煤矿监测系统中传感器应用分析.pdf

科学管理 224 2020年第8期 近年来，传感器技术在人们的生活和工作中扮演 着重要的角色，在基础学科中的地位也逐渐提高，该 技术已经成为机器实现智能化的前提和基础。从一定 意义上说，传感器的本质就是一种测量系统，这种技 术可以对煤矿井下的甲烷浓度、湿度以及温度等各方 面进行精准的测量，并将测量结果按照一定的规律转 换为相应的电信号，这种信号正是机器系统可以识别 的信号，在此基础上，机器系统再将得到的信息转化 为实际的具体数值，进而达到感知环境的目的。随着 基础技术的发展，传感器也得到一定水平的进步，在 推动生产效率方面具有十分重要的作用，在技术进步 的过程中，还衍生出大量的矿用传感器，这种传感器 在测量精度上更有优势，应用功能也得到进一步的提 升和完善，对于提高煤矿监控系统的可靠性和有效性 具有举足轻重的作用。 1 煤矿监测监控系统的简要介绍 在对煤矿监测监控系统中，其主要的功能可以分 为两大类。一种是生产环境的监测，另一种是生产信 息的监控。其中，生产环境的监测主要是对井下的温 度和湿度、甲烷等易燃易爆气体的浓度以及井下的风 速、烟尘等信息；生产信息的监控主要是指各种煤矿 设备的运行状态、对监测到的信息实现分布式的控制 等，尤其是对于井下皮带机及采煤机的启动和停止操 作、地面主扇及井下局扇相关安全设施的运转等，总 体来说，煤矿监测系统对于煤矿生产力的提升具有极 大的推动作用[1]。 煤矿监测系统主要包括的主站、分站、服务器以 及各种各样的传感器等，这种监测系统主要是对信息 进行采集、传递以及处理工作，在煤矿监测中具有十 分重要的作用。 众所周知，煤矿监控系统不断成熟和进步，并且 在煤矿生产经营中得到广泛的应用，极大推动了煤矿 生产管理方式的变革，充分保障了煤矿企业的安全生 产监管，结合当前我国的煤矿生产环境特点，最主要 的矿用传感器包括CO 传感器、甲烷传感器、温度传 感器以及风速传感器等。 2 煤矿监测系统传感器的类型及介绍 2.1 CO传感器的应用 一氧化碳是煤矿施工过程中常见的气体，对一氧 化碳积气体的浓度进行判断，可以对煤矿中的自然现 象做出相应的解释，在实际钻孔的过程中，煤容易在 钻孔内进行不充分的燃烧，就会产生相应的一氧化碳 气体。这种气体是无色无味的，是人们肉眼所看不到 的，但却极易引起既中毒，因此，在煤矿中最常见的 就是一氧化碳中毒。在这样的情况下，许多煤矿企业 在安全规程中明确规定，在重要矿井区域，必须安装 一氧化碳传感器，对该地的一氧化碳含量进行实时的 监控，还需要设定相应的报警设施，一旦一氧化碳的 浓度超过一定的范围，报警器就会发出警报，以便工 作人员及时采取补救措施[2]。 2.2 甲烷传感器的实际应用 甲烷传感器主要是用于对瓦斯的浓度进行监测， 近年来，瓦斯爆炸现象极其严重，甲烷是瓦斯的重要 组成部分，当瓦斯在空气中的浓度超出一定的范围 时，就会发生爆炸现象。当安装甲烷传感器之后，该 传感器就可以根据甲烷的浓度产生一定的电信号，并 经过相应的程序操作，将信息送至地面服务器，甲烷 超限后甲烷传感器会发处声光报警，监控分站会做出 相应的动作并通过远程控制开关下达指令切断相应范 围内电气设备的供电电源。通常情况下，甲烷传感器 在煤矿中的应用主要在井巷、工作面以及采空区等地 方，最开始使用的传感器类型是电化学式（催化燃烧 式）传感器，但这类传感器的性能比较差，稳定性也 比较差，反应时间也较长，所以在实际的煤矿生产应 用中受到严重的制约。为了弥补这些漏洞，当前使用 红外传感器，该传感器的原理是通过红外光谱的吸收 性对甲烷气体的浓度进行监测，这种传感器不会受到 恶劣环境的影响，还会大大降低工人的工作量，充分 提高甲烷监测的准确性和可靠性，再加上防水、防尘 的功能，环境适应性极好，在安全生产中具有重要的 作用。 2.3 温度传感器的具体应用 过去的煤矿温度传感器主要是热电偶传感器，但 这种传感器具有一定的缺点，限制了煤矿生产的进 步，精准度较差，数据的误差也比较大，因此，逐渐 被光纤传感器所取代，该传感器可以在恶劣的井下环 境工作，具有极高的用户体验，电磁的抗干扰能力极 强，并且成本低、频带宽，非常适合远距离传输，还 可以在大范围的测温场合进行使用，并且普遍应用在 胶带传输机中。 2.4 风速传感器的应用 煤矿监测系统中传感器应用分析 朱林 潞安矿业（集团）有限责任公司古城煤矿 山西 长治 046100 摘要近年来，煤矿业不断发展，在人们的生产生活中有着一定的作用，但煤矿井下作业的危险系数比较高，作业环 境较为复杂，极易出现危险的情况，安全问题成为煤矿企业关注的重要话题，大多数煤矿业也做了相关安全工程。随着科 技的发展，在煤矿监测系统中使用传感器已经成为企业发展的主流，这种监控传感器可以对井下作业的环境做出实时的观 察和监控，进而提高井下作业的安全性，保障人们的生命和财产安全。首先对煤矿监测系统进行了简要的概括，然后对煤 矿监测系统的种类及应用进行了详细的分析，进而保障煤矿工作的安全性和可靠性。 关键词煤矿作业 监测系统 传感器 应用分析 （下转第266页） 科学管理 266 2020年第8期 如图3所示。这一方法的应用条件为煤矿顶板完整， 顶板间落差范围在2.5m以内、结构稳定。在该过程中 的相关机械设施始终保持着后退状态，可是卧底则却 一直向前运行。由此可见，该方法可以满足内部位置 的稳定性。 图3 过断层示意图 锚杆支护以及U型钢架（如图4所示）。因为煤矿 在地质条件复杂的区域会存在较大断层，这在一定程 度上提高了破碎和崩塌程度。对此可以采取临时支护 方法，例如超前支护、锚杆支护等，并结合应用U型钢 架，控制锚杆倾斜角度为45，对围岩结构进行加固， 避免在掘进过程中出现顶板破碎现象，从而提高掘进 工作面的稳定性与安全性。在设计锚杆支护时规定如 下首先，设计需有依据。应充分考虑到煤矿巷道断 面的稳定性及其形状，相比于松动圈要是遇到采动压 力，则很容易改变松动圈的形状与大小，在采动施工 前后会出现明显的围岩变化。因此，应将大松动圈范 围融入设计考虑因素。其次，以设计孔位为依据进行 标记。对于锚杆而言，其孔位距离需控制在100cm之 内，而其轴向偏差不能超过3。深度不应该低于锚杆 有效长度，但是不能超过有效长度的30cm。其端部需 要推到锚杆孔底处，外露的尾端长度需低于20cm[3]。 最后，支护施工需依据有关安全规定。如果煤矿开采 区域相对特殊，则应使用特殊支护方式进行支护。在 必要的情况下支护范畴，需要延长10m左右直到煤矿 巷道正常段位。在相对复杂的地方进行支护，需应用 全场、锚索锚固等提高支护的可靠性与安全性。 图4 U型钢架示意图 3 结束语 在我国煤矿建设过程中，煤矿掘进支护技术所占据 的地位不容置疑，而且面对进一步提高的煤矿开采难 度，在复杂地质情况下采取必要的支护技术十分重要， 这样不仅能提升开采效率，还可以避免安全事故。所 以，要是煤矿开采在相对复杂的地质条件进行，应提高 对掘进支护的重视，进而确保操作人员的生命安全。 参考文献 [1] 刘浩 . 煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用探 究 [J]. 能源与节能， 20202162-164. [2] 杨伟 . 煤矿开采工程巷道掘进和支护技术的应用分 析 [J]. 能源与节能， 20202167-168. [3] 周明 . 煤矿掘进支护技术在复杂地质条件下的应用 分析 [J]. 科技风， 20205130154. [4] 任士鹏， 孙勇， 孙为民 . 煤矿巷道快速掘进顶板支护 技术的分析 [J]. 价值工程， 2020， 395149-150. [5] 李东 . 浅谈煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术的应 用分析 [J]. 石化技术， 2020， 271163174. [6] 宁永锁 . 煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用 解析 [J]. 石化技术， 2020， 271193-194. 作者简介 王 鹏 飞，（1976 年 6 月 19-）男，本 科，东 北 大 学 职称 采矿助理工程师 ； 研究方向 矿井地质。 一般来说，井下风速的变化也会对工作人员的工 作状态和工作质量产生影响，当在采煤过程中若巷道 内的风量变小可能使甲烷等有害气体不能及时的排 出，就会存在瓦斯爆炸的隐患，井下的风速过大也会 造工作人员汗液的快速蒸发，极易引起人员感冒的现 象，还会引起尘土煤灰的现象，严重威胁到工作人员 的身体健康。风速传感器的工作本质就是对流换热的 过程，并且散热量的大小也与风速、温度等具有紧密 的联系，所以可以利用这种关系对风速进行测定。 3 结束语 综上所述，为了煤矿监控监测系统的可靠性和有 效性，就需要安装相应的传感器系统，利用各类传感 器对煤矿的活动进行实时的监测，及时发现问题，并 采取措施进行解决，充分保障煤矿生产的安全，提高 煤矿企业的经济效益，加强煤矿的竞争力。在传感器 发展的过程中也存在一定的问题，就需要扬长避短， 发挥其正面功效，提高工作人员的职业技能和综合素 质，为煤矿的安全生产提供更加可靠的技术支持，推 动我国煤矿企业的可持续发展。 参考文献 [1] 卢江红 . 煤矿监测系统中传感器应用浅析 [J]. 煤， 2019， 28（06） 82-83. [2] 阎家光 . 光纤传感器在煤矿井筒监测系统中的应用 [J]. 自动化与仪器仪表， 2016（12） 63-64. 作者简介 朱林 （1992-） ， 男， 助理工程师， 本科， 研究方向 设计古 城矿监测监控系统建设， 管理井下监控系统设备安装及维 护。 （上接第224页）