矿井安全生产监测监控系统第二章式

第 二 部 分 ： 第 二 章 便 携 式 安 全 生 产 监 测 装 置 1、 便 携 式 检 测 仪 使 用 的 目 的（ 1） 系 统 式 属 于 固 定 安 装 ， 灵 活 性 不 够 ， 存 在 覆 盖 死 角 这一 缺 陷 ；（ 2） 煤 矿 事 故 时 有 发 生 ， 国 家 向 井 下 工 作 人 员 必 须 配 备 的目 标 努 力 ；（ 3） 便 携 式 检 测 仪 适 用 于 防 爆 ， 可 燃 气 体 的 实 时 检 测 ， 矿井 或 地 下 管 道 等 场 所 ， 根 据 浓 度 显 示 以 使 工 作 人 员 作 出 相 应的 对 策 ， 有 效 地 保 证 了 工 作 人 员 的 生 命 安 全 。(4) 目 前 煤 矿 用 便 携 式 检 测 设 备 主 要 来 检 测 甲 烷 、 CO、 氧 气、 硫 化 氢 等 ， 设 备 以 单 种 气 体 检 测 居 多 ， 也 在 向 多 种 气 体 同时 检 测 发 展 。 最 为 常 用 的 是 便 携 式 甲 烷 检 测 仪 。 2、 便 携 式 检 测 仪 的 功 能便 携 式 设 备 应 当 具 备 以 下 主 要 功 能1.低 功 耗 ；2.具 有 实 时 数 据 及 时 钟 显 示 ； 3.具 有 声 、 光 报 警 并 且 可 设 置 调 整 报 警 点 ；4. 可 燃 气 体 传 感 器 高 浓 度 保 护 功 能 ；5.可 燃 气 体 传 感 器 故 障 自 检 ， 可 更 换 传 感 器 ；6.电 池 欠 压 提 示 ； 图 1 要 设 计 一 个 便 携 式 检 测 仪 主 要 考 虑 以 下 几 个 部 分 （ 电 路的 主 要 组 成 部 分 ）一 、 供 电 部 分 ， 从 低 功 耗 考 虑 ， 选 择 锂 电 池 供 电 ， 而 锂 电池 标 准 输 出 电 压 为 3.6V， （ 所 以 这 就 要 求 在 选 择 电 子 元 器件 方 面 从 低 压 器 件 入 手 ） 。 另 外 对 锂 电 池 设 计 有 保 护 电 路 ， 如 图 2所 示 ， 主 要 由 锂电 池 保 护 专 用 集 成 电 路 DW01； 充 、 放 电 （ 正 常 工 作 的 时候 ） 控 制 MOSFET(内 含 两 只 N沟 道 MOSFET)等 部 分 组 成 R1 VCC GND OD OC CS C1 C2 R2 R3 MOSFET B+ B- P+ P- DW01 图 2 图 3 二 、 CPU选 择1） CPU的 选 择 首 先 应 该 是 低 电 压 工 作 ， 低 功 耗 ；2） 最 好 集 成 A/D转 换 功 能 而 且 精 度 满 足 要 求 。 可 以 选 择 的 CPU比 较 多 ， MICROCHIP， TI，C8051等 ； 这 里 设 计 中 选 用 了 C8051F330单 片 机 ；（ 具 有 10位 ADC， 转 换 速 率 可 达 200ksps。 供 电 电压 2.7V - 3.6V。 能 够 满 足 便 携 式 设 备 的 要 求 。）三 、 传 感 器 图 1中 LXK-3指 的 是 传 感 器 电 路 ， 本 文 主 要 指各 种 气 体 传 感 器 ， 下 面 分 别 介 绍 各 种 各 种 传 感 1） 半 导 体 气 体 传 感 器A） 主 要 使 用 半 导 体 气 敏 材 料 ， 利 用 气 敏 元 件 的 电 阻 、 电 流 或电 压 随 气 体 浓 度 变 化 的 原 理 工 作 的 。 该 传 感 器 己 成 为 世 界 上 产量 最 大 、 使 用 最 广 的 气 体 传 感 器 之 一 2） 固 体 电 解 质 气 体 传 感 器它 使 用 固 体 电 解 质 材 料 作 为 气 敏 元 件 。 其 原 理 是 气 敏 材 料 在 通过 气 体 时 产 生 离 子 ， 形 成 电 动 势 ， 测 量 电 动 势 从 而 测 量 气 体 浓度 。 但 这 种 传 感 器 制 造 成 本 高 ， 检 测 气 体 范 围 有 限 ， 仅 在 检 测环 境 污 染 领 域 中 有 优 势 。3） 接 触 燃 烧 式 气 体 传 感 器分 为 直 接 接 触 燃 烧 式 和 催 化 接 触 燃 烧 式 。 其 工 作 原 理 是 ： 气 敏材 料 在 通 电 状 态 下 ， 可 燃 性 气 体 氧 化 燃 烧 或 在 催 化 剂 作 用 下 氧化 燃 烧 ， 产 生 的 热 量 使 电 热 丝 升 温 ， 从 而 使 其 电 阻 值 发 生 变 化 ， 测 量 阻 值 变 化 从 而 测 量 气 体 浓 度 。 4） 高 分 子 气 体 传 感 器利 用 高 分 子 气 敏 材 料 制 作 的 气 体 传 感 器 近 年 来 得 到 很 大 的 发展 。 高 分 子 气 敏 材 料 在 遇 到 特 定 气 体 时 ， 其 电 阻 、 介 电 常 数、 材 料 表 面 声 波 传 播 速 度 和 频 率 、 材 料 重 量 等 物 理 性 能 发 生变 化 。5） 电 化 学 传 感 器这 类 传 感 器 由 膜 电 极 和 电 解 液 灌 封 而 成 。 气 体 浓 度 信 号 将 电解 液 分 解 成 阴 阳 带 电 离 子 ， 通 过 电 极 将 信 号 传 出 。 它 的 优 点是 ： 反 映 速 度 快 、 准 确 、 稳 定 性 好 、 能 够 定 量 检 测 ， 但 寿 命较 短 （ 大 于 等 于 两 年 ） ， 主 要 适 用 于 毒 性 气 体 的 检 测 。 目 前国 际 上 绝 大 部 分 毒 气 检 测 采 用 该 类 型 传 感 器 。 6） 国 内 气 体 传 感 器 的 研 究 现 状 1） 烧 结 型 气 敏 元 件 仍 是 生 产 的 主 流 ， 占 总 量 90%以 上； 接 触 燃 烧 式 气 敏 元 件 己 具 备 了 生 产 基 础 和 能 力 ； 电 化 学气 体 传 感 器 有 了 试 制 产 品 。2） 在 工 艺 方 面 ， 引 入 了 表 面 掺 杂 、 表 面 覆 膜 以 及 制 作 表面 催 化 反 应 层 和 修 隔 离 层 等 工 艺 ， 使 烧 结 型 元 件 由 广 谱 性气 敏 ， 发 展 成 为 选 择 性 气 敏 ； 在 结 构 方 面 ， 研 制 了 补 偿 复合 结 构 、 组 合 差 动 结 构 以 及 集 成 化 阵 列 结 构 ； 在 气 敏 材 料方 面 ， SnO2和 Fe2O3材 料 已 用 于 批 量 生 产 气 敏 元 件 ， 新 研 究开 发 的 A1 203气 敏 材 料 、 石 英 晶 体 和 有 机 半 导 体 等 也 开 始用 于 气 敏 材 料 。3） 低 功 耗 气 敏 元 件 （ 如 CH4 、 CO等 气 敏 元 件 ） 已 从 产 品研 究 进 入 中 试 阶 段 。 三 、1、 便 携 式 甲 烷 报 警 仪 的 分 类 光干涉式、热导式、热催化式等，其中催 化 式 甲 烷 检 测报 警 仪 具 有 成 本 低 、 结 构 简 单 、 受 背 景 气 体 和 温 度 影 响 小 、输 出 信 号 电 流 大 、 信 号 处 理 显 示 方 便 、 易 实 现 自 动 检 测 等 优点 ， 在 国 内 外 广 泛 采 用 2、 热 催 化 式 甲 烷 报 警 仪 的 工 作 原 理 显 示 电 桥 放 大 比 较 报 警 电 源 A/D 图 4 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 工 作 原 理 3、 仪 器 的 型 号 及 主 要 性 能 技 术 指 标 (1)仪 器 按 使 用 功 能 可 分 为 ： 检 测 仪 ： 以 显 示 功 能 为 主 的 仪 器 ， 以 下 称 A类 仪 器 ； 报 警 仪 . 以 报 警 功 能 为 主 的 仪 器 ， 以 下 称 B类 仪 器 ； 测 报 仪 ： 兼 有 显 示 和 报 警 两 种 功 能 的 仪 器 ， 以 下 称 C类仪 器 。(2)仪 器 按 下 面 的 方 法 命 名 和 编 制 型 号 ： J C B- 13486 20 国 家 标 准 编 号 各 生 产 单 位 产 品 序 号 ， 用 A、 B 表 示 统 一 归 口 编 号 ， 用 01- 99 表 示 ， 由 生 产 单 位 申 请 ， 国 家 质 检 机 构 统 一 发 布 仪 器 分 类 符 号 : 用 A、 B、 C、 B j、 Cj表 示 便 携 式 热 催 化 甲 烷 检 测 报 警 仪 (3)仪 器 测 量 范 围 可 采 用 ： 0-3% CH4； 0-4% CH4； O-10% CH4。(4)仪 器 报 警 点 设 置 范 围 可 采 用 ： 0.5%- 2% CH4。(5)仪 器 应 能 适 应 下 列 环 境 大 气 条 件 ： 贮 存 温 度 ： -40- 60 ； 工 作 温 度 ： 0-40 ； 相 对 湿 度 ： 98%； 气 压 = 68-ll5kPa； 风 速 ： O- 8m/s。 (6)仪 器 基 本 功 能 ： A类 和 C类 仪 器 的 显 示 值 应 为 二 位 以 上 (含 二 位 )有 效 读 数， 且 有 显 示 值 极 性 标 志 ； B类 和 C类 仪 器 应 有 报 警 和 报 警 自 检 功 能 ； 各 类 仪 器 均 应 有 电 源 欠 压 自 动 关 断 功 能 和 防 高 浓 甲 烷 冲 击措 施 。(7)与 仪 器 配 套 使 用 的 充 电 器 ， 应 有 充 电 指 示 及 防 过 充 功 能 ，应 保 证 充 电 效 果 良 好 。 (8)仪 器 允 许 的 基 本 误 差应 符 合 表 2-1的 要 求 ， 仪 器 允 许 的 报 警 误 差 应 符 合 表 2-2的 要求 。 检 测 范 围 0 1.00 1.00 允 许 误 差 0.10 真 值 的 10% 2-1 基 本 误 差 CH4 报 警 范 围 0.50 1.00 1.00 2.00 允 许 误 差 0.10 真 值 的 10% 2-2 报 警 误 差 CH4 （ 9） 仪 器 的 工 作 位 置 偏 离 规 定 状 态 时 ， 显 示 值或 报 警 点 产 生 的 附 加 误 差 应 在 0. 03% CH4范 围内 。(10)仪 器 的 响 应 时 间 ： 检 测 元 件 连 续 工 作 的 仪 器应 不 大 于 30s； 间 断 工 作 的 仪 器 应 不 大 于 l5s， 其中 ， 自 动 间 断 工 作 的 仪 器 的 响 应 时 间 还 应 比 其 设定 的 测 量 时 间 少 5s。(11)仪 器 的 报 警 功 能 应 符 合 下 列 要 求 ： 报 警 点 应 能 在 0.50% - 2.00% CH4 范 围 内 任意 设 置 ； 报 警 时 ， 在 距 讯 响 器 lm远 处 ， 供 班 组 集 体 使用 的 仪 器 其 报 警 声 音 y应 不 小 于 80dB， 其 报 警 光信 号 在 暗 处 的 能 见 度 应 不 小 于 20m。 (12)仪 器 的 电 源 应 采 用 无 “ 记 忆 效 应 ” 电 池 或 防“ 记 忆 效 应 ” 措 施 。 电 池 正 常 充 电 后 ， 各 类 仪 器工 作 时 间 应 不 小 于 9h； 工 作 中 ， 均 不 应 出 现 欠 压和 超 差 ， 且 B类 和 C类 仪 器 的 报 警 性 能 应 正 常 。 (13)仪 器 连 续 运 行 7天 时 (每 天 工 作 9h)， 其 基本 误 差 或 报 警 误 差 不 应 超 差 。4、 JCB C668A型 多 功 能 甲 烷 检 测 报 警 仪 1） 工 作 原 理 （ 见 图 4） 4).JCB-C668A型 多 功 能 甲 烷 检 测 报 警 仪 电 路 组 成 按 键 显 示 报 警 电 路 PIC16F870 单 片 机 前 置 放 大 测 量 电 桥 电 池 组 电 子 开 关 稳 压 电 路 5、 便 携 式 甲 烷 报 警 仪 的 使 用 与 维 护 1） 维 护A） 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 应 设 专 职 人 员 负 责 充 电、 收 发 及 维 护 。B） 每 班 要 清 理 隔 爆 罩 上 的 煤 尘 ， 下 井 前 必 须 检 查便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 零 点 和 电 压 值 ， 不 符 合 要求 的 禁 止 发 放 使 用 。C） 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 应 固 定 专 人 使 用 ， 用 时 要严 格 按 照 产 品 说 明 书 进 行 操 作 ， 严 禁 擅 自 调 校 和 拆开 仪 器 。 2） 使 用A） 使 用 时 首 先 在 清 洁 空 气 中 打 开 电 源 ， 预 热 l5分 钟 ， 观 察 指 示 是 否 为 零 ， 如 有 偏 差 ， 则 需 调 零。B） 测 量 时 ， 用 手 将 仪 器 的 传 感 器 部 位 举 至 或 悬挂 在 检 测 点 ， 经 30s的 自 然 扩 散 ， 即 可 读 取 瓦 斯浓 度 的 数 值 ；C） 也 可 由 工 作 人 员 随 身 携 带 ， 在 瓦 斯 超 限 发 出声 、 光 报 警 时 ， 再 重 点 监 视 环 境 瓦 斯 或 采 取 相应 措 施 。 JCB-C2000型 智 能 甲 烷 检 测 报 警 仪 一 、 此 报 警 仪 ， 是 采 用 微 电 脑 数 字技 术 的 超 小 型 便 携 式 智 能 仪 表 ； 二 、 主 要 用 于 检 测 煤 矿 井 下 空 气 中 的甲 烷 气 体 浓 度 ， 具 有 自 动 调 零 、 报 警、 连 续 自 动 记 录 120组 数 据 等 功 能 。三 、 体 积 小 、 密 封 好 、 精 度 高 、 稳 定可 靠 ， 可 供 井 下 所 有 工 作 人 员 携 带 使用 。 四 、 我 国 煤 矿 使 用 的 光 干 涉 瓦 斯 检 定 器 类 型很 多 。 现 以 抚 顺 煤 矿 安 全 仪 器 厂 生 产 的 AQ G -1甲 烷 测 定 器 为 例 讲 解 。 五 、1.便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 在 煤 矿 井 下 的 使 用 （ 1） 根 据 煤 矿 安 全 规 程 和 企 业 有 关 规 定 ： 矿 副 总 以上 干 部 、 专 业 技 术 人 员 、 放 炮 员 、 防 突 员 、 监 测 工 、 掘 进机 司 机 、 电 瓶 车 司 机 、 井 下 流 动 性 电 钳 工 、 采 煤 机 司 机 、钻 机 司 机 、 安 监 处 长 、 调 度 所 长 、 技 术 科 长 等 单 位 的 班 队长 必 须 携 带 便 携 式 甲 烷 报 警 仪 。（ 2） 在 煤 矿 井 下 必 须 每 天 检 查 安 全 监 控 设 备 及 电 缆 是 否正 常 ， 使 用 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 与 甲 烷 传 感 器 进 行 对 照， 并 将 记 录 和 检 查 结 果 报 监 测 值 班 员 。 当 两 者 计 数 误 差 大于 允 许 误 差 时 ， 先 以 读 数 较 大 者 为 依 据 ， 采 取 安 全 措 施 并 必 须 在 8h内 对 2种 设 备 调 校 完 毕 。 （ 3） 高 瓦 斯 和 煤 （ 岩 ） 与 瓦 斯 突 出 矿 井 的 采 煤 工 作 面 上 隅角 ， 必 须 设 置 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 。（ 4） 采 煤 机 和 掘 进 机 必 须 设 置 机 载 式 甲 烷 断 电 仪 或 便 携 式甲 烷 检 测 报 警 仪 ， 掘 进 班 （ 队 ） 长 和 采 煤 班 （ 队 ） 长 的 便 携式 甲 烷 检 测 报 警 仪 必 须 悬 挂 在 采 煤 面 的 上 隅 角 。（ 5） 在 煤 （ 岩 ） 与 瓦 斯 突 出 矿 井 和 瓦 斯 喷 出 区 域 中 ， 进 风的 主 要 运 输 巷 道 和 回 风 巷 道 内 ， 使 用 矿 用 防 爆 特 殊 型 蓄 电 池电 机 车 或 矿 用 防 爆 型 柴 油 机 车 时 ， 蓄 电 池 电 机 车 必 须 设 置 车载 式 甲 烷 断 电 仪 或 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 ， 柴 油 机 车 必 须 设置 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 。 当 瓦 斯 浓 度 超 过 0.5%时 ， 必 须 停止 机 车 运 行 。6） 当 煤 矿 井 下 工 作 地 点 的 瓦 斯 浓 度 达 到 便 携 式 甲 烷 检 测 报警 仪 报 警 值 时 ， 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 发 出 警 报 ， 施 工 地 点必 须 立 即 停 止 工 作 ， 并 严 格 按 有 关 规 定 处 理 。 2.便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 维 护 （ 1） 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 属 国 家 强 制 检 定 的 计 量 器 具 ，每 年 必 须 由 国 家 法 定 计 量 检 定 机 构 或 授 权 的 计 量 检 定 机 构检 定 合 格 ， 并 有 检 定 合 格 证 书 且 在 证 书 的 有 效 期 内 ， 方 可使 用 。 此 外 ， 还 须 建 立 计 量 器 具 管 理 台 账 ， 保 证 定 期 按 周期 检 定 。 (仪 校 要 求 )（ 2） 根 据 煤 矿 安 全 规 程 规 定 ， 为 保 持 便 携 式 甲 烷 检 测报 警 仪 性 能 稳 定 ， 除 按 周 期 检 定 外 ， 还 必 须 每 7天 对 仪 器 的零 点 、 基 本 误 差 和 报 警 值 使 用 校 准 气 样 和 空 气 样 调 校 1次 。（ 3） 必 须 设 专 职 人 员 负 责 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 充 电 、收 发 及 维 护 。 每 班 要 清 理 隔 爆 罩 上 的 煤 尘 ， 发 放 前 必 须 检查 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 零 点 和 电 压 或 电 源 欠 压 值 ， 不符 合 要 求 的 严 禁 发 放 使 用 。 （ 专 人 管 理 ） （ 4） 使 用 人 员 在 使 用 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 前 ， 必 须 详 细阅 读 本 产 品 的 使 用 说 明 书 ， 并 严 格 按 说 明 书 的 要 求 操 作 使用 。 （ 专 人 使 用 ）（ 5） 使 用 人 员 在 使 用 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 过 程 中 ， 要加 强 对 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 爱 护 和 保 管 ， 不 准 随 意 打开 ， 严 禁 摔 、 碰 、 挤 压 和 接 近 水 、 火 及 其 他 有 害 物 质 ， 保证 其 完 好 无 损 。 如 发 现 电 压 不 足 或 异 常 情 况 ， 应 立 即 停 止使 用 ， 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 正 常 使 用 时 间 为 8h， 班 后应 立 即 交 回 充 电 。 （ 使 用 要 求 ）（ 6） 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 应 编 号 上 架 ， 其 收 发 、 充 电、 维 修 、 调 校 等 均 要 有 详 细 的 记 录 ， 记 录 内 容 应 完 整 、 真实 ， 填 写 规 范 。 （ 7） 发 放 工 对 交 回 的 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 每 日 应 进 行 充电 ， 充 电 时 间 为 （ 10-12） h， 以 保 证 正 常 使 用 。 并 认 真 填写 交 接 台 账 ， 做 到 所 发 的 仪 器 和 牌 子 对 号 、 准 确 ， 收 发 时间 清 楚 。 对 收 回 的 仪 器 要 及 时 检 查 ， 发 现 问 题 要 及 时 记 录， 及 时 报 告 。 （ 充 电 要 求 ）（ 8） 长 期 不 使 用 的 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 应 每 月 进 行 一 次充 放 电 操 作 。（ 9） 便 携 式 甲 烷 检 测 报 警 仪 的 维 修 、 调 校 必 须 由 经 过 专业 培 训 的 计 量 人 员 进 行 。 作 业 与 下 章 预 习1、 作 业 题1） 便 携 式 设 备 应 当 具 备 哪 些 主 要 功 能 ？ 2） 5.便 携 式 甲 烷 报 警 仪 的 使 用 与 维 护 应 注 意哪 些 ？ 2、 预 习 第 三 章 便 携 式 安 全 生 产 检 测 装 置