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监测系统论文:煤矿安全生产自动监测系统的探究
【摘要】本文提出了煤矿安全生产监测系统的总体结构图和实现方法，重点讨论了系统开发中涉及到的数据传输技术、链表的使用等主要技术。本系统的开发和使用将大大改善煤矿安全生产中的不安全因素。
【关键词】煤矿安全生产 监测 数据传输 链表
一、引言
煤矿安全生产是指通过改善劳动环境，减少生产中的不安全因素，防止伤亡事故的发生，从而确保煤矿生产的顺利进行。在安全生产中，安全是前提；生产是目的，是维系安全的物质基础。但是二者之间仍存在一定的矛盾，从某种意义上讲，在投入资源一定的情况下，投入安全中的资源增加，意味着投入生产中的资源减少；另外，许多企业由于缺乏长远的战略目标。为了追求短期的高效益，往往会以牺牲人员或设备的安全为代价来换取暂时的利润。而且，煤矿生产本身具有特殊的作业环境，加上地质和环境的复杂性，致使煤矿生产具有更多的潜在的不安全因素。在日常的生产过程中，由于安全管理不善而引发各类安全事故层出不穷。从而影响了煤矿的生产经营秩序，企业总体经济效益不断下降。
由此可见，煤矿安全管理己成为煤矿生产经营的“瓶颈”，煤矿安全生产监控系统正是基于上述背景条件下产生的。该系统是以煤矿企业预警管理理论为指导，针对煤矿企业生产中的不安全因素提出的，是一种新型的、具有创造意义的研究课题。它通过及时反馈安全事故信息，提出一种能够监测、预控安全事故的煤矿安全生产监控系统。旨在为煤矿安全生产管理提供一种具有实际运用价值的安全管理新模式。
二、系统的总体设计
1.系统结构概述
煤矿安全监控系统采用以b/s(browse/server)与c/s(client/server)相结合的方式来架构整个系统。b/s方式用于查询实时数据和历史数据，c/s方式用于实现各矿动态图形的上传和维护管理。
在设计上，本系统采用三层结构。三层结构的特点是在传统两层结构的基础上加入一个业务逻辑层。它将c/s体系结构中原本运行于客户端的应用程序移到了中间件层，客户端只负责显示与用户交互的界面及少量的数据处理(如数据合法性检验)工作。客户端将收集到的信息(请求)提交给中间层服务器，中间层服务器进行相应的业务处理(包括对数据库的操作)，再将处理结果反馈给客户机。这样减轻了中心服务器的负担，提高了整个系统的安全性。
2.系统总体设计结构图
煤矿安全监控系统的总体结构图如下图2-1所示：
3.服务器程序的详细介绍
在图2-1中，体现出服务程序是整个系统的核心，各矿点的数据是通过它来中转的。
各个矿点通过tcp传送数据时，服务程序为各矿点开辟了一个实时连接线程，进行实时数据的传输。然后将数据排入缓冲池，缓冲池的设计防止了数据因为同时的发送，而造成数据接收时的冲突，解决数据收发的速率匹配问题，防止从监控程序接收的数据直接发送至客户端而带来的延时及数据丢失。
数据通过两路前行，一路是数据存入数据库，这是一个后台的操作。另一路是数据流向安全客户端，同样安全监控客户端也与服务程序的客户端连接及管理开辟连接线程，通过tcp接收数据。
从总体上来说，安全监控客户端和各矿点的监控程序与服务程序采用了c/s的结构，这种结构不但能够保障数据传输的安全性，而且能够保障数据的实时性。
三、功能实现中的主要技术
1.数据传输代码的实现
服务端的监控部分和客户端的访问部分都用到了数据的传输，有两个关于数据传输的基类，分别是连接类和连接管理类，这两个基类分别用了microsoft的socket类和tcplistener类。
(1)socket类
socket类为网络通信提供了一套丰富的方法和属性。socket类允许您使用protocoltype枚举中所列出的任何一种协议执行异步和同步数据传输。socket类遵循异步方法的.net framework命名模式；例如，同步receive方法对应于异步beginreceive和endreceive方法。
(2)tcplistener类
tcplistener类提供一些简单方法，用于在阻塞同步模式下侦听和接受传入连接请求。使用tcpclient或socket来连接tcplistener，使用ipendpoint、本地ip地址及端口号或者仅使用端口号，来创建tcplistener。可以将本地ip地址指定为any，将本地端口号指定为0(希望基础服务提供程序分配这些值)。如果选择这样做，使用localendpoint来标识已指定的信息。
start方法用来开始侦听传入的连接请求。start将对传入连接进行排队，直至您调用stop方法或它已经完成maxconnections排队为止。可使用acceptsocket或accepttcpclient从传入连接请求队列提取连接。这两种方法将阻塞。如果要避免阻塞，可首先使用pending方法来确定队列中是否有可用的连接请求。
调用stop方法来关闭tcplistener。stop方法不会关闭任何已接受的连接。需要用户负责分别关闭这些连接。
2. 程序所用链表的代码实现
在程序中我们经常会用到链表这样一种数据结构。很幸运microsoft为用户提供了很好的数组类arraylist，用起来很方便，如同在用一个链表。
arraylist类提供在大多数collections类中提供但不在array类中提供的一些功能。例如：
array的容量是固定的，而arraylist的容量是根据需要自动扩展的。如果更改了arraylist.capacity属性的值，则自动进行内存重新分配和元素复制。arraylist提供添加、插入或移除某一范围元素的方法。在array中，您只能一次获取或设置一个元素的值。arraylist提供将只读和固定大小包装返回到集合的方法。而array不提供。另一方面，array提供arraylist所不具有的某些灵活性。
四、总结
本系统希望在以后能投入使用，各煤矿企业将实现井上下探测有毒、有害气体浓度的实时监测警报，井上下主要设备运行状态监控，采掘动态位置显示，隐患整改督察，调度指挥，故障、事故调查分析“黑匣子”功能。
监测系统论文:调校仪在煤矿监控监测系统中的应用研究
摘要：介绍了煤矿安全生产监控系统在矿井中的作用，从生产实践角度出发。阐述了调校仪在监控系统中的应用，同时反映了煤矿监控系统的应用状况和技术水平。
关键词：煤矿安全生产；监控系统；调校仪
1 煤矿安全监控系统的作用
影响矿井安全生产的因素很多，主要的灾害因素有3个：即瓦斯爆炸、水灾和井下起火，这3个灾害中瓦斯爆炸尤为常见，并且是3灾中的首害。它的破坏作用极大，是一种瓦斯、煤尘、大火混合型的爆炸灾害。解决这个问题的有效办法就是随时测出其地域点的瓦斯含量：当超急时采取措施。
煤矿监控系统主要用于煤矿安全监测和实时控制。系统能根据 计算 机程序设定或地面中心站主机控制，对矿井采掘工作面、机电硐室、进风巷、回风巷和采区的环境参数及矿井机电设备的开停状态和风门开闭状态进行连续自动地监测，并自动报警及断电，能对煤矿井下环境、火灾参数、通风设施、运输安全状况及各种机电设备的开停状态等安全生产信息进行实时采集和数据处理，实现对 工业 现场的闭环控制。
随着计算机技术和 网络 技术的 发展 ，矿井监控系统的研制得到了快速发展，基本形成了一个完整的体系，监控系统在我国的生产矿井中得到了比较广泛的应用，并在矿井的安全生产管理方面发挥了重要作用；它是保障煤矿安全生产的重要手段。在矿井的防灾、减灾方面以及提高生产效率方面起着重要作用，是矿井生产实现 现代 化管理的一个重要标志!
2 调校仪在煤矿监控系统中的功能与应用
在煤矿生产实际中，对煤矿安全监控系统的应用提出了具体要求《煤矿安全规程》规定：煤矿 企业 应建立安全仪表计量检验制度。安全监控设备必须定期进行调试、校正，每月至少1次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备，每10d必须使用校准气样和空气样调校1次。每10d必须对甲烷超限断电功能进行测试。为了贯彻执行《煤矿安全规程》。确保煤矿安全监控系统和安全监测装置的正常运行，充分发挥其作用，保障安全生产，就得对甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备，进行调试、校正、每月至少一次。另外煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范即aq1029标准对监控仪器调校也有如下要求：
(1)安全监控设备必须按产品使用说明书的要求定期调校。
(2)安全监控设备使用前和大修后，必须按产品使用说明书的要求测试、调校合格，并在地面试运行24h～48h方能下井。
(3)采用催化燃烧原理的甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪、甲烷检测报警矿灯等，每隔10天必须使用校准气体和空气样，按产品使用说明书的要求调校一次。调校时，应先在新鲜空气中或使用空气样调校零点，使仪器显示值为零，再通入浓度为1％～2％ch 4 的甲烷校准气体，调整仪器的显示值与校准气体浓度一致，气样流量应符合产品使用说明书的要求。
(4)除甲烷载体催化原理以外的其他气体监控设备应采用空气样和标准气样按产品说明书进行调校。风速传感器选用经过标定的风速计调校。温度传感器选用经过标定的温度计调校。其他传感器和便携式检测仪器也应按使用说明书要求定期调校。
(5)安全监控设备的调校包括零点、显示值、报警点、断电点、复电点、控制逻辑等。
(6)每隔10d必须对甲烷超限断电闭锁和甲烷风电闭锁功能进行测试。
(7)煤矿安全监控系统的分站、传感器等装置在井下连续运行6个月～12个月，必须升井检修。
因此，调校仪在煤矿监控系统应用很广。它属于工作计量器具。它的计量正确与否直接关系到煤矿的生产和安全。因此，国家技术监督局将其列为工作计量器具强制检定的第四十六项，并颁发了国家计量检定规程jjc677—90。甲烷调校仪主要用于对煤矿井下及其他行业易燃易爆环境中正在使用中的多种传感器进行经常性的维护和检校，确保其性能良好，量值。我们目前研制的智能型甲烷调校仪具备以下功能：①对各种便携式甲烷报警器，瓦斯断电仪调校，通过对不同浓度的甲烷标准气进行流量控制，地对传感器进行调校。②对一氧化碳传感器进行调校。③配备标准温度计，压力表可对温度传感器，负压传感器进行调校。(利用工作时传感器显示不同数值对应不同频率来调校)④对传感器断电点，复电点进行检测指示。
2.1调校仪应用简介
2.2.1概述
本调校检测仪采用现代 电子 技术，频率、电流、电压采用数码显示，可对各种矿用(如甲烷、一氧化碳、风速、温度和负压等)传感器进行调校和检测。该仪器可用各种标准气体(如：ch 4 、co等)。裟有标准流量计，通过对不同浓度的气体进行流量控制，加入传感器，地对其调校，同时还可对传感器断电点、复电点数进行检测指示。此外还给外部提供稳压、恒流电源。交流输出(ac127v、ac380v、a(2660v)为不同分站提供电源。直流输出电压0～30v．电流大于等于2a。该仪器操作简单方便、显示直观清晰，可以使您在较短的时间内安全、方便地使各种传感器校正到产品合格状态。
2.2.2技术参数
(1)检测范围及功能：①频率：0～10khz；②电流：0～199.9ma；③电压：0～19.99v；④具有断电、复电信号指示功能；⑤可输出acl27、v、ac380v、ac660v一种电压，功率大于等于60w；⑥电源可输出电压：dc0～30v连续可调，输出电流：dc0～2a连续可调；⑦流量调整范围：60ml／min～600ml／min
(2)输入电源：ac220v±10％
(3)工作环境条件：温度：0～40℃ 相对湿度：≤90％
(4)外形尺寸：长×宽×高460mm×550mm×1094mm
2.2调校仪原理
由于现在的传感器多采用载体催化原件，在日常的使用中，催化原件不断地与各种气体接触催化，经过一段时间后，必定会有不的现象，调校仪就是将这些不的传感器加以校准。校准时，通人标准气体，根据标准气体的浓度，将黑白原件的精度调整成和标准气体浓度一样，达到校准的目的。
2.3调校仪在煤矿监控系统中的使用
2.3.1使用方法
(1)将调校检测仪的电源线接人220v交流电，根据实际需要将电源输出线与分站等连接好(127v、380v、660v如不检修分站或不需此组电源则可跳过此步)。把流量计的输出接到被测传感器上，把传感器的连接线接到仪器面板上的接线排)，顺序接“十”、“一”、“信”、“断”从左到右连接好。转动面板上一的转换开关，使仪器的输入与传感器的信号输出制式相对应，(在此例中将转换开关转到频率处)，调整电源面板上电压旋转钮(粗调)到最小处(左旋)。
(2)打开面板上的电源开关，这时您将看到面板上的电源指 示灯，电压指示表、电流指示表、频率指示表都已有了显示，过1min后仪器达到稳定状念。
(3)调整电压旋钮(粗调)使电源电压与传感器上的输入电压相匹配，打开气瓶阀门开关。调节减压表，流量计，给传感器供人标准气体。这时仪器上方将有与您传感器相对应的指示，(即频率型的传感器由频率表显示频率数字，电流型的传感器由电流表显示电流数字，电压型的传感器由电压表显示电压数字)。
2.3.2调校
(1)可对传感器以下6个参数进行调整或设置：可对传感器零点、精度、报警值、断电值、复电值、频率输出范围。
(2)调零：通电10min后使用遥控器对传感器的显示窗口，按一下“开关”键，传感器进入调零状态，此时传感器的千位数显示“0”并闪烁。将流量计的接入端口通人纯净的标准空气，调整面板上流量计，使流量为200ml／min，待读数稳定后，按一下遥控器的“向下”键传感器自动归零，这时检测仪面板上．的频率输出应为5 hz(此例中传感器输出频率范围是：5hz～15hz)
(3)调精度：传感器凋零后，按一下遥控器的“转换”。传感器进入调精度状态，此时传感器的千位数显示‘1’，并闪烁。对流量计输入端输入0～3％的ch 4 标准气，调整流量使流量为200ml／min，待读数稳定后，通过遥控器的“上”“下”，使传感器的显示数值与所用标准气体浓度一致，然后查看面板上频率表输出的数字是否与传感器的输出频率相吻合。(传感器的输出频率可由说明书决定的频率上 计算 出来如本例可查看下表读取频率数)。
频率输出甲烷传感器对应表(此例传感器频率输出范围是：5hz～15hz)。
(4)报警值设置：调满度后，按一下遥控器的“转换”，传感器进人报警值的设置状态，此时传感器的千位显示“h”并闪烁，通过遥控器的“上”“下”键，即可设置报警值。
(5)断电值设定：报警值设定以后，按一下遥控器的“转换”键，传感器进入断电值设定状念，此时传感器的千位数显示“d”并闪烁。通过按遥控器的“向上”、“向下”键，即可设定断电值。
(6)复电值设定：断电值设定以后，按一下遥控器的“转换”键，仪器进入复电值设定状态，此时仪器的千位数显示“f”并闪烁。通过按遥控器的“向上”、“向下”键，即可设定复电值。在调校过程中，若发现频率表显示数值与ch 4 浓度不符合对应关系且偏差较大，则该传感器应找厂家或专业人员检修，方可使用。本仪器在对传感器的断电信号输出检测时对传感器为高电频指示灯亮；低电频时指示灯灭快际检测时要根据不同传感器输出的信号决定)。
2.3.3ka型调校检测仪管理注意事项
(1)调校检测仪仪表盘应根据有关要求，由专业人员操作，严禁无关人员随意操作，以防损坏影响正常使用。
(2)各仪表及接线柱如发现异常，应及时分析查找原因。并查阅使用说明书，如有需要应及时与生产厂家取得联系。以便妥善处理。
(3)传感器引线与调校检测仪的连接不可接错。否则。容易损坏传感器及仪器。
(4)使用前应当先检查仪表及其他相关部件工作是否正常。确认无误后方可进行调校和检测。
(5)根据调校检测的步骤操作各开关(电源开关、转换开关流量旋钮等)
(6)调校检测完毕后应及时关闭气体阀门以及各开关井撤出传感器和分站的连线。
3 结束语
煤矿安全监控系统在硬件和技术方面在不断的 发展 ，但是在应用和管理方面同样需要更多的研究，需进一步走向正规，有时在那些安装了全套近期型的 现代 化安全设备的煤矿中，安全设备的使用也是大有问题。调校仪在监控系统的实际应用和管理方面起到了比较重要的作用，为系统的正常工作和数据的度提供了有力的保障。煤矿安全防护工作关系重大．需要我们专业技术人员在理论和实践应用方面做深入大量的工作和研究。
监测系统论文:煤矿安全监测系统频率信号研究
矿井中对环境参数的连续不间断监测是通过安全监控系统实现的。他的报警是利用气体传感器技术，将检测到的气体浓度和标准值进行比较，在一定浓度值时进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，避免不安全事故的发生，对保障煤矿安全生产起着非常重要的作用，那么于此同时对监测监控设备的使用至关重要，安装位置要有一定规范。
1监测监控使用情况简介
1）监测情况简介。一号煤矿的安全监测系统采用天地（常州）自动化股份有限公司的KJ95N型煤矿综合监测系统，监测、显示瓦斯、风速、负压、一氧化碳、粉尘、温度、风门开关等环境参数，具有故障闭锁和报警、就地和异地超限断电、风电瓦斯闭锁。安全监测系统信号传输采用信号电缆和光纤相结合的传输方式。设备使用的是该公司生产的JFl6B型通用监控分站和与子匹配的瓦斯、风速、温度、粉尘、一氧化碳传感器。2）存在问题。一号煤矿采用监控分站安装在回风顺槽内，与回风流处传感器在同一位置，容易造成安全监测数据不稳定等故障，大致有以下几点：a.违反《安全规程》、AQ6201-2006和AQ1029-2007安全监测仪器使用管理条列；b.监测监控分站易受到回风顺槽潮湿空气的侵蚀，造成数据传输不稳；c.容易成传输“隐形”故障，维护维修不便；以上问题容易造成设备使用寿命减短，所以必须挪移我矿安装在回风顺槽的监控分站。
2安全监测系统设备技术点分析
1）主要设备技术参数。a.电源采用KDW65型本质安全型电源，本电源有三路18V直流本安电源输出，其中第1路与第2路可用于传感器供电，第3路用于KJF18B型通用监测监控分站供电。b.传感器主要参数如下：瓦斯传感器：工作电压：直流18V；工作电流：≥65mA；测量范围：0～4%；输出频率：200～1000Hz频率。风速传感器：工作电压：直流10～18V；工作电流：≥45～60mA；测量范围：0.4～15m/s；频率输出：200Hz～1000Hz。一氧化碳传感器：工作电压：直流18V；工作电流：≥100mA；测量范围：0～1000×10-6CO频率输出；200～1000Hz。粉尘传感器：工作电压直流18V；工作电流：≤300mA测量范围：0～1000mg/m3，频率输出：200～1000Hz。温度传感器：工作电压：直流8～18V；工作电流：≥30mA；测量范围：-5℃～+45℃；频率输出：200Hz～1000Hz。c.KJF18B型通用监测监控分站有两列信号输入端子，左列为模拟量输入，共8路信号输入，右列为8路开关量信号输入。2）频率信号分析。频率信号，通常是由于信号的带宽而起的作用。带宽是信号频谱的宽度，也就是信号的较高频率分量与低频率分量之差。信道带宽则限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率，也就是限定了一个频率通带。如果信号与信道带宽相同且频率范围一致，信号能不损失频率成分地通过信道；但频率信号不可以远距离传输，易受外界干扰，且如果采用独立的信道传输线缆重复敷设严重。可以看出传感器频率全部在200～1000Hz。即带宽相同，且低频率基点相同，可以在同一信道上传输，即回风流处5台传感器的信号负极线缆可以复用，得出以下改造措施：a.同一基点（信号负极）可以采用同一根线缆；b.不同信道之间的区分可以由不同线缆与同一根线缆（同一基点）之间配合。传输配合图如下：由上图可以看出A为公共信号基点，B、C、D、E与A基点组合不同信号的配合线缆，所以AB之间配合是风速传感器信号，AD之间配合是瓦斯传感器信号等。
3实际应用
因为原先一号煤矿监控分站与传感器同时安装回风顺槽的10到15米的位置，所以在改造过程中分站如果搬迁，势必造成每台传感器与分站之间线缆延长，线缆重复敷设严重，综上所述材料的选择可以依照下列几点考虑。
3.1材料选用使用说明
1）首先采用MYJ3*2.5+1*2.5型信号电缆做为回风流处所有传感器电源线缆，其芯线分为“红”“黄”“蓝”“绿”。两两一组引接18V直流电源，共两组18V电源。2）信号线缆采用MHYVP1*7*7/0.52型的7芯信号电缆，其芯线分为“红”“白”“蓝”“绿”“黑”“黄”“紫”，将回风流处传感器信号负极公用1色“白”，其余颜色为各个传感器信号正，其中瓦斯信号正采用“红”，风速信号正采用“蓝”一氧化碳信号正采用“绿”温度信号正采用“黑”粉尘信号正采用“黄”紫色为备用信号芯线。
3.2接线工艺
1）MYJ3*2.5+1*2.5型信号电缆输入侧一段直接接入KDW65型本质安全型电源18V电源输出。共引出两路（“红”“黄”为单独1组18v，“蓝”“绿”为单独1组18v），线缆输出侧接入回风流处接线盒内。2）MHYVP1*7*7/0.52型信号电缆始段直接接入KJF18B型通用监测监控分站，将线缆“白”色全部接入监控分站左列端子的信号负极上。其余线缆按照如下连接：a.瓦斯信号正采用“红”；b.风速信号正采用“蓝”；c.一氧化碳信号正采用“绿”；d.温度信号正采用“黑”；e.粉尘信号正采用“黄”。依照色谱顺序，分别接入左列端子的第1路瓦斯，2路风速，3路一氧化碳、4路温度、5路粉尘每组端子排的信号正。而MHYVP1*7*7/0.52型信号电缆末端也接入回风流处接线盒内。
4结论
以一号煤矿613工作面为列改造，分站搬出回风顺槽后传感器运行稳定，数据，且“瓦斯电闭锁”功能正常，达到了预期改造目的，且安装位置符合《安全规程》、AQ6201-2006和AQ1029-2007安全监测仪器使用管理条列；消除了监测监控分站受到潮湿空气侵蚀的危害，提高了数据传输的稳定性，消灭了“隐形”故障。
作者：朱元军 单位：陕西陕煤黄陵矿业一号煤矿
监测系统论文:基于无线移动技术的煤矿井下瓦斯监测系统
摘要：瓦斯是古代植物在堆积成煤炭的过程初期，由纤维素和有机质在厌氧菌的作用下，分解而成无色、无味的气体，当在井下进行采煤作业时，达到一定的浓度后，就会使人缺氧而窒息，甚至发生燃烧或爆炸。本文中介绍的无线移动瓦斯监测系统，可以将井下移动的便携武检查仪进行联网，通过人员的移动不断地监控各个区域、各个时间节点的瓦斯浓度，并将数据自动上传至主计算机，当出现瓦斯超标时，计算机就会自动闭锁进行控制，或者发出警报，通过煤矿井下无线移油咚辜嗖庀低车姆治觯阐述其优缺点，为实现煤矿技术型创新提供一定的参考。
关键词：煤矿井下；无线移动；瓦斯监测系统
瓦斯是威胁煤矿安全生产的关键问题之一。据不统计，我国的高瓦斯矿井占全体矿井的50%左右，瓦斯事故所造成的人员伤亡总人数，占矿难总伤亡人数的60%以上，并且在所有矿难中，瓦斯事故几乎接近于七成，因此所有煤矿的瓦斯监控，都是煤矿安全管理部门的核心监控项目，是所有安全工作中最重要的组成部分。在实际生产过程中，为了实时监测煤矿井下的瓦斯浓度，各个煤矿采用了各种瓦斯监控的方法，用以保障井下正常的生产活动。
1.传统瓦斯监控系统存在的问题及不足
传统的瓦斯监控系统主要分为两大类：一类是固定式监控，所采用的检测设备是瓦斯传感器；另一类是移动式监控，所采用的监测设备为个人便携式瓦检仪。
1.1固定式瓦斯监控系统
固定式瓦斯监控系统主要的组成部分有：瓦斯传感器、地面监控系统、井下监控系统等，固定在煤矿井下的瓦斯传感器，将井下监测的实时数据通过井下监控系统，将监测的信息传递到地面的控制中心，以实现井下瓦斯的全天候监控，固定式的瓦斯监控设备采用的是有线连接的方式，虽然监测数据稳定、，但是还存在很多弊端。
及时、固定式瓦斯监控体系存在监控盲区；
第二、瓦斯传感器后期维护问题；
第三、人为破坏。
1.2移动式瓦斯监控系统
移动瓦斯监控系统与固定传感器不同的是，由瓦检人员携带便携式的瓦斯检测仪，进入到生产区域，进行流动性检查，当进入到一个瓦斯浓度超标的区域内，瓦斯检测仪就会发出声光警报，瓦检人员需要立即通知井上调度中心，采取相应的安全措施，便携式瓦斯检测仪体积小、使用方便，但是同样存在很多问题。
及时、监测点随意性较大；第二、监测到的数据不能联网监测、不能自动上传，即使把数据上报到调度中心，数据的滞后性也很明显；第三、人为因素明显，在监测过程中，对于人员素质的要求很高，如果大量不利的人为因素出现，必然会导致监测数据的不性。
2.无线移动瓦斯监控系统组成及工作原理
针对固定式（固定瓦斯传感器）及移动式（便携式瓦斯检测仪）监控系统的缺陷，由此产生了无线移动瓦斯监测系统。它是通过无线通信技术，将便携式瓦斯检测仪中的数据实时的传递给调度中心，完成全区域监控。在实际组成煤矿井下整体瓦斯监控体系时，首先需要解决煤矿井下无线信号大面积覆盖的问题，其次要形成统一的数据上传网络平台，充分利用无线移动技术，将井下便携式瓦检仪实时监测的数据，上传到计算机中，由计算机进行全程监控。无线移动瓦斯监测系统主要包括：终端监测仪、无线收发器、定位装置、数据通信接口以及计算机监控系统几个方面。
为了保障上传的瓦斯监测数据与井下位置保持一致性，也就要确定监测点的位置，需要在井下无线信号覆盖的地方加装定位装置，定位器不断的发出位置信息，与无线瓦检仪传递的数据一起反馈给地面；同时地面计算机也可以通过操作系统向井下人员发送报警信息，通过声音、闪光、震动等形式，提醒井下工作人员，现在的瓦斯浓度已经超标，为井下人员的撤离及井上人员的救援提供参考。
3.无线移动瓦斯监控系统功能
无线移动瓦斯监测系统实现了井下信号的多方位覆盖，有效解决了固定式瓦斯传感器存在的监控盲区问题，同时实现了联网监测，解决了传统便携式瓦斯检测仪存在的数据滞后及人为现象严重的问题。各个监测点的数据，可以及时上传，由各个井下监测分站将数据进行汇总，其主要的系统功能有：
及时、瓦斯监测数据实时上传，监控区域覆盖于整个煤矿井下。
第二、便携式瓦斯检测仪与井下监测分站及井上调度中心形成联网体系，可以及时时间将数据信息反馈给地面调度部门。
第三、监测数据可以进行自动的分析及保存，有利于井上分析处理相关问题，当瓦斯浓度超标时，具有自动闭锁及声光报警等功能。
第四、具有一定的定位功能，方便地面调度中心对瓦检员的井下移动轨迹，进行相关的跟踪，进行移动线路间数据的相互对比，防止人为因素现象产生。
第五、无线移动瓦斯监控系统具有双向通信功能，如果地面调度中心有紧急事件需要通知时，可以通过收发短信的形式，将信息发送到单个或整体的瓦斯监测仪上，煤矿井下人员当遇到突发事件时，也可以反向向地面调度中心发出求救信号，以获得及时的救援。
4.无线移动瓦斯监测仪关键问题分析
4.1煤矿井下信号覆盖问题
煤矿井下的巷道结构复杂，巷道里面有错综复杂的分支、拐弯以及各个工作面，还有生产设备、皮带车辆等障碍物的存在，所以要实现井下信号的多方位连续覆盖，其实并不容易。首先要在大巷中设立瓦斯监测分站，并且数量要进行保障，同时这些分站的位置要相对固定，分站与分站之间用有线电缆进行连接，作为信号处理的中转站，从每个分站中引出多个无线信号收发器，充分分布于分站周边的各个区域，如：工作面、掘进面、分支巷道等，分站与无线信号收发器之间也采用有线电缆进行连接，以方便后期无线信号收发器的日常维护。
当无线信号收发器铺设完成后，需要从无线收发器中引出多条信号电缆作为信号天线，沿着所需要覆盖的区域进行铺设，有信号电缆的地方就有无线信号，总体来说只要人可以进驻的地方，信号电缆就可以铺设到哪，没有区域的限制，同时信号也不会随着巷道的分支及拐弯而受到影响。
4.2便携式瓦斯检测仪的定位问题
信号收发器可接收的范围往往涉及几百米的空间，在同一个范围区域内，有时有可能会出现多台便携式瓦斯检测仪同时上报数据，因此需要对每一台便携式瓦斯检测仪进行数据定位，这就需要通过定位装置来得以完成，定位器是由电池供电的小型无线设备，通过事先在地面数据库中进行输入位置，它会不断地向外发送其特有的位置数据信息，当瓦检员到达一个区域后，在它附近的定位设备就会向地面调度中心把当前的位置信息及瓦斯数据信息一起进行上报，并由地面上的瓦斯监控计算机统一处理。
5.结语
通过以上的分析，我们发现无线移动瓦斯监测系统对个人便携式瓦斯监测仪进行了统一集中的管理，整个系统在实时数据上传方面及双向数据通信方面有着无可比拟的优势，所以在2009年全国煤炭瓦斯防治工作会议中，将无线移动瓦斯监测系统定位为先进适用技术。目前，煤矿井下的无线移动瓦斯监控系统已经完成了相关的开发及准备工作，相关行业部门已经得到了充分的认证，并且已经在一些大新型煤矿中得以实际运用。该系统的推广，必然会对煤矿瓦斯监测及瓦斯事故预防提供积极方面的意义，对我国整个煤炭行业的安全生产提供坚强的保护。
监测系统论文:能效监测系统在煤矿工作面的应用
摘 要：全国“十三五”能源规划工作会议提出，坚持“节约、清洁、安全”的发展方针，落实“节能优先、立足国内、 绿色低碳、创新驱动”四大战略，能源行业控量节能成为新形势下国家能源战略的主题，采矿行业耗电量大，是能效监测的重点单位。将煤矿建设成为具备节能形势分析、能效分析、碳排放分析等功能，为相关部门提高节能调控和管理措施的前瞻性、针对性和有效性，为企业提升能源精细化管理水平提供数据支持。
关键词：绿色低碳；能源战略；能源规划；控量节能；能效监测
为实时反馈工作面及重点耗能设备能效状况，促进工作面能效水平总体提升；同时在国家发改委对“千万吨级高效综采关键技术创新及产业化示范工程项目”进行验收时能够提供详实的能效历史数据支撑，开发出一套能够提升工作面的能效水平的系统成为高产矿井关注和研究的重点。
1 系统研究背景及意义
煤炭工业在发展过程中不协调、不平衡、不可持续问题依然突出。“大马拉小车”的传统低效采煤模式普遍存在，生产过程能源消耗不合理，采煤机械化程度与先进产煤国家仍有较大差距。行业总体生产效率远低于先进产煤国家水平。
2 能效监测系统设计
能效监测系统采用B/S架构。系统综合运用测量技术、计算机应用技术、网络技术、信息技术，实现计量数据（主要是电量和产量）的综合管理。
能效监测系统以电量和产量数据作为支撑，电量数据主要来自工作面组合开关、变频中心等设备，通过RS485或TCP/IP协议进入矿井高速工业以太环网，设备利用Modbus RTU、OPC等接口对外发送数据，产量监测数据来自矿井综合自动化系统的OPC传输通道。电量和产量数据都集成到工作面数字化集成平台的过程数据库中，然后经过程数据库存储到关系数。
3 系统功能
能效监测系统由现场计量仪表、数据传输网络和地面计算机管理系统等构成，对工作面煤炭产量、总用电量及主要耗能设备消耗电量进行计量、采集、传输、存储、汇总、分析、上报、评价、预警，具体实现如下功能：
（1）参数采集：所有时段工作面产量、总用电量、重点耗能设备用电量等数据的采集、传输、过滤、存储；（2）能效计算：根据采集的实时和历史数据，对工作面总能效指标、主要耗能设备能效指标进行计算；（3）能效指标评估：对采煤机、刮板机、转载机、破碎机、皮带机等主要耗能设备工序能耗进行计算，并与预先设定的标准评价值进行比较，形成等级评价；（4）能效指标预警：对工序能耗指标超标的重点耗能设备进行预警，提示管理者进行调整；（5）历史数据查询：在任一设定时间段内，实现对单台设备及整个19108工作面实际能效指标查询，评价情况查询、预警指标查询等。（6）报表功能：多种报表的生成和打印功能。
4 成果展示
该系统可以实时的展示实时用电情况，并能自动生成各类报表和图表。
5 经济效益分析
经测算，在工作面可持续生产的七年中，掘进工程量预计减少6872m，平均每年减少981m。按照配置情况，掘进机容量260KW，掘进顺槽皮带四部4×2×75KW，压风机运行容量2×250KW（压风机约60%供给掘进系统），忽略其他负荷，掘进工程机械负荷合计1160KW。（260+2×4×75+2×250×0.6）装备运行负荷率按70%考虑，每年掘进工程节电量为474万kwh，折583吨标煤；七年累计节电3318万kwh，折4078吨标煤。
6 社会效益分析
加快高新技术向传统行业渗透，有效地缓解制约煤矿安全、高产、高效生产的技术瓶颈，提高产业竞争力，推动我国煤炭产I实现可持续发展。同时促进高技术产业快速发展，在信息技术、新材料、先进制造技术、先进能源、自动化等领域形成一大批有较大带动作用的高技术产业群。
7 结语
本系统实时反馈煤矿工作面及重点耗能设备能效状况，促进工作面能效水平总体提升；同时在国家发改委对“千万吨级高效综采关键技术创新及产业化示范工程项目”进行验收时能够提供详实的能效历史数据支撑，时了解各生产用能环节能源利用状况，根据能效目标和能效现状，为管理者提供科学调度和后续改进数据参考。
监测系统论文:Kj558在线光纤监测系统在煤矿防火上的应用
[摘 要]温度的升高是采空区自然发火和氧化速度加快的重要特征指标，可以通过温度变化，更直接地研究采空区氧化升温的规律，预测自然发火的程度。以往掌握采空区自然发火规律依靠煤矿气相色谱仪分析采空区气体，传统的气体检测方法存在检测信息滞后以及增加检测的复杂性等问题，面对该问题公司引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统。该系统对采空区温度能实现无源探测、实时分析、预报等功效。
[关键词]温度变化 自然发火 光纤测温 检测
目前煤自燃主要对温度和气体监测，其中温度监测主要有无线自组网传感技术、红外热成像技术等，无线传感器可以再采空^布置，监测直接，但成本高，若对采空区的温度场充分了解，需要布置大量的测点，无法回收，且目前无线自组网传输技术不成熟、需要供电等，限制了该技术的发展；红外热成像技术限于煤岩表面温度监测，要求中间无遮挡物；现在常用的气体监测手段是束管监测，束管采用气象色谱仪来对井下的气体进行监测，其优点是能对自燃过程产生的气体灵敏监测，精度高，监测参数多，成本低，缺点是束管管路长，无法保障整个管路气密完整，而在采空区的探头容易被积水积尘堵塞，且容易被砸断。针对上述情况，公司于2014年引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统，并在兴安、富力、南山三个矿井的采煤工作面进行了试用，取得了良好的效果。
1、技术依据
煤的自燃分为三个阶段：煤在低温的条件下，能吸附氧生成不稳定的化合物，放出少量的热，这种氧化过程十分隐蔽，称其为潜伏期；经过该阶段后，煤的氧化过程加速，发热量增加，不能及时散热，就加速煤的自燃；如果煤的自热温度继续升高至临界温度（70―80℃）以上，氧化急剧加快，煤的温度迅速，升至300―500℃时，就会发生燃烧现象，H2、CO、水蒸汽征兆性气体出现，该阶段是防止隐患升级的有利时期；当温度达到800―2000℃时，煤的燃烧就会出现明火，此时基本就没有办法施救，只能被迫封闭工作。因此，在工作面回采过程中，对工作面入风巷、回风巷及切眼位置进行温度监测、及时发现温度异常，将煤的自然抑制在早期阶段，对控制预防采空区自然发火具有重要意义。
2、光纤测温系统工作原理
分布式光纤测温监测预报系统运用拉曼散射和光时域反射技术，可以实现温度和距离的测定。
3、光纤测温系统组成
光纤测温系统主要由测温光缆、矿用分布式温度检测仪、井下交换机、通讯光缆、井上交换机、井上测试PC机部分组成。
4、系统特点
4.1 本质安全，不带电，不受外界电磁场干扰，长期漂移小；
4.2 复用能力强，可实现对一线多点、两维点阵或空间分布的连续监测；
4.3 采空区发火点精准定位，误差小，显示直观，反应迅速。
5、系统使用
煤矿安全生产光纤温度在线监测及自然发火预警系统采用长距离矿用铠装光缆作为温度传感器，与传统的温度传感器相比具有本质安全，耐腐蚀，不受电磁干扰等优点，光缆沿走向敷设于井下巷道、工作面及采空区内，也可直接埋设于火灾隐患的高温区域，连续监测长距离大范围的环境温度信息，为煤矿井下温度监测等应用提供品质的温度监测方案。该系统的分布可以用于确定发火点的位置，避免了由于束管漏气造成的误差，对煤矿采空区灾害监测和控制有着重大意义。煤矿安全生产光纤温度在线监测及自然发火预警系统则采用不带电的感温光缆作为传感器，能够真实有效的检测整个采空区内部的温度分布，而采空区的有害气体释放及自然发火等情况均与温度有直接的关系，所以对采空区进行温度的监测更具有直观性；本系统通过连续的监测，可以监视采空区从起火、自燃到灭火的整个过程，且可以观察记录起火的位置、范围大小等数据，对采空区自然发火的研究有重要意义；感温光缆可以在回采工作面的回撤过程中连续监测之前已经采完塌落的采空区内部的情况，而不需要等整个工作面采完后再对采空区进行监测。
基于光纤技术的采空区自然发火系统在兴安、富力、南山三个矿运行以来，对采空区内温度进行了实时在线监测，指导了三个矿防灭火工作的开展，提高了矿井抗灾能力。
6、结论
6.1 感温光缆不带电、可以实现空间连续温度监测，解决了采空区内部温度检测的难题，具有较强的创新性。
6.2 通过分析测试数据，三个矿井采煤工作面温度场分布受“三带”影响，都呈现出一定规律，采空区内温度曲线整体上先增高后降低，呈“峰形”变化，符合实际情况。因此，实际测量与采空区内部煤体氧化机理相吻合，表明该方法是切实可行的。
6.3 系统提供巷道环境温度及采空区温度分布及变化趋势数据，可用来综合判断煤的自燃区域。
6.4 通过光纤测温系统反馈的温度数据，指导矿井防火重点区域，提高了打钻、灌浆防灭火的效率。
作者简介
姚文龙（1982.03― ），男，工程师，学士，2007年毕业于黑龙江科技学院安全工程专业，现在龙煤鹤岗矿业有限责任公司通风技术部防火科从矿井防灭火相关工作。
监测系统论文:对KJ768煤矿微震监测系统相关探讨
【摘 要】微震监测技术是20世纪90年展起来的一种新型物探技术。KJ768煤炭微震监测系统是实时监测煤矿微震事件的计算机在线监测系统。微震监测技术是研究岩土工程中岩体变形破裂现象的一种地球物理学方法。近年来，在矿山、水利工程、交通隧道、天然气石油储存工程、地热工程、核废料处理工程等领域得到了广泛应用。
【关键词】微震监测技术 KJ768 应用
微震监测技术是20世纪90年展起来的一种新型物探技术。KJ768煤炭微震监测系统是实时监测煤矿微震事件的计算机在线监测系统。系统将计算机技术、信号处理技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。实现了复杂环境条件下对煤矿井下的微震事件变化情况的自动监测和分析。
1 微震监测技术原理
其技术原理为：岩体发生破坏前后，将持续一段时间以声波的形式释放积蓄的能量，从而产生声发射与微震等物理现象。通过对岩体破坏微震动信号的监测，经计算处理，可以得到岩体发生破坏的微位置坐标、详细时间和能量级别等信息。进而结合地质、开采和岩体力学理论，判别震动和能量释放与开采活动的因果关系，为生产安全提供决策依据。
2 微震监测技术
2.1 系统结构及组成
系统包括六个组成部分：（1）计算机及数据处理软件；（2）GPS授时装置；（3）KJJ185矿用网络交换机；（4）KJ768-F矿用本安型监测分站；（5）配接传感器；（6）KDW127/12B矿用隔爆兼本安电源。
2.2 功能及用途
KJ768煤矿微震监测系统能够监测能量大于100J，动态范围110dB的微震现象。本产品通过井上和井下布置的拾震器对矿山微震进行实时在线监测，可给出矿山微震波的能量、频谱等特征。
本产品系统软件能对矿山微震事件的位置和能量分布进行定位处理与可视化显示，得到岩层活动（顶板断裂、应力分布等）情况，可用于矿井冲击地压、动载矿压、上行开采等不同灾害的监测预警。
2.2.1 功能
（1）实时、连续、自动采集原始震动信号；（2）可按不同要求实现数据滤波处理；（3）自动保存原始数据；（4）可进行震源定位和震源分析；（5）基于自震式功能的监测区波速场扫描与应力场评价，监控区域的CT扫描功能；（6）具有多种不同形式的报表；（7）灵活处理震动信息，多种分析手段；（8）实时显示震动信号波形。
2.2.2 扩展功能
（1）可给出监测区域内岩层活动信息；（2）可给出微震震源的时空分布规律；（3）可给出监控区域内构造分布信息；（4）可给出监控区域的高应力集中区域；（5）可给出采动区冲击地压危险的综合监测评价结果；（6）可进行冲击危险区解危措施效果检验；（7）可进行采动影响下异常地质区的岩体活动信息。
2.2.3 应用案例
（1）可用于动载矿压监测预警；（2）可用于冲击地压/矿震监测预警；（3）可用于上行开采监测；（4）可用于煤与瓦斯突出监测预警；（5）可用于隔水层突水监测。
3 监测系统安装
3.1 KJ768-F微震监测分站
KJ768-F矿用本安型监测分站（以下简称分站）主要作用是采集传感器数据，与上位机进行数据传输。分站采用本质安全电路设计，可用于井下含有瓦斯爆炸性气体的危险场所。分站可将监测到的数据传送到KJJ185矿用网络交换机，通过交换机再将数据发送到地面计算机。
（1）安装前准备。根据煤矿井巷布置图和KJ768-F矿用本安型监测分站的覆盖范围，事先勘察绘制确定设备放置站点的位置布局图。
（2）分站和电源安装。根据位置布局图所确定分站的位置，将分站悬挂在巷道的壁上，因需连接传感器电缆和通讯电缆分站不宜悬挂太高，方便接线为宜（分站箱子离地1米左右）。将分站箱子固定在巷道壁上的锚杆或者是铁网上。KDW127/12B矿用隔爆兼本安电源悬挂在分站箱子旁，为分站提供DC12V电源。
（3）分站线路连接。打开分站箱子上盖，再打开内部接线盒，按接线盒内部所标传感器各通道顺序将传感器电缆连接到接线盒内
（4）传感器信号电缆安装。接线盒内传感器电缆连接顺序为从左到右（通道1-8），将信号电缆剥皮并从线缆接口插入分站内部，使用剥线钳剥出线芯，并用十字螺丝刀锁紧接线盒压线螺丝。
3.2 GZC-70拾震器
GZC70矿用本安型拾震传感器（以下简称传感器）是微震传感器，可以和KJ768-F矿用本安型监测分站配接。该产品主要用于采集煤矿微震事件导致的振动信号。也可用于涵洞或其它地下工程的微震监测。产品采用本质安全电路设计，可用于井下含有瓦斯等爆炸性气体的危险场所。
根据煤矿井巷布置图和KJ768-F矿用本安型监测分站的覆盖范围，事先勘察绘制确定传感器安装位置，做成详细传感器安装位置的布置图，按布置图位置打好锚杆。
（1）首先将传感器转换接头与巷道中已有的锚杆连接；将转换接头锁紧在锚杆上，再将传感器紧锁在转换接头上。（注意：锚杆与岩体不能松动，否则影响传感器信号接收效果）。
（2）安装完成后调整传感器角度，使传感器保持垂直放置（如上图），既传感器输出接口朝上，然后锁紧转换接头螺丝。
（3）将传感器电缆连接2通本安接线盒，完成传感器与分站的电缆连接。
3.3 地面设备安装
将电脑主机和GPS授时器安装在监控中心，各设备正常插入通电。主机网线和GPS授时器网线连接到井下到监控中心环网交换机上，GPS授时器插入天线和网线，GPS授时器天线需放在室外开扩位置，以便接收GPS信号。
4 结语
KJ768煤矿微震监测系统，在硬件上实现了噪声低、响应快、智能化、自动化、可视化和网络化功能，相对其他传统监测手段，具有远距离、大区域、动态、三维、实时监测、监测空间与时间连续等特点。通过专业化数据处理软件，能够实现地得到微震事件发生的三维空间位置和量级，从而可对岩体变形破坏情况做出评价。KJ768煤矿微震监测系统在十多个矿或工作面的动载矿压、上行开采、冲击地压等煤矿灾害防治领域得到推广应用，取得了成功。
监测系统论文:煤矿瓦斯监测系统安全运行研究分析
[摘 要]煤矿瓦斯灾害会给国家、企业和人民带来严重的灾难。因此，必须建设完善的煤矿瓦斯监控系统，在防止瓦斯灾害的同时，系统的安全稳定运行显的尤为重要。本文从煤矿瓦斯监控系统电磁兼容性、后备电源使用、防雷接地等入手，重点阐述系统存在问题，在此基础上，详细分析煤矿瓦斯监控系统使用注意事项。
[关键词]煤矿 瓦斯监测 安全运行 分析
一、电磁兼容性能
目前使用的监控系统普遍存在着假数干扰问题，尽管有些矿井使用了光纤传输，依旧没有解决冒大数的顽疾，传感器信号向分站传输大都采用200-1000Hz频率制式，分站采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫能力很差，极容易在此环节上引入干扰，现场的干扰源有以下3个来源：
1、煤矿井下特殊狭小的现场环境，传感器连线与动力电缆很难分开铺设，有些地方干脆就是挂在同一个电缆挂钩上，大型电器设备启动和停止时会释放出极其强烈的电磁脉冲辐射，强干扰脉冲能在瞬间淹没传感器信号，结果就造成了“冒大数”现象。
2、遇有线路接触不良，譬如接线盒压线螺栓松动，传感器接插件氧化、连接电缆接头氧化等等，就会造连接虚抖，致使规整的矩形脉冲被“切割”成许多杂散尖脉冲信号，结果造成大数假象。
3、井下变频设备工作时会释放强烈的电磁干扰，严重污染电源环境，干扰信号通过电源线路窜入分站，轻则造成假数干扰，严重会阻塞分站通信，甚至造成分站CPU频繁死机。 井下分站和地面计算机无法识别这些比常规信号还强烈的干扰，分站将这些干扰信号作为数据处理，就造成了难以克服的“大数干扰”，干扰问题普遍存在于目前使用的各种系统中，根据对神华宁夏煤业集团所属14个矿井进行调研，大多存在误报警，且次数频繁，极大损害了监控设备的可信度。为了克服脉冲干扰，许多系统都采用软件干扰滤除方法，即把传感器多次采集结果进行比较，经过多个采集周期后才能确认超限信息的“有效性”，为了加强滤除干扰能力，需要反复进行多次过滤，结果带来的是系统反应迟钝，断电闭锁动作缓慢，使真实超限的数据迟迟不能正确反映上来，无法达到煤矿安全监控标准30秒的低要求。
二、分站后备电电源
目前分站中使用的后备电源，大都是铅酸免维护电池，电池放电完毕，一定要立即充电，否则电池机板将很快硫化损坏！使用中的后备电源，每次放电后，要经过48小时充电方能全部充满，每天都发生交流电停电的场合，电池将长期处于过放电状态，不能保障后备时间且极易损坏电池极板。
下面是几项蓄电池损坏的实例：
（1）井下工作面设备搬迁时，往往生产部门首先切断工作面电源，然后才逐步拆卸设备，带有后备电源的分站，在交流电停止那一刻开始，已经开始消耗后备电池中的电能，直到电池放光为止。如果这台设备不能迅速搬移到新工作地点，并且连接好电源将电池及时充电，那么这台分站中的电池组注定就报废了。用户要避免这种在不知不觉中损坏设备的习惯行为，一定要在拆装设备之前，用遥控器关闭分站电源。
（2）有些矿井工作面每天都要停电，注意：只要发生一次停电后没有及时恢复，电池就将全部放光储存的电能，恢复供电后充电不足24小时接着再次放光，这样长期处于欠充电的电池将很快损坏。
在进行后备电源容量的测试之前，一定要保障48小时的全充电（二天二夜），如果仅仅充电八小时就开始放电，电池组只能充到1/3不到的容量，将远远达不到全容量的指标！使用中要避免后备电池长期处于过度放电状态，仪器一旦过度放电后没有及时充电，会造成电池长期性损坏。建议为分站提供双电源或专用供电线路，保障系统电源的性。
（3）仓储中的分站没有连接交流电源，不要轻易启动设备运行，一旦后备电源被启动，就将一直放电到电池终了，储存的环境得不到及时充电，电池将很快损坏。库存的分站要定期半年充电一次，升井检修的仪器，一定要充足电后再储藏，避免损坏电池。
三、系统防雷的若干问题（能改成井下的实际情况不）
除了大气放电造成的强电磁干扰外，还有一种来自矿井内部动力电源故障浪涌电流造成的破坏， 后者的破坏力往往远高于雷电的损坏力，特别在动力电源设备发生击穿短路、电缆短路放炮、电缆弧光短路等情况时，动力电源的相间会发生严重的不平衡。击穿点对地短路，造成很高的跨步电压（不同位置的两点大地电位差），能造成井下现场接地点与地面机房接地点很高的电位差。信号传输线跨接在这个高电位差的两地之间，与仪器之间形成放电回路，能在很短的时间内烧焦电路板，并使其碳化击穿，会破坏整个网络。用户往往在没有发生雷雨的季节也发生了击穿损坏，这就是动力电源浪涌造成的破坏。
（1）主通讯线采用光缆传输，因光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受人为释放的电磁干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆，这一点对于强电领域（如电力传输线路和电气化铁道）的通信系统特别有利。
（2）有条件的话地面线路可以考虑采取埋地走线方案，穿入钢管作防护外皮埋入地下能取得良好防雷性能。
（3）如果实在没有条件使用屏蔽电缆，把四芯电缆中的二根剩余芯线，在井上井下分别良好接地，也可有效吸收感应能量获得明显的保护作用。
（4）传输线终端的井上下分别加装避雷器，不可以只安装地面，忽略井下。安装线路避雷器，可以得到很好的保护效果，千万不要拆掉避雷器运行系统。
（5）避雷器的保险管被击断后，要换上相同容量的备用保险管，当地购买不到相同规格保险管尽快与厂家联系，切不可以用大容量的代换，一般不要用大于500毫安的保险管，不要用导线替代融丝。现场对损坏的保险管可以自己焊接，可以找来0.08到0.1漆包线替代熔丝焊接在玻璃管中。
（6）信号传输线不要同动力电缆挂在同一侧邦上，更不要挂在同一个电缆钩子上，否则动力电缆发生瞬间短路的浪涌电流会在传输线上感应出数千伏电压，能量非常强大。
（7）避雷器的接地线要良好接地，特别是安装在井下的避雷器尤其重要。
（8）雷电大作时，特别在机房附近落雷时，建议关闭地面主计算机，然后拔下主机和接口的电源插头，接有局域网的也要拔下网线插头，这样可以有效的保护计算机不被雷电击毁，但不能保护井下设备，只停电不拔下插头，主机照样容易被雷击毁。
（9）计算机外壳接地不能改善防雷性能，恰恰相反，机器外壳悬空能有效阻断放电通路，更有利于防雷。建议电脑插座中的保护接地不要连接大地（品字形插座中间的插孔），但要保障外置接口的外壳和电脑的外壳地连接在一起就可以（插在同一电源插座上，或用导线将二个插座的“保护地”连在一起），千万不可以只有一台接地而另一台外壳悬空（指通信接口和电脑的外壳）。
（10）在使用多个电源插座时，尤其是采用双回路电源供电的机房，千万要将几个电源插座中的保安接地相互牢靠连在一起。以保障电脑及接口的外壳“同电位”，否则电源浪涌和雷电极易损坏你的串行接口！千万不可以轻视此问题，即使不采用双回路供电，也是一样的危险，现场已经发现多起类似严重的事故。
四、总结
煤矿瓦斯监测系统目前虽然存在着一定的问题，但从各矿实际出发查找系统存在的不足，着实解决安全隐患 ，是保障系统安全稳定运行的基础。同时系统的稳定运行也离不开专业的技术支持，煤矿安全监测维护人员应加强计算机技术、电子技术、供电与安全等方面的学习，从而助推瓦斯监测系统长期安全运行。
作者简介
李伟（1986―），助理工作面，现任金能煤业分公司通风队技术员、2007年毕业于北京机械工业学院，从事的岗位工作或研究的方向；安全监控系统个人经验可写可不写；参加工作时间；2008.5年。
煤矿井下断路器实时监测系统设计
【摘 要】针对目前煤矿井下常见的断路器故障及诱因，设计了一种以TMS320F2812为核心的断路器实时监测系统，分析了系统的工作原理，完成了系统中各个功能元件与单元的设计，并实现了软件的预警和抗干扰控制。通过硬件与软件的设计，保障了电气设备中各个硬件模块的安全性及其监控的实时性与稳定性，对于提升断路器的保护能力及其性有着重要的意义。
【关键词】断路器；实时监测；系统设计；性
0 引言
煤矿产业属于相对特殊的行业，由于井下的工作环境存在诸多危险因素，比如高温、高湿以及高瓦斯浓度等，导致煤矿生产条件的安全系数较低。随着煤炭需求量的逐年递增，促使煤矿井下的作业逐渐实现了机械化、自动化、系统化，同时为了保障各个电气设备的正常工作，避免突发电力事件造成人力、物力的损失，要求断路器实时监测系统具有很强的稳定性和性[1]。
断路器监测信息需要进行实时通讯，通讯数据包括电参数及温度参数，及时对上传的数据进行分析及处理，若出现了预设的预警条件，将会把相关信息直接发送至管理员客户端，实现远程控制。系统由硬件与软件共同控制，要求其性、数据检测的实时性、性以及稳定性等要充分得到保障，并能够根据用户要求选取相关监测参数，避免硬件工作的浪费，为设备维修与维护提供明确的方向，从而提高设备运行效率，降低工作成本。断路器是煤炭安全生产的初始保障[2]，相对于发达国家，国内断路器实时监测系统的功能以及应用程度还存在较大差距，但随着硬件与软件技术的普及，断路器实时监测系统具有良好的发展和应用前景。
1 断路器故障分析
1.1 跳闸分析
（1）高温引起断路器跳闸
当断路器安装位置的通风散热性不佳时，断路器的工作温度能够超过70℃以上。在断路器内部结构中，具有两种不同热膨胀系数的金属材料，若断路器温度超过一定范围，负载保护金属将发生不同程度的变形，正常情况下，当电流过载时，将产生瞬间高温，形成过载保护[3-4]。
（2）电机启动过程中的断路器跳闸
断路器非正常跳闸的诱因主要包括机械故障与电气控制和辅助回路故障等，其中，机械故障占总故障发生率的65%以上，比如机构卡扣、元件变形、零件损坏、销轴及铁芯松动等。
1.2 故障诱因
分析断路器机械故障的诱因主要包括以下方面：（1）内部线圈与铁芯的装配精度较低，导致阻力过大，无法正常跳闸；（2）内部运动部件发生机械损坏或者较大变形，无法过载保护；（3）阀体机构等金属构件发生锈蚀，销轴松脱等。为了降低断路器的机械故障发生率，在断路器的生产及安装时，需要进行反复调试。在电气故障方面，其具体表现为：线圈短路、烧毁及过长时间带电，辅助开关异常，合闸接触器损坏，二次接线故障，电源故障等。其中，在电气故障中由于接触问题造成的故障较多，造成短路或者断路，使得断路器无法正常跳闸。
一般地，造成断路器的错误动作的主要原因有：（1）元件质量不过关，二次回路中的接线端排线受环境影响（潮湿等）导致绝缘能力下降，引起部分短路放电现象，造成断路器误跳闸；（2）工作电压不稳定，尤其在低压工作下，容易受到外界扰动产生误动作；（3）断路器内部的液压构件密封性降低，导致液压油外泄无法产生及时的跳闸动作，或者闭锁后无法开启；（4）断路器内部的弹簧机构尺寸调整或者设置不合理，在长时间工作下，无法让断路器产生动作。
2 系统总体设计
2.1 系统主要监测内容
（1）分合闸线圈电流监测
电磁铁是断路器操动机构里面的一个重要元件，当线圈中有电流流过时，线圈会产生磁通，铁芯会在电磁力的作用下动作，接通操作回路，进行高压断路器的分闸或者合闸。其实分合闸时的线圈电流信号中含有大量的信息，监测线圈电流并观察其波形，可以判断线圈的电气连续性和完整性，反映出二次回路的状态。分合闸时的线圈电流不仅能反映出操动机构的运动状态，还能反映出控制阀、链条的工作状态信息，比如：铁芯行程、铁芯有没有卡涩等。通过分析合分闸时的线圈电流，可以了解并掌握高压断路器的操动机构的运行状态，还可以据此判断高压断路器是否拒跳、偷跳，并且可以分析出高压断路器发生故障的原因。
（2）温度监测
因为高压断路器需要长期通过电流。正常负荷电流，短路时很大的故障电流，而实际情况下导体中都是有电阻的，电流流过时会产生热量，导体的温度会升高。在高压断路器的端子处，由于环境和设计、制造不当等原因，它们的电阻会增大，同样温度升高也很明显，温度升高会导致连接处的氧化程度加剧，致使接触电阻变得更大，假如不能进行及时处理，就会破坏期间绝缘绝缘、绝缘被击穿等重大事故。所以为了保障断路器地工作，就要确保断路器各部位的温度不超过较高允许温度。
测量温度是比较常用的技术，难度不是很大，已经能够达到高精度水准。目前，经常使用的温度检测方法是：使用便携式红外测温仪进行测量，用红外温度传感器进行测量，热电偶间接测量法等等。
（3）动触头行程监测
动触头行程―时间特性是高压断路器重要的表现机械特征的参数，它可以用于断路器分、合闸的速度的计算。断路器触头的分、合闸的速度，是非常重要的参数，影响着断路器的开断性能，特别是分闸后以及合闸前的动触头速度。动触头速度可以通过行程―时间关系计算得到，也是断路器在线监测中比较重要的内容。
2.2 系统工作原理
文中高压断路器在线监测系统以TMS320F2812为核心，并进行扩展外围电路，根据不同监测参数的要求，选用不同的传感器进行监测，信号调理电路把采集到的信号处理后传输给芯片，利用系统内部的A/D转换器进行模数转换，再通过RS485传输采集到的数据，由上位机显示参数分合闸线圈电流、温度等的数据、并将得到的数据储存与打印出来。在外围电路中，还根据实际需要设计了电源、键盘、开关量、显示屏。
该系统所能实现的功能：（1）监测与诊断断路器的合分闸线圈电流；（2）监测与诊断断路器母排端子温升；（3）监测与诊断断路器的动触头行程；（4）监测与诊断开断电流；（5）监测开断次数；（6）监测三相同期性；（7）显示断路器的监测参数信息；（8）统计、打印和数据共享功能。
3 系统硬件与软件设计
3.1 硬件设计
（1）传感器选型及调理电路设计
本文中是使用JT5-B磁平衡式霍尔电流传感器进行采集分合闸线圈电流，它能够对不同波形的电流进行测量，输出端可以将输入端的电流波形真实反映出来，把断路器的线圈引线从霍尔传感器的测量孔径中穿过去，这样便于获得电流信号历史记录，还能够避开电磁式互感器的不足，解决电磁干扰问题。
该型号传感器的参数主要有：输入/输出电流的比例是500：1，响应时间小于1μs，失调电流小于0.4mA。传感器装在断路器的操作回路中，电流信号输入到电流传感器，在传感器内通过取样电阻将信号转换为电压信号，然后再经过信号调理电路传输到DSP中，再通过DSP内部的模数转换器把模拟信号转换为数字信号，再处理数据。
电流经过JT5-B霍尔传感器后按照一定比例被转换为对应的电压信号，为了避免电压信号受到后续电路的干扰，可以根据运算放大器的“虚断”、“虚短”性质进行电压跟随器的设计，并把霍尔传感器输出的电压值按一定比例缩放。调理电路如图2所示。
因为温度测量点处的电位比较高，如果采用接触式测温的话，传感器的供电问题是一个难题，而且高压成分容易沿着传输路径传输产生对地击穿，导致发生严重故障；所以，要采用非接触式方法进行测量断路器及其母排接线端子温度。
本文选用基于红外线辐射原理进行温度测量的测温模块，该模块通过红外线辐射进行测量被测物体的温度，在20～70℃的测量环境下，传感器误差不超过3℃。传感器输出电压信号，在 V/F转换后，被转换为频率与电压有正比关系的数字脉冲信号，并传输到DSP中进行处理，测温元件采用TPS534型红外温度传感器。
本文中选用光电式位移传感器[5]进行动触头行程的测量。需要在断路器的操动机构的主轴上安装旋转光电编码器，因为动触头行程是对应于旋转光电编码器的脉冲数，从而可以求解相应特征量。如果编码器输出N个信号，信号间的相位差就是π/N，可计数脉冲是2N光栅数，再结合断路器的传动比，就能够算出断路器动触头的位移。
断电流是监测与预测断路器电气寿命的重要参考依据。本文中用霍尔电流传感器来测量开断电流，传感器的输入电流范围是0～100A，输出信号的范围是-5V～+5V。传感器是利用霍尔效应进行电流的测量的，当一个导线上有电流流过时，会在导线周围产生磁感线，如果附近同时有霍尔传感器，那么传感器内部的电子在磁通的作用下受力，会发生偏移，霍尔传感器会输出一个电压信号，然后把这个信号利用放大器进行放大，输出的信号可以反映原边电流。在监测电气寿命时，除了需要开断电流，还需要对开断次数进行计数。本文中选用硬件计数对开断次数进行计数，串联两个74HC161，从而构成一个256进制的计数器。利用10MHz有源晶振输出的高速脉冲作为系统的外部参考频率，并且用其求取锁相环输出信号的宽度，这种方法满足能精度要求，电路图如图3所示。
TMS320F2812的JTAG接口需要满足IEEE1149.1标准，它可以实时工作，即使在执行代码与中断时，也可以随时修改寄存器地址与存储单元中的内容。当不与中断服务冲突时，可以选用单步执行程序的方式。JTAG接口电路如图4所示。
3.2 软件设计
（1）预警设计
断路器在线监测与故障诊断系统除了实现监测与诊断功能外，还要重点完成保护作用，因此，文中通过软件控制方案[6]，对预警状态进行设计。系统运行后，断路器在线监测与故障诊断系统开始监测配电网参数，同时进行预警判断，预警的主要内容包括：温度预警、电流信号越线预警、三相电压不平衡预警等。通过程序控制触发预警窗口，并发出音频警告，比如温度预警控制，其工作流程如图5所示。首先，系统要检验DS18B20数字传感器的存在，即初始化，初始化完成后，发送跳过ROM指令，然后发送读取暂存器指令，并向DS18B20发送复位脉冲，DS18B20接收信号以后开始记录温度值，通过CRC校验得出最终的测量数据。系统在通讯端口设置通信口和波特率、停止位长度等参数信息，控制串口的关、闭属性，通过温度报表管理模块处理并显示测量数据的图表或曲线。
（2）抗干扰设计
数据采集的单次监测中，出现的随机误差并没有规律可言，但是监测次数较多时，数据中的误差将按照正态规律分布，因此，在采用周期内，信号参数所经历的检测次数越多，随机误差越容易处理和消除。一般地，消除随机误差较为常见的方法为算数平均法，即算数平均滤波，采用次数能够直接决定该方法对干扰信号处理的平滑度，采样次数越多，则能够滤除的干扰信号越多，但是容易导致系统灵敏度下降。因此，在实际工作条件下，需要综合考虑两方面因素，适当选取采样次数，确保能够在尽量少的采样次数下获取较好的滤波效果。
在抗干扰处理中，错误信息的消除是非常关键的。一般地，错误信息的来源主要为状态信息变位信号的失真。若不能被及时发现并消除，将带给管理员诸多错误信息，误导错误指令，严重时造成一定的事故。
（3）通讯设计
文中系统采用GPRS通讯，通过网络短信，将监测系统与下位机进行连接，完成系统高效控制。GPRS模块通过串口连接，接收和发送需要解码的信息。控模块中发出的数据信息将通过串口进行CMGS判断，当判断出回执时，则表示发送成功，若未出现回执，则进行错误验证，最终返回错误代码。整个过程保障了数据传输的性，能够实现监测数据的安全性。
4 结论
断路器是煤矿生产中电力系统中的重要组成元件，它的性对电力系统的稳定性而言非常重要。本文利用DSP的TMS320F2812芯片设计了一个高压断路器在线监测与故障诊断系统，实现了对分合闸回路电流、动触头行程监测，分别完成系统的硬件与软件设计。该系统性好，稳定性高，对于煤矿井下的安全生产有着重要的意义。
监测系统论文:煤矿绞车远程监测系统的设计与实现
摘 要：文章以矿井绞车的运行管理为切入点，对煤矿绞车远程监测系统予以探究。首先对相关研究背景及理论依据加以概述，随后对绞车远程监测系统的方案设计与主要功能展开详实的论述，结合生产实例分析了远程监测系统的实际应用效果。
关键词：OTC；煤矿绞车；远程监测
煤矿绞车作为其主副井提升的关键设施，是矿井生产运输有效运转所不可或缺的必要保障，其运行的安全与否对于矿井安全至关重要。但鉴于绞车运行环境的恶劣多变、操作运行方式的各异、设备维护人员水平的不一等实际问题，使得绞车运行管理不仅任务繁重且困难重重，这就对绞车运行的监测系统提出了极为严格的要求。过去，煤矿对于井筒绞车运行的监测多是采取直线管理网络，不仅方法单一，且缺乏有效的管理功能，所使用的监测系统也多缺乏通用性，往往是所使用的绞车一经更换就需要对整个系统进行重新布设，为矿井生产造成阻碍的同时亦增加了矿井运营成本。因此，研发一套高效且通用的低成本绞车远程监测系统，成为矿井发展的必然需求。
1 远程监测的原理与选择
矿井绞车的远程监测是指将绞车运行的实时数据采集后，通过电子网络传输到远处的服务器终端上，并通过服务器对所采集的数据加以运算处理后，获得能够真实反映绞车运行状态的信息参数，从而对绞车整体状况的良好与否加以判定。
在数据的搜集上，远程监测系统同现场运行监测系统的方式是基本相仿的。这也就意味着两者在系统的硬件构成上基本一致，不过鉴于远程监测系统需对所搜集的信息实施远程的传输，这就需要对数据输出量的大小加以考量，并对其他相关的网络问题进行分析和研究，如宽带设置、网速设定、网络堵塞的处理等，而这就要求必须创建一个有效的远程数据通信方式。
通常而言，完善的绞车运行系统其在不同的控制时期，多会配置各不相同的低层控制系统，诸如DCS、PLC、FCS等，这些控制系统不仅网络接口各有差异同时通信协议也不一致，这使得其彼此间数据的出书难以实现有效的衔接，必须借助第三方的机制对其进行相互的协调，从而实现对控制操作细节的屏蔽。而OPC技术正好可以有效满足这一需求，因此文章最终选定通过OPC技术达成远程监控所需的数据远程通讯。
2 绞车远程监测系统方案设计
2.1 系统框架构成
综合化的矿井绞车远程监测系统应当是对电子信息技术、网络通信技术、自控技术、传感技术、人工智能技术等诸多现代高新技术的科学化综合运用。一般而言，其多以网络通信技术与电子信息技术为核心内容，为绞车各组成部件的运行提供远程的实时监控及维护等功能，在有效确保矿井生产正常进行的同时实现对设备运行性的较大优化。绞车远程监测系统系统框架构成如图1所示。
2.2 现场硬件构成
现代化的绞车系统多是由数个相互衔接配合的模块所构成，系统通过不同的模块完成不同的动作命令以实现其功能的发挥。而为有效获取装备运行时的实时状态，绞车各个主要构成硬件中均装设有传感设施，借助其获得所需的数据信息。一般情况下，设备控制器内的数据包括状态信号、控制器信号等。其现场硬件的构成如图2所示。
2.3 软件系统构成
上世纪90年代以来，计算机系统的发展出现两种较为主流的趋势，其分别为封闭式系统向开放式系统的转变；集中式系统向分布式系统的转变。其各自的代表模式分别为B/S模式与C/S模式。两者各有自己的优势亦有独自的不足，所以在本次绞车远程监控系统的设计中选用B/S模式与C/S模式相互结合的混合式软件系统。
2.4 网络系统构成
一个完善的绞车远程监测系统由监测总服务器和数个现场PLC系统共同构成，运作时每个PLC系统负责对一台绞车的运行进行操控。整个系统最为关键的核心是监测总服务器，借助其可实现对多个绞车运行数据的实时监测。现场的PLC系统则是整个系统的基础所在，其借由工业以太网将自己采集的数据信息远程传输给监测总服务器，服务器对数据进行处理后获得每台绞车运行的实时信息，并将所获得数据存储至数据库以备调用。现场PLC系统和监测总服务器两者相互协调构成一个完善的分布式监测系统，其构成如图3所示。
3 绞车远程监测系统功能模块
3.1 远程通讯模块
远程通讯模块共包含两个组成部分，其分别为数据通信服务器与数据通信客户端。其中前者主要功能为对客户端的现场数据进行搜集，并依据具体需求针对性的发送客户端程序。客户端与服务器之间借助OPC技术实现数据的传输通讯。
一般情况下，服务器的数据采集均是依据客户端实际需求进行，非需求数据服务器不予收集，同时服务器还会对所搜集的数据进行实时监控，一旦发现数据的变动，服务器会对数据进行重新采集并将其发送给客户端；后者可让使用者借由其实现对所需现场数据的动态搜集，这种方式有利于实现系统资源的优化利用。
3.2 系统管理模块
整个系统的管理功能划分为三种，分别为数据库管理、用户权限管理、用户管理。
3.2.1 数据库管理
远程监测系统在运行时，会在数据库中储存数量众多运行数据。为避免由于病毒感染、使用者误操作等原因而导致数据的丢失，在使用时必须对数据库中的信息进行及时的备份，以便在发生数据丢失现象时可以对数据进行还原。通常情况下，数据备份应在系统运行不忙碌时，依靠人工操作完成，备份的数据即可存储在数据库硬盘中，亦可依据使用者需求刻录到光盘或移动硬盘上。
3.2.2 用户权限管理
鉴于远程监测系统使用者在企业中所处职位的不同，系统可针对性的赋予系统用户各异的使用权限。譬如有的用户仅仅是进行设备运行状况的查阅、有的则需对系统软件进行编辑和维护等。借助灵活的权限管理能够在有针对性的满足不同使用者不同需求的同时较大限度的确保系统运行的安全、，避免非法使用者的恶意登录。
3.2.3 用户管理
借助该功能可对远程监测系统的使用者及管理者进行自由的删减和增添。
3.3 报警模块
整个远程监测系统借由分布于各个设备组件上的传感器可实现对设备运行状态的实时监控，一旦发现数据异常情况，监测总服务器可立即向工作人员发出警报并对故障的位置及原因进行定位，并给出相应的解决意见，以便维修人员可以尽快地实现对故障的排除和修复，较大限度的确保矿井生产的正常进行。此外，该模块还会实时将相关故障信息存储到数据库中，对故障进行综合分析，避免相似事故的再次出现。
3.4 信息实时显示模块
远程监测系统可将采集到的绞车运行的实时信息借由表格、曲线图等多种形式予以显示。通常情况下实时信息包含有实时的数据显示和实时曲线绘图显示两部分。
3.5 Web信息模块
绞车远程监测系统可借助Web分布系统，将经由系统检测后的各类设备运行信息、报警信息、故障信息等实时信息或历史数据对外，使用者通过计算互联网即可实现对信息的远程查阅。
4 结 语
通过文中所述可知，将远程监测系统作为煤矿绞车操控的核心手段对于实现矿井生产的自动化建设有着极为显著的推进作用，特别是在我国能源市场竞争日益残酷的今天，矿井生产自动化程度的高低一定程度上决定了企业能否实现自身的长久和可持续发展。作为一名矿山机电技术人员，我们理应全力投入到远程监测系统在矿井绞车控制中的应用推广，为实现企业生产效率与生产成本的双丰收提供助力。
监测系统论文:矿井水文动态监测系统在煤矿防治水中的应用
【摘 要】潘二煤矿安装了矿井水文动态监测系统，通过近两年来的应用，水文技术人员能够动态掌握井上、井下水文钻孔水位、水压、水温、流量等水文情况，起到了预防水患的作用，并为论证A组煤层开采的可行性、设计方案的科学性以及生产的安全性提供了有力的水文资料，确保在开采A组煤层时能取得经济效益。
【关键词】水文；动态；监测；防治水
潘二煤矿现年产量为360万吨，一水平的C组煤、B组煤已近枯竭，下一步主采煤层为B组的4煤和A组的3煤。B4煤属于强突出煤层，为了能够尽快解放B4煤，潘二煤矿通过相应的安全技术措施，将A3煤作为B4煤的下保护层开采。不但确保了矿井的可持续发展，还为今后整个潘谢矿区A组煤的开采提供宝贵的经验。
A组煤的开采受地下水威胁比较严重，为了安全开采A组煤层，必须首先施工相应的疏水降压巷道和配备相应的疏干降压设施，并制定相应的安全技术措施来确保安全生产，因此对地下水的监测就十分必要了。潘二煤矿原先采用各种各样的监测方法，基本上是以人工为主，在不同程度上存在这样那样的缺陷。因此，潘二煤矿安装了西安欣源测控技术有限公司研发的KJ402矿井水文动态监测系统，该系统精度高、实时性强、运行、自动化程度高，能够连续长期测量、分析数据，适用各种不同环境的水压水位观测，对于及时处理水患，保障煤矿的正常安全生产具有重要的现实意义。
1 KJ402矿井水文动态监测系统简介
KJ402矿井水文动态监测系统是对矿井上、下水文观测点进行综合监测的系统。系统以工控机为核心，集电子、通讯、网络和水文等技术为一体的现代化监测系统，它涉及到水文数据的采集、显示与上传，通过网络来进行各部分的连接工作，最终完成在煤矿企业内部水文信息数据的共享。
通过本系统，技术人员可在地面办公室内动态监测井上、井下各水文观测点的水位、水压、水温、流量信息。在遇突发事件，如断层、不良封闭钻孔、顶板渗水等引起井下透水事故时，水文技术人员通过分析系统主站内井上、井下各分站反馈回的综合信息，便可迅速判断出是哪个层位的含水层透水及涌水量，从而进行有效引、堵、排水工作，大大提高了矿井的安全生产。
2 KJ402矿井水文动态监测系统的组成
整个系统由2个子系统组成：地面水文遥测系统和井下水文监测系统组成。
2.1 地面水文遥测系统
地面使用KJ402-FA水文分站实时监测地面水文长观孔的水位、水温变化，将所测数据通过GSM无线通讯方式，传送至设在监控中心内的主站进行数据处理。
图1 地面水文遥测系统结构图
2.2 井下水文监测系统
井下使用 KJ402-F矿用本安型水文分站实时监测井下放水巷放水钻孔的流量、压力、温度参数，及矿井井下涌水量动态变化。分站将流量、压力、温度传感器采集到的频率信号经集成电路处理后，转换为数字信号显示于分站显示屏上，并可通过485接口传输至地面上位机进行相关数据处理。同时，可通过地面上位机对井下分站进行参数设置。
图2 井下水文动态监测系统结构图
3 潘二煤矿水文动态监测系统的应用
依据矿井水文动态监测系统安装技术条件的要求，结合潘二矿的实际需要，潘二煤矿先后安装了21套地面水文长观孔遥测装置、15组井下水文放水孔监测装置、2套矿井涌水量测量装置。系统结构图如图3所示。实现了整个矿井的井上、井下水文参数数据的实时监测：通过无线遥测的方式实现连续或定时自动记录地面21个水文长观孔内水位（水压）、水温的变化情况，并利用GSM无线通讯模块将所测数据传送至主站进行数据处理；通过井下现场总线的方式实现井下2处矿井汇总涌水量的实时动态监测和15组管道流量、水压、水温等各个水文参数。
图3 矿井水文动态监测系统结构图
4 潘二煤矿采用的KJ402水文动态监测系统有以下特点
（1）适用面广，不仅适用于地面长观孔的监测，而且适用于井下压力、流量的监测。不仅适用于日常观测，而且适用于抽放水实验、矿井涌水量自动监测。
（2）集成化数据处理，主站数据处理系统实现了集成化，既可处理遥测数据，也可处理自动记录数据、明渠流量测量数据、压力流量动态监测数据。
（3）性高，采用大规模集成电路，高性稳压电源，保障了系统无人值守下的运行，井上采用GSM网络进行数据传输，不受距离的限制，凡有手机信号的地方，都能够进行数据传输。
（4）分站具有独立性和兼容性。分站可以显示及参数设置，可以现场对分站的参数进行设置，并且显示实测数据，独立工作而无须其它辅助设备。
（5）软件具有循环检测、单点追踪、定时检测等各种检测手段，提供数据的查、改、删等编辑功能，图形处理、报表处理等分析手段，且具有水位超限报警、传感器出水面报警等系统安全运行报警功能。
（6）具有远程终端显示及上传等其它功能。
5 结论
通过该系统的应用，不但免去了繁重的人工计量工序，还大大提高了矿井防治水害方面的科技含量，确保了水情监测数据的时效性、性，对矿井各处水文水量情况有了动态掌握，不但为潘谢矿区A组煤的开采提供宝贵的数据，还在预防矿井水害确保矿井安全方面起到重要作用。
作者简介：
宋虎恩，（1974-），男，安徽淮南人，工程师，学士，从事“一通三防”管理工作。
监测系统论文:光纤光栅温度在线监测系统在煤矿提升系统中的设计及应用
【摘 要】煤矿提升系统在安全生产中位置十分重要，机电设备较多，运行电流大，时间长及温度高是普遍存在现象，特别多处在强电磁场中，高压开关的在线监测，高压变压器绕组、电动机定子、主要轴承等地方的温度和位移等参数的实时检测都要求绝缘性能好，体积小。传统方法是采用人为巡查用红外测温仪，或者点式感温装置如热电偶及热敏电阻式等方式进行测量，存在测量不不能多方位覆盖，安装维护不方便，易损坏及布线复杂，抗干扰能力差，不能实现实时性和预测分析等功能，容易造成因温度过高造成掉电、停机，甚至发生机电事故等现象。
【关键词】光纤光栅；测温；在线监测；技术应用
光纤光栅在线温度监测系统具有绝缘度高、不受电磁环境影响、适合远距离、高质量信号传输，测量精度高等优点，特别适合煤矿复杂环境、点多面广、高电压、强磁场的环境使用，因此从根本上解决了传统测温设备的缺陷，为电力设备的安全运行提供的技术保障。就KBW-90系列矿用光纤温度在线监测系统在淮北矿业集团孙疃煤矿副井提升系统的应进行介绍。
一、系统介绍
KBW-90系列矿用光纤温度在线监测系统采用国际先进的光纤光栅温度传感技术，具有耐高压、不受电磁干扰、本质安全、长期、易扩展等特点，对室外及地下电缆接头等监测点的温度进行实时在线监测，能实时显示当前温度，通过软件数据分析预测电缆头的故障趋势和温度变化率分析，历史数据保存与分析，异常数据保存与分析，当温度超能及时告警，并提供电缆的故障部位。
应用范围：提升机电机定子、导向轮轴承、滚筒轴承温度监测；开关柜内触点温度监测；主变线连接头温度监测；电缆馈线终端头温度监测；电缆中间接头温度监测。
工作原理：宽带大功率泵浦激光器输出的宽带光经光缆传输到达高灵敏光纤温度传感器，不同波长的光经光栅反射后返回高精度光谱分析仪解调模块解调出波长，后经智能光电转换系统变成数字信号到达PC机通过软件进行信号处理将波长和温度显示出来。当温度变化时，光栅将发生变化从而波长也发生变化，由于在一定范围内温度和波长成线性关系，根据波长的变化就可以得出变化后的温度。
二、系统组成及性能指标
（一）光纤多点温度在线监测系统包含如下组件：1、矿用光纤温度调制解调仪。包括：高精度光谱分析仪模块、多通道光路开关模块、宽带大功率泵浦激光器、报警输出模块等。2、温度监测软件。包括：温度数据监测模块、报警控制模块。3、温度传感器。4、光信道转换系统。包括：多路光转换开关。5、报警系统。包括：声光报警、手机短信报警。6、其他组件。包括：标准机柜、工控机、显示器等。
（二）系统特点：1、安全性高：整个系统的信号处理和控制单元处于远离工作区域的控制室，传感器对温度信号的采集在无电（本身不带电）的情况下进行，本征更安全；2、度高：采用光纤光栅温度传感器，典型精度±1℃；3、容量大：温度测量系统较大可以接入32路传感器，每路可串联12个测点，单台设备较大可以完成384个温度测点；4、方便定位：通过软件关联技术，能够快速定位测点的区域或者具体物理位置；5、实时在线测量：系统采用的光源使用寿命长（20年以上），能够满足实时在线、全天候监测的需要；6、快速响应：系统响应时间不超过60秒，确保事故能够得到及时处理；7、简单直观：在温度测量系统的显示屏上可以直接看到各被测点的温度情况，在设定温度告警门限后，系统自动提供声光报警；8、布设方便：可以根据工程需要，灵活调整传感器的布设位置；9、良好的兼容性：通过各种通讯接口（串口、网口等），可以实现与外部系统的良好结合，提高系统之间的数据交换速度；10、使用寿命长：在正常工作情况下能安全运行20以上年。
（三）系统软件功能：1、显示功能：立体流程画面的显示功能；具有多种类型图表、系统图、曲线图，用户界面更加直观；2、分析功能：历史趋势显示，对未来趋势进行评估，提供检修参考信息；3、报警功能：根据实际情况设定不同地点的定温及差温预警值、火警值、报警级别及地理位置名称；系统可设置声音报警功能；4、打印功能：可以进行各种报表的打印；5、上传功能：实时温度数据网络上传，轻松实现无人值守；6、自检功能：系统中某一个传感器出现故障，能够通过软件甄别出故障传感器；7、表格定制：用户可定制各种表格：实时数据表、历史数据及统计报表、设备参数表、报警一览表、常用数据表、目录表、备忘录等。
三、实施方案
该系统方案针对孙疃煤矿提升机系统及其供电系统温度进行监测，在主控制室内安装1台高精度光纤光栅信号解调仪，对提升机及其供电系统测温点的温度、温升信息进行分析，预警报告。
（一）对提升机系统的温度监测。由于提升机系统原有的热电偶式温度传感器出现测量不准等状况，所以主要是对已有监测点进行升级改造，用新型光纤光栅温度传感器取代原有的热电偶式传感器，其中导向轮设4个监测点；电机定子四周均匀布设6个监测点；滚筒轴承设2个监测点，共计12个点。这样既保障了测温精度，也便于在控制室内对提升机及其供电系统进行集中监控。
（二）对提升机供电系统温度监测设计。其中动力变压器两台，每台设6个测点；励磁变压器两台，每台设9个测点；整流变压器两台，每台设9个测点；快开装置两台，每台设4个测点；电抗器两台，每台设4个测点；对1#进线开关柜、1号动力变压器开关柜、1号整流变压器开关柜、2#进线开关柜、2号整流变压器开关柜、2号动力变压器开关柜、励磁柜进行监测，每面柜子设6个测点；另根据现场情况及矿上工作人员的要求对已经或易发热点进行监测，其中直流电机主、从调速柜，各设2个测点，切换柜设6个测点，一楼高压室环境温度1个测点。共计117个测点。实际监测点位，可根据用户需求进行调整。
（三）温度传感器的安装：1、确定温度测点具体位置；2、对测点位置进行沙纸去尘处理，使测点位置平整、清洁，满足传感器安装要求；3、将测温传感器底部涂上耐高温胶；4、将测温传感器固定在测表面上；5、记录安装时的温度和检测点传感器波长；
（四）传感器与主机系统的连接。首先利用测量仪光时域反射仪（OTDR）对敷设好的光缆进行监测判断中间是否有断裂处。焊接完成后将焊点进行热缩保护，并将所焊接的点盘绕到光缆接续盒内将接续盒固定在机柜内。分别将各通道转接线头上做上号码管，易识别。
（五）数据上传。与监控主机进行数据上传连接调试。
监测系统论文:煤矿监控监测系统的安全运行与维护技术
摘 要
一般来说，针对煤矿监控系统所进行的安全运行以及维护工作在煤矿运行当中都是重中之重，本文对此将对于这一领域目前的问题进行阐释，并寻找对策。
【关键词】煤矿 监控系统 安全运行
1 煤矿监控系统安全运行存在的问题
（1）煤矿的高层领导并不关注监控系统的重要性，相关的运行理念非常滞后，虽然说目前对于煤矿安全的重视程度与日俱增，但实际上就有有相当数量的企业不能正视监控系统运行。部分的煤矿企业日常运行组织机构中具备机电运行部门，但是针对监控系统的安全运行重视不足，仅仅是作为辅助性活动来展开。煤矿的高层长时间忽视运行与维护检修工作，造成了一些定期检修工作难以落实。
（2）监控系统运行制度不健全
目前，监控系统运行制度方面所体现出来的不健全也是引发安全运行问题的关键，很多矿井更重视生产，对于各种系统使用粗狂，煤矿的监控系统维修保养工作非常滞后不及时，检修的具体时间很难得到确保，有关的安全运行实际上得不到不落实。所以，从这个角度来讲，制度的缺失以及不健全等等状况，造成运行不善，并且具体的运行当中执法非常不严，这就在一定程度上造成了一些很严重的同类隐患。
（3）监控系统综合运行不到位
煤矿所处地理环境以及气候等外在因素产生了机械系统的大量粉尘堆积之类的问题，产生了针对监控系统的严重破坏现象，也造成了监控系统存有大量安全隐患。煤矿监控系统的分量重，投入量比较大。矿井的井口监控输送，对于系统的运行极为混乱、缺乏统一的规划，相关的技术运行手段非常的滞后，安装使用的过程存在很大的问题，系统更替不及时。相关系统腐蚀以及损坏现象频发，各类的故障装置严重缺位，大幅度的造成了煤矿经济成本，影响威胁安全生产。
2 煤矿监控系统安全运行与维护要点
（1）提高重视，注入资金支持，积极构建运行平台，实现机电质量标准化的运作，打下煤矿机电安全运行的坚实基础，否则煤矿监控系统运行运行以及相关的维护也就无从着手。煤矿企业应当积极的结合精细化运行制度的相关标准，确保能够满足机电运输系统各项标准，维护实现监控系统的安全运行，维护矿井的安全生产。
煤矿高层应当重视煤矿监控系统安全运行以及维护的相关工作，积极整改传统运行模式，突出质量标准化制度相关建设，辅助机电运输质量标准化工作能够具备完善的工作平台。
煤矿监控系统安全的一系列运行工作当中，煤矿应结合《煤矿安全规程》以及《技术规程手册》一系列要求展开的规划，借助多元化的形式充实煤矿监控系统的安全运行以及维护的资金注入，安全监控机电系统在运转的时候，确保能够完整的了解系统故障相关问题积极地展开维护，确保煤矿安全生产打造坚实保障。积极的改善已有运行模式的同时，应当专注与转变工作作风，果对于老旧系统及时报废，主动介入，突出强调实效，积极性成良好的发展势态，积极的推进建设自主化的运行模式。
（2）积极构建完善的监控系统运行制度，确保安全运行具备充实的制度保障，积极地选择从企业制度着手，参照煤矿生产实际的状况，积极出台系统更新的相关计划。目前相当数量的监控系统一段时间内仍旧是超期服役状态，这多少给了监控系统安全运行相当大的问题。所以强化针对可能伤害到人身安全的一电气系统及时的完成更新，去除老旧系统。确保经济效益，结合相关煤矿监控系统的安全运行要求，确立起巡回检修检查相关制度，确保能够贯彻执行，积极做到制度化以及科学化。
我们应当强化企业的安全生产意识，确定定能够预防机电安全隐患的对策，强化电气系统失爆的运行。此外，还应当积极的落实煤矿监控系统领域的相关安全运行制度，强化针对机电系统运行员工教育以及培训，强化监管，完成事前预防，强化监督管控，避免产生事故隐患。
（3）加快技术创新，建立质量监控与检修体系
完善的科技装备应当是煤矿企业满足市场经济的现实要求，进而追求更高的产业经济效益的重要方式。因此需要针对监控系统展开综合信息运行。积极地强化煤矿监控系统的安全运行效率，积极引进新技术，借助科技力量，积极的改造系统，确保相关的煤矿企业足够竞争能力。运行好监控系统试试先安全运行以及维护的重中之重。在选择监控系统的时候，确保能够辨别真伪，控制系统质量关。至于安装，应当对于其中的关键工序做好阶段性额验收安装关卡。
就检修来说，应当积极的构建起完善严格的停产检修计划以及详细的作业规程，强化相关强制保养的工作，针对重点部位完成重点的检查，维护相关项目的检修质量，控制机电事故的发生率。
（4）坚持以人为本，发挥人才效益，提高机电队伍的整体素质
机电技术装备的运转离不开监控系统安全运行职工，可以说这部分专业人才对于煤矿企业发展来说至关重要，重视机电运行应当强化机电技术队伍专业素质。所以，煤矿企业必须强化监控系统的安全运行以及相关系统维护人员的教育以及职业培训等，借助定期以及不定期的手段形式构建起完善的平台，确保监控系统安全运行人员能够具备充足的学习机会，方便内部员工交流以及学习。
除此以外，企业应当定期亦或者不定期的安排相关的机电安全运行职工能够展开进转岗轮换，强化专业技能，创造条件确保能够得到学习锻练，充分的确保足够的人才效益。
综上所述，作为机电运行的具体员工，应当要求其能够在煤矿机的监控系统安全运行的过程当中，能够积极的强化机电运行的信息化建设以及确立起更加严格的执行岗位责任制，完成煤矿机电的安全工作。确保更好的矿井监控系统的安全性，确保调用综合性的运行手段满足矿井机电系统安全性要求，降低机电事故隐患。
作者单位
百色百矿集团有限公司 广西壮族自治区百色市 533000
监测系统论文:煤矿安全监测系统的认识性实习
摘 要：就煤矿安全监测系统的组成、功能及各传感器功能和甲烷传感器的设置、报警浓度、断电浓度和复电浓度进行论述。
关键词：安全监测；传感器；设置；报警浓度；断电浓度；复电浓度
矿井监测系统是由单一的甲烷监测和就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关量监测模拟盘调度系统发展而来。随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监测系统由早期单一参数的监测系统发展为多参数单方面监测系统，这些系统均针对某一方面的多参数监控。煤矿技工学校学生应当在原有知识点的基础上更多地了解煤矿安全监测系统的组成及矿井通风专业安全监测系统所使用的设备及注意事项等常规知识，为今后的学习和工作奠定良好的基础。
一、矿井监测系统的组成
矿井监测系统由环境安全监测系统、轨道运输监测系统、胶带运输监测系统、提升运输监测系统、供电监测系统、排水监测系统、矿山压力监测系统、火灾监测系统、水灾监测系统、煤与瓦斯突出监测系统、大型机电设备健康状况监测系统等组成。
二、环境安全监测系统
1.名词解释：用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、湿度、烟雾、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制的监测系统。
2.功能：具有模拟量、开关量、累积量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能。
3.组成：由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成。
（备注：主机：主要用来接受监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网联络等。分站：用于接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传输给传输接口，同时，接收来自传输接口多路复用信号的装置。）
三、各传感器的功能
1.甲烷传感器：连续监测矿井环境气体中及抽放管道内甲烷浓度的装置，一般具有显示及声光报警的功能。
2.便携式甲烷监测报警仪：具有甲烷浓度数字显示及超限报警的功能。
3.风速传感器：连续监测矿井通风巷道中风速的大小。
4.风压传感器：连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等地点的通风压力。
5.温度传感器：连续监测矿井环境温度的高低。
6.一氧化碳传感器：连续监测矿井中煤尘自然发火及胶带输送机胶带等着火时产生的一氧化碳的浓度的装置。
7.烟雾传感器：连续监测矿井中胶带输送机胶带等着火时产生的烟雾的浓度。
四、甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪等的设置和报警浓度、断电浓度、复电浓度
1、设置：甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁、屋顶）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车；一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车；风速传感器设在采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站，应设置在巷道前后10米内无分支风流、无障碍、断面无变化，能计算风量的地点；风压传感器是在主要通风机的风硐内设置；温度传感器应垂直悬挂距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车；烟雾传感器设置在带式输送机滚筒下风测10米～15米处。
2.甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪的报警浓度、断电浓度、复电浓度。
总之，煤矿安全监控系统是煤矿安全高效生产的重要保障，煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用，是现代化矿井主要的安全管理保障设施。因此，煤矿通风专业的学生应在实习期间把甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪等的设置和报警浓度、断电浓度、复电浓度作为重点掌握内容，并不断系统地充实和完善煤矿安全监测系统知识，为即将走向工作岗位打好基础。
作者简介：任存君，女，1964年12月1日出生，大专，就职学校：山西阳煤技工学校，研究方向：矿井通风专业。
监测系统论文:基于红外通信的煤矿环境监测系统研究
[摘 要] 为了实现对煤矿环境参数的无线监测，实时掌握煤矿的环境信息，设计了一种基于红外通信传输的煤矿环境监测系统。本设计主要是以51单片机为核心，控制实现甲烷、氧气、一氧化碳和温度信号的数据采集及红外接收和发射电路完成红外数据通信，并实现与计算机串行通信功能，结合硬件设计与通信协议，编写出相应的C语言程序。利用虚拟仪器开发软件，实现了系统数据通信和后台数据处理功能模块，可以方便地对煤矿环境数据进行实时显示、报警、存储和打印等功能。该系统具有监测方便、实时数据采集传输、费用低廉等特点。
1 引言
我国改革开放以来，科学技术不断进步，人民的生活需求不断扩大，能源消耗迅猛增长。煤炭作为工业血液，需求增长迅速，煤炭工业也得到很大发展，但是煤矿重大、特大事故时有发生，仍未实现对灾害事故的有效控制。各地煤矿事故频发，造成严重的人员伤亡及经济损失，暴露出现有煤矿监控系统存在的问题。煤炭安全生产中受到八大灾害（《煤矿安全规程》，2004）的威胁，它们主要是：瓦斯危害、煤尘危险、水灾、火灾、顶板及冲击地压、提升运输危险、电气危险、爆炸材料危险及有害因素。据不统计，全国煤矿每年死亡人数超过六千人，约占全国的 80%以上，占全国工业企业死亡人数的 60%。因此，煤矿环境参数的监测对保障煤矿安全生产具有十分重要的作用，是煤矿高产、高效、安全生产的重要保障，直接关系着矿井的安全生产和矿工的生命安全。
在监测过程中，各种传感器安装于煤矿的特定监测点的不同位置，通常数据传输通过有线方式进行，但是煤矿上的数据传输路径常常需要经过通道，使得有线方式显得很不方便。且煤矿环境需监测参数很多，需要铺设很多线路，大量的线路交错，既影响煤矿的日常工作，又容易出现故障，因而不能直接使用有线方式。红外传输系统产品具有成本低、小型化、传输速率快、点对点传输、不受电磁干扰等特点，可以实现信息方便地交换与传送，在短距离无线传输方面拥有十分明显的优势，因此设计基于红外传输的煤矿环境监测系统有很重要的意义。
2 系统原理与组成
整体的组成包括红外采集发射和红外接收两部分。红外发射部分实现甲烷、氧气、一氧化碳和温度信号的数据采集和红外发射，红外接收部分实现对发射机发射的信号进行接收，并通过RS485串口送计算机进行处理和显示，系统组成如图1所示。
通过传感器实现将环境中的被测量到电信号的转换，先将电信号进行信号调理后进行数据采集，并通过单片机将信号编码后，通过红外发射管发送出去。红外接收机部分选用具有自动增益功能的红外接收器件， HS0038接收到的红外信号后，信号经过调理后送入单片机，单片机对接收到的信号进行解码并通过RS485串行通信传给计算机进行数据处理和显示。
3 系统硬件设计
3.1 传感器选择
温度是表征煤矿冷热程度的物理量，本监测系统采用LM35温度传感器；甲烷是煤矿安全监测的重要参数，本监测系统采用炜盛科技的MJC4/3.0J本质安全传感器；煤矿系统中检测的氧气的方法主要有气相色谱法、电化学法和顺磁法，本设计采用炜盛科技的ME3-02本质安全型传感器；煤矿常用的一氧化碳传感器的检测原理有电化学式、红外吸收式、催化氧化式等，其中广泛最广泛的是基于电化学原理的一氧化碳传感器，本设计采用ME3-CO本质安全型传感器，具有低功耗、高精度、高灵敏度、线性范围宽、抗干扰能力强、优异的重复性和稳定、防爆结构设计等特点。
3.2 信号调理电路
由于设计中使用的传感器输出的电压信号较小，不能满足单片机AD的满量程需要，需要对传感器输出的信号进行放大，设计了针对传感器共模和差模输出两种方式的信号调理电路。设计中采用核心元件是TLC2252，TLC2252是TI公司先进的LinCMOSTM工艺制造的运算放大器，具有满电源电压幅度（rail-to-rail）输出性能，同时比现有的CMOS运放具有更好的输入失调电压和更低的功耗，设计的信号调理电路如下图2所示。
3.3 数据采集电路
由于51单片机是8位机，如果AD574启动12位转换方式，则对转换结果只能按双字节分时读入，所以12/8接地；AD574的高8位数据线接单片机的数据线，低4位数据线接单片机的低4位数据线；AD574的CE信号要求无论是单片机对其启动控制，还是对转换结果的读入，都应为高电平有效，所以WR和WD 通过“与非”逻辑接CE信号；AD574的STS信号接单片机的一根I/O线，单片机对转换结果的读入采用查询方式，电路如下图3所示。
3.4 红外收发电路
红外发射电路主要是由两个三极管8550和9012为主体控制，三极管9012集电极与红外发射管相接，控制红外信号的发射；而三极管9012于工作指示灯相连，控制发光二极管的亮与灭，从而确定电路是否工作正常，其电路图如图4所示。
在红外发射的过程中，单片机P3.5口根据程序输出相应的信号，经过电阻R5限流，与8550的基极相连，控制红外发射管将信号发射出去，同时P3.4口通过R1与9012相连控制工作指示灯，单片机中的程序按照一定的周期对外发射红外信号，而P3.4控制发光二极管的亮与灭表示红外信号的发射，发光二极管亮表示红外发射管对法发射红外信号；反之，发光二极管灭表示红外发射管没有对外发射红外信号，详细发射电路如图4所示。
3.5 红外接收电路
红外接收电路主要是以HS0038为核心，将接收到的信号经过信号放大，带通滤波和解调将信号转换成单片机可以识别的TTL信号，从输出脚3脚输入到单片机内，其具体电路如图5所示。HS0038将接收到的信号通过一个上拉电路与P3.1和P3.2相连，即信号从P3口的这两个端口输入到单片机。
3.6 通讯电路
为了实现数据通信，井场硫化氢检测系统通过系统串口通信电路将测得的硫化氢数据传给计算机。由于信号传输距离较长，通信采用RS485通信。单片机与计算机串行通信的硬件连接如图6所示。单片机和计算机之间采用的是异步通信模式RS-485通信。由于 普通计算机的串口为 RS-232 电平信号，所以在单片机与计算机之间加一个 RS-232/RS-485转换器。本设计中RS485芯片选用MAX485。MAX485是低功耗的收发器，具有一个驱动器和一个收发器，其中驱动器摆率不受限制，可以实现较高2.5Mbps的传达输速率。
4 系统软件设计
系统的软件设计分为单片机软件和计算机软件两个部分，本部分主要围绕这两个方面进行阐述。其中，单片机软件使用C语言进行编写，主要实现数据采集和数据传输功能，计算机软件使用实现数据的分析和显示等功能。
4.1 单片机端软件设计
该系统的流程图主要包括发射部分和接收部分，对于系统的流程图如图7所示。
首先对整个电路进行上电，单片机复位，是整个系统初始化。系统初始化后单片机会驱动A/D，从而使得A/D转换器开始工作。AD转换器将对传感器输入的信号进行AD转换，将转换得到的数据输入到单片机里，单片机一方面根据所得的信号进行显示，另一方面进行编码，将发射信号输出到发射电路中，通过红外发射管，将数据采集到的信号发射出去。红外接收端得接收探头接收到信号后，将信号进行放大，带通滤波解调的相关处理，得到单片机可以识别的数据信号。
4.2 计算机端软件设计
计算机端软件是软件部分的核心，其功能是多方面的实现软件的菜单栏、通信串口设置、报警限设置、各参数浓度及分级报警、预警部分和实时曲线显示等部分组成。
5 结论
本文介绍的基于红外传输的煤矿环境监测系统，采用红外作为传输方式，结合虚拟仪器技术，通过对甲烷、氧气、一氧化碳和温度传感器输出信号进行A/D转换，实现了煤矿环境信号的无线监测。经过现场实验表明，该测试系统稳定，抗干扰能力强，实用性好，可以很好地应用到煤矿环境监测当中。
监测系统论文:煤矿计算机瓦斯监测系统设计与实现
[摘 要] 煤矿瓦斯监测系统的重要内容是加强煤矿安全生产管理，以防止煤矿事故的发生。所以，在煤矿瓦斯监测系统工作中务必提高应对各种突发事故的能力，因此加强煤矿瓦斯监测系统建设的专业素质至关重要，此外，还应加强制度上的规范管理，不断的提高煤矿瓦斯监测系统设计水平，加强对现场的巡视和设备维护等都是必不可少的环节。笔者结合煤矿开采环境，对瓦斯监测系统在煤矿安全生产监督中的应用进行了分析。
[关键词] 瓦斯监测系统； 煤矿； 安全生产
作为煤矿安全生产监控工作的关键性内容，信息的获得无疑至关重要，而获得信息的主要手段就是监测技术。一般而言，通过煤矿安全生产现有的客观资料，我们可以初步确定监控的初始方案，进而在煤矿工程运营过程中根据监测数值、经验方法等内容，开展反馈分析等工作，修正初步方案与施工网络计划，以保障工程按照的设计与施工方案进行。因此，监控工作的重要性也就显而易见了。针对我国煤矿工程质量中的一些不安全因素，监测技术在监控中的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以很好地掌握工程的工作运营状态，利用监控数据对流量方案进行整改，并指导开采质量作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给建筑的安全管理提供信息，将事故突发率降至低，保障了煤矿安全生产的稳定性。通过太阳能光伏技术，我们可以很好地将太阳能转换为电能，并广泛应用在瓦斯监控系统当中，太阳能供电部分监控结合了煤矿开采的相关特点，对煤矿地点的自然环境等因素进行分析，确定了系统设计相关参数，优化了供电系统的相关参数，对煤矿领域的网络瓦斯监控起到了一定的作用。
1 煤矿瓦斯监测系统的准备工作
1.1 规范制度，端正思想
一个良好的组织机构，除具备较好的运行机制和管理制度之外，还应该具有健全的岗位制度而且能够将之贯彻执行。因此，在煤矿安全生产网络瓦斯监控过程中，我们需要一个合适的监控管理结构，以便于明确各个工作人员的职权问题，保障个人任务到位，避免权力交叉和责任推诿的现象发生，这些问题都可以通过建立健全的岗位责任制度得以解决。此外，工作人员不但要对网络瓦斯监控知识有一定了解，思想上时刻保持着“安全及时”意识，保障将综合自动化安全意识渗透到工作的每一个层面，提升安全作业人员的工作责任心与使命感。
1.2 加强瓦斯监测系统的设备管理
加强设备巡视管理是网络瓦斯监控的重点，预防设备异常的发生是监控运行管理的主要内容。为了保障监控仪器的性，应该建立完善的设备定检制度，仪器设备需要进行定期的检测，对于一些使用频率高的仪器，更是要依据规定检测并建立相应的维护记录以随时了解其运转状态，保障其正常的运行和及时的维护。
1.3 提高瓦斯监测系统的技术管理
由于煤矿瓦斯监测系统存在很大程度上的特殊性，而作为贯彻于瓦斯监测系统整个流程的重要要素，技术管理在中的作用不容小觑。因此，加强设备的绝缘监督工作，利用声波检测、光谱分析等监督手段，及时地发现并排除故障无疑势在必行。煤矿安全工作一旦脱离了技术的支持，就难以称作是有效的工作。对于系统运行工作的异常情况，及时采取跟踪测温，利用图谱库进行分析对比，并提出检测修改的建议，以此来加强设备的有效运行。
2 煤矿瓦斯监测系统的设计
2.1 联网设计
为达到网络带宽的预定要求，在瓦斯监测系统的设计中采取分层瓦斯转发、本地局域网组播的设计方案，也就是在每个网络层构设瓦斯转发服务端口，并且在煤矿现场、区县市局成立监控管理中心，完善各部门瓦斯解码器、电视播放墙等设施。具体的瓦斯监控系统联网设计如图1所示。由于煤矿施工长期通常都较为偏远，带宽并不充裕，这种联网设计则可以很好地应用于广域瓦斯联网，若考虑到以后省级平台瓦斯联网模式，这种设计方案无疑当前2 Mb带宽的选择，不然很容易致使监控网络不稳定甚至不能使用。该联网设计借助已知煤炭网的部分节点，经上级授权之后连接并登录瓦斯流管理服务端口，就可以轻松观看该服务器监控矿区的生产工作瓦斯，且不会增加前端带宽负荷，可同时向多个用户共享图像信息。
2.2 安全系统体系结构设计
在图2中，我们可以清楚地看到安全系统体系结构的设计方案。通过4个监控工作站或D1单画面轮巡，将画面进行分割并上传到瓦斯流管理服务端口，然后统一由瓦斯流管理服务端口对瓦斯信号进行存储和，这样有效地避免工作人员直接访问客户端而导致网络拥塞现象。开展瓦斯监控工作时，前端摄像机瓦斯线依次对前端画面处理器、瓦斯服务器和光端机实施连接，通过光缆把接受到的瓦斯信号传输到监控中心。在这个时候，其他用户很容易不会根据已经规定好的操作流程来对系统进行操作和数据处理，而且由于不受时间、地域的限制，他们还可能会通过输入地址直接对数据库实施访问。如此一来，就很容易造成客户肆意操作，最终致使后台数据库随时都有崩溃的威胁。所以说，我们应该采取一些可运用的技术对系统进行尽可能的安全防范，比如说系统加密、防火墙、真实身份认证、授权控制技术等等。监控中心在接收瓦斯信息后，及时时间想远端的瓦斯服务器发出云台控制信号，最终传输到摄像机云台控制线，并直接上传到系统客户端。
2.3 瓦斯控制系统
在煤矿保护层上的回收期，我们可以将高抽巷侧上方的石板巷回风巷段封闭采空区瓦斯抽放管，同时与上隅角采空区瓦斯抽采。抽巷形成的采空区瓦斯的顶板裂隙排水渠，对下部采空区瓦斯发挥作拉动用，减少采空区气体排涌向工作面和的上隅角。通过分段砌筑封闭墙，在封闭墙中铺设管路进行瓦斯抽采，抽采管路为240mm的铁管，抽采流量为91 m3/min，封闭墙间距为110m。封闭墙的组成由砌筑两道墙体，并在其内部充填黄泥，墙体厚度800mm，墙与墙之间的距离不小于4m，这样可以很好地起到密闭和防爆的作用。每个封闭墙内铺设两道管路，在新的封闭墙砌筑充填完成时，根据瓦斯抽采量适时关闭里段抽采阀门，保障了高抽巷瓦斯抽采的连续性。
2.4 瓦斯流管理服务器设计
在瓦斯监控设计中，瓦斯流管理服务器无疑是IP瓦斯监控系统的精神内容。建立瓦斯流管理服务端口，不但可支持瓦斯管理系统同时被多名用户访问，而且还很好地解决了前端瓦斯受网络带宽限制的问题，从而保障了各部门及领导可以直接通过桌面计算机对瓦斯监控系统进行访问，随时可浏览监控现场图像和瓦斯。服务器端拥有通过查询数据库，进而实现对煤炭安全生产信息化的作用，可以为计算机提供很多实用服务。瓦斯流管理服务器与空间数据库建立连接，可提供大量查询服务，例如属性查询服务、矢量和栅格地图服务等。在网络瓦斯监控系统组成部分中瓦斯流管理缓存服务器模块是相当重要的，服务器端缓存模块主要分为缓存管理组件和索引管理组件。两部分组件分工合作，缓存管理组件是根据索引分析所得出的结果，在缓存中处理请求数据然后向客户端发送，或者利用数据库中已存数据，而索引管理组件先索引分析客户端请求，制作出瓦片空间待处理数据列表。若能发展好缓存数据的利用，数据库交互即可免去，同时数据的响应速度也会大大提高。总的来说，瓦斯流管理服务端为煤矿的安全生产提供了有效的图像监视选择和瓦斯存储的功能，可以彻底实现用户权限管理、自动报警与生产安全建议。
2.5 KJ95安全监控系统
KJ95煤矿综合监控系统是由煤科总院常州自动化研究所开发的。该系统通过井下通信和工业电视监视设备，对煤矿井下作业进行全程生产监控。这一过程中的工业电视监视和井下通信不但可以任意搭配组合，还可以单独利用，能够很好地满足不同条件的矿井需求。在KJ95综合监控系统配置框架中，监测系统与通信系统两者之间相互独立，主线采用光纤为材料，以确保通信系统所发出的语音信号和监测系统采集到的数据可以同时被地面的电端机所接收，为方便光纤传输，光端机会将混合后的电信号转变成光信号，再通过矿井下的光端机把光信号转换成电信号传送至井下工作面，最终将数据和语音彻底分开。通过井下的电端机RS232口可以将数据信号传送到矿井下的传输接口，然后由传输接口将之输出带到各个分站。通过分线盒可以把语音信号分送到各个话机，这一系列过程中语音信号与监测数据都是双向传递的。
3 实现效果
计算机网络瓦斯监控技术应用到煤矿安全生产来，根据所监控出来的瓦斯数据，对煤矿生产过程实施自发监控，并且数据处理敏捷，而且它可以直接对煤矿生产中必要的地物进行自动标注，并将标注数据存储到数据库中，避免不必要的人为抄写错误。在监控成果表输出以后，表格格式规范、信息完整，并能直接进行打印实现了导线点计算、展点、制表一体化。系统界面可视化、操作性强，监控人员不必进行专门的学习或培训，操作使用十分简便。通过面板中输出的原始瓦斯监控画面，可以切实地反映煤矿生产的真实状况，它对煤矿监控系统全过程进行瓦斯拍摄，在瓦斯监控工作开展前掌握了煤矿各节点在实际结构中的相对位置及相互关系，很简单地就可以完成固定环境轮廓的拍摄，提高了煤矿安全生产监控的工作效率。计算机网络瓦斯监控管理不但简单迅速，而且通过数据维护自动更新、表格目录与导线名称检索等方法实施管理，煤矿安全生产监控的效率明显获得了提高。
4 结论
煤矿瓦斯监测系统建设涉及到煤矿生产工作的数百个指标，需要调用大量的数据和信息，并要综合平衡煤矿生产同劳动力之间、供求需要同可开采煤矿之间、煤矿企业自身效益同社会效益之间的各种关系，要求很高，业务性和技术性很强，煤矿煤矿瓦斯监测系统建设过程实际上是一个多目标动态决策过程。因此，顺应技术进步的潮流，以计算机网络技术为手段，辅助设计煤矿瓦斯监测系统，实现计算机对煤矿安全生产管理是非常必要的。
监测系统论文:基于无线传感器网络的煤矿监测系统设计
[摘 要] 煤矿安全已经成为社会非常重视和关注的问题。针对当前基于有线网络和固定传感器技术的监测系统存在监测盲区的问题，设计了一套基于Zigbee技术的无线传感器网络煤矿监测系统方案。分析了煤矿监测系统的结构，对系统的无线传感器网络部分进行了详细设计，包括硬件设计和软件设计。系统对预防煤炭安全事故有着重要的意义。
[关键词] 煤矿安全； 监测系统； 无线传感器网络； Zigbee协议； 节点
引言
我国煤矿开采方式只要是以矿工开采为主，多数矿井都有瓦斯、煤尘、火灾等隐患。我国煤矿生产形势一直十分严峻，煤矿频繁发生事故，给国家和人民都造成了巨大的损失。安全问题一直困扰着我国煤矿生产，是制约我国煤矿行业发展的主要障碍。但是目前我国使用的安全监测系统主要还是以现场总线为主，通过有线方式进行信息数据的采集和传输，这在矿井特殊环境下存在许多的弊端。如井下监测点数量有限，存在监控盲区；随着挖掘的深入，传感器无法实现快速跟进；一旦网络发生故障，系统就会瘫痪等。
无线传感器网络的网络自组织、结构灵活、以数据为中心的特点很适合矿井环境安全监测的应用，无线通信技术ZigBee的低功耗、低成本、覆盖范围大、高性等都符合系统的要求，很好的解决了上述的弊端。本文设计的煤矿安全监控系统，是通过无线传感器网络实现对煤矿监控区域瓦斯浓度和温湿度等信号的采集测量，同时将所采集的信息在地面控制中心 PC 机上实时地显示出来，对煤矿井下环境数据进行多方位实时监测和智能预警，对煤矿的安全生产具有重大的意义。
1 总体结构
整个系统分为井上及井下两大部分，由协调器、终端节点、路由节点、监控计算机和监控中心管理系统组成。在主巷道的入口处架设协调器，在煤矿井下主巷道和采掘工作面中每隔几十米布设一个路由节点，矿井工作人员佩戴移动的终端节点，每个采掘区形成一个无线传感器网络，它通过协调器采用总线与地面监控计算机相连。其中协调器、终端节点、路由节点构成基于zigbee的无线传感器网络，三种节点相互配合，共同完成对瓦斯浓度、温湿度数据的采集、传输和对网络的管理。系统的总体结构如图1所示。
系统井下部分为路由节点和终端节点构成的ZigBee网络。终端节点上使用瓦斯传感器、温湿度传感器等对井下环境数据进行采集，并通过路由节点的转发送给井上协调器节点。协调器节点与监控计算机通过串行接口将数据传给监控计算机。监控计算机收集数据信息，对数据进行实时监测，并能够通过以太网或Internet将数据传送给监控中心。
2 节点硬件设计
协调器节点、路由节点和终端节点采用相同的硬件设计。考虑到系统具有低功耗和性高等要求， PIC18F4620单片机具有低功耗、性能稳定的特点；CC2420射频芯片只需简单外围电路设计，且支持ZigBee协议。传感器节点采用PIC18F4620单片机和CC2420射频芯片。节点的硬件结构如图2所示。
节点硬件平台以PIC18F4620单片机和CC2420射频芯片为核心，在单片机上扩展出SPI接口与CC2420进行连接，它们之间采用主从模式进行通信，同时还在外围扩展了RS232和RS485接口电路。针对影响矿井安全环境的因素，系统采用瓦斯传感器和温湿度传感器对矿井环境相关数据信息进行采集，传感器采集的数据经过信号放大、A/D转换等处理后传输给控制器。然后节点利用CC2420射频收发器将数据发送给中心节点，当数据值超标，产生安全隐患时启动报警装置发出警报。瓦斯传感器采用LXK-3，可以实现瓦斯浓度4%以内的检测，且当持续半分钟检测到瓦斯浓度高于1%时，蜂鸣器发出报警信号。温湿度传感器采用SHT11，根据煤矿的温湿度参数自动对瓦斯传感器校零，从而提高瓦斯浓度报警器的性。节点采用9V电池供电，通过稳压器将电压输出转换为系统可用电压。
3 软件开发环境
MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列单片机的基于Windows 操作系统的集成开发环境，采用汇编语言或C语言使用内置编辑器创建和编辑源代码。MPLAB ICD 2 在线调试器实时调试可执行逻辑，使用 MPLAB ICD 2 器件编程器向单片机中烧写。
ZigBee协议栈由Microchip协议栈的3.5版本来实现。Microchip协议栈的3.5版本能够在大多数PIC18系列的单片机上进行移植，并支持各种ZigBee网络拓扑结构，能够实现全功能设备和精简功能设备的功能。
4 节点程序设计
在本系统中，节点设备的功能不同。传感器终端节点的主要功能是通过瓦斯传感器和温湿度传感器对矿井环境相关数据信息进行采集，并将数据发送给协调器节点；路由器节点的应用层程序主要功能是网络路由的维护、节点的管理和数据的传输等；协调器节点的任务是创建整个网络，并将从传感器节点传输来的数据通过串口传输给监控计算机，同时将控制命令发送给网络中的节点。传感器终端节点、路由器节点和协调器节点均有各自的应用层程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，这三个文件分别是终端节点、路由器节点和协调器节点的应用程序，分别实现了各自的功能。
终端节点、路由器节点和协调器节点三种节点的应用程序都是通过调用原语，通过改变原语的状态使ZigBee协议栈的各子层实现相应的操作来实现的。在程序的初始阶段都要先对看门狗、硬件、协议栈及其它部分进行初始化操作。节点初始化后，协调器节点建立并维护网络，路由器节点和终端节点在建好网络后加入网络，负责各自在网络中的任务。
4.1 协调器节点程序设计
协调器节点作为网络的中心节点，是无线传感器网络和监控计算机的联系纽带。它一方面要创建网络，对网络地址进行分配，并维护网络状态；另一方面要在收到数据请求时从终端设备节点读取数据信息，并将这些数据传送给监控计算机。在协调器节点开始运行后，要先对PIC18F4620单片机和CC2420芯片进行初始化操作，然后创建网络并对网络进行监听，将接收到的数据发送给监控计算机。节点的程序流程图如图3所示。
4.2 路由节点程序设计
终端节点和协调器节点之间可能因为距离等问题无法直接进行数据的传输，路由节点的功能主要是帮助协调器节点建立完整的网络，管理其覆盖范围内的传感器终端节点，对网络中传输的数据信息进行转发，类似于一个网络中继站。当协调器节点创建网络以后，路由节点要搜索并加入网络，然后管理其覆盖区域的传感器终端节点加入或离开网络。该节点的流程图如图4所示。
4.3 终端节点程序设计
系统的终端节点实现的功能是利用节点上的传感器对环境对象的数据进行感知和采集，对采集的数据进行一定的处理，然后通过CC2420射频芯片将数据通过网络发送给协调器节点。终端节点在收到协调器节点的数据请求命令后才会进行相关数据的采集和发送，在没有数据请求的时候处于休眠状态，以减少能量消耗。终端节点的软件流程图如图5所示。
5 结束语
将无线传感器网络应用到煤矿安全监测中，可随意增加移除监测节点，方便网络扩展，弥补了煤矿目前的煤矿生产安全监控系统的不足，具有重要的现实意义。
随着无线传感器网络和煤矿监控技术的发展，成本的不断下降和体积的进一步减小，无线传感器网络在煤矿安全监控系统中的大规模应用会很快实现，未来的煤矿安全监控系统会更智能、更完善、更稳定。
监测系统论文:红外瓦斯传感器在煤矿监测系统中的应用
【摘要】红外瓦斯传感器是预防煤矿井下瓦斯灾害事故，确保生产安全的重要监测系统，对于煤矿生产具有重要意义。本文从目前较为典型的集中瓦斯监测手段入手，分析了其利弊，以综合性能优势较为典型的红外瓦斯传感器技术为例，分析了其应用优势，希望能为煤矿安全生产提供帮助。
【关键词】煤矿；安全生产；瓦斯事故；红外瓦斯传感器
经济社会的快速发展促使人类对于能源的需求量不断提升，煤炭作为最主要的应用能源之一，社会地位愈加重要。煤矿开开采作为向社会提供煤炭的关键手段，近些年来瓦斯事故频发，引发了极大的社会关注，不仅造成了重大经济财产损失，同时也严重威胁着井下人员的生命安全，因此，煤矿安全生产的关键在于有效控制和预防瓦斯事故，将其危害降到低。瓦斯作为煤矿安全及时杀手，其事故预防和处理要从形成规律、爆炸特性等入手，加强对瓦斯的监控，目前煤矿生产中多应用红外瓦斯传感器来监测，其灵敏度和性对确保安全生产有着至关重要的意义，是煤矿安全生产系统的眼睛和重要组成部分。下面我们结合煤矿安全生产实际，分析一下红外瓦斯传感器在煤矿监测系统中的应用，希望能为煤矿安全生产工作提供参考。
一、瓦斯检测手段与问题
我国国内瓦斯传感器最初主要以热催化型、光干涉型、热导型、气敏半导体型和红外气体吸收型为主。
热催化型虽然实现瓦斯监测，但是稳定性较差，需要频繁校对，且使用寿命短，从安全和成本两方面来考虑，并非选择。光干涉型监测手段对气体浓度的检测较为敏感，通过空气中光波的利用来监测瓦斯浓度，现场使用较为方便，但是如果空气中氮氧分配比例不足，就会容易出现误差，无法长时间大范围使用[1]。热导型是利用热导原理检测空气与所测气体之间的导率差来实现检测，其结构简单，应用安全，寿命长，有众多优点，但是由于其受加工精度影响较大，对于低浓度瓦斯的监测常出现失误，水蒸气、氧气浓度也会干扰其正常工作。气敏半导体型是近年来发展较快的一种检测方法，具有寿命长、能耗少、灵敏度高等特点，但是由于受材料材质、温度等因素影响，应用性较差，在度和精度上也有待提高，仍需加强实践与研究[2]。
红外气体吸收型即是目前应用较广的红外瓦斯传感技术，它利用红外光谱对不同气体的吸收强度来检测气体浓度，性、灵敏度高，寿命长，与上面几种技术相比，在各种性能上都有着较为突出的表现，也是目前应用性最强的一种技术[3]。这种技术传入国内时由于受到我国矿井特殊环境影响，使用成本高，兼容性差，但是借由中国煤炭科工集团的深入研究与自主研发，终于成功推出了适合我国井下环境性能的红外瓦斯传感器监测技术，在国际上也达到了经验丰富水准。
二、红外瓦斯传感器原理与优势
红外瓦斯传感器主要是为监测管道内的气体浓度而研发设计，它以红外吸收原理为核心，采取数字式温度补偿、扩散式采样等技术，具有高检测精度、高稳定性等优势，能够适应多种复杂环境，应用范围广。它能够广泛应用于煤矿瓦斯抽放管道、瓦斯抽放泵站、天然气输气管路等管道内瓦斯气体浓度的监测。监测仪在工作过程中，对环境内的瓦斯提起浓度进行实时监测，当浓度超出系统预先设定的上限值时，就会立即通过声光进行报警，报警系统以发光二极管和驱动蜂鸣器为主，向监测系统发出告警信号[4]。
应用红外吸收原理的瓦斯传感器性能，使用寿命长，调校周期>2月，其一体化水分离装置，能够很好的规避管道内水分、尘埃等多种物质，确保检测精度，气路设计的特殊形式对于各种正压、负压管道都有很好的应用性，浓度检测以红外遥控为主，应用简单，温度补偿，不会因矿井下的特殊环境而出现改变或漂移，抗干扰能力强，对于多种杂质、气体都有很好的抵抗作用，能够提供多种常用的数据输出接口，兼容性强，是目前应用优势最为显著的一种矿井下瓦斯监测技术。目前多种瓦斯传感器实际应用中还存在着一定问题，比如功能单一、耗能较大、度不高等，且使用模拟电路技术，在抗干扰能力和智能化程度上都较低，是需要加强研究的重要应用课题，对于提升未来矿井下瓦斯安全监测具有积极意义[5]。
三、红外瓦斯传感器的具体应用
煤矿井下的环境较为特殊，复杂多变，不可控因素较多，因而发生安全事故的几率也较高。预防瓦斯事故的发生，确保相关人员声明安全，降低经济财产损失，是井下安全工作的重要目标。红外瓦斯传感器在应用中通过不断技术创新完善着煤矿的监测系统，使用差动补偿信号处理、双敏感元件等技术突破了种种限制，为煤矿生产安全作出贡献。
在监测井下环境瓦斯气体浓度时，传感器可以通过连续自动的将井下沼气浓度转换为标准电信号输送给关联设备，并且应用差动补偿信号处理技术就地显示浓度值，在超出预设值时自动报警。它通过与各类新型监测系统、断电仪、风电瓦斯闭锁装置等配套使用，在煤矿采掘工作面、回风巷道等都可以固定使用。虽然热导型、热催化型技术上存在一定缺陷，但是可以应用两种技术原理与红外传感器技术相结合测量瓦斯浓度，改变原有的单一元件测量不稳定现象，借由人工智能技术优势对信息进行高度处理和分析，将稳定性指标再次提升，延长使用寿命[6]。这些技术的结合应用能够加快传感器反应速度，使结构更加坚固，便于使用和维护，同时还增加了断电控制、遥控调校、故障自校自检等功能，节约了维护和使用成本，对于预防煤矿重大瓦斯灾害事故具有重要作用，也是煤矿生产企业更好的产生经济效益与社会效益的保障。
以目前市场上性能较为优越的英国E2V-IR12GJ为例，它基于非色散红外设计原理，采用非色散红外技术（NDIR）原理进行设计，并且传感器的光源采用非常节能的LED光源。LED光源采用特殊的算法产生优化的辐射光谱，并且通过特殊的光学系统和升级过的硒化铅和硒化镉底片上的光敏二极管，结合内置的温度传感器和微电子设备来产生信号。传感器和上级的电子设备采用数字通信，遵循UART格式。它具有以下技术特点：可以检测的气体浓度范围为0-或者0-LEL；含有温度补偿设计，并且为线性输出；数字输出，可以直接接入上级设备；可以保存浓度、温度补偿和线性数据；极低的能量损耗――小于5mW；防爆Ex认证。它可以连续自动地将井下甲烷浓度转换成标准电信号输送给配接设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警等功能。高分辨率在0-10%范围分辨率为0.01%，在大于10%范围分辨率为0.1%，满足国家安全生产监督管理局实施的《中华人民共和国安全生产行业标准AQ6211-2008-煤矿非色散红外甲烷传感器》要求。传感器在设计上以紧凑、小巧、模块化、整体化为发展趋势，在保持传统红外传感器高稳定、高抗干扰、长寿命、免维护等优点外，将传统红外原理光学部件省略，有效的降低了成本，同时还弥补了传统红外原理传感器易受环境中灰尘覆盖影响透光或反射的强度的问题，这对于减少传统检测仪故障报警缺陷具有积极意义。
煤矿安全生产需要依托监测系统的运行，红外瓦斯监测系统应用红外吸收原理，实现对井下瓦斯气体浓度的监测，通过应用多种新技术，实现了对安全生产的维护与保障，是煤矿安全监测系统的重要构成部分。
