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煤礦粉塵在線實時監測與監控技術的研究

文檔作者：秦立倫，高敏峰文檔來源：山東華恒礦業有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年10月19日
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2013年第2期煤礦機電·37·
煤礦粉塵在線實時監測與監控技術的研究
秦立倫，高敏峰
(山東華恒礦業有限公司，山東新泰271202)
摘要： 針對煤礦井下粉塵治理難的狀況，通過對井下粉塵濃度的自動監測與監控、噴霧裝置的
自動化控制、粉塵濃度超限報警，以及地面監測、信息管理系統等研究，在該系統現有功能基礎上，
建立了粉塵自動監測與噴霧裝置的自動化系統，實現了遠距離粉塵在線實時監測、監控與信息管理
功能，取得良好效果。
關鍵詞： 粉塵；監測與監控技術；光纖傳輸
中圖分類號：TD714 文獻標識碼：B 文章編號：1001—0874(2013)02—0037—03
Research orl Mine Dust On--Line Real--Time Monitoring and
ControI Technoloqy 一-
Qin Lilun，Gao Minfeng
(Shandong Huaheng Mining Co．，Ltd．，Xintai 271202，China)
Abstract： In view of the problems that thick dust environment at underground mine，and it is difficult to handle．
Studies the auto—monitor of dust concentration，auto—eontrol of spray device，over—limit alarm of dust concentration，
ground monitor and signal management system．On the basis of current functions，the auto—monitor and auto—system
of spray device are setted up，which realizes real—time monitor and signal management function of long—distance
dust．It has good result in use．
Keywords： coal mine dust；monitoring and control technology；fiber transmission
1 問題的提出2研究實施內容
煤礦行業是產生粉塵危害的重點行業，粉塵給
煤礦工作人員和安全生產造成極大的危害，不僅嚴
重危害工人的身體健康，而且煤塵濃度過高，潛伏著
煤塵爆炸的危險，給安全生產工作增加了困難。因
此，研究粉塵濃度在線監測的新方法、新技術，開發
經濟實用，測量誤差小，可靠性強的礦井粉塵濃度實
時監測及控制系統具有重要的現實意義。
以華恒公司現有的KJ90NB監測監控系統為依
托，在該系統現有功能的基礎上，建立粉塵自動監測
與噴霧裝置自動化子系統，實現井下粉塵在線監測
與自動化管理。主要研究內容包括井下粉塵濃度自
動監測與監控的研究噴霧裝置自動化控制的研究，
濃度超限報警，以及地面監測、信息管理系統等研
究。其目標可實現遠距離的粉塵在線連續實時監測
氣e氣e帶氣c^℃1℃‘電^$，≯o譬e∞te氣e氣≈^≈／夠te氣e∞te氣e，鹋7鹋tc氣心／啦氣c氣c氣c‘也^≈^≈／“'口e氣吧‘屯^心^℃—“’譬e氣c^屯氣心‘≈^心，—犯
源技術與管理，2012(1)：64-65．
5 支護效果[2] 苗文韜．軟巖巷道支護新技術在燕家河煤礦的應用[J]．陜西
該錨桿支護在掘進工作面試驗，目前該工作面
已掘進完畢，半煤巖巷道工程量為3 000 m，時問跨
度12個月，沒有發現巷道明顯變形或頂板離層，達
到了預期的支護效果。
參考文獻：
『1] 王本忠．高礦壓條件下留頂煤錨網巷道支護關鍵技術[J]．能
煤炭，2012(4)：121一123．
[3] 劉海云．窄煤柱沿空掘巷錨桿支護技術[J]．煤，2012(9)：16一
17．
作者簡介：王j逸10暈(1980一)，男，助理工程師。主要從事采礦工程
與技術管理工作。
(收稿日期：2012—1l一07；責任編輯：陳錫強)
萬方數據
·38· 煤礦機電2013年第2期
監控與信息管理功能。
2．1系統主要功能
1)自動監測與報警。在產生粉塵的場所安裝
粉塵實時監測監控子系統，能自動監測粉塵濃度，粉
塵濃度超限時實現報警功能。系統設置粉塵監測濃
度區間為0．1～500 mg／in3，其報警濃度為10 mg／m3
(可調)，當粉塵濃度大于10 mg／m3(可調)自動噴
霧，直到粉塵濃度降到報警濃度以下，噴霧自動停止，
報警解除；報警濃度參數根據實際情況進行修改。
2)模擬顯示。自動噴霧系統工作狀態實現地
面模擬顯示，除正常顯示粉塵濃度外，可同時顯示自
動噴霧的工作狀態。
3)信息化管理?？蛇M行歷史數據存儲查詢，既
為工程保留資料，進行具體的分析，又可為研究提供
直接的數據資料。
2．2系統組成和主要經濟技術指標
2．2．1主要組成
粉塵實時監測控制系統如圖1所示。
I'-
地面
2．2．1．1
理模塊
圖1粉塵實時監測監控系統
上位機監測與監控及數據處理信息化管本模塊主要以華恒公司現有KJ90NB監測監控
以現有KJ90NB監控監測系統為依托，通過對
該系統控制和收發數據，接受各個現場控制器采集
的測量數據，然后進行匯總、處理，儲存到數據庫，并
能動態地實時顯示到屏幕中，軟件可以打印出圖形
及報表等。該模塊實現了實時數據顯示、存儲；歷史
數據、曲線查詢；用戶權限設定、數據備份等功能。
2．2．1．2粉塵自動監測與噴霧自動化控制模塊
主要由控制器、語音報警等功能模塊組成?？?
制器的微處理器采用STC89C52RC單片機，將粉塵
檢測、紅外探測、噴水控制、燈光語音提示、數據傳
輸、數據顯示功能集于一體，構成一套完整的井下粉
塵在線實時監測監控控制器。該控制器采用先進的
微控器技術，實現報警濃度的設置與顯示，對粉塵濃
度傳感器的自動校正和修改控制，粉塵濃度的數據
上傳以及噴霧系統的智能化自動控制等功能。該模
塊不僅實現各種信號的采集、處理和控制功能，而且
提供了現場顯示粉塵數據的功能，可循環顯示從現
場采集到的數據，為現場監測人員提供了方便。
2．2．1．3數據傳輸模塊
系統為平臺，其組成主要有干線擴展器，區域控制
器，接線盒，頻率信號轉換器和開關量輸入信號轉換
器等組成。該模塊實現粉塵數據的上傳，各種傳感
器的開關量輸人信號的傳輸，以及地面控制指令的
傳輸功能。
2．2．1．4傳感器模塊
主要由粉塵濃度傳感器，紅外探測傳感器，水流
控制傳感器，以及自動噴霧系統等組成。粉塵濃度
傳感器采用先進的ZLCCDl000粉塵傳感器，既保證
能夠實現在線連續檢測粉塵濃度，又能測量準確、操
作維護方便；紅外探測傳感器與自動噴霧系統結合，
實現有人通過，噴霧系統自動停止噴霧；水流控制傳
感器用于判斷噴霧系統電磁水閥是否打開或關閉功
能，確保噴霧系統的正常工作。
2．2．2項目實施主要經濟技術指標
1)測量范圍為0．1～500 mg／in3。
2)傳感器測量誤差為≤12％。
3)根據華恒礦現場情況，通過大量試驗確定粉
塵濃度報警值并啟動噴霧，且該值可調。
4)在報警值基礎上上調5％，作為斷電值。
萬方數據
2013年第2期煤礦機電·39·
5)噴霧過程中，當有人經過時噴霧自動停止，
人過后再自動噴霧。
6)實現信息化數據處理、存儲、顯示、打印、報
警等功能。
3關鍵技術
3．1粉塵濃度傳感器
粉塵傳感器是煤礦粉塵在線監測與監控系統的
關鍵部分。該傳感器必須符合煤礦井下使用要求，具
有防潮、防水措施；能夠實現井下粉塵實時監測，并且
操作簡單，維護方便；粉塵監測范圍要求為0．1～1 000
mg／m3；有可檢測的信號輸出，如電壓、電流、頻率或
數字信號；測量的準確性要求：測量誤差≤±12％。
經研究分析，采用光散射式快速粉塵傳感器，以
引入滑動加權平均算法進行采樣，對采樣信號利用
線性擬合規則設計調整，并實現K值在線自動校
正。實驗結果表明，系統具有良好的靈敏度和可靠
性，可滿足實時在線檢測監控粉塵濃度的要求。
3．2 CAN總線
CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活
性，傳輸距離可達10Km。CAN總線通過CAN控制
器接口芯片的兩個輸出端CANH和CANL與物理總
線相連，而CANH端的狀態只能是高電平或懸浮狀
態，CANL端只能是低電平或懸浮狀態。CAN節點
在發生錯誤的情況下具有自動關閉輸出功能，以使
總線上其他節點的操作不受影響，從而保證不會出
現像在RS485網絡中，因個別節點出現問題，使得
總線處于“死鎖”狀態。為此，采用將RS485總線
電平轉換成為CAN總線電平，遠端的網絡分站再由
CAN電平轉換成RS-485總線電平，從而完成RS一
485或RS一232信號的超遠距離傳輸。經過對多種
CAN控制器的研究和對比，選用了Microchip Tech．
nology Inc(美國微芯科技有限公司)生產的
MCP2510?？紤]到煤礦監控系統的實際，系統從井
下到井上傳輸大部分采用光纖技術。
3．3高性能微控器
微控器采用STC89C52RC，將粉塵檢測、紅外探
測、噴水控制、燈光語音提示、數據傳輸、數據顯示功
能集于一體，構成一套完整的實時粉塵在線監測監
控系統。主要功能為可檢測并顯示一路粉塵信號；
可接2路紅外探測器；可控制2路電磁閥；可接2路
水流開關輸入信號；具有RS一232、RS-485、CAN總線
接口，可以實現數據遠傳。
3．4系統擴展功能
礦井粉塵在線監測與自動化控制系統是一套獨
立的監控系統，但在華恒公司中不允許再重復布線，
為避免重復的礦井布線，將本系統與華恒公司的監
控系統KJ90NB聯網，作為其一個子系統。
4可靠性措施
4．1 加密技術
模塊核心控制硬件采用可加密微處理器，不僅
系統結構緊湊、在線可編程，而且保密性好。為防止
外界的干擾，從硬件上設置“看門狗”電路，避免程
序進人死循環，可在較長的時間內能夠保持技術的
領先性和較好的經濟效益。
4．2抗干擾措施
考慮到系統工作在復雜環境中，設計電路擬采
取多項抗干擾措施，包括濾波電路、光電耦合隔離電
路、抗電源干擾變壓器隔離電路、電磁屏蔽等措施。
5運行實施情況
1)根據華恒公司井下粉塵實際狀況，確定監測
以下地點：
(1)大巷石門：副立井井底車場、六采石門、
一650 ITI的3 t卸載繞道。
(2)采煤工作面：41107東下巷、61107東下巷、
41304西下巷、11509東下巷、一250 m煤柱面上巷。
(3)掘進工作面：一1 000 m西大巷西段、
一l 000 m西大巷東段、61107西下巷、81103西上
巷，41503西上巷，81 103西下巷、41 108西聯絡巷。
2)運行參數設定：系統設置粉塵監測濃度區間
0．1～500 mg／m3，粉塵報警濃度為10 mg／m3，當粉
塵濃度大于10 mg／m3自動噴霧，直到粉塵濃度降到
報警濃度以下，噴霧自動停止，報警解除。
6結語
粉塵在線實時監測與監控系統實現了煤礦井下
粉塵在線連續監測與監控，具有井下粉塵濃度超標
報警、自動凈化水噴霧、遠程監控等功能；實現了遠
距離的粉塵在線連續實時監測監控與信息管理，降
低了工作面粉塵濃度；體現了工作面無塵化管理，對
井下粉塵的綜合治理，改善工作環境，減小職業危害
具有重要的現實意義和社會效益。
作者簡介：秦立倫(1974一)，男，高級工程師。1998年畢業于山東
科技大學采礦X-程系，現任山東華恒礦業有限公司總工程師。
(收稿El期：2012—07—19；責任編輯：姚克)

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