煤不完全燃烧容易产生CO,而CO传感器则是判断CO浓度的重要装置。由于CO是一种无色无味的气体,在井下较为封闭的作业环境中浓度过高容易造成人员窒息以及中毒等问题。因此,需要在大巷、采煤工作面、采空区以及回风巷等重点区域需要安装CO传感器来实时监测CO浓度,并联动相应的报警装置,一旦CO浓度超标则发出警报提醒工作人员。

3 甲烷传感器的应用

煤矿井下作业中的瓦斯爆炸问题较为常见且具有较大的危害性,而瓦斯的主要成分是甲烷,其在空气中达到一定浓度并遇到明火则会发生爆炸。因此,在井巷、工作面、采空区和回风巷道中都设置有甲烷传感器来监测甲烷浓度。其主要原理就是结合不同的甲烷浓度来产生对应的电信号,在经过放大和模数转换之后传输到处理器,在经过数据分析对比之后、结合事先设定的程序,一旦出现数据超标情况则发出报警或提醒等保护动作。

一直以来在煤矿井下比较常用电化学传感器和燃烧性传感器等甲烷传感器类型,但是经过长时间的应用,发现此两类传感器在长时间使用中的稳定性较差,需要进行频繁调校。而随着甲烷传感器技术的发展,目前煤矿井下常用的甲烷传感器为红外传感器类型,在检测甲烷浓度时依靠甲烷气体对红外光谱的吸收性来检测,不会受到作业环境的影响,因此比较适合在煤矿井下应用。同时,此类传感器还具有抑制零点漂移的作用,不需要频繁进行校正,还具有较高的甲烷检测准确性,大大减少了作业人员的工作量。此外,此类传感器不仅可以实现全程实时测量,而且还具有较强的防水和防尘功能,环境适应性较强,可以长时间稳定工作,有助于确保煤矿作业环境的安全性。

4 温度传感器的应用

煤矿井下作业环境中的温度因素不仅会影响作业人员的生命健康安全,而且也会影响井下机电设备的运行准确性以及测量精度等。比如一些仪器设备和传感器等,比如开展超声波测距作业之前需要开展温度校准工作。在传统的井下测温方式中,比较常用热电偶温度传感器类型,但是此种类型的传感器在井下作业环境中应用,表现出测量精度低和误差较大的缺点,这就会对超声波测距的准确性造成干扰。此外,应用此种传感器时的安装调试步骤较为复杂,难以实现远距离传输,且在远距离传输时反应比较慢,影响其使用效果。因此,目前比较常用的温度传感器类型为光纤传感器。此种传感器在井下作业环境中表现出良好的抗电磁干扰能力,能够在井下复杂的电磁环境中保证准确的测量数据。而且还具有较宽频带以及较低成本的优点,可以对沿线较多监测点开展连续和范围温度监测,并能够实现远距离传输,比较适合用其开展大范围的温度监测。比如在目前的井下作业中,可以在胶带输送机中应用光纤温度传感器,用于监测胶带输送机运行中由于摩擦等原因而出现的温度过高缺陷。而且由于胶带输送机具有较长的距离并需要进行多点温度监测,因此便于应用此类传感器来实现连续多点监测和长距离传输,确保在监测到温度超标时启动断电动作来保护胶带输送机。

5 风速传感器的应用

煤矿井下的风速直接反应井下通风情况,也会间接影响井下的氧气、瓦斯的浓度以及温湿度等。一旦出现井下风速过慢的问题,则会减慢井下作业人员的含水蒸发速度而影响其身体健康,而且不利于井下有害气体的排出和新鲜空气的进入,增加巷道出现瓦斯爆炸的概率。而如果风速过高则会加速人体的汗液蒸发速度,增加作业人员出现感冒等。而且还会激起尘土而影响人体健康。因此需要将利用热敏电阻原理的风速传感器应用于巷道中对风速进行测定,由于风速增加会加快散热速度,也就是通过对流换热的方式来降低温度。因此风速直接影响散热量的大小和温度,这就可以利用上述原理来测定风速,这也是利用热敏电阻的风速传感器的原理。这就可以测定两端的电压,由于热敏电阻对应一个电阻值,就可以对风速进行测定。

6 结语

近年来人们生产活动更为频繁使得煤炭需求量同步增加,增加了煤矿企业的生产压力。目前煤矿井下常用的煤矿监测系统中常用的传感器主要有CO、甲烷浓度、温度以及风速等传感器类型,通过对井下作业参数和环境数据的监测,有助于对井下生产活动和安全进行监测与控制。而可靠的传感器技术则有助于保障所监测数据的准确性,进而可以保证煤矿监测系统应有作用的发挥,切实保证煤矿井下的作业安全。