瓦斯监控系统在新桥选煤厂的应用

摘 要：随着我国经济的快速发展，各行各业对煤炭的需求急剧增加，而各种矿难事故的发生，使得煤炭安全生产面临严峻的挑战。煤矿瓦斯事故一直是煤炭行业各类事故中最频繁、最严重的问题。预防瓦斯事故的主要手段是使用瓦斯监控系统。如何将瓦斯超限报警信息快速准确地送达相关管理人员是瓦斯监控系统的一项重要任务。

关键词：瓦斯监控；信息技术；检测；安全

一、煤矿瓦斯安全监控简介

1.瓦斯报警是指利用气体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候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，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故的发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。由于传感器是获取信息的工具，是信息技术（包括传感与控制技术、通讯技术和计算机技术）的三大支柱之一，位于信息系统的最前端，其特性的好坏、输出信息的可靠性对整个系统质虽至关重要，因此目前世界各国一直把发展智能化传感器作为研究课题，投入大量人力物力进行开发研究。智能传感系统与传统传感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能价格比、多功能化等优点，它代表了传感器的发展方向，是传感器克服自身落后向前发展的必然趋势。2.新桥选煤厂瓦斯检测仪现状。新桥选煤厂共5个储煤仓（一个原煤仓，四个商品煤仓）。每个仓中均已安放瓦斯监测探头，数据通过网络传至矿调度中心，当瓦斯浓度达到上限值时，断掉其区域内设备的主回路。其控制回路及照明回路依然带电，不能实现全面断电；而且，在做瓦斯检测试验时，调度室不能对设备进行故障复位操作，给工作人员带来了麻烦，增大了电修人员的劳动强度。

二、瓦斯报警联网监控系统的构成及功能

1.概述。我厂现用瓦斯监控系统为KJ95N型煤矿综合监控系统，主要用于监控矿井上、下各类环境参数、生产参数及瓦斯抽放过程，适于大中小各类矿井使用，还可用作为全矿井综合自动化系统的安全监控子系统。2.主要功能。2.1 符合《AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求》及相关行业标准。2.2 监测、显示瓦斯、风速、负压、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数，并实现故障闭锁和报警、基地和异地超限断电、风电瓦斯闭锁。2.3 监测、显示出没仓位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数，并实现故障报警。2.4 监测、显示瓦斯抽放过程。2.5 系统主机双机热备份，工作主机工作时，备用主机接收并储存监控信息，实时监测工作主机的工作状态，一旦监测到工作主机异常时，备用主机自动转入工作状态，并使原工作主机转入备用状态。2.6 系统软件可自动管理瓦斯、一氧化碳等设备的调校周期。3.瓦斯传感器模块。3.1 瓦斯传感器的工作原理。目前检测瓦斯浓度的方式有光干涉、气敏半导体、载体催化、电化学和红外吸收等，经过几十年的研究，载体催化元件逐步成熟并占据了矿井瓦斯和多种可燃可爆气体检测领域的首位。其检测原理为：由带催化剂的检测元件和不带催化剂的补偿元件及相应的匹配电阻组成电桥，瓦斯浓度变化时检测元件电阻值改变，影响电桥平衡，从而可以检测环境中瓦斯浓度变化。3.2 瓦斯传感器的选择。按其工作原理不同，有下列几种：（1）光干涉式。光干涉式是利用光波对空气和甲烷折射率不同所产生的光程差，引起干涉条纹移动来实现对不同甲烷浓度的测定。其优点是准确度高，坚固耐用，校正容易，高低浓度均可测量，还可测量二氧化碳浓度；其缺点是浓度指示不直观，受气压温度影响严重，特别是空气中氧气不足或氮、氧的比例不正常时，要产生误差；光学零件加工复杂，成本较高和实现自动检测较困难。（2）热催化式。热催化式是利用甲烷在催化元件上的氧化生热引起电阻的变化来测定甲烷浓度。其优点是元件和仪器的生产成本低，输出信号大，对于1%气样，电桥输出可达15mV以上，处理和显示都比较方便，所以仪器的结构简单，受背景气体和温度变化的影响小，容易实现自动检测。其缺点是探测元件寿命较短，不能测高浓度甲烷，硫化氢及硅蒸汽会引起元件中毒而失效。目前国内外检测甲烷的仪器广泛采用这一原理。（3）热导式。热导式是利用甲烷与空气热导率之差来实现甲烷浓度的测定。其优点是热导元件和仪器设计制作比较简单，成本低，量程大，可连续检测，有利于实现自动遥测，被测气体不发生物理化学变化，读数稳定，元件寿命长。其缺点是测量低浓度甲烷时输出信号小，受气温及背景气体的影响较大。（4）红外线式。红外线式是利用甲烷分子能吸收特定波长的红外线来测定甲烷浓度。其优点是采用这一原理的仪器精度高，选择性好，不受其它气体影响，测量范围宽，可连续检测；其缺点是由于有光电转换精密结构，使制造和保养产生困难，而且体积大，成本高，耗电多，因此推广使用受到一定限制。（5）气敏半导体式。气敏半导体的种类较多，如氧化锡、氧化锌等烧结型金属氧化物。这一原理是利用气敏半导体被加热到200℃时，其表面能够吸附甲烷而改变其电阻值来检测甲烷浓度。其优点是对微量甲烷比较敏感、结构简单、成本低。但当浓度大于1 %CH4时，其反应迟钝，选择性和线性均较差，所以很少用于煤矿井下甲烷浓度的检测，而多用于可燃气体的检漏报警。（6）声速差式。在温度为220℃、气压为101325Pa条件下，声波在甲烷中的传播速度为432m/s，而在清洁空气中为332m/s。比较这两种速度就可测定高浓度甲烷。其优点是读数不受气压影响，其缺点是不适合测量低浓度甲烷，一般只用来检测矿井抽放甲烷管道中的甲烷浓度，对背景气体、粉尘及气温变化很敏感。

三、 实施方案及步骤

1.技术方案。瓦斯防控系统必须兼顾技术的先进性、推广的经济性、使用的方便性和可靠性，以及系统的兼容性。瓦斯防控系统主要是完成瓦斯超限时区域断电、报警和集控复位三部分任务。瓦斯监控系统已经较为成熟，瓦斯防控技术的关键是解决信息传输控制。新桥选煤厂瓦斯防控系统的研究与应用的核心即是利用计算机网络与通信技术，通过传输接口将监测主机发送的RS232信号转换为TTL信号，并通过光电隔离元件隔离监测主机与分站间的电联系，同时将送信号给指示灯显示，最后由专有芯片将信号转换为本质安全型485信号输出给各配电室及调度室。2.系统创新点。2.1 实现了将瓦斯监测信号传输至集控系统，有利于瓦斯防控的调度。2.2 实现了瓦斯超标时同时切断主回路、控制回路及照明回路的供电，为现场安全生产提供了有力保障。

四、研究成果效果评价

通过实践，瓦斯防控系统的研究与应用取得了良好的效果，产生了实实在在的效益，在为企业安全生产保驾护航、降低企业的经营成本等方面卓有成效，使企业管理更加科学，主要总结为三大优势：①全瓦斯防控理系统的应用，避免了系统控制回路、照明电路人工断电滞后、误断的弊端；②实时显示仓内瓦斯浓度，实现24小时监控，及时了解仓内瓦斯浓度，有利于安全管理；③一键复位功能，实现了瓦斯浓度恢复正常后，调度一键复位功能，节省了人工现场复位的时间，提高了企业生产效率。

五、结束语

新桥选煤厂自主研发的瓦斯防控系统的研究与应用适应了当前经济形势及创新的需要，符合新桥选煤厂安全管理实际需要，大大提高了瓦斯防控力度。瓦斯防控系统投入使用以来，新桥选煤厂在对瓦斯防控的管理上更加科学化，生产调度管理部门能根据系统实时监测数据对各煤仓内瓦斯浓度做出分析，切实起到了为新桥选煤厂安全生产保驾护航的作用。