煤矿瓦斯检测传感器的现状及发展趋势

煤矿瓦斯检测传感器的现状及发展趋势

张健

长治市煤矿安全仪器仪表检测中心 山西省长治市 046000

摘要：近年来，传感器技术在人们的生活和工作中扮演着重要的角色，在基础学科中的地位也逐渐提高，该技术已经成为机器实现智能化的前提和基础。从一定意义上说，传感器的本质就是一种测量系统，这种技术可以对煤矿井下的甲烷浓度、湿度以及温度等各方面进行精准的测量，并将测量结果按照一定的规律转换为相应的电信号，这种信号正是机器系统可以识别的信号，在此基础上，机器系统再将得到的信息转化为实际的具体数值，进而达到感知环境的目的。

关键词：煤矿；瓦斯检测；传感器

前言

矿井环境恶劣，夹杂着各种影响安全的易燃、易爆、有毒性气体，其中瓦斯气体是最为常见、危害性较大的易燃易爆气体，如不能随时掌握瓦斯情况，将威胁一线作业人员的生命健康安全。西山镇城底矿采用PLC控制器结合高灵敏度传感器，组成新型瓦斯监控系统，通过合理设计，使监控系统的硬件软件适配合理，相互兼容，使得各类接口实现瓦斯浓度数据传送以及相关信息的读取，有效提升了西山镇城底矿对瓦斯灾害安全管理水平。

1瓦斯浓度监控系统要求

1.1硬件要求

参照煤矿行业国家标准以及行业标准，结合西山镇城底矿实际情况，要求瓦斯监控系统要满足以下要求：①系统整体的安全稳定性要高，具备一定的容错率和自纠功能；②为保障数据传输高效，通信线路的主干部分应采用光纤材料，整体网络搭建用工业属性的以太网；③监控系统应具备自动操作和手动操作双向功能，能够实现远程断电和启动；④监控系统软件部分的数据存储技术应实现动态储存效应，数据储存容量不局限于计算机硬盘大小，应实现云端储存技术；⑤监控系统应设置矿井以下的各个位置监测分站，每个分站都要具备瓦斯闭锁、断电仪功能；⑥每个监控系统的硬件均应是防爆型设备，中心站所存储的各类传感器型号、断电及复电数据都要能与每个传感器进行传输，并在分站进行解码存储。

1.2瓦斯监控系统设计原则

（1）规范性原则。瓦斯监控系统设计不能脱离煤矿生产的实际工况条件，使用标准的管理规范。

（2）互换性原则。监控系统要随着矿井先进技术的发展而发展，在设计时要便于后期升级改造，实现后期设备购买的互换性。

（3）精确性原则。煤矿对生产环境要求严格，相关安全数据必须精确，各种展示以及报警提醒要清晰明了，并符合煤矿设计规范要求。

（4）兼容性原则。瓦斯监控系统作为集成设计的设备，上分站和下分站的数据信号应该相互联动、相互兼容，当出现故障时，通讯断开后也能保持正常工作状态。

2煤矿监测系统传感器的类型及介绍

2.1CO传感器的应用

一氧化碳是煤矿施工过程中常见的气体，对一氧化碳积气体的浓度进行判断，可以对煤矿中的自然现象做出相应的解释，在实际钻孔的过程中，煤容易在钻孔内进行不充分的燃烧，就会产生相应的一氧化碳气体。在煤矿中最常见的就是一氧化碳中毒，在这样的情况下，许多煤矿企业在安全规程中明确规定，在重要矿井区域，必须安装一氧化碳传感器，对该地的一氧化碳含量进行实时的监控，还需要设定相应的报警设施，一旦一氧化碳的浓度超过一定的范围，报警器就会发出警报，以便工作人员及时采取补救措施。

2.2甲烷传感器的实际应用

甲烷传感器主要是用于对瓦斯的浓度进行监测，近年来，瓦斯爆炸现象极其严重，甲烷是瓦斯的重要组成部分，当瓦斯在空气中的浓度超出一定的范围时，就会发生爆炸现象。当安装甲烷传感器之后，该传感器就可以根据甲烷的浓度产生一定的电信号，并经过相应的程序操作，将信息送至地面服务器，甲烷超限后甲烷传感器会发处声光报警，监控分站会做出相应的动作并通过远程控制开关下达指令切断相应范围内电气设备的供电电源。当前使用红外传感器，该传感器的原理是通过红外光谱的吸收性对甲烷气体的浓度进行监测，这种传感器不会受到恶劣环境的影响，还会大大降低工人的工作量，充分提高甲烷监测的准确性和可靠性，再加上防水、防尘的功能，环境适应性极好，在安全生产中具有重要的作用。

2.3温度传感器的具体应用

过去的煤矿温度传感器主要是热电偶传感器，但这种传感器具有一定的缺点，限制了煤矿生产的进步，精准度较差，数据的误差也比较大，因此，逐渐被光纤传感器所取代，该传感器可以在恶劣的井下环境工作，具有极高的用户体验，电磁的抗干扰能力极强，并且成本低、频带宽，非常适合远距离传输，还可以在大范围的测温场合进行使用，并且普遍应用在胶带传输机中。

2.4风速传感器的应用

这一方法的应用条件为：煤矿顶板完整，顶板间落差范围在2.5m以内、结构稳定。在该过程中的相关机械设施始终保持着后退状态，可是卧底则却一直向前运行。由此可见，该方法可以满足内部位置的稳定性。锚杆支护以及U型钢架。因为煤矿在地质条件复杂的区域会存在较大断层，这在一定程度上提高了破碎和崩塌程度。对在设计锚杆支护时规定如下：首先，设计需有依据。应充分考虑到煤矿巷道断面的稳定性及其形状，相比于松动圈要是遇到采动压力，则很容易改变松动圈的形状与大小，在采动施工前后会出现明显的围岩变化。因此，应将大松动圈范围融入设计考虑因素。其次，以设计孔位为依据进行标记。对于锚杆而言，其孔位距离需控制在100cm之内，而其轴向偏差不能超过3°。深度不应该低于锚杆有效长度，但是不能超过有效长度的30cm。其端部需要推到锚杆孔底处，外露的尾端长度需低于20cm[3]。最后，支护施工需依据有关安全规定。在相对复杂的地方进行支护，需应用全场、锚索锚固等提高支护的可靠性与安全性。

结束语

在我国煤矿建设过程中，煤矿掘进支护技术所占据的地位不容置疑，而且面对进一步提高的煤矿开采难度，在复杂地质情况下采取必要的支护技术十分重要，这样不仅能提升开采效率，还可以避免安全事故。所以，要是煤矿开采在相对复杂的地质条件进行，应提高对掘进支护的重视，进而确保操作人员的生命安全。

参考文献：

[1]刘浩.煤矿采煤掘进工作中高强支护技术的应用探究[J].能源与节能，2020(2):162-164.

[2]杨伟.煤矿开采工程巷道掘进和支护技术的应用分析[J].能源与节能，2020(2):167-168.