关于煤矿安全的矿用（烟雾）传感器的相关研究

＊王 芬

（晋城乾泰安全技术有限责任公司 山西 048006）

引言

在煤矿企业的生产过程中，安全工作是第一要务和重中之重。煤矿必须使用纳入安全标志管理的产品，同时各类涉及煤矿各类安全的传感器还要定期的维护和检测或强检，以保证的煤矿生产正常有序的进行。火灾是煤矿重大灾害之一，做好煤矿的火灾防治工作，可以更好的确保煤矿安全生产工作。

“9.27”重庆松藻煤矿矿难事故的调查结果：运煤上山的胶带摩擦生热燃烧并引发煤炭燃烧，产生有害有毒气体，同时矿工们携带的压缩氧自救器失效，导致16人遇难、38人中毒受伤。事故暴露了四项主要问题，一是胶带运输机的保护装置和烟雾探测器不起作用；二是皮带入井使用前未进行阻燃试验，且已经发现皮带磨损非常严重，该更换没更换；三是机电设备管理混乱，松藻煤矿机电副矿长、机电科长不知道皮带保护装备备品备件库房位置，不知道温度传感器安设距离标准；四是部分压缩氧自救器失效，工人逃生过程中打开自救器，发现氧气瓶中没有氧气。

1.矿用烟雾传感器（光感）的预警原理及在预警火灾事故中起到的作用

矿用烟雾传感器，是用来预警煤矿井下火灾的。一般的火灾主要有：密闭火灾，工作面自然发火，胶带运输机摩擦着火，井下使用明火作业等。

(1)烟感传感器的预警原理

综合烟感探测器的工作原理来看，烟雾本身就是固体小颗粒，当火灾持续燃烧，产生的烟雾量不断增多，进入烟感探测器烟雾探测结构里的颗粒也越来越多，减光率不断增大，达到一定数值时，传感器就会产生动作，发出报警。烟雾传感器感应值为：减光率（单位%obs/m），指的是遮蔽度或光被遮挡的烟雾浓度大小，有时也记为%/m，意思是指在经过单位长度后，光被烟雾颗粒遮蔽程度的百分比。当有烟雾存在时，光线的前进会受烟雾遮蔽，烟雾浓度越高，光线衰减程度越高，反而在很纯净的空气中，光线几乎没有衰减。举例来说，0.02%obs/m是指光束的前进因烟雾粒子的存在而减少为99.98%，因此总共被遮蔽（减少）了0.02%。

光线被遮蔽程度的大小还与距离有关，距离越近受遮蔽的比率越低、距离越远受遮蔽的比率越高。因此，遮蔽度是定义在1m的距离上，亦即其单位为%obs/m。常见的光电烟感探测器灵敏度为0.65%-15.5%ft，这里面%是指%obs（Obscuration）的是减光率（光遮挡率），用百分比的形式表示，ft和m分别是长度单位英尺和米的字母符号。合在一起看就是光前进1ft或者1m被遮挡了百分之几的意思。1m大约等于3ft，所以0.6%obs/m和0.2%obs/ft两种写法的烟感灵敏度其实是一样的。

(2)火灾发生

火灾的发生通常会经过四个阶段，即：

第一阶段，酝酿期（Incipient Stage）为火灾的阴燃阶段，产生不可见烟雾。从不可见烟雾到下一个可见烟雾阶段的火灾酝酿期，时间可长达0-120min。

第二阶段，可见烟雾（Visible Smoke）到大火（Flaming Fire）燃烧，约为10min。

第三阶段，大火到烈火（Intense Heat）燃烧期，约10min。

第四阶段，烈火全部燃烧，约为10min。

从火灾的发生的阶段时间来看，酝酿期是控制火灾、阻止事故发生的最佳时期。烟雾传感器是通过监测光线被阻挡的遮蔽率的变化，用来指示在火灾第一阶段发生时的烟雾颗粒浓度，可以有效的监测到不可见烟雾，当烟雾遮蔽光线的浓度达到动作值时，及时发出报警，启动预警联动系统，以此来在火灾发生的最早时期检测出险情，再通过联动的报警系统通知相应人员采取行动，将火灾有效的控制在第一阶段。

2.传感器定期修护和检测的意义

传感器是一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节自动联动的元件。当传感器接受特定物质时即发出感应信号，例如本安型矿用烟雾传感器由烟雾传感组件监测外界烟雾浓度的变化，将烟雾转换为电信号并送到监测电路进行处理，当烟雾浓度达到一定程度，电压转变信号通过电路处理，再经过单片机处理判断后，输出报警信号。传感器电路由稳压、信号处理、信号检测、信号输出及声光报警等电路组成，有些比较先进的矿用烟雾传感器采用了新型的单片微机和高集成的数字化电路，电路结构简单，性能可靠，也便于维护和调试。

但因为煤矿井下的工作环境一是空气湿度大；二是空气中浮游杂质如煤尘含量高；三是腐蚀性气体如CO2、NO、SO2等含量较高，传感器外部和传感头部位容易受工作环境的煤尘和腐蚀气体的污染和腐蚀，使有些煤矿企业的传感器形同虚设，无法及时监测到安全隐患的危险信号。因此，传感器的定期检测和日常维护显得尤其重要，日常维护可以保证传感器的清洁，延长传感器的使用时限。定期检测可以保证传感器的正常工作。

但因煤矿缺失专业的检测人员和设备，故定期到专业的检测机构进行检测才可以让传感器保持正常工作状态，从而保证传感器可以准确的监测煤矿生产工作中的酝酿期火灾危险信号，实现对井下环境火灾危险有害因素的实时监测，是煤矿安全生产消除火灾安全隐患的关键环节，对煤矿火灾事故的预警，保证煤矿作业人员及设备安全有着重大意义。

3.矿用烟雾传感器的适用

离子型烟雾探测器是通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化装置。当烟雾粒子进入电离室，改变了电离室空气的电离状态，从而宏观表现为电矿用电动球阀离室的等效电阻增加引起电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。

而气敏式传感器是探测空气中某些可燃气体的成分，所以在火灾探测方面，气敏式传感器性能并不如离子式传感器。探测空气中可燃气体的含量。有效地探测煤气、液化石油气、天然气、一氧化碳等多种可燃性气体的微量泄漏。矿用温度传感器适用于石油、化工、煤炭、电力、冶金、电子等工业企业，以及煤气厂、液化石油气站、氢气站等生产和贮存可燃性气体的场所。矿用本安型烟雾传感器适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘、爆炸性气体的场所。

根据煤矿井下不同环境和位置使用安装，当传感器周围的温度超过设定值时，传感器动作，发出报警信号。

4.矿用烟雾传感器检测现状和依据

近年来，随着数字化矿山建设和智能化矿山建设的推进，煤矿井下安装了各种探测用的传感器，虽然从表面上看对矿井生产中不安全的因素和隐患进行了监控，但因煤矿对矿用烟雾传感器的工作性能的重视程度不够，加上我国对传感器的检测方面也没有具体的依据和强制规定，大多数矿井的烟雾传感器安装使用后，就没有进行定期的检测，导致多数的矿用烟雾传感器属于失效的状态，无法第一时间预测到火灾的苗头，实际上为煤矿安全生产埋下了重大的安全隐患。为了解决矿用烟雾传感器的检测问题，可以依据MT382-2011标准，对传感器工作原理和检测中存在的难点问题进行研究和分析后，采用矿用烟雾报警器校验装置（标准滤光片），按照MT382-2011标准里对实验用装置要求，配备稳压直流电源、万用表、秒表、多通道模拟电缆、卡尺等配套的实验装置，依据标准里B实验步骤，用干燥、清洁的质量为5g，直径为3mm，长度为10mm的棉绳阴燃在矿用烟雾报警器检测装置内制造5（±1）%obs/m的烟雾浓度，来定量的检测矿用烟雾传感器的在工作电压（12-24）VDC上下限值时的动作值及响应时间，电流信号，传输距离等技术参数。

5.综述

虽然我国正在进行能源转型,但煤炭产业依旧是我国能源产业的支柱,煤炭依然占据我国一次能源消费总量的2/3以上。煤矿井下安全生产不容忽视，本文探讨了煤矿矿用烟雾传感器在煤矿安全生产中的重要性。