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煤礦粉塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)的研究

文檔作者：秦立倫，高敏峰文檔來源：山東華恒礦業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月19日
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2013年第2期煤礦機(jī)電·37·
煤礦粉塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)的研究
秦立倫，高敏峰
(山東華恒礦業(yè)有限公司，山東新泰271202)
摘要： 針對(duì)煤礦井下粉塵治理難的狀況，通過對(duì)井下粉塵濃度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控、噴霧裝置的
自動(dòng)化控制、粉塵濃度超限報(bào)警，以及地面監(jiān)測(cè)、信息管理系統(tǒng)等研究，在該系統(tǒng)現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上，
建立了粉塵自動(dòng)監(jiān)測(cè)與噴霧裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離粉塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控與信息管理
功能，取得良好效果。
關(guān)鍵詞： 粉塵；監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)；光纖傳輸
中圖分類號(hào)：TD714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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(shí)施內(nèi)容
煤礦行業(yè)是產(chǎn)生粉塵危害的重點(diǎn)行業(yè)，粉塵給
煤礦工作人員和安全生產(chǎn)造成極大的危害，不僅嚴(yán)
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(xiǎn)，給安全生產(chǎn)工作增加了困難。因
此，研究粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)的新方法、新技術(shù)，開發(fā)
經(jīng)濟(jì)實(shí)用，測(cè)量誤差小，可靠性強(qiáng)的礦井粉塵濃度實(shí)
時(shí)監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
以華恒公司現(xiàn)有的KJ90NB監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為依
托，在該系統(tǒng)現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，建立粉塵自動(dòng)監(jiān)測(cè)
與噴霧裝置自動(dòng)化子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下粉塵在線監(jiān)測(cè)
與自動(dòng)化管理。主要研究?jī)?nèi)容包括井下粉塵濃度自
動(dòng)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控的研究噴霧裝置自動(dòng)化控制的研究，
濃度超限報(bào)警，以及地面監(jiān)測(cè)、信息管理系統(tǒng)等研
究。其目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的粉塵在線連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
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(shù)與管理，2012(1)：64-65．
5 支護(hù)效果[2] 苗文韜．軟巖巷道支護(hù)新技術(shù)在燕家河煤礦的應(yīng)用[J]．陜西
該錨桿支護(hù)在掘進(jìn)工作面試驗(yàn)，目前該工作面
已掘進(jìn)完畢，半煤巖巷道工程量為3 000 m，時(shí)問跨
度12個(gè)月，沒有發(fā)現(xiàn)巷道明顯變形或頂板離層，達(dá)
到了預(yù)期的支護(hù)效果。
參考文獻(xiàn)：
『1] 王本忠．高礦壓條件下留頂煤錨網(wǎng)巷道支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)[J]．能
煤炭，2012(4)：121一123．
[3] 劉海云．窄煤柱沿空掘巷錨桿支護(hù)技術(shù)[J]．煤，2012(9)：16一
17．
作者簡(jiǎn)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(shù)管理工作。
(收稿日期：2012—1l一07；責(zé)任編輯：陳錫強(qiáng))
萬方數(shù)據(jù)
·38· 煤礦機(jī)電2013年第2期
監(jiān)控與信息管理功能。
2．1系統(tǒng)主要功能
1)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警。在產(chǎn)生粉塵的場(chǎng)所安裝
粉塵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)，能自動(dòng)監(jiān)測(cè)粉塵濃度，粉
塵濃度超限時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。系統(tǒng)設(shè)置粉塵監(jiān)測(cè)濃
度區(qū)間為0．1～500 mg／in3，其報(bào)警濃度為10 mg／m3
(可調(diào))，當(dāng)粉塵濃度大于10 mg／m3(可調(diào))自動(dòng)噴
霧，直到粉塵濃度降到報(bào)警濃度以下，噴霧自動(dòng)停止，
報(bào)警解除；報(bào)警濃度參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。
2)模擬顯示。自動(dòng)噴霧系統(tǒng)工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)地
面模擬顯示，除正常顯示粉塵濃度外，可同時(shí)顯示自
動(dòng)噴霧的工作狀態(tài)。
3)信息化管理?？蛇M(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢，既
為工程保留資料，進(jìn)行具體的分析，又可為研究提供
直接的數(shù)據(jù)資料。
2．2系統(tǒng)組成和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
2．2．1主要組成
粉塵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)如圖1所示。
I'-
地面
2．2．1．1
理模塊
圖1粉塵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)
上位機(jī)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理信息化管本模塊主要以華恒公司現(xiàn)有KJ90NB監(jiān)測(cè)監(jiān)控
以現(xiàn)有KJ90NB監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為依托，通過對(duì)
該系統(tǒng)控制和收發(fā)數(shù)據(jù)，接受各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器采集
的測(cè)量數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行匯總、處理，儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫，并
能動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)顯示到屏幕中，軟件可以打印出圖形
及報(bào)表等。該模塊實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)；歷史
數(shù)據(jù)、曲線查詢；用戶權(quán)限設(shè)定、數(shù)據(jù)備份等功能。
2．2．1．2粉塵自動(dòng)監(jiān)測(cè)與噴霧自動(dòng)化控制模塊
主要由控制器、語音報(bào)警等功能模塊組成?？?
制器的微處理器采用STC89C52RC單片機(jī)，將粉塵
檢測(cè)、紅外探測(cè)、噴水控制、燈光語音提示、數(shù)據(jù)傳
輸、數(shù)據(jù)顯示功能集于一體，構(gòu)成一套完整的井下粉
塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控控制器。該控制器采用先進(jìn)的
微控器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警濃度的設(shè)置與顯示，對(duì)粉塵濃
度傳感器的自動(dòng)校正和修改控制，粉塵濃度的數(shù)據(jù)
上傳以及噴霧系統(tǒng)的智能化自動(dòng)控制等功能。該模
塊不僅實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的采集、處理和控制功能，而且
提供了現(xiàn)場(chǎng)顯示粉塵數(shù)據(jù)的功能，可循環(huán)顯示從現(xiàn)
場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員提供了方便。
2．2．1．3數(shù)據(jù)傳輸模塊
系統(tǒng)為平臺(tái)，其組成主要有干線擴(kuò)展器，區(qū)域控制
器，接線盒，頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換器和開關(guān)量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換
器等組成。該模塊實(shí)現(xiàn)粉塵數(shù)據(jù)的上傳，各種傳感
器的開關(guān)量輸人信號(hào)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(cè)傳感器，水流
控制傳感器，以及自動(dòng)噴霧系統(tǒng)等組成。粉塵濃度
傳感器采用先進(jìn)的ZLCCDl000粉塵傳感器，既保證
能夠?qū)崿F(xiàn)在線連續(xù)檢測(cè)粉塵濃度，又能測(cè)量準(zhǔn)確、操
作維護(hù)方便；紅外探測(cè)傳感器與自動(dòng)噴霧系統(tǒng)結(jié)合，
實(shí)現(xiàn)有人通過，噴霧系統(tǒng)自動(dòng)停止噴霧；水流控制傳
感器用于判斷噴霧系統(tǒng)電磁水閥是否打開或關(guān)閉功
能，確保噴霧系統(tǒng)的正常工作。
2．2．2項(xiàng)目實(shí)施主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
1)測(cè)量范圍為0．1～500 mg／in3。
2)傳感器測(cè)量誤差為≤12％。
3)根據(jù)華恒礦現(xiàn)場(chǎng)情況，通過大量試驗(yàn)確定粉
塵濃度報(bào)警值并啟動(dòng)噴霧，且該值可調(diào)。
4)在報(bào)警值基礎(chǔ)上上調(diào)5％，作為斷電值。
萬方數(shù)據(jù)
2013年第2期煤礦機(jī)電·39·
5)噴霧過程中，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)噴霧自動(dòng)停止，
人過后再自動(dòng)噴霧。
6)實(shí)現(xiàn)信息化數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、顯示、打印、報(bào)
警等功能。
3關(guān)鍵技術(shù)
3．1粉塵濃度傳感器
粉塵傳感器是煤礦粉塵在線監(jiān)測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)的
關(guān)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?qū)崿F(xiàn)井下粉塵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且
操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；粉塵監(jiān)測(cè)范圍要求為0．1～1 000
mg／m3；有可檢測(cè)的信號(hào)輸出，如電壓、電流、頻率或
數(shù)字信號(hào)；測(cè)量的準(zhǔn)確性要求：測(cè)量誤差≤±12％。
經(jīng)研究分析，采用光散射式快速粉塵傳感器，以
引入滑動(dòng)加權(quán)平均算法進(jìn)行采樣，對(duì)采樣信號(hào)利用
線性擬合規(guī)則設(shè)計(jì)調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)K值在線自動(dòng)校
正。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的靈敏度和可靠
性，可滿足實(shí)時(shí)在線檢測(cè)監(jiān)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(shí)時(shí)性和靈活
性，傳輸距離可達(dá)10Km。CAN總線通過CAN控制
器接口芯片的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總
線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀
態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。CAN節(jié)點(diǎn)
在發(fā)生錯(cuò)誤的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使
總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，從而保證不會(huì)出
現(xiàn)像在RS485網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，使得
總線處于“死鎖”狀態(tài)。為此，采用將RS485總線
電平轉(zhuǎn)換成為CAN總線電平，遠(yuǎn)端的網(wǎng)絡(luò)分站再由
CAN電平轉(zhuǎn)換成RS-485總線電平，從而完成RS一
485或RS一232信號(hào)的超遠(yuǎn)距離傳輸。經(jīng)過對(duì)多種
CAN控制器的研究和對(duì)比，選用了Microchip Tech．
nology Inc(美國(guó)微芯科技有限公司)生產(chǎn)的
MCP2510?？紤]到煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際，系統(tǒng)從井
下到井上傳輸大部分采用光纖技術(shù)。
3．3高性能微控器
微控器采用STC89C52RC，將粉塵檢測(cè)、紅外探
測(cè)、噴水控制、燈光語音提示、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示功
能集于一體，構(gòu)成一套完整的實(shí)時(shí)粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)
控系統(tǒng)。主要功能為可檢測(cè)并顯示一路粉塵信號(hào)；
可接2路紅外探測(cè)器；可控制2路電磁閥；可接2路
水流開關(guān)輸入信號(hào)；具有RS一232、RS-485、CAN總線
接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。
3．4系統(tǒng)擴(kuò)展功能
礦井粉塵在線監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一套獨(dú)
立的監(jiān)控系統(tǒng)，但在華恒公司中不允許再重復(fù)布線，
為避免重復(fù)的礦井布線，將本系統(tǒng)與華恒公司的監(jiān)
控系統(tǒng)KJ90NB聯(lián)網(wǎng)，作為其一個(gè)子系統(tǒng)。
4可靠性措施
4．1 加密技術(shù)
模塊核心控制硬件采用可加密微處理器，不僅
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)置“看門狗”電路，避免程
序進(jìn)人死循環(huán)，可在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠保持技術(shù)的
領(lǐng)先性和較好的經(jīng)濟(jì)效益。
4．2抗干擾措施
考慮到系統(tǒng)工作在復(fù)雜環(huán)境中，設(shè)計(jì)電路擬采
取多項(xiàng)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(yùn)行實(shí)施情況
1)根據(jù)華恒公司井下粉塵實(shí)際狀況，確定監(jiān)測(cè)
以下地點(diǎn)：
(1)大巷石門：副立井井底車場(chǎng)、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(jìn)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(lián)絡(luò)巷。
2)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定：系統(tǒng)設(shè)置粉塵監(jiān)測(cè)濃度區(qū)間
0．1～500 mg／m3，粉塵報(bào)警濃度為10 mg／m3，當(dāng)粉
塵濃度大于10 mg／m3自動(dòng)噴霧，直到粉塵濃度降到
報(bào)警濃度以下，噴霧自動(dòng)停止，報(bào)警解除。
6結(jié)語
粉塵在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煤礦井下
粉塵在線連續(xù)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，具有井下粉塵濃度超標(biāo)
報(bào)警、自動(dòng)凈化水噴霧、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)
距離的粉塵在線連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控與信息管理，降
低了工作面粉塵濃度；體現(xiàn)了工作面無塵化管理，對(duì)
井下粉塵的綜合治理，改善工作環(huán)境，減小職業(yè)危害
具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)效益。
作者簡(jiǎn)介：秦立倫(1974一)，男，高級(jí)工程師。1998年畢業(yè)于山東
科技大學(xué)采礦X-程系，現(xiàn)任山東華恒礦業(yè)有限公司總工程師。
(收稿El期：2012—07—19；責(zé)任編輯：姚克)

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