井下传感器的选择与安装

§4．3　传感器选择

传感器是实现测量与控制的首要环节，是安全监控系统实现对井下各种环境参数和工况参数采集的关键部件，井下传感器的选择主要基于安全监测参数，针对不同的监测参数选用相应的传感器，主要有瓦斯传感器，一氧化碳传感器，风速传感器，风压传感器，温度传感器，机电设备开／停传感器，风门、风筒状态传感器，断电、馈电传感器等。

4．3．1　瓦斯传感器

瓦斯传感器是用来连续监测井下巷道中甲烷浓度的装置，通常监测系统采用数字式CH4气体浓度测量仪器。其利用热催化原理，电流通过涂有催化剂的监测组件时，仪器的温度会根据周围环境中的瓦斯浓度变化而改变，继而仪器的电阻也会发生变化，造成监测桥路平衡被打破，产生输出电压信号，通过放大转换，该信号以频率脉冲信号的形式传输至控制器或分站。

《煤矿安全规程》根据井下各地点实际情况，针对不同作业地点瓦斯浓度提出不同要求，各地点安装的瓦斯传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度等参数按表4－1进行设置。

如果瓦斯浓度超过表4－1规定设置的报警范围，中心站和传感器则发出声光报警，并通过手机短信的形式通知相关人员进行处理，可最大限度地缩短救灾时间；如果瓦斯浓度超出表4－1规定设置的断电范围，系统将自动切断瓦斯传感器控制范围内全部非本质安全型电气设备，杜绝发生事故。

表4－1　井下各地点瓦斯传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度参数设置

4．3．2　一氧化碳传感器

一氧化碳传感器的工作原理与瓦斯传感器类似，用于连续监测矿井中煤层自然发火及胶带输送机胶带等着火时产生的一氧化碳浓度。

有些国家对工作场所的一氧化碳允许体积分数都做了规定。炼钢厂工作人员、消防人员、高速公路收费员、矿坑工作从业人员较可能暴露在高体积分数一氧化碳环境中；在生活中，堵塞的交通、在密闭房间内抽烟，甚至煤气、瓦斯等不完全燃烧的室内、火灾现场等，均可能使空气中的一氧化碳体积分数超过允许标准。因此，对生活、工作环境中的一氧化碳体积分数实施准确而有效的检测与报警是与人类生态和工作环境相关的一个重要问题。

4．3．3　风速传感器

风速传感器是用来连续监测矿井通风巷道中风速大小的装置，风速的测定工作主要依据超声波进行。《煤矿安全规程》对井下不同巷道中的风流速度范围进行限制，如表4－2所示。风速一旦超出表中规定的范围，中心站和传感器则发出声光报警，并通过手机短信的形式通知相关人员进行处理，最大限度地缩短救灾时间。

表4－2　巷道中的允许风速

4．3．4　风压传感器

风压传感器是用来连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等地点通风压力的装置，利用真空模盒与弹性体的形变原理制成的。利用该仪器，可以连续监测井下风机房、风门、密闭、通风巷道等处的压差。

主要通风机的风硐应设置风压传感器。受到井巷的阻力作用，空气井下流动时具有一定的黏性，需要一定的压力才能流动。风压越大，空气流动越快，从而越有利于快速排除井下各种有毒有害气体和粉尘，为井下工作人员提供新鲜的空气和良好的作业环境。按既定的通风线路，顺序测得前后两点的风压，即为其通风阻力，将线路全长各段井巷的通风阻力相加，即可得该条线路的矿井总阻力。根据风压的变化，可实时了解巷道风阻的变化情况，及时调节通风构筑物，节约能耗。

4．3．5　温度传感器

矿井环境温度监测是矿井安全监测的重要内容之一。温度传感器是连续监测矿井环境温度高低的装置。

井下各地点温度要求按照《煤矿安全规程》规定执行：

（1）进风井口以下的空气温度（干球温度，下同）必须在2℃以上。

（2）生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃，当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。

（3）采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。

4．3．6　机电设备开／停传感器

机电设备开／停传感器是针对设备工作运行状态进行监测的装置，一般设置在被检测设备的电源电缆上，以实现对矿井风机、运输机、绞车等设备的监测。

煤矿井下机电设备（如风机、水泵、局扇、采煤机、运输机、提升机等）开／停状态对于矿井安全生产起到非常重要的作用，安全监控系统利用开／停传感器对被监测电气设备供电电缆通电情况来判断设备的开／停状态，并将设备开／停状态信号转换成各种标准信号，传送给矿井生产安全监测系统，最终实现井下机电设备开／停状态自动监控的功能。

同时，为监测因通风瓦斯超限时断电命令执行情况，必须用断电馈电传感器监测控制器控制开关下游线路的通电来监测控制器是否真正执行断电命令，断电馈电传感器为开／停传感器的一种形式，只是使用途径不同，断电馈电传感器是根据控制器控制线路通电情况，判断馈电传感器有“开”和“停”两种工作状态，显示控制器执行情况。

4．3．7　风门、风筒状态传感器

风门状态传感器是针对矿井风门开关状态进行监测的装置，风筒传感器用于连续监测局部通风机风筒“有风”或“无风”状态。风门状态传感器主要通过磁控开关来指示风门的工作状态。利用磁性体靠近或离开弹簧管组件时接点的闭合、断开状态，分别输出风门的关闭、打开信号给控制器，来完成针对风门开关状态的连续监测。

《煤矿安全规程》规定：装备矿井安全监控系统的矿井，主要风门应设置风门开关传感器，风门作为一种主要的通风构筑物，其开关状态对整个通风系统是否稳定、是否会影响矿井安全生产起着非常重要的作用，为加强矿井井下风门管理，及时发现矿井井下风门不合理工作状态，防止因矿井主要通风巷道风流短路致使采掘工作地点发生瓦斯积聚等事故发生，必须对井下风门开关状态进行监测。

4．3．8　远程断电、馈电传感器

远程断电仪可以实现对监测地点的远程断电控制，馈电传感器主要用于监测断电仪断电后机电设备的电源侧是否有电。