實時監測技術在煤礦井下生產中的應用

張廷偉

摘 ?要：本文主要探討了在粉塵濃度監測、電機運行狀態監測以及水害監測等三個方面的應用情況。

關鍵詞：實時監測技術;粉塵濃度;電機運行;水害

當前，我國煤礦安全生產技術已有了顯著提高，生產環境得到了相應的改善和優化，煤炭開采事故率和死亡率都迅速下降。但是，在煤礦安全生產過程中依然面臨著較為嚴峻的形勢，煤礦井下存在的安全隱患并沒有得到徹底有效的治理，而實時監測技術的發展應用，則為排查解決這些隱患提供了科學的技術支持。通過采取煤礦井下實時在線監測技術，可以對煤礦生產過程中存在的典型危險因素進行實時監測，隨時關注相關變化，顯著提高煤礦井下安全生產水平。在下文中分析探討的內容主要有粉塵濃度、電機運行狀況以及水害等幾個方面。

一、粉塵濃度實時監測技術在煤礦井下生產中的應用

煤礦井下粉塵不僅直接影響到生產工人的身體健康，導致工人患上煤肺病，而且當礦井中的粉塵濃度與氧氣濃度達到一定的界限時，容易出現明火時，引發煤礦粉塵爆炸，給礦井生產安全帶來極大的威脅。因此，對煤礦井下粉塵濃度進行實時監測尤為必要。

在對煤礦井下粉塵濃度進行監測的過程中，主要采用礦用測塵儀對礦井中的粉塵濃度進行在線檢測。其中，光電式測塵儀因為其精度較高、可靠性好而被廣泛的應用。其檢測是基于粉塵對光線的投射損耗與散射原理而實現的，能夠對不變濃度進行精確的測量。但是，在煤礦井下的實際生產過程中，因為作業環境內粉塵濃度在不同的生產工藝、工序以及作業地點的變化有很大的差異，使用傳統的采樣器在現場采樣然后再到地面分析的方式已經不能滿足當前對生產現場的實際需要，因此，構建一套基于光電式測塵儀的煤礦粉塵濃度實時在線監測系統尤為必要（如圖1）。

圖1 ?粉塵傳感器系統結構

該粉塵濃度實時監測系統使用一臺主機與多臺分機相連，對井下多個位置同時測量，傳感器獲得的電信號通過RS485總線與計算機進行數據通信，實現及時獲得粉塵濃度信號的目的。需要注意的是，在構建檢測系統的過程中，應該注意到光電式粉塵傳感器中，LED點光源在給檢測系統提供光源的過程中還會產生熱量，使得周圍的溫度隨之上升，從而使得光源強度會隨之衰減，尤其是在長期使用該系統進行在線實時監測時，所導致的檢測誤差將會更加明顯。因此，在設計粉塵實時監測系統及相關算法的過程中，應該對此進行適當的修正，從而為檢測系統提供更準確的數據信號。

二、電機運行狀況實時監測技術在煤礦井下生產中的應用

電機是煤礦機電設備的重要動力來源，因此，保證電機正常工作，是確保煤礦生產用設備處于長期穩定運行狀態、提高煤礦生產效率、保證煤礦生產安的必要條件。

（一）煤礦電機運行實時監測系統工作原理。在待測電機的各個位置設置高精度的傳感器，對電機運行過程中的轉矩、溫度、速度、電壓以及電流進行實時檢測;之后使用傳感器將檢測信號輸出，然后通過信號采集和放大電路、A/D轉換電路對信號進行處理，并將處理后的信號傳遞給DSP控制系統。通過DSP對電機的運行參數進行實時在線計算和分析，將電機的實時運行狀態參數顯示出來，并將主要參數傳遞給上位機進行對應的處理，實現對電機的監測和反饋控制。

（二）煤礦電機運行溫度和電流監測。（1）溫度監測。溫度是衡量礦用電機正常工作與否的關鍵指標，對電機本體、逆變單元等部分的工作溫度進行實時監測是確保電機安全、可靠工作的重要途徑。以AD590型溫度傳感器為例，該傳感器屬于電流式集成溫度傳感器，在把它用于電機溫度測量的過程中，相當于形成一個恒流源，能夠輸出大小為1μA/K、并與絕對溫度成正比的電流信號，具有較強的抗干擾能力和線性度。將傳感器設置在礦用電機的待測量部位，隨著電機工作溫度的升高，傳感器的溫度也隨之上升，輸出的電流將隨之增大，系統將獲得的電流信號轉換成為電壓信號，并通過后續的信號放大、經

A/D轉換處理之后，將信號發送至DSP，從而獲得電機的實時工作溫度。（2） 電流監測。在傳統的電流監測系統設計過程中，一般使用串聯的分壓電阻作為傳感器對電流信號進行檢測，這種檢測方式具有監測方法簡單的優點，但是容易受到檢測環境溫度的影響，較難保證電阻值的恒定不變，導致所采集到的電流值精度不高，而且通常情況下，控制系統的反饋電路沒有與主電路相互隔離，一旦功率電路中的高壓電流通過反饋電路進入到控制電路后，將直接破壞整個控制系統的安全程度。因此，現在大多使用高精度霍爾電流傳感器作為電流檢測裝置，對礦用電機的三相電流進行實時監測，而且該傳感器只需要使用

12V的電源供電，系統架設較為方便。

三、水害實時監測技術在煤礦井下生產中的應用

在生產中，隨著煤礦開采深度的增加，水害的威脅也更大，對水害的潛在威脅實施在線監測也是現代化礦井的必備條件。

（一）煤礦井下水害實時監測原理。在煤礦井下設置足夠的分布式水文觀測孔，對觀測孔中的水壓、水位進行測量，逐步形成“一線多點”的測量體系，從而實現超遠距離的實時水害監測。當前，許多礦井所采用的水害監測系統使用的都是高速數據傳遞技術，這項技術能夠保證系統監測的實時性。利用所測得的監測數據可以及時的反映不同地質層水位的實時水壓、水位等動態信息，并結合歷史監測數據以及組織管理經驗，采取對應的治理措施，從而實現對煤礦井下水害的防范和治理。

（二）煤礦井下水害監測系統的基本構成。建立礦井水壓實時監測系統的地面監測中心站，利用檢測系統軟件（系統控制、數據通信以及數據處理等應用軟件）處理來自系統子站傳遞的相關數據，將檢測結果實時顯示在對應的設備中。煤礦井下子站（水壓、水位測量孔）主要由水壓/水位數據收集裝置、壓力/液位信號傳送器、數據通信模塊和安全保護罩等構成，該監測系統總共包含1-258個子站，通知對這些子站的實時檢測能夠實現對整個礦井的水害情況的監測。在信號通信的過程中，該系統使用了基于現場總線的控制技術，使得所有的檢測子站都能夠有內置的計算機系統進行控制，從而實現對各個水文觀測孔中的水壓、水位進行數據采集，通過對應的轉換以及存儲之后，利用地面的監測中心站完成對水害情況進行實時在線監測的任務。

通過前面的分析可以看出，實時監測技術在煤礦井下生產作業中發揮著重要的作用，提高了礦井的安全生產系數和經濟效益，減少了災害性事故的發生率，在井下安全管理中獲得了廣泛的應用。本文中，筆者只選擇了幾個比較具有代表性的應用實例，如粉塵、電機、水害等進行了粗略的分析，而在實際的煤礦井下生產中，監測技術的應用絕不是僅僅局限于這三個方面，適合其發揮作用的工作場所還非常多，具有一定的普遍性，值得同仁繼續做進一步的研究。

參考文獻：

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