资源描述
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摘要：矿井安全生产监测监控系统是一种能够自动采集和处理数据并进行相应控制的系统。安全监控系统为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息，为指挥生产提供第一手资料。通过对被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供技术数据，便于提前采取防范措施，通过对被测参数实施实时有效的控制，及时实现自动报警、断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大，在发生事故的情况下,能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材，提供决策信息，有效地保障煤矿安全生产和矿工生命安全。
关键词：煤矿事故 监测监控系统 传感器
目录
1. 概述........................................................3
2. 煤矿危险因素分析............................................3
2.1 有毒有害气体.............................................4
2.2 矿井风速、温度、湿度.....................................4
2.3 煤矿矿井水...............................................5
2.4煤矿粉尘浓度..............................................6
2.5煤矿矿山压力..............................................6
2.6 矿井安全监测监控的法规依据................................6
3. 传感器布置...................................................9
3.1功能概述.................................................10
3.2布置方法.................................................10
3.3测风站传感器的布置.......................................14
4. 各式传感器技术指标..........................................14
4.1甲烷传感器（KG9701A）的技术指标..........................14
4.2 一氧化碳传感器（GTH500(B)）的技术指标...................15
4.3 温度传感器（GW50(A)）的技术指标.........................15
4.4 风速传感器（KGF15）的技术指标...........................16
4.5负压传感器（GF100F(A)）的技术指标........................16
4.6 开关量传感器（GT-L(A)）的技术指标.......................16
4.7地下水位传感器（PTJ301）的技术指标.......................17
4.8传感器工作原理、测定方法及过程...........................17
5监测监控系统选择及传感器布置监测示意图........................18
5.1 监测监控系统选择........................................18
5.2传感器布置监测...........................................20
6.总结..........................................................21
参考文献........................................................21
一、概述
煤炭是我国的主要能源，在一次性能源中，所占比例在70%以上。我国煤田遍布全国，但煤层的赋存条件和地质情况差异很大，很多矿井自然环境恶劣，受到水、火、瓦斯、粉尘、顶板事故等自然灾害的威胁，发生事故比较频繁。为减少事故的发生，预防是安全工作的重点，在煤矿中，装备矿井安全监测监控装置是避免事故发生的重要手段。
矿井安全监测监控技术是伴随着煤炭工业的发展而逐步发展起来的。《煤矿安全规程》第一百五十八条明确规定：“所有矿井必须装备矿井安全监测监控系统。矿井安全监测监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求。”
矿井监测系统其主要功能是能够及时、准确地反映各类所需要的监测信息，从而满足诸如环境安全、皮带运输、轨道运输、供电系统以及对瓦斯、风速、一氧化碳、温度、负压等环境参数及设备开停、风门开闭、风筒风量不同监测对象的要求，以实现在生产过程中对矿井安全生产进行全面综合的监测。
二、煤矿危险因素分析
煤矿八大事故：
瓦斯事故：瓦斯、煤尘爆炸或燃烧，煤(岩)与瓦斯突出，瓦斯窒息(中毒)等。
顶(底)板事故：指冒顶、片帮、顶板掉矸、顶板支护垮倒、冲击地压、露天煤矿边坡滑移垮塌等。底板事故视为顶板事故。
机电事故：指机电设备(设施)导致的事故。包括运输设备在安装、检修、调试过程中发生的事故。
放炮事故：指放炮崩人、触响瞎炮造成的事故。
水灾事故：指地表水、老空水、地质水、工业用水造成的事故及溃水、溃沙导致的事故。
火灾事故：指煤与矸石自然发火和外因火灾造成的事故(煤层自燃未见明火逸出有害气体中毒算为瓦斯事故。
运输事故：指运输设备(设施)在运行过程发生的事故。
其它事故 其它事故：以上七类以外的事故。
根据以上煤矿事故分类，可将煤矿危险因素分为以下几类：
2.1 有毒有害气体
(1)一氧化碳()：是一种无色、无味、无臭的气体;它可燃烧，当含量在13%～75%时，遇火能引起爆炸;一氧化碳极毒，当其含量达0.4%时，人在短时间内就可中毒死亡
(2)硫化氢()：是一种无色、微甜、有臭鸡蛋味的气体，易溶于水，遇火后能燃烧及爆炸;硫化氢极毒，它能使血液中毒，对眼睛及呼吸系统的粘液膜有强烈的刺激作用。
(3)二氧化硫()：是一种无色、有强烈硫磺味及酸味的气体，同呼吸气管潮湿表皮接触能产生硫酸，刺激并麻痹上部呼吸气管的细胞组织，使肺及支气管发炎。
(4)二氧化氮()：为红褐色，易溶于水，是剧毒气体，对人的眼睛及呼吸器官有强烈刺激作用。
(5)瓦斯()：瓦斯是煤矿常见的有害气体,化学名称叫甲烷，无色、无味、无臭、无毒;它比空气轻常聚集在巷道上方，当其在空气中含量高时可降低氧含量，引起窒息;它具有爆炸性，爆炸浓度一般为5%～16%。《煤矿安全规程》中对沼气容许浓度因在井下各点不同。
(6)氨气()：是一种无色气体，有似氨水的剧臭;它极毒，能刺激皮肤和上呼吸道并能严重损伤眼睛。
(7)二氧化碳()：是一种无色、微毒、稍有酸味的气体，它不助燃，也不维持久的呼吸，它比空气重，常聚集在巷道的下方及通风不良的下山尽头;易溶于水，生成碳酸，对人的眼、鼻、喉的粘膜有刺激作用。
2.2 矿井风速、温度、湿度
矿井气候条件三要素是：温度、湿度和风速。矿井气候条件对工人健康和劳动生产率有着直接的影响。
（1）温度：温度是构成井下气候条件的主要因素，最适宜于人们劳动的温度是15～20℃。金属和化学矿山安全规程规定井下采掘地点温度一般不超过27℃；《煤矿安全规程》规定采掘工作面的空气温度不得超过26℃，机电硐室的空气温度不得超过30℃。
（2）湿度：空气湿度指空气中所含水蒸气量的多少。它分为绝对湿度和相对湿度。绝对湿度指每立方米空气中所含水蒸气量（)；相对湿度指空气中所含蒸汽量与同温度下饱和水蒸汽量之间的百分比。矿井空气的湿度一般指相对湿度。相对湿度的大小直接影响水分蒸发的快慢，因此，能影响人体的出汗蒸发和对流散热。人体最适宜的相对湿度一般为50%～60%。
（3）风速。风速除对人体散热有着明显影响外，还对矿井有毒有害气体积聚、粉尘飞扬有影响。风速过高或过低都会引起人的不良生理反应。因此，各产业部门的安全规程都对矿井下各主要工作点的风速作了明确规定。矿井通风是矿井生产环节中最基本的一环，它在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。矿井通风系统是一个复杂、动态的系统，受众多、复杂的内外因素影响。矿井通风系统要达到：系统稳定、风量足够、风速合理、 设施可靠。
矿井通风是指借助于机械或自然风压，向井下各用风地点连续输送适量新鲜空气，下各用风地点连续输送适量新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排除各种有害气体和浮尘，呼吸，稀释并排除各种有害气体和浮尘，以降低环境温度,创造良好气候条件，环境温度,创造良好气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。
2.3 煤矿矿井水
煤矿常见水源有：
大气降水。从天空降到地面的雨和雪、冰雹等。
地表水。江、河、湖、海、水池、水库、沼泽、洼地等处的水。
地下水。含水层、断层、溶洞等处积水。
老空水。采空区、废弃的旧巷和小煤窑等。
生产用水。注浆、充填用水等。
矿井水对生产的影响主要表现在以下几个方面：
（1）由于矿井水灾采掘工作面可出现淋水。使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。
（2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必会增加煤炭生产成本。
（3）矿井水对各种金属设备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。
当井下突然涌水或其水量超过井水排水能力时，则会给生产带来严重影响。
矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾。矿井水灾（通常称为透水），是煤矿常见的主要灾害之一。一旦发生透水，不但影响矿井正常生产，而且有时还会造成人员伤亡，淹没矿井和采区，危害十分严重。所以做好矿井防水工作，是保证矿井安全生产的重要内容之一。
2.4煤矿粉尘浓度
悬浮于空气中的粉尘称为浮尘，已沉落的粉尘称为积尘，我们检测和防治的重点就是浮尘。煤矿粉尘的特性决定了以下危害：严重危害工人身体健康，多数人易引起尘肺病等；易引起燃烧和爆炸；高浓度粉尘能加速机械磨损，缩短精密仪器的使用寿命。
2.5煤矿矿山压力
矿山压力是由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力。由于矿山压力作用，巷硐周围岩体和支护物会产生变形、破坏、垮落、折损和冲击等力学现象。煤层的直接顶中，常存在多组相交裂隙时，这些相交的裂隙容易将直接顶分割成游离岩块，极易发生脱落，在采煤机采煤或爆破落煤后，如果支护不及时，这类游离岩块可能突然冒落砸人，造成局部冒顶事故。
2.6 矿井安全监测监控的法规依据
根据《煤矿安全规程》、《矿井通风安全装备标准》及其说明和《矿井通风安全监测装置使用管理规定》等煤矿安全法规确定矿井安全监测监控系统。
2.6.1矿井通风检测标准
（1）矿井必须配备有足够数量的风表、干湿温度计、空盒气压计、Ｕ型倾斜压差计、皮托管及矿井通风多参数检测仪等通风检测仪器仪表。其数量应能满足矿井通风日常管理、瓦斯(含二氧化碳)等级鉴定、反风演习工作的需要，并按矿井测风或通风阻力测定同时工作的组数配备。
（2）矿务局应装备风速表校验装置和主要通风机性能测定仪。根据所属矿井的风表数量，可配备l～2台风速表校验装置，并根据所属矿井或分区主要通风机的数目，配备1～2台主要通风机性能测定仪。
（3）井下空气成分必须符合下列要求：
1）采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%。
2）有害气体的浓度不超过表2-1规定。
名 称
最高允许浓度(％)
一氧化碳CO
0.0024
氧化氮(换算成二氧化氮NO2)
0.00025
二氧化硫SO2
0.0005
硫化氢H2S
0.00066
氨NH3
0.004
表2-1 矿井有害气体最高允许浓度
矿井中所有气体的浓度均按体积的百分比计算。
（4）井巷中的风流速度应符合表2-1要求。
设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s；梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表2-1规定执行。
无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于表2-1的规定值，但不得低于0.5m/s。
综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于表2-1的规定值，但不得超过5m/s。
（5）进风井口以下的空气温度（干球温度，下同）必须在2℃以上。
生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。
采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。
新建、改扩建矿井设计时，必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施。
（6）矿井需要的风量应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：
1）按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4。
2）按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算。各地点的实际需要风量，必须使该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度，风速以及温度，每人供风量符合《煤矿安全规程》的有关规定。
按实际需要计算风量时，应避免备用风量过大或过小。煤矿企业应根据具体条件制定风量计算方法，至少每5年修订1次。
（7)矿井每年安排采掘作业计划时必须核定矿井生产和通风能力，必须按实际供风量核定矿井产量，严禁超通风能力生产。
（8)矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。应根据测风结果采取措施，进行风量调节。
(9)矿井必须有足够数量的通风安全检测仪表。仪表必须由国家授权的安全仪表计量检验单位进行检验。
(10)矿井必须有完整的独立通风系统。改变全矿井通风系统时，必须编制通风设计及安全措施，由企业技术负责人审批。
2.6.2 火灾检测及防火灭火标准
（1）开采有自燃倾向煤层的矿井应配备煤矿专用气相色谱仪及煤自燃性测定仪与阻化剂喷射泵，并应符合下列规定：
1）气相色谱仪和煤自燃性测定仪可按180t/a及其以下矿井各配l套(台)，180t/a以上矿井财各配2套(台)，其中0.6 Mt/a及其以下矿井可不配备煤自燃性测定仪。
2）矿务局应配备1～2套气相色谱仪。
3）阻化剂喷射泵按一、二级自燃矿井每个采煤工作面必须配置1台，三、四级自燃矿井每个采区必须配置1台。
（2） 一、二级煤层自燃矿井和采用氮气防灭火、综采放顶煤开采有自燃倾向的厚及特厚煤层的矿井必须配置矿井火灾预报束管监测系统。
（3）硐室也应配置该系统。其数量：主胶带机机头、机尾应各配备1套，其余的只在机头配l套；主要机电硐室也应配置1套。
（4）采用综采放顶煤开采有自燃倾向的厚及特厚煤层的矿井，必须配备惰性气体防灭火装置。可选择深冷空分法制液氮装备，井下移动式膜分离制氮装备或燃油除氧惰气发生装置其中的一种配备l套。
2.6.3矿井粉尘检测标准
（1）矿井必须配备全尘和呼吸性粉尘的采样器和测定仪，其数量应根据矿井井型及防尘专业人员数配备；并根据矿井采掘工作面数目配备个体采样器。
(2) 矿井的锚喷支护巷道应采用混凝土喷射机除尘器除尘，每个锚喷工作面应配备l台，并配有50％的备用量。
(3)矿井的掘进工作面应根据巷道掘进机械、局部通风方式和相互匹配的通风除尘系统采用除尘设备，
(4)锚喷工作面的锚喷队应配备压风呼吸器，并根据锚喷工艺(打眼、锚喷)的作业人员数按每个锚喷工作面配备1型、2型压风呼吸器各1台。
总之，在参照以上标准的情况下，根据煤矿的特点具体问题具体分析，所以煤矿安全设计标准应以监控瓦斯和风速为主，因为某些煤层有自然发火危险，还需要检测矿井火灾。监控系统还需要监测一氧化碳等其他有毒有害气体，温度，风门开关等环境参数，以及各种机电设备的生产参数和运行情况。
三、传感器布置
传感器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统能正确反映被测环境和设备参数的关键技术和产品。目前煤矿监测监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器。
传感器一般由敏感元件、转换元件和信号处理电路3部分组成，有时需要加辅助电源，其组成原理如图3-1所示。
敏感元件
转换元件
信号处理
被测信号
（非电量）
（电信号）
输出信号
辅助电源
图3-1传感器组成原理
3.1功能概述
矿用传感器大体可分为环境传感器和生产参数传感器两大类。环境传感器一般包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度、风速、负压、粉尘、烟雾等，而生产参数传感器主要包括设备开停、料位、皮带称重、机组位置、皮带打滑、电压、电流、功率等。
3.2 布置方法
本设计中主要布置甲烷、一氧化碳、温度、风速、负压、水位等环境传感器及风门开关、绞车开停、人行车开停、皮带机开停、水泵开停等开关量传感器。其布置按以下方法考虑。
3.2.1瓦斯传感器布置
根据《矿井通风安全监测装置使用管理规定》，井下瓦斯传感器的布置应按如下进行。
（1）回采工作面传感器的布置
回采工作面主要有综采工作面、高档普采工作面、备用的高档普采工作面以及西翼的综采工作面、高档普采工作面，瓦斯传感器的布置示意图如图3-2所示。U型通风方式在上隅角设置甲烷传感器，工作面设置甲烷传感器 ，工作面回风巷设置甲烷传感器；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器 不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感器；
图3-2 回采工作面传感器的布置示意图
（2）掘进工作面传感器的布置要求
在瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，如综采工作面、高档普采工作面、备用的高档普采工作面以及西翼的综采工作面、高档普采工作面，瓦斯传感器按图3-3所示布置。
图3-3 瓦斯矿掘进面甲烷传感器布置
掘进工作面与掘进工作面串联通风时，应按图3-4所示。
图3-4 高瓦斯双巷掘进面甲烷传感器布置示意图
（3）机电设备硐室传感器的布置要求
机电设备硐室遇到以下情况之一，应设置系统或断电低浓度瓦斯传感器。
1）瓦斯涌出的机电设备调室，应在瓦斯浓度较大的地方设置一个系统或断电低浓度瓦斯传感器。
2）回风流中设置机电硐室时，瓦斯传感器应按图3-5所示布置。T的报警浓度为0.5%CH4，瓦斯断电浓度为0.5%CH4，复电浓度小于0.5%CH4，断电范围为机电硐室内全部非本质安全型电器设备。
传感器安装时，应悬挂安装，轴线与铅垂线夹角小于30，吊挂时，距离顶板应小于300mm。
图3-5 机电硐室瓦斯传感器布置示意图
3.2.2风速传感器布置
风速传感器安装在矿井巷道中，用来监测矿井通风状况。根据《煤炭安全规程》规定，矿井采区进回风巷、总回风巷、主通风机风硐，应设置连续风速传感器，并接入矿井安全监测系统。此外，在风速高于或低于设计风20%时，发出声光报警。
传感器安装地点一般设置在顶板较好，无明显淋水，又不妨碍运输和人、车工作，且前后至少10m，最好70m内无障碍物的安全地带。传感器可挂在巷道壁面、中部，最好该点风速值能代表该点巷道断面的平均风速值。如果测点的风速不是平均风速，也可通过调整传感器内输出幅度电位器使输出信号值与巷道断面的平均风速值一致。
传感器侧头的进风口和出风口一定要与风流方向一致，偏移角度应不大于5。
3.2.3一氧化碳传感器布置
一氧化碳传感器主要用于监测煤炭自燃的发展情况。
目前，国家标准并没对一氧化碳传感器的布置做具体规定。根据经验并结合该矿的煤炭自然发火特性，布置大体分为：
(1) 带式输送机滚筒下风侧10-15m处应设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm。
(2) 开采自燃煤层的矿井，采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷应设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm。
(3) 自然发火观测点、封闭火区防火墙栅栏外宜设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm。
(4) 开采容易自燃、自燃煤层的采煤工作面回风巷必须设置一氧化碳传感器，报警浓度为24ppm。
在本设计中一氧化碳传感器只布置在各回采工作面上隅角，与瓦斯传感器一同布置。如图3-6为易燃煤层采面CO传感器的布置。
图3-6 易燃煤层采面CO传感器的布置示意图
传感器安装时，不要靠近热辐射源，以免引起内部温度升高而失准。传感器应垂直悬挂，在通电情况下不得倒置。应定期清除防尘罩的煤尘以保证测量精度。
3.2.4温度、烟雾及风压传感器布置
根据此矿实际情况，合理布置温度、烟雾及风压传感器。大体分为:
(1) 机电硐室内应设置温度传感器，报警值为34℃。
(2) 开采容易自燃、自燃煤层及地温高的矿井采煤工作面应设置温度传感器。温度传感器的报警值为30℃。
(3) 温度传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，并应不影响行人和行车，安装维护方便。
(4) 带式输送机滚筒下风侧10-15m处应设置烟雾传感器。
(5) 主要通风机的风硐应设置风压传感器。
(6) 瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中宜设置流量传感器、温度传感器和压力传感器；利用瓦斯时，应在输出管路中设置流量传感器、温度传感器和压力传感器。防回火安全装置上宜设置压差传感器。
3.2.5开关量传感器的布置
根据多数实际情况，开关量传感器的布置大体为：
（1）主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器。
（2）矿井和采区主要进回风巷道中的主要风门必须设置风门传感器。当两道风门同时打开时，发出声光报警信号。
（3）掘进工作面局部通风机的风筒末端宜设置风筒传感器。
（4）为监测被控设备瓦斯超限是否断电，被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器。
为了对全矿井用风量情况及其分配有较好的了解，在井底车场、各采区进回风巷及总回风巷设置负压传感器。
传感器的固定支架埋入巷道侧壁或风机墙壁上，用水泥封。传感器应垂直固定，安装地点应无淋水。测量通风总负压与密闭压力时，负压传感器安装方法见图。测量风门时安装方法与之类似，但应注意正负压嘴不得装反。测量密闭压力时，一般选用0500Pa的传感器。
3.3测风站传感器的布置
在矿井主要进、回风巷道中，盘区主要进、回风巷中必须建立正规的侧风站，要求侧风站断面不小于所在巷道断面的4/5，但前后10m范围内没有拐弯及风流分支，能准确掌握风量的参数。要求布置得传感器有：
（1）温度传感器；
（2)负压传感器；
(3)风速长传感器。
在矿井总回风巷、盘区回风巷侧风站内，根据需要还可以设置低浓度瓦斯、氧气和一氧化碳传感器各一个。为准确测量，瓦斯、氧气、一氧化碳等传感器应悬挂在侧风站中部，，悬挂于侧风站顶部，距顶板距离不大于300mm，距巷帮距离不小于200mm处。风速传感器悬挂于侧风站断面的平均风速点，但不影响行人和行车。
四、各式传感器技术指标
4.1甲烷传感器（KG9701A）的技术指标
测量范围：0.00％～4.00%
基本误差：
（0.00～1.00）Δ0.1％；
（1.00～2.00）Δ0.2％；
（3.00～4.00）Δ0.3％；
信号输出：
电流型1mA～5mA，线性对应0.00％CH4～4.00%
频率型200～1000Hz，线性对应0.00％CH4～4.00%
报警点设置：0.00％CH4～4.00%连续可调
断电点设置：0.50％CH4～2.00%连续可调
报警方式：声光报警，声音强度≥80dB；光能见度>20m
响应速度：≤20s
信号传输距离：≥2km
工作稳定性：可连续工作15天；
整机工作电压：9～24VDC（本安电源）。
安全特征：防爆标志ExibdΙ
使用环境：0℃～40℃，湿度≤98％，80～116kPa，风速<8m/s。
催化元件寿命：≥1年
4.2一氧化碳传感器（GTH500(B)）的技术指标
工作电压：9～24V DC
工作电流：＜100mA DC
检测范围：0～500PPm CO
检测误差：F.S范围内5%(相对误差)
显示方式：三位红色LED显示(分辨率：1PPm CO)
输出信号：200～1000Hz、1.0～5.0mADC
防爆型式：ExibⅠ矿用本安型
外形尺寸：(19011457)mm
4.3温度传感器（GW50(A)）的技术指标
测量范围：0℃～50℃； 基本误差：2；
工作电压：12～24V DC（本安电源）；
工作电流：<80mADC
信号输出：频率型200～1000Hz；电流型1～5mA；
传输距离：≤2km
显示方式：四位红色数码管，左第一位为功能位：1－调零，2－调精度，3－自检；后三位为测量值℃。
安全特征：防爆标志Exibd Ι（+150℃）
使用环境：0℃～40℃；相对湿度≤95％；大气压力80～106kPa；风速0～8m/s；
4.4 风速传感器（KGF15）的技术指标
测量范围：0.3～15m/s
基本误差：≤0.3m/s
工作电压：9～24V DC
工作电流：≤70mA DC
显示方式：就地显示3位LED
输出信号：1～5mA DC、200～1000Hz
防爆型式：ExibⅠ
4.5负压传感器（GF100F(A)）的技术指标
测量范围：负压0～100KPa；
基本误差：≤3％；
信号输出：1 mA～5mA 或200～1000Hz（线性对应负压0～100KPa）
显示方式：四位红色数码管，后三位显示测量值（KPa）；左起第一位为功能位：1－调零，2－精度调节，3－量程设置。
响应时间：≤30s；
信号带负载能力：0～400Ω
整机工作电压：13～24V DC（本安电源）。
整机工作电流：<60mA，18V DC
安全特征：防爆标志 Exibd Ι（+150℃）
使用环境：0℃～40℃；
4.6 开关量传感器（GT-L(A)）的技术指标
电源电压：9～24V DC
工作方式：锁固吊挂于被测电缆上，连续工作
输出信号：1/5mA DC、5mA DC；0～5V DC、无电位触点；
显示方式：电源指示：绿色灯；开停指示：红色灯；
4.7地下水位传感器（PTJ301）的技术指标
测量范围：100mmH2O～100mH2O、500mmH2O～500mH2O (水位高/深度)
综合精度: 0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS
输出信号: 4～20mA(二线制)、0～5V、1～5V、0～10V(三线制)
供电电压: 24DCV(9～36DCV)介质温度: 0～85℃
环境温度: 常温(-20～85℃)
负载电阻:
电流输出型：最大800Ω；
电压输出型：大于50KΩ
振动影响: 在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS
电气接口(信号接口): 紧线防水螺母与五芯通气电缆连接。
4.8传感器工作原理、测定方法及过程
以甲烷为例，阐述传感器智工作过程，及测定方法。采用智能遥控甲烷传感器。智能遥控甲烷传感器是组成监控系统的一种智能型检测仪表。它可以配接各种型号的井下分站、风电瓦斯闭锁装置、断电仪等设备，用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量。
KGY-002A型智能遥控甲烷传感器由供电电源、甲烷传感头、检测电桥、放大器、A/D变换器、红外接收头、单片机及显示电路和输出电路等组成。
（1）甲烷传感头
甲烷传感头由气室、黑白元件等组成，黑白元件是一种对甲烷气体很敏感的载体催化元件，白元件是补偿元件。黑白元件作为检测电桥的两臂，另两臂由电阻组成。将黑白元件置于同一气室中，施加工作电压。无甲烷时，电桥处于平衡状态，输出约为0；当甲烷气体进入气室，接触到黑白元件表面时，在其表面进行无焰燃烧，元件的温度升高，阻值增大。而白元件不发生反应，阻值不变，于是破坏了检测电桥平衡，在一定的甲烷浓度范围内，产生正比于甲烷浓度的直流电压输出信号。检测电桥的电位器是用来调节零点的。零点即甲烷浓度为0时放大器的输出电压，一般为0.25V。
（2）供电电源
由分站提供的DC8～22V电压，经传感器中高效DC-DC变换成3V和5V，分别供检测电桥和仪表线路使用。
（3）放大器及A/D变换器
检测变换器的输出为差动式毫伏级信号，通过直流放大器进行放大并变成单端输出，通过A/D变换器将模拟信号变为数字信号送入单片机进行运算和处理。
（4）红外遥控器及接收器
红外遥控器将各种指令转换成串行红外光编码信号发送出去。接收器将串行红外光编码信号转换成串行电数码信号送入单片机进行处理，完成各种功能。
（5）单片机
传感器采用一次性编程的AT87C52单片机。仪表内部有看门狗电路，程序正常运行时会不断地抑制看门狗。当程序运行不正常时，看门狗就自动发出一个硬件复位信号。
当甲烷浓度达到报警值时（1%）,单片机报警，产生声光报警信号。当甲烷浓度达4.1%时，单片机控制切断供给甲烷传感头的电源，保护黑白元件。此时，传感器显示值和输出信号值均为超载状态。2min后自动脱离保护状态，重新检测。当甲烷浓度低于4.1%时，桥路正常供电；若甲烷浓度仍超过4.1%时，则重新进入2min保护周期。传感器显示值和输出信号值仍保持在超限状态。
（6）显示电路
显示电路由四位数码管组成。最高位数码管用来显示功能代码，或在零点漂移为负时显示“-”号，并且数字闪烁。后三位在调校时显示功能代码号对应的内容，正常检测时显示甲烷浓度。显示窗内的红色发光指示等闪亮时，表示信号输出线路通畅；若灯灭，表示信号线路不通。
5、 监测监控系统选择及传感器布置监测示意图
5.1监测监控系统选择
经过分析多数煤矿的情况，KJ101型矿井监控系统更满足矿井监控需求。
KJ101型矿井监控系统具有领先的技术、简单新颖的系统结构、高可靠高标准的技术性能、广泛的兼容方法、丰富而适用的功能、充满创新意识的软件这六大主要特点。
(1)技术优越
(2)系统结构简单
(3)高标准的技术性能
宽适应范围输入电压： 660v/380v/127v/36v 25%(-25%)
高电压大电流断电等级： 1140v/30A
大容量后备电源：>6小时
超长的零点，精度调校周期：>100天
长寿命检测元件：>1.5年
宽量程连续检测范围：0.00-100%CH4
地面组网半径：50km
传感器接线距离：2km
井下传输距离：20km
多信号制式：标准FSK/高频调相/基带双流码
(4)广泛的兼容方式
KJ101矿井监控系统不受分站模式的束缚，各监控参数均具有独立性，硬件和软件的使用，检索、显示都可以不受安装地点,连接端口,归属何分站的影响,井下网络可以挂接任何模式的监控仪。
(5)其他功能丰富
监控系统的故障中有近70%是传输线造成的，本系统设计有智能三通（KFF1型遥控分路器），当系统传输线发生短路时，能自动切除短路支线并报警记录。随着监控产品的技术升级，单片机的应用已普及到传感器，但随之而来的“死机”问题尚不能完全杜绝。本系统独有的总清“分站”和总清“传感器”功能，使用人员无须下井，在地面可随意下发总清启动命令，以唤醒“死锁”的分站和传感器。本系统井下设备广泛运用了红外遥调，遥控技术。
(6)软件功能齐全
5.2 传感器布置监测
由传感器输出的统一制式的信号必须进入井下发送装置才能进入下一级信息传输系统，这个发送装置称为井下分站。分站的作用是，收集接入的各种传感器送来的模拟信号并进行整理；根据中心站的命令将各种监测参数和设施、设备工作参数发送给中心站；接收中心站的控制信息，执行中心站的各种控制命令，控制所关联的设备、设施。一些智能化程度比较高的分站，在系统电缆断开后，分站仍能独立工作，如实现超限报警、断电、连续记录监测参数等。一般来说分站备有备用电源，在电网停电时仍能继续工作。
分站布置时综合考虑以下几点：
（1）根据监测量的数量和分布情况，确定分站的位置和数量。
（2）因为一个分站的监测范围有限，为了能采集更多的信息量，分站的位置放在它所监测地区的中心位置。
（3）为了保证分站能长期可靠地工作，分站一般放在环境条件较好和便于维护的地点（如采区变电所硐室）。
监测监控局部测点平面布置示意图如图5-1所示。
图5-1 局部测点示意图
监测监控系统示意图如图5-2所示。
图5-2 监测监控系统示意图
6、 总结
本次课程设计是专业课程知识综合应用的实践训练。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行了一次综合泄爆措施设计工作，培养和提高我的独立工作能力，巩固与扩充了《安全监测监控技术及应用》课程所学的内容，掌握了简单监测监控系统的设计方法和步骤，了解了煤矿矿井的基本结构，提高了逻辑能力、绘图能力。总之，通过这次设计,了解并掌握了很多知识,同时也发现了自己的不足之处,今后还应继续努力学习相关知识,充实自己。感谢老师的指导和各位同学的帮助,我在这一次的课程设计中受益匪浅，相信熟悉了规范和标准，会为以后更好的适应社会打下坚实的基础。
参考文献：
【1】任 松. 安全监测监控技术及应用.
【2】国家安全生产监督管理局．煤矿安全规程[M].国家煤矿安全监察局.2007
【3】赵 燕. 传感器原理及应用. 北京大学出版社.
【4】煤炭工业部安全司．矿井安全监控原理与应用[M]．中国矿业大学出版社，1995
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