小小光纤引发煤矿安全监测的技术革命

山东省科学院激光研究所利用自己多年从事光纤传感研究所取得的科研成果,结合光纤光栅测温技术和压力传感技术,采用自主研发的高可靠性全光纤瓦斯、一氧化碳气体传感器,首次将瓦斯、一氧化碳、分布式温度等综合参数集成,研制了“全光纤煤矿采空区火灾监测预警系统”,实现了全光纤的煤矿采空区火灾的多参数预测预报。     

基于单片机甲烷浓度监测的研究

设计了一种基于单片机来实现的甲烷浓度检测和报警功能的系统,该检测系统以AT89S52单片机为核心,包括有电源电路、传感器采集电路、信号放大电路、红外遥控电路、声光报警电路、显示电路等功能模块组成,通过传感器采集电路采集信号,输出与甲烷浓度对应电压信号,把电压信号进行A/D转换后送入单片机,经单片机处理后驱动器显示出被测气体甲烷浓度值,若被测甲烷浓度大于报警电路预设数值,报警电路发出报警,可以及时切断供电系统,防止瓦斯爆炸事故的发生.该系统采用高精度敏感元件,集成运算放大器INA128,ADc0809,以及远距离高可靠性通信芯片,且具有高速的处理能力,是一种电路设计新颖,参数测量准确,操作方便的甲烷浓度报警监控系统,实现了数字瓦斯气体的实时监控.为实现数字化井下测控和可视化综合管理提供了切实可行的方案.     

采煤工作面回风巷瓦斯气团漂移现象初探

了解瓦斯气体在采掘空间的分布及运移规律，是有效开展煤矿瓦斯治理工作的基础。通过对井下瓦斯浓度监测数据可视化及数理分析，揭示了回采工作面回风流中存在瓦斯气团的可能性，表明了回风巷中瓦斯气体运移具有风流携带气团漂移的特点；回风巷中的同一瓦斯气团先后经过相邻2个传感器时，2个传感器分别观测到的瓦斯浓度变化的曲线形态具有相似性，根据这一特点，给出了回风巷瓦斯气团漂移速度计算公式和应用实例。研究成果有助于优化采煤工作面通风设计，有效监测回风巷中瓦斯气体运移状态，避免高浓度瓦斯气团导致的矿井灾害。     

气体检测用激光器波长锁定系统设计

光纤气体检测中广泛采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,其中光源常用分布反馈式半导体激光二极管。由于光源输出的中心波长与气体分子的吸收峰的重合度显著影响着检测结果的精确性,从Beer-Lambert定律等理论出发阐述了一种波长稳定方法的理论依据,然后提出了波长锁定系统的原理设计和软件设计,实验结果表明该系统在气体浓度检测中是合理的。     

白集煤矿区域可控循环风系统的理论分析与试验

针对白集煤矿深部采区供风量不足的问题,从技术和经济两个方面论证了该煤矿可控循环风方案的可行性,设计了一套由喷雾降尘装置、过滤装置和冷却降温装置组成的循环风流处理系统.在理论上分析了循环风流中瓦斯体积分数、粉尘质量浓度和其他气体成分在可控循环风系统中变化规律,以及可控循环风系统对主通风系统的影响.通过现场实测,不仅验证了瓦斯体积分数、粉尘质量浓度的变化规律,而且处理后的循环风流品质完全达到<煤矿安全规程>要求,同时对回风流的降温降湿处理,可满足高温高湿矿井工作面对风流温湿度的需求.     

矿井瓦斯防爆监测氧含量线性标定

矿井火灾是采矿业面临的安全生产问题之一。该文研究的目的是评估新的矿井瓦斯防爆监测中最重要的成分氧气的检测策略,在矿井火灾中做出预见与预报。对于密封区域,发生瓦斯爆炸危险安全区时氧气浓度小于8%,按照国家标准,本矿要求氧气检测精度达到1%。氧含量监测系统受到气体气路、传感器运行、信号调理与处理情况和终端处理系统等四个方面的影响。该文通过运用计算机控制技术分别对氧含量监测系统进行硬件线性开环标定与软件线性闭环标定,并采用著名的OriginPRO数据分析软件对系统采样数据进行了分析与解读,以达到对软件线性闭环标定进行程控规划和信息实时纠正,使系统氧气含量监测灵敏限小于0.36%。     

基于光纤光栅的斜拉索振动参数监测实验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件 ,对其动力特性进行监测具有重要意义。斜拉索工作条件恶劣 ,现有的测试方法难以实现长期在线监测 ,实现斜拉索的振动在线测量 ,传感器是问题的关键。光纤光栅传感器具有极其优良的稳定性 ,已被证实适用于长期监测 ,在结构监测领域具有非常广泛的应用前景。笔者提出了一种基于光纤光栅传感器的斜拉索动力特性在线监测方法 ,建立了用光纤布拉格光栅作传感器监测斜拉索振动的测量模型 ,为验证该模型建立了模拟试验装置 ,在实验室进行了模拟实验研究 ,并将光纤光栅和传统的电阻应变片两种测量方法进行了实验对比。与传统测试手段相比 ,该方法结构简单 ,成本低 ,并能实现斜拉索动力特性的长期在线监测。     

基于Wi-Fi技术的矿用无线瓦斯传感器的研究与设计

提出了一种基于Wi-Fi无线通信技术的瓦斯传感器.该无线瓦斯传感器以Wi-Fi无线芯片GS1010作为核心控制器件,采用锂电池供电方式,具有瓦斯传感器、V/F转换器、无线传输模块、键盘和LCD液晶屏.硬件精度试验和通信质量试验证明,该瓦斯传感器测量精确,通信可靠.     

胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯 压力时失效成因分析

针对采用胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯压力过程中,容易出现胶囊被顶出或密封失效等情况,根据多次实践经验,建立了封孔器与瓦斯室、岩石孔壁间整个密封系统的力学平衡方程,分析了胶囊被顶出的原因;通过假设建立了高压瓦斯气体侵入微孔隙模型,给出了泄漏气体侵入时的流量微分方程,并从能量角度分析了气体侵入和逸出微孔隙过程;建立了封孔系统内高压瓦斯在粘液中的扩散、溶解、析出物理模型,从理论上分析这种装置密封高压气体失效机制。通过多次对比现场实验,给出了采用该装置测压时的安全可信值范围,当煤层瓦斯压力超过3MPa时,最好采用传统封孔工艺进行测定。     

光纤Bragg光栅传感器实现斜拉桥索力实时监测的研究

民用工程结构的健康监测 ,日益引起人们的重视 ,光纤传感技术 ,尤其是光纤光栅传感技术 ,因其易构成高性能、低成本的传感器阵列 ,并在结构监测应用工程中 ,具有巨大的潜力。笔者介绍一种斜拉桥索力实时监测的新方法即光纤光栅法。将光纤光栅刚性粘贴于传感头外表面上 ,使传感头承受拉索的索力 ,通过对光纤光栅波长移动量 (Δλb)的解调 ,以测出索力的大小。通过实验结果与理论分析证明 ,该测试系统具有结构简单、测量范围大、稳定性和线性度好等特点 ,该监测系统既可用于斜拉桥施工阶段的索力测定 ,也可以用于在役斜拉桥结构的长期安全监测。     

基于设备网(DeviceNet)总线技术的矿井瓦斯传感器的设计

介绍瓦斯传感器的国内外研究现状,给出以设备网(DeviceNet)总线构成的瓦斯传感器检测网络结构。简要分析了DeviceNet总线协议特点以及其关键技术,提出具有DeviceNet总线规范的矿井瓦斯传感器的设计及实现方案。硬件电路主要由信号调理电路、数字信号处理器,以及能实现DeviceNet网络通信的接口电路构成,用对象建模的方法构建了矿井瓦斯传感器的对象模型,并用模块化编程技术实现了矿井瓦斯传感器作为一个网络从设备的应用层的软件设计。该传感器作为从设备和带有PCI-CAN网卡的计算机组成主/从连接网络,能对多个矿井瓦斯传感器的数据实现远距离的控制。     

现代电子监控技术在安全生产领域的应用

现代电子监控技术在安全生产领域的应用越来越广泛,在安全生产各个环节发挥了重要作用.如手机屏蔽仪在加油站等易燃易爆场所进行信号监控,防止在加油站等易燃易爆场所使用手机引发爆炸事故;应用煤矿安全事故预警系统,实时对井下巷道的各个传感器进行瓦斯浓度和透水情况监测、记录和数据分析;建立远程安全生产监控系统,形成安全生产监测体系.利用现代化的电子通信技术、网络技术、传感技术和自动监控技术,可以大大增强对事故的防范能力,防止事故发生和减少事故的损失.     

中小型矿井主扇和瓦斯无线远程监控系统的研究

根据现行国家煤矿安全监察体制和有关安全生产的政策 ,笔者提出 ,将数字蜂窝无线网络的短信通讯方式与中小型矿井主扇运行及瓦斯监测系统相结合 ,各级煤矿安全监察机构对所辖区域内中小煤矿的主扇运行和瓦斯涌出情况实现无线远程监控 ,防止瓦斯爆炸事故的发生 ,实现保障煤矿的安全生产。     

油气管道位移光纤安全监测技术定位理论及预警信号特征研究

管道安全分布式光纤监测系统利用分布式光纤振动传感器两端检测信号的时间差确定管道沿线所发生事件位置,时间差的精度决定对异常事件事发点的定位精度;系统拥有较高的灵敏度,可对1.5 km内敲击、落石、滚石及人工挖掘等威胁管道安全的事件进行报警;事件的定位有一定的误差,对抢修有一定的指导意义。     

基于MCOA布置矿井瓦斯传感器

为了预防矿井瓦斯事故,确定增设瓦斯传感器的数量和位置。通过建立监测有效 等级来确定增设瓦斯传感器的数量,然后通过分析多个猴群同步并行搜索、简易猴群算 法的初步搜索和基本和声算法的二次搜索等方法,设计出猴群优化算法的计算流程,再 根据瓦斯传感器布置的目标函数确定增设瓦斯传感器位置。以大隆矿为例进行了现场工 业试验,结果表明,增设瓦斯传感器的数量与监测有效等级之间成正比例关系,但并非 随着监测有效等级的提高而持续增加。     

基于动态数据驱动的煤矿瓦斯异常涌出风险预警系统设计*

为解决煤矿瓦斯异常涌出风险预警过程中过度依赖系统模型,不能动态实时修正预测模型,预测、预报精准度和可靠度不高的难题,基于动态数据驱动技术,搭建瓦斯异常涌出风险预警系统架构,探讨动态数据驱动的瓦斯涌出监测曲线拟合、动态预警模型选择和修正、预警系统研发等关键性技术,开发基于动态数据驱动的瓦斯异常涌出风险预警系统软件。结果表明:动态数据驱动技术在煤矿瓦斯异常涌出风险预警方面具有强大的信息处理和问题求解能力,可实现仿真系统与实际系统间的动态响应和控制功能,并实时反馈修正,使预测结果更加精确、可靠,设计研发的预警系统可在矿井受瓦斯异常涌出威胁时发出可靠的预警信号。     

基于MapInfo的矿山通风安全信息系统开发

根据现代矿山通风系统对人机交互的要求,利用OLE技术和VisualBasic编程语言,对MapInfo进行二次开发,形成了矿山通风安全信息系统。所开发的系统集成了MapInfo强大的地图、信息、数据库等的管理功能,实现了电子地图与数据库的自动连接和双向查询,完成了信息的可视化管理,并可与生产监控、调度系统集成,用于指导煤矿安全生产,防止重大事故发生。该系统具有修改通风图、生成通风管理报表、备份数据等功能,同时还可以对通风系统中的防瓦斯突出、防尘、防火、安全管理、风机等日常管理数据进行处理,在实际应用中取得了良好的效果。     

DQ—500型惰气灭火装置

本文提出扑灭瓦斯矿井火灾的惰气灭火装置,并介绍了该装置的工作原理,构造及其应用。研究了风油比与燃气成分的关系;阐述了风油比自控系统对保证燃气成分符合灭火要求的重要意义和作用。本文还对国内外同类灭火装置性能进行比较。通过试验表明,该装置既能扑灭矿井火灾又能抑制瓦斯爆炸,是处理瓦斯矿井火灾理想的灭火新装备。     

基于非分散红外技术的煤矿井下有害气体定量探测方法研究

煤矿井下有害气体的浓度监测对煤矿生产安全预警至关重要。介绍了一种基于非分散红外光谱技术能够同时定量探测煤矿井下一氧化碳、甲烷等有害气体的方法。入射红外光经过高速旋转的滤光轮,得到各种待测气体相应滤波通道的调制光信号,经怀特池中待测气体吸收后得到各种气体的吸光度。通过非线性最小二乘拟合吸收光与被测气体浓度,得到测量系统的浓度定标曲线,一氧化碳、甲烷和二氧化碳三者定标拟合相关系数分别为0.9992、0.9996和0.9998。分析了系统的测量精度,通过比较样气标准浓度与实测浓度大小,发现所有被测气体的这两组数据的相关性均大于0.998,测量误差均小于5%。实验结果表明,采用非分散红外光谱技术可以实现煤矿井下多组分有害气体的同步精确探测,为扩展煤矿安全预警技术手段提供了参考。