矿用传感器在矿山安全监测领域的应用研究

矿用传感器在矿山安全监测领域的应用研究
作者：鲍捷；欧仁侠；陈洪斌；




       随着微信号测量技术、现代电子技术、防爆技术与电化学研究等技术的发展与融合，各种传感器被广泛应用于矿山环境安全监测和生产监测监控中。而且随着矿用传感器技术的应用和无线通信技术的发展，矿用便携式磁致伸缩位移传感器也在矿山安全生产中发挥越来越重要的作用。矿用传感器属于矿内信息采集终端，是矿山监测监控系统获取被测信号的重要部件 , 是被测参数与监测系统之间联系的纽带,是确保矿山生产安全、辅助环境监测的有力助手。

1 矿用传感器发展现状

       信息化和网络化的发展，使得采矿业也在进行着技术革新，矿井下的安全监测系统和生产监控系统都离不开传感器的辅助与支持，可以说矿用传感器是矿井生产安全的守卫者。井下的每一种生产环境因素和安全监测信息的采集每时每刻都离不开传感器的参与。目前矿用传感器在环境监测方面、生产设备运行方面、供电系统调度监控方面、运输系统监测监控方面都发挥着举足轻重的作用。

2 矿用传感器现存问题

2.1 传感器的检测与维护

       在矿山开采过程中，采集各种数据的传感器是保证设备运行、生产安全的前提条件，只有传感器稳定可靠工作，才能为监测监控系统提供真实有效的测量数据，但由于矿井下环境复杂，矿尘、潮湿、电磁干扰等问题使得传感器的性能受到影响，为保证这些传感器在测量时和数据传输时的准确性，传感器的定期检测和更换是必不可少的 [1]。对于不同种类的传感器，原理各异、使用寿命长短不同，因此不同传感器检测方式和检定系统也是不同的，安全监测监控系统中的各种气体传感器是矿井生产安全重要保证，因此这类传感器是每年检测的重点，要使用合适的气体传感器检定系统对这些传感器做好检测与维护工作。
2.2 传感器信号传输干扰与误报问题

       传感器信号在矿井传输过程中，受到电磁干扰和传输距离的影响很大，导致传感器出现传输延迟，报警器误报等现象时有发生，归结其原因，主要是由于井下大型机电设备和可控硅变速调节设备在工作时会发出强烈的电磁场，这些磁场干扰与传感器传输线路的信号相叠加，造成原始信号的湮没或误报。解决这类问题的方法可以从提高传感器传输线路的抗干扰能力入手，不断改进自身的性能。

3 矿用传感器在矿山生产安全监测中的应用

       传感器是一种信号测量仪器，在矿山的开采、挖掘、运输、环境监测、生产过程中每一个环节都缺少不了数据测量，采矿工作面无人操作在不久也会成为可能，传感器技术在机电自动化控制，环境自动化监测这些功能里是最前置的测量器件，缺少传感器这些安全监测系统、自动控制系统都是一纸空谈。下面简单介绍矿用传感器在这几方面的应用。

3.1 在环境监测方面的应用

       矿井环境监测监控系统中，各种终端数据的采集工作都是通过传感器完成的，目前国内在监控系统中矿用传感器种类和产品已经相当齐备，瓦斯检测、气体传感器、矿压传感器、温度传感器、风速传感器等在监测系统中应用广泛。

3.1.1 矿用气体传感器

       矿井下易燃易爆气体种类多，由于可燃和有毒性气体，曾引起过千人以上伤亡的灾难性事件，矿井中的这些可燃气体对人们的生命和财产造成了极大的威胁，气体传感器在井下就是危险气体监测的哨兵，目前气体传感器主要可检测瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧气、甲烷等气体。按其气敏性的不同，井下矿用传感器一般采用电化学型、光化学型和固体电解质传感器较多，光纤激光甲烷检测技术现在也越来越成熟，在传感器的检测校准和长距离传输的抗干扰性方面都有改善。

3.1.2 矿压传感器

      矿压监测的规范化、准确化是确保矿石开采和挖掘工作面安全的重要保证 , 由矿压引起的开采施工现场顶板塌落的事故会造成较大的财产和安全损失，因此矿压观测和矿压监测是不容忽视的，与安全生产同等重要，对于矿压传感器的研制，一直以来矿产企业投入了大量的人力物力，对于井下顶板压力多点实时监测一直是研究人员需要攻克的难题，目前测顶板压力多使用光纤光栅技术，将测力锚杆探入顶板内部，多点实时监测，将测量数据回传到井上监测装置，稳定性高，抗干扰能力强 [3]，矿压传感器是保证矿压正常稳定、安全生产的重要基础和必要手段。

3.1.3 矿用温度传感器

       温度是重要的环境参数之一，温度传感器技术稳定，应用领域广泛，在矿井除了监测环境温度、水温外，还用于对温度要求高的大型机电设备中，防止机电设备由于温度过高而使控制线路损坏，一般可安装于设备的外壳或内部，用于温度检测，超限报警提醒等。

3.2 生产设备运行方面的应用

       矿用传感器可以实现对井下机电设备的启停监控、矿井提升机、风机、水泵等大型机电设备的监测监控，提高了矿井生产设备运行的现代化、自动化控制水平，是矿井的安全生产的重要保证。

       提升机在矿井运输方面十分重要，是联系地面和井下的咽喉要道。属于通过改变势能进行运输的大型机电设备，提升机一般功率都较大、提升能力较强，因此对于提升机的控制和保护装置都有严格的要求，随着工业自动控制技术和传感器技术的发展，矿井提升机的后备保护控制逐渐成熟，目前在提升机控制中使用提升机过卷保护器、提升机深度指示器、行程位置传感器、防爆磁性开关、电压和电流变送器、功率变送器等测量控制部件，有效的保证了提升机工作的稳定性和可靠性。压风机和水泵等监测系统的稳定工作也是井下安全生产的重要环节，电压、电流功率变送器、风速传感器、转速传感器、风包定点传感器、轴承定点式温度传感器、自动风门控制传感器、水泵效率检测器、水仓水位检测压力变送器等诸多传感器在水泵和风机监控系统中被广泛使用。
3.3供电系统监控方面的应用

       供电系统是矿山生产的能量来源。一般井下供电系统包括井下中央变电所、采区变电所、工作面配电点或移动变电站和高低压电缆网 [4]。井下中央变电所由两回路或更多高压电缆供电，采区变电所一般设在靠近采区的山上或矿山井巷中，变电所室内设有高压防爆配电箱、变压器和低压馈电开关，向采区各低压负荷供电。矿井的电力调度监控对于整个矿区的安全生产意义重大，目前在电力调度方面所使用的传感器有 ：有功功率变送器、功率因数传感器、电压变送器、电流变送器等，实现了中央变电所、采区变电所到各用电负荷的合理可靠供电。

3.4 运输系统监测监控方面的应用

       运输系统对于矿井的生产运输、人员运输、紧急抢险救援都是非常重要的。我国在逐渐实现矿井运输的自动化。目前国内的矿井运输方式，主要以轨道运输为主，为了矿用电机车行车安全，在电机车和轨道上安装了多种传感器，以便随时监测超限信号。

       行车安全检测装置可以实现机车测速、超速报警、电池检测和记录历程等功能。相应的使用了速度传感器、架线电压测量传感器、电池容量检测传感器等多种行车安全参数监测，为井下的轨道安全运输提供了科学的依据和可靠的保障。

       在采矿工作面，可以对运输皮带的状态进行实时监测，由称重传感器、测速传感器等组成的矿用微机皮带秤，使得矿石的称重更加便捷。运输系统自带速度传感器，可以实现打滑监测、断带保护、过速和欠速提醒等功能，矿用传感器在综采面的监测和控制系统中作用明显。

4 结语

       矿用传感器对于矿山生产安全的重要性是不言而喻的，在环境安全监测和设备运行监控领域，传感器发挥着重要作用，矿用传感器的稳定性和可靠性会影响整个矿山安全监控系统的稳定 ,从矿内每一种可燃气体的含量变化到矿用提升机上速度的变化都实时的受到传感器的监控，因此由于传感器的重要作用使得对它的研究也在不断前行，提高矿用传感器的测量性能是一方面，其次对于矿用传感器的维护、更新和重复使用率也提出了新的要求，今后矿用传感器应从节能性、多点采集、便携式与传输稳定等几方面进一步研究。





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