煤矿监测系统中传感器应用浅析刘玲玲

煤矿监测系统中传感器应用浅析刘玲玲

刘玲玲

(山西兰花科创股份有限公司唐安煤矿分公司山西晋城048400)

摘要：针对煤矿井下作业环境复杂、易出险情的情况，在采煤作业中应用多种传感器采集井下信息，可实现对煤矿作业环境参数的实时监控，进而提高井下作业的安全性。文章主要介绍了几种关乎生产安全、监控系统中普遍使用的传感器在煤矿监控系统中的应用情况。

关键词：煤矿；监测监控；传感器

1引言

传感器技术在基础学科中占有越来越重要的地位，其是让机器实现智能化的首要条件。传感器的本质是测量系统，其可测量煤矿井下甲烷浓度、温度、湿度、CO浓度等，并将测量量按照一定的规律转化成电信号，电信号是机器系统可以识别的信号，机器系统再将各种各样的信号转化成具体的数值，便可实现环境的感知。基础技术的发展推动着生产水平的提升，传感器技术的不断进步，应运而生出大量矿用传感器，且传感器的精度、功能不断提升、完善，有效提高了煤矿监控系统的有效性以及可靠性。

2煤矿监测监控系统介绍

煤矿监测监控系统的功能可大体分为两类。一类是生产环境监测，如甲烷等易燃易爆气体浓度、井下温湿度、井下风速以及烟尘等生产环境信息；一类是生产信息监控，如各类机电设备的运行状态、水位、煤位等信息，利用监测到的信息可以实现分布式控制，比如实现水泵的启停，提升机的启停以及安全设施的运转等，可以说煤矿监测监控系统是煤矿生产力的极大提升。煤矿监测监控系统主要是实现信息采集、信息传递以及信息处理，故系统组成一般包括主站、分站、服务器、分布各处的各类传感器、网络交换机以及数据接口装置等。本文主要对系统传感器的配置进行简单探讨。

3煤矿监测系统中传感器的应用

3.1用于煤矿的信息管理系统

煤矿在进行井下工作时，常常需要部署各类检测传感器。例如，甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气浓度传感器、顶板压力传感器、水位传感器、火灾传感器、风速传感器、风压传感器、温度传感器等，获取井下环境中瓦斯、一氧化碳、氧气、水、等环境参数。这类型传感器的主要工作流程就是，采集各个监测点的具体数据，通过信息通道将准确的信息传送至地面，交由信息监控中心，随后对这些数据进行处理。主要针对环境信息中的瓦斯、风速、温度等信息进行分析，并对工作现场进行安全的调度，确保井下突发瓦斯爆炸不会引起人员伤亡。此外，这类传感器还可以自动触发安全警报，当搜集的数据出现异常情况时，井下的结点就会自动报警，调度中心可以第一时间掌握井下地理信息状况。环境信息系统能够了解井下工作面的全部信息，还可以掌握瓦斯、风量、温度、一氧化碳、氧气等各类数据，保证生产过程中的环境安全性。当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停风时，煤矿安全监控系统可自动切断相关区域的电源并闭锁，实现采掘工作面的风电闭锁，避免或减少瓦斯爆炸。同时，该系统还能提醒相关人员及时撤离，保障领导或生产调度的生命安全，并通过设备监控系统启动相应通风设备。第二种情况是煤矿的设备信息系统，这类系统主要将传感器部署在矿井工作的不同设备中，实现对相关设备的自动监控和故障诊断。主要工作流程是，在工作设备中安装传感器节点，并设置定时传送，将设备的运行信息通过无线传感器网络进行传送，地面信息监控中心主要负责对传送的信息进行分析和整理，并针对数据反映出的问题及时处理。此外，设备监控系统还可以暂停井下设备，调度中心发布指令后，设备监控系统根据指令内容对设备作出调整，从而实现对井下设备的实时监控和分析。常见的设备监控系统有提升机状态监测子系统，主要负责监控提升机的工作状态和安全状态，确保提升机始终保持高效安全的工作状态。

3.2电流传感器

CMS18系列电流传感器执行JB／T7490-2007标准，用于电气系统中电流信号的采集和反馈控制，主要应用于变频器、UPS、伺服器、交流逆变器控制以及各种电力电气自动控制系统。CMS18系列电流传感器在煤矿电气系统中的应用也非常广泛，主要用于测量交流三相电流，将测量值传送至PLC控制器，实现对电机的保护控制。CMS18系列电流传感器的特点是响应快、线性度好、精度高、温度漂移和零点漂移低、耐冲击、可靠性高。CMS18系列电流传感器的输出信号为4-20mA的电流信号，PLC控制器的模拟量扩展模块接收到该信号后，需要进行模数转换。以CMS18-50／50为例，其量程为0-50mA，对应输出电流信号４～２０mA。以BECKHOFF的PLC控制器为例，对应的数字量为0-32767。即该温度传感器与PLC控制器的对应关系为：输出电流信号4-20mA，对应模拟量0-50mA，对应PLC控制器的数字量0-32767，该传感器的温度值与输出电流信号成线性关系。

3.3瓦斯传感器

（1）回采工作面瓦斯传感器的布设。回采工作面瓦斯传感器的布设需要及时地监测回采工作面瓦斯浓度，因此，布设位置需尽可能靠近回采工作面端头位置，本次设计瓦斯传感器布设在回风顺槽距离工作面端头小于10m的位置。瓦斯传感器报警及负电浓度1%，设备断电浓度1.5%。当瓦斯浓度超过断电浓度时，断电区域为回采工作面、工作面回风巷及矿井回风大巷的所有非本质安全型的井下电气设备。（2）回采工作面回风顺槽瓦斯传感器的布设回采工作面回风顺槽瓦斯传感器的布设需要测量回风顺槽瓦斯浓度的准确性，应布设在回风顺槽风流稳定且有害气体与风流混合的位置，本次设计瓦斯传感器布在距离回风巷进口处10~15m的区域内。该处瓦斯传感器报警及复电浓度为1%，断电浓度为1.1%。当瓦斯浓度超过1.1%时，可控制的断电范围为工作面回风顺槽和矿井回风大巷中存在的全部非本质安全型电气设备。

3.4温度传感器的应用

目前，热电偶温度传感器逐渐被光纤传感器取代。光纤传感器具有许多优良的特点，尤其是适应煤矿井下恶劣的工作环境，具有很高的用户使用体验，比如其具有很强的抗电磁干扰能力，能够在复杂电磁环境下具有较高的测量精度;光纤成本低、频带宽，可以适应于远距离传输，尤其是光纤温度传感器可以连续测量沿线多点温度，特别适合大范围测温场合。由于光纤温度传感器的优良特性，使其特别适合在煤矿井下环境恶劣、远距离传输应用。光纤温度传感器普遍应用在胶带输送机，因为胶带输送机在工作的过程中存在摩擦，较为容易出现温度过高的缺陷，而且胶带输送机一般距离较长，需要连续多点检测，当温度超过限值后，可断电实现对胶带机的保护。

4结束语

利用煤矿监控系统可有效监控生产活动，可以保障煤矿安全生产，对于提高煤矿企业的经济效益，煤矿产业的竞争力，均有着重要作用。但鉴于目前传感器具有一定的局限性，在运用的过程中要扬长避短，发挥其有效监控的正面效能，为煤矿的安全生产提供更可靠的技术支撑。

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