研究關(guān)于煤礦安全的礦用傳感器

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摘要：煤礦安全工作中火災(zāi)防治工作是煤礦“一通三防”的重點(diǎn)工作之一?；馂?zāi)煙霧是由氣、液、固體微粒群組成的混合物，具有體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。涉及煤礦安全的本安型安全設(shè)備的礦用專用傳感器有：本安煙霧傳感器，本安溫度傳感器、本安壓力傳感器、本安礦用管道流量傳感器、本安甲烷傳感器、本安一氧化碳傳感器、本安多種氣體檢測(cè)儀、本安粉塵濃度傳感器、本安跑偏傳感器、本安撕裂傳感器、本安位移傳感器、本安紅外線傳感器、本安壓差傳感器、本安高濃度瓦斯傳感器、本安低濃度瓦斯傳感器、本安開停傳感器等等。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；礦用（煙霧）傳感器

引言

在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過程中，安全工作是第一要?jiǎng)?wù)和重中之重。煤礦必須使用納入安全標(biāo)志管理的產(chǎn)品，同時(shí)各類涉及煤礦各類安全的傳感器還要定期的維護(hù)和檢測(cè)或強(qiáng)檢，以保證的煤礦生產(chǎn)正常有序的進(jìn)行?；馂?zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，做好煤礦的火災(zāi)防治工作，可以更好的確保煤礦安全生產(chǎn)工作?！?.27”重慶松藻煤礦礦難事故的調(diào)查結(jié)果：運(yùn)煤上山的膠帶摩擦生熱燃燒并引發(fā)煤炭燃燒，產(chǎn)生有害有毒氣體，同時(shí)礦工們攜帶的壓縮氧自救器失效，導(dǎo)致16人遇難、38人中毒受傷。事故暴露了四項(xiàng)主要問題，一是膠帶運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)裝置和煙霧探測(cè)器不起作用；二是皮帶入井使用前未進(jìn)行阻燃試驗(yàn)，且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)皮帶磨損非常嚴(yán)重，該更換沒更換；三是機(jī)電設(shè)備管理混亂，松藻煤礦機(jī)電副礦長(zhǎng)、機(jī)電科長(zhǎng)不知道皮帶保護(hù)裝備備品備件庫(kù)房位置，不知道溫度傳感器安設(shè)距離標(biāo)準(zhǔn)；四是部分壓縮氧自救器失效，工人逃生過程中打開自救器，發(fā)現(xiàn)氧氣瓶中沒有氧氣。

1.礦用煙霧傳感器（光感）的預(yù)警原理及在預(yù)警火災(zāi)事故中起到的作用

礦用煙霧傳感器，是用來(lái)預(yù)警煤礦井下火災(zāi)的。一般的火災(zāi)主要有：密閉火災(zāi)，工作面自然發(fā)火，膠帶運(yùn)輸機(jī)摩擦著火，井下使用明火作業(yè)等。(1)煙感傳感器的預(yù)警原理綜合煙感探測(cè)器的工作原理來(lái)看，煙霧本身就是固體小顆粒，當(dāng)火災(zāi)持續(xù)燃燒，產(chǎn)生的煙霧量不斷增多，進(jìn)入煙感探測(cè)器煙霧探測(cè)結(jié)構(gòu)里的顆粒也越來(lái)越多，減光率不斷增大，達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警。煙霧傳感器感應(yīng)值為：減光率（單位%obs/m），指的是遮蔽度或光被遮擋的煙霧濃度大小，有時(shí)也記為%/m，意思是指在經(jīng)過單位長(zhǎng)度后，光被煙霧顆粒遮蔽程度的百分比。當(dāng)有煙霧存在時(shí)，光線的前進(jìn)會(huì)受煙霧遮蔽，煙霧濃度越高，光線衰減程度越高，反而在很純凈的空氣中，光線幾乎沒有衰減。舉例來(lái)說(shuō)，0.02%obs/m是指光束的前進(jìn)因煙霧粒子的存在而減少為99.98%，因此總共被遮蔽（減少）了0.02%。光線被遮蔽程度的大小還與距離有關(guān)，距離越近受遮蔽的比率越低、距離越遠(yuǎn)受遮蔽的比率越高。因此，遮蔽度是定義在1m的距離上，亦即其單位為%obs/m。常見的光電煙感探測(cè)器靈敏度為0.65%-15.5%ft，這里面%是指%obs（Obscuration）的是減光率（光遮擋率），用百分比的形式表示，ft和m分別是長(zhǎng)度單位英尺和米的字母符號(hào)。合在一起看就是光前進(jìn)1ft或者1m被遮擋了百分之幾的意思。1m大約等于3ft，所以0.6%obs/m和0.2%obs/ft兩種寫法的煙感靈敏度其實(shí)是一樣的。(2)火災(zāi)發(fā)生火災(zāi)的發(fā)生通常會(huì)經(jīng)過四個(gè)階段，即：第一階段，醞釀期（IncipientStage）為火災(zāi)的陰燃階段，產(chǎn)生不可見煙霧。從不可見煙霧到下一個(gè)可見煙霧階段的火災(zāi)醞釀期，時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)0-120min。第二階段，可見煙霧（VisibleSmoke）到大火（Fla-mingFire）燃燒，約為10min。第三階段，大火到烈火（IntenseHeat）燃燒期，約10min。第四階段，烈火全部燃燒，約為10min。從火災(zāi)的發(fā)生的階段時(shí)間來(lái)看，醞釀期是控制火災(zāi)、阻止事故發(fā)生的最佳時(shí)期。煙霧傳感器是通過監(jiān)測(cè)光線被阻擋的遮蔽率的變化，用來(lái)指示在火災(zāi)第一階段發(fā)生時(shí)的煙霧顆粒濃度，可以有效的監(jiān)測(cè)到不可見煙霧，當(dāng)煙霧遮蔽光線的濃度達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警，啟動(dòng)預(yù)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，以此來(lái)在火災(zāi)發(fā)生的最早時(shí)期檢測(cè)出險(xiǎn)情，再通過聯(lián)動(dòng)的報(bào)警系統(tǒng)通知相應(yīng)人員采取行動(dòng)，將火災(zāi)有效的控制在第一階段。

2.傳感器定期修護(hù)和檢測(cè)的意義

傳感器是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制并與輸出環(huán)節(jié)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)的元件。當(dāng)傳感器接受特定物質(zhì)時(shí)即發(fā)出感應(yīng)信號(hào)，例如本安型礦用煙霧傳感器由煙霧傳感組件監(jiān)測(cè)外界煙霧濃度的變化，將煙霧轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并送到監(jiān)測(cè)電路進(jìn)行處理，當(dāng)煙霧濃度達(dá)到一定程度，電壓轉(zhuǎn)變信號(hào)通過電路處理，再經(jīng)過單片機(jī)處理判斷后，輸出報(bào)警信號(hào)。傳感器電路由穩(wěn)壓、信號(hào)處理、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)輸出及聲光報(bào)警等電路組成，有些比較先進(jìn)的礦用煙霧傳感器采用了新型的單片微機(jī)和高集成的數(shù)字化電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，也便于維護(hù)和調(diào)試。但因?yàn)槊旱V井下的工作環(huán)境一是空氣濕度大；二是空氣中浮游雜質(zhì)如煤塵含量高；三是腐蝕性氣體如CO2、NO、SO2等含量較高，傳感器外部和傳感頭部位容易受工作環(huán)境的煤塵和腐蝕氣體的污染和腐蝕，使有些煤礦企業(yè)的傳感器形同虛設(shè)，無(wú)法及時(shí)監(jiān)測(cè)到安全隱患的危險(xiǎn)信號(hào)。因此，傳感器的定期檢測(cè)和日常維護(hù)顯得尤其重要，日常維護(hù)可以保證傳感器的清潔，延長(zhǎng)傳感器的使用時(shí)限。定期檢測(cè)可以保證傳感器的正常工作。但因煤礦缺失專業(yè)的檢測(cè)人員和設(shè)備，故定期到專業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)才可以讓傳感器保持正常工作狀態(tài)，從而保證傳感器可以準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)煤礦生產(chǎn)工作中的醞釀期火災(zāi)危險(xiǎn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下環(huán)境火災(zāi)危險(xiǎn)有害因素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是煤礦安全生產(chǎn)消除火災(zāi)安全隱患的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)煤礦火災(zāi)事故的預(yù)警，保證煤礦作業(yè)人員及設(shè)備安全有著重大意義。

3.礦用煙霧傳感器的適用

離子型煙霧探測(cè)器是通過相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來(lái)感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電礦用電動(dòng)球閥離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來(lái)確定空氣中的煙霧狀況。而氣敏式傳感器是探測(cè)空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測(cè)方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測(cè)煤氣、液化石油氣、天然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。礦用溫度傳感器適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業(yè)企業(yè)，以及煤氣廠、液化石油氣站、氫氣站等生產(chǎn)和貯存可燃性氣體的場(chǎng)所。礦用本安型煙霧傳感器適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵、爆炸性氣體的場(chǎng)所。根據(jù)煤礦井下不同環(huán)境和位置使用安裝，當(dāng)傳感器周圍的溫度超過設(shè)定值時(shí)，傳感器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4.礦用煙霧傳感器檢測(cè)現(xiàn)狀和依據(jù)

近年來(lái)，隨著數(shù)字化礦山建設(shè)和智能化礦山建設(shè)的推進(jìn)，煤礦井下安裝了各種探測(cè)用的傳感器，雖然從表面上看對(duì)礦井生產(chǎn)中不安全的因素和隱患進(jìn)行了監(jiān)控，但因煤礦對(duì)礦用煙霧傳感器的工作性能的重視程度不夠，加上我國(guó)對(duì)傳感器的檢測(cè)方面也沒有具體的依據(jù)和強(qiáng)制規(guī)定，大多數(shù)礦井的煙霧傳感器安裝使用后，就沒有進(jìn)行定期的檢測(cè)，導(dǎo)致多數(shù)的礦用煙霧傳感器屬于失效的狀態(tài)，無(wú)法第一時(shí)間預(yù)測(cè)到火災(zāi)的苗頭，實(shí)際上為煤礦安全生產(chǎn)埋下了重大的安全隱患。為了解決礦用煙霧傳感器的檢測(cè)問題，可以依據(jù)MT382-2011標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)傳感器工作原理和檢測(cè)中存在的難點(diǎn)問題進(jìn)行研究和分析后，采用礦用煙霧報(bào)警器校驗(yàn)裝置（標(biāo)準(zhǔn)濾光片），按照MT382-2011標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)實(shí)驗(yàn)用裝置要求，配備穩(wěn)壓直流電源、萬(wàn)用表、秒表、多通道模擬電纜、卡尺等配套的實(shí)驗(yàn)裝置，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)里B實(shí)驗(yàn)步驟，用干燥、清潔的質(zhì)量為5g，直徑為3mm，長(zhǎng)度為10mm的棉繩陰燃在礦用煙霧報(bào)警器檢測(cè)裝置內(nèi)制造5（±1）%obs/m的煙霧濃度，來(lái)定量的檢測(cè)礦用煙霧傳感器的在工作電壓（12-24）VDC上下限值時(shí)的動(dòng)作值及響應(yīng)時(shí)間，電流信號(hào)，傳輸距離等技術(shù)參數(shù)。

5.綜述

雖然我國(guó)正在進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型,但煤炭產(chǎn)業(yè)依舊是我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的支柱,煤炭依然占據(jù)我國(guó)一次能源消費(fèi)總量的2/3以上。煤礦井下安全生產(chǎn)不容忽視，本文探討了煤礦礦用煙霧傳感器在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性。

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作者： 王芬  單位：晉城乾泰安全技術(shù)有限責(zé)任公司