通风安全监测工培训教案..doc

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矿井通风与安全基础知识一、矿内空气及构成、（一）、概述、（二）、矿井空气中主要有毒有害气体二、矿井通风（一）、矿井通风的基本任务、（二）、通风压力与通风阻力、（三）、矿井通风系统、（四）、矿井通风设施三、矿井瓦斯及治理（一）、矿井瓦斯的性质、（二）矿井瓦斯爆炸及其预防四、矿井粉尘五、矿井火灾及危害 第二章 的煤矿监测传感器一、传感器的概念二、传感器分类第三章 矿井监测系统：矿井监控系统的组成第四章 传感器的安装与设置：甲烷传感器的设置第五章煤矿安全规程 “通风安全监控” 一 般 规 定二 安装、使用和维护三 甲烷传感器和其他传感器的设置第六章 KJ90NB新型宽带快速反应综合监控系统一、KG9701A型智能低浓度甲烷传感器二、KG9001C型智能高低浓度甲烷传感器三、GT500（A）型一氧化碳传感器四、GE50（A）型温度传感器第一章 矿井通风与安全基础知识一、矿内空气及构成矿井通风是连续地供给井下各作业地点足够的新鲜空气，以满足井下职工劳动、生理和生产所需，矿井通风是煤矿安全生产的基本措施。矿井通风工作的好坏直接影响工人的安全健康及矿井劳动生产率和经济效益。因此，保证井下有足够的新鲜空气，使有毒、有害、有爆炸危险性的气体、粉尘不超过规定值，并有舒适的气候条件，是矿井通风的根本任务。矿井通风是煤矿生产的一个重要环节。矿井通风与矿井安全密切相关，合理的通风系统，是防止重大瓦斯事故的基础。能使矿井通风系统达到稳定、可靠，就可提高矿井抗灾能力，实现安全生产。矿井生产的过程，也是有毒有害气体产生的过程。它将使矿内空气成分发生变化，污染矿内生产环境。尤其在发生灾变事故时，往往会产生大量的有毒有害气体，譬如发生火灾或瓦斯、煤尘爆炸时，将会产生大量的一氧化碳或二氧化碳或少许的氢及其他气体。这些有害气体将威胁井下人员身体健康，甚至威胁其生命安全。（一）、概述1、地面空气矿内空气是相对于地面空气而言的。为了解矿内空气，应首先对地面空气有所认识。地面空气（通常称大气）是由氧（Q）、氮（N2）、二氧化碳（CO2），还有少量的水蒸气、灰尘和微生物等组成的。其主要成分，按体积所占的百分比为：氧（O2） 20.96% 氮（N2） 78.13% 二氧化碳（CO2）0.04%另外，还有其他稀有气体、水蒸气、灰尘及微生物等占0.87%。地面空气进人井下以后，空气的成分、温度及湿度发生了变化。变化了的空气称为矿内空气。当矿内空气和地面空气的成分相差不大时，譬如在进风井、井底车场、运输大巷、运输石门的风流叫做新鲜风流；流经采掘工作面或其他工作硐室以后的风流，叫做污浊风流或称乏风风流。地面空气进入井下以后，所发生的变化主要表现在：（1）氧的减少，二氧化碳的增加。（2）混人各种有毒有害气体和爆炸性气体，如CH4、CO、SO2、NO2、NO、H2S和H2等。（3）混入煤尘、岩尘及某些金属粉尘。（4）空气的温度、湿度和压力的变化。产生这些变化的原因是多方面的。使氧含量减少、二氧化碳含量增加的原因，主要是人的呼吸、煤炭的氧化、坑木的腐朽、井下火灾的发生等。当然，开采技术、机械化程度以及通风状况也是极为重要的影响因素。同时与煤岩埋藏深度和含瓦斯量也有着密切关系。2、矿井空气的主要成分量1）氧（O2）氧是一种无色、无味、无臭的气体，比重为1.1。它是一切物质燃烧不可缺少的助燃剂，任何可燃物质，当含氧量不足或离开了氧时就燃烧不起来；正在燃烧的物质，一旦停止供氧就逐渐停止燃烧。不同燃烧所需含氧量是不同的，如甲烷燃烧氧含量不得低于15%，木材燃烧氧含量不得低于5%。人是依靠每时每刻吸进氧气，以氧化体内食物来维持生命的，一般人在休息状态下，每分钟需氧量为0.25L；人在工作和行动状态下，需氧量为每分钟1 L3 L。这说明人体的需氧量与人的劳动强度有关，同时也和人的体质有关。因此，煤矿安全规程规定，井下空气中含氧量不得低于20%，并保证每人每分钟供给风量不得少于4 m3。2）氮（N2）氮是一种无色、无味、无臭的气体，比空气略轻，比重为0.967。氮不能维持人的呼吸，对人无害，但当空气中含氮量过高时，能引起至气中含氧量相对下降，人在此空气中呼吸会发生窒息，甚至死亡。所以，氮称为窒息性气体。在高温下，氮能氧化合成有毒的化合物。氮不能助燃。利用这一特点，当井下着火，特别是采空区着火时，大量增加火区空气中的含氮量来扑灭火灾，是一种有效的灭火手段。氮含量的增加，会使瓦斯爆炸的上限下降，下限上升。3）二氧化碳（CO2）二氧化碳是一种无色、无臭、略带酸味的气体。比空气重，比重为1.52。通常积聚在通风不良的下山或巷道底部，易溶于水。二氧化碳不助燃，不爆炸。利用它不助燃的特点，可以扑灭井下火灾，即向井下着火地点施以大量二氧化碳，达到扑灭火灾的目的。二氧化碳溶于水后，成酸性溶液，对眼、喉、鼻腔黏膜具有刺激作用。少量的二氧化碳对人呼吸有刺激作用。在纯氧中加5%的二氧化碳，可促进患者呼吸功能。但空气中二氧化碳量多了则因缺氧而使人的神经中枢发生中毒。煤矿安全规程规定，采掘工作面进风流中二氧化碳不得超过0.5%，矿井总回风巷或一翼回风巷风流中不得超过0.75%。（二）、矿井空气中主要有毒有害气体在煤矿井下，主要有毒有害气体有甲烷、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢等。这些有毒有害气体，有的是煤岩层中放出的，有的是氧化、放炮、火灾等产生的。上述有毒有害气体中，除甲烷外，一氧化碳是目前煤矿井下对人危害最大的一种气体。1、一氧化碳（CO）CO是无色无味、无臭的气体，比空气稍轻，比重为0.97。往往均匀地混合在井下空气中。在空气中可燃烧，火焰呈青兰色。有爆炸性，爆炸界限为13%75%，但此浓度只有在瓦斯煤尘爆炸及火灾的情况下才可能达到。一般情况下，如此高的浓度是不能达到的。一氧化碳对人有剧毒，主要原因是人体血液中的红血球与一氧化碳的亲和力特别强，为红血球与氧的亲和力的250300倍。人体的生命是依靠红血球携带着从体外吸人的氧气，随着血液循环的过程，将氧气输送到身体各个部分的。当一氧化碳与红血球结合后，氧就失去了与红血球结合的能力，即使氧被吸入，氧也无法输送到全身各部位，人就会患缺氧症，直至死亡。人若长期地（每天数小时）在含有0.01%一氧化碳的空气中生活与工作，就能引起严重的慢性中毒。煤矿安全规程规定，井下空气中一氧化碳浓度不得超过0.0024%。2、二氧化硫（SO2）SO2是一种无色，具有强烈的硫磺燃烧味及酸臭味的气体（浓度达到0.0003%时，即能嗅到），比空气重，比重2.27。SO2常积聚在巷道下部，极易溶解于水而成硫酸，对人有刺激性。当二氧化硫与人体的汗湿皮肤、鼻、喉、眼睛黏膜接触后，能产生酸性物质而刺激接触部位，引起喉炎、气管炎、呼吸麻痹，甚至发生肺气肿。 煤矿安全规程规定，井下空气中二氧化硫浓度不得超过0.0005%。3、二氧化氮（NO2）二氧化氮是放炮时产生的种有毒气体，故有爆破瓦斯之称。通常放炮后产生一氧化氮及一氧化碳。当一氧化氮遇到空气中的氧时，立即氧化成二氧化氮。其化学反应式为： 2NOO22NO2二氧化氮呈红褐色，具有特殊的刺激味，比空气重，比重为1.57。极易溶解于水而成亚硝酸、硝酸，对人的眼睛鼻孔、呼吸道和肺部有强烈作用，能引起咳嗽、呼吸困难，吐淡黄色的痰液，直至肺水肿。值得注意的是这种气体在人吸入体内后，并不一定马上反应出来，而是经过数小时，甚至20多小时，才使肺部水肿，最后因肺部被产生的液体填满而死亡。二氧化氮中毒的最大特点，是中毒者手指尖及头发变黄；而一氧化碳中毒者两颊有红斑点，嘴唇呈桃红色。煤矿安全规程规定，井下空气中二氧化氮浓度不得超过0.00025%。 4、硫化氢（H2S） 硫化氢是一种无色、微甜、带臭鸡蛋味的气体，比空气稍重，比重为1.19。极易溶解于水。在一个大气压、15时，一升水能溶解3.23升硫化氢；但又极易从水中分离出来。硫化氢的毒性强，能刺激人的眼膜和呼吸系统，能使血液中毒，麻痹中枢神经。煤矿安全规程规定，井下空气中硫化氢浓度不得超过0.00066%。二、矿井通风（一）、矿井通风的基本任务矿井通风就是把地面空气不断送入井下，同时把污浊空气排出井外的过程。矿井通风的基本任务是：连续供给井下人员足够的新鲜空气，满足呼吸需要；稀释井下有害气体及矿尘到安全浓度，并排出作业地点；排除井下的热量与水蒸气，创造适宜的气候条件。（二）、通风压力与通风阻力矿井通风是把地面的新鲜空气不断送人井下，把井下污浊空气不断排出地面。空气流动规律是从压力大的地点流向压力小的地点。要使空气沿着井下巷道不断流动，就必须使进风井口的压力大于出风井口的压力，即在两井口之间造成空气压力差。这个压力差称为矿井通风压力，简称风压，其数值可通过计算或仪器测定得到。矿井通风压力若是由通风机造成的机械风压，叫做机械通风；若是由矿井自然条件产生的自然风压，叫做自然通风。矿井自然风压的产生，主要是由于地面温度的变化，使矿井进风侧和回风侧空气温度发生差异而引起的。夏季矿井自然风流方向与冬季自然风流方向相反。机械风压靠通风机运转产生。空气流动时，巷道四壁对空气分子有摩擦阻力，阻碍空气的流动，在巷道拐弯和断面突然变化等地点以及巷道中有堆积物时，都会使风流方向或速度发生突然变化，形成涡流与冲击，产生局部阻力。井巷对空气流动所产生的全部阻力总称为矿井通风阻力。为了使空气在井巷内流动，必须使通风机产生的通风压力与通风阻力相等。井巷的通风阻力越大，所需要的风压值也越大，矿井通风就比较困难；反之，通风工作就比较容易。（三）、矿井通风系统矿井通风系统是矿井通风方法、通风方式和通风网络的总称。通风方法是指主要通风机工作方法，有抽出式、压人式及压入抽出联合式等；通风方式是指进风井筒与回风井筒的布置方式，有中央并列式、中央边界式、对角式及混合式等；通风网络是指风流流经巷道的联结形式，有串联、并联、角联及复杂联结等。1、矿井通风系统的选择原则（l）矿井投产较快，安全可靠，经济效益好。（2）进风井要避免有害气体和粉尘的侵入，以免污染入风井。（3）每一矿井必须有完整独立的通风系统。（4）如果用箕斗井或带式输送机井兼作进风井，必须遵守煤矿安全规程的规定。（5）如用箕斗井回风，井上装卸装置和井塔必须有完整的封闭设施，其漏风率不得超过15%，并应有可靠的降尘措施。（6）每一生产水平和每一采区都必须有独立的回风道，实行分区通风。采区准备时必须先在采区构成贯穿风流后，方可开掘其他巷道。（7）回采和掘进工作面都应有独立的通风系统。（8）井下火药库、机电硐室必须有单独的进风流，回风必须直接引人回风道。2、矿井通风方法 矿井通风机的工作方法有压人式、抽出式和抽压联合式三种。（1）压人式 主要通风机安装在入风井口，整个通风系统处于正压状态。压人式通风的缺点是，矿井进风路线漏风大，通风管理困难。井下风流处于正压状态，当主要通风机因故停止运转时，风压降低，有可能使采区瓦斯涌出量增加，造成瓦斯积聚。优点是，少掘总回风道，初期投资少，建井快；出风井多，通风阻力小。（2）抽出式 主要通风机安装在回风井口，整个通风系统处于负压状态。抽出式通风的优缺点与压人式通风的相反。（3）抽压联合式 虽能产生较大的通风压力，适应大阻力矿井的需要，且使矿井内部漏风较小，但因通风管理比较复杂，故一般很少采用。 3、矿井通风方式根据进回风井的布置形式不同，可分为以下几种。1）中央式中央式出风井与进风井大致位于井田走向中央，根据出风井沿煤层倾向位置不同，又分为中央并列式和中央边界式。可分为中央并列和中央边界式。2）对角式进风井位于井田中央，出风井分别位于井田沿走向的两翼。根据出风井位置的不同，又分为两翼对角式和两翼分区式。可分为两翼对角式和两翼分区式。 3）混合式混合式是老矿井进行深部开采时所采用的通风方式，一般进风井、回风井由三个以上井筒按上述各种方式混合组成。有中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式，中央并列与中央分列混合式等。适用于煤层埋藏深，井田规模大，瓦斯量较大，煤层较多的老矿井。4、通风网络的基本形式和特征矿井风流按照生产要求在巷道中采取分岔或汇合等线路结成的风流，叫做通风网络。通风网络中井巷风流的基本联结形式有串联、并联和角联三种。5、掘进通风矿井掘进通风主要以局部通风机为动力，通过风筒把新鲜风流送入掘进工作面的通风方法。我国煤矿多用JBT系列、对旋式和混流式风机等。以局部通风机为动力的通风方法有三种：压入式通风、抽出式通风、混合式通风。（五）、矿井通风设施通风设施是控制风流所采用的一些人工建筑设施。根据不同需要，可分为隔绝风流、隔断风流、分隔风流、调控风流及输送风流等设施。1、风桥：将两股平面交叉的新、污风流隔成立体交叉的一种通风设施。2、密闭：在不允许风流通过，也不允许行人行车的设施。分为两种：永久密闭和临时密闭。3、风门：在不允许风流通过，但需行人或行车的巷道内设置的通风构筑砰：风门有木制、金属材料或混合材料。风门按原理分为普遍风门和自动风门，普通风门人力开启，自动风门各种动力启闭，分为撞杆式、气动式、电动式等。4、调节风窗：安装在风路上可调节风量的通风构筑物。作用是实现并联风网中的风量按需分配，达到调节风量的目的。结构要求牢固，调节方更，风窗必须建在并联通风阻力小的巷道内，避免在矿井总回风和一翼总回风中建筑。三、矿井瓦斯及治理（一）、矿井瓦斯的性质所谓矿井瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，有时单独指甲烷，故其性质常呈现为甲烷的性质。矿井瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，在标准状态下，1 m3瓦斯的质量为0.7168 kg，比空气1.293 kg m3轻，故常积聚在巷道顶部、上山掘进工作面及顶板冒落的地区，因此检查时要特别注意这些地点。矿井瓦斯的扩散性好，比空气大1.6倍。矿井瓦斯本身无毒，但矿井空气中的瓦斯浓度较高时，就像氮气一样会相对降低空气中氧气含量，因缺氧而会引起人员窒息。当矿井瓦斯浓度达到43%时，氧的浓度将降到12%，人将感到呼吸困难；当矿井瓦斯浓度达到51%时，氧气含量会降低到9%，人若误人其中，短时间就会窒息死亡。在井下盲巷、废巷或通风不良的地区，都必须封闭或设置栅栏并悬挂“禁止人内”的标志，严禁人员进入，更不准入内作业。矿井瓦斯难溶于水，压力为50个大气体，温度为30时，其溶群度仅为1%。矿井瓦斯不助燃，但与空气混合达到一定浓度后，遇到高温火焰能够燃烧和爆炸。（二）矿井瓦斯爆炸及其预防1、瓦斯爆炸的条件：瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：既瓦斯浓度处于爆炸范围5-16%，高温火源650-750，氧气浓度超过12%。2、瓦斯爆炸的危害：瓦斯爆炸的危害表现在以下三个方面：爆炸产生高温火源；爆炸产生高压、冲击波；爆炸产生有害气体。矿井瓦斯爆炸的危害极其严重，必须采取有效措施，杜绝此类事故发生。预防瓦斯爆炸主要应从以下三个方面进行：一是防止瓦斯积聚和超限；二是防止瓦斯引燃；三是防止瓦斯爆炸灾害事故的扩大。四、矿井粉尘矿井粉尘包括煤尘和岩尘，它是煤矿生产过程中生成的细散状尘粒。粉尘的危害性很大，不仅引起职业病危害工人的身体健康，造成丧失劳动能力和缩短寿命。煤尘还具有爆炸性造成严重破坏和大量伤亡，威胁着矿井的安全生产。五、矿井火灾及危害 1、矿井火灾概念：凡是发生在矿井井下或地面，威胁到井下安全生产，造成损失的非控制燃烧均称为矿井火灾。如发生在地面井口房、通风机房失火或井下的胶带着火、煤炭自燃等，均为矿井火灾。2、矿井火灾的分类：矿井火灾按其原因可分为外因火灾和内因火灾两大类。3、矿井火灾的危害； 1）产生大量的有毒、有害气体；2）引起瓦斯或煤尘爆炸；3）毁坏设备和资源；4）产生火风压，扩大事故；5）扑灭火灾需耗费大量人力、物力、财力，成本高。4、预防自然火灾的措施:采矿技术措施；2）通风措施；3）预防性灌浆；4）阻化剂防火。第二章 的煤矿监测传感器一、传感器的概念1、传感器定义传感器是一种检测装置，它直接接受被测参数的有关数据（信息），并能将所接受的物理量信息按一定规律转变成同种或别种物理量信息。所以，有时又把传感器称为变换器或变能器。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。如果没有精确可靠的传感器，就不可能存在精确可靠的自动检测和控制系统。2、传感器的组成传感器一般由检出元件、调理电路、显示器、传输信号和接口等部分组成，有时也把工作电源电路包括在内，如下图所示。 传感器组成原理框图1）检出元件检出元件是直接感受被测物理量的元件，其输出信号与被测参数构成某种确定的关系，并用所输出的信号表示被测参数的实际状态。检出元件按变换方式可分为直接变换与间接变换两种。（1）直接变换式 输人为非电量而输出为电量者，称之为直接变换式检出元件。如热电偶可将温度直接变换为电压，热电阻可将温度变为电阻信号，等等。（2）间接变换式 输入为非电量而输出仍然是非电量，只有再经变换才能获得电量信号，这种经过两次以上交换才能得到电量输出信号的，称为间接变换式检出元件。如膜片或波纹管，先将压力数据变换为位移值，然后再将位移值信号变换为电量输出。井下测压的差压膜盒式传感器就属于这类变换。2）调理电路传感器输出往往不能满足显示电路的要求，因此，在传感器与显示器之间需要有接口及调理电路。典型的接口及调理电路包括：电桥、激励源、放大、滤波、线性化、隔离、偏置、阻抗变换、电平转换以及各种各样的计算（模拟量或数字量）等电路组成。3）显示器（1）模拟显示器 又称指示式显示器，被测量值的大小靠指针、标尺等的相应位置指示。有时也带有机构，能以曲线形式绘制出被测量动态变化。（2）数字显示器 多用液晶或数码管直接显示被测量值。（3）屏幕显示器 它是一种靠电视屏幕显示被测量值的部件，可以同时显示多个被测量值及其变化规律（曲线或表格），有利于对被测值的比较和分析。4）传输信道 传输信道是联系仪器各个环节，为各环节的输入和输出提供信息通路的设施信号传输方式如下： 模拟信号传输 、有线传输、数字信号传输、信号传输、无线传输二、传感器分类传感器种类繁多，用途十分广泛，实用传感器有如下几种分类方法：1、按输入物理量分类按输人物理量的性质可区分为：位移传感器、速度传感器、温度传感器、力传感器（压力、力矩、转矩和力敏等）、流量传感器、湿敏传感器、气敏传感器、热敏传感器、光敏传感器、磁传感器、超声及声波传感器、红外传感器、压敏传感器、射线与微波传感器、化学及电化学传感器、色敏传感器、图像传感器、物位传感器、尺寸传感器及压差传感器等。2、按工作原理分类按工作原理不同可分为：压电式、动图式、电磁式、磁阻式、电感式、电容式、液压式、气压式、流量计式、浮子式、活塞式、电阻式等。3、按能量传递方式分类按能量的观点分类，传感器可划分为能量控制型（无源传感器）、能量变换型（有源传感器）和能量传递型（间接传感器）三类。4、按输出信号性质分类按输出信号性质可将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器两类。三、甲烷传感器甲烷（CH4）浓度监测是矿井安全监控的首要内容。按其监测浓度范围可分低浓度、高浓度、高低浓度组合和全量程4种。低浓度甲烷传感器的量程为04.0%CH4。高浓度甲烷传感器的量程为0100%。当环境中甲烷浓度大于或等于报警浓度时，发出声光报警信号；当环境中甲烷浓度大于或等于断电浓度时，切断被控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当甲烷浓度低于复电浓度时解锁。因此，甲烷传感器既是矿井安全监控最重要的设备，又是矿井安全监控必各的设各之一。甲烷传感器按其工作原理可分为催化燃烧式和热导式等。由于在矿井安全监测中，用于低浓度甲烷监测的主要是催化燃烧式，用于高浓度甲烷监测的主要热导式。1、催化燃烧式催化燃烧式甲烷传感器的工作原理是：传感元件（含敏感元件，以下同）表面的甲烷（或可燃性气体）在催化剂的催化作用下，发生无焰燃烧，放出热量，使传感元件升温，进而使传感元件电阻变大，通过测量传感元件电阻变化就可测出甲烷气体的浓度。催化燃烧式甲烷传感元件有铂丝催化元件和载体催化元件两种。1）铂丝催化元件铂丝催化元件采用高纯度（99.99%）的铂丝制成线圈，铂丝既是催化剂，又是加热器。当铂丝催化元件通电后，铂丝电阻将电能转换成热能，在铂丝的催化作用下，吸附在铂丝表面的甲烷无焰燃烧，放出热量，进而使铂丝升温，电阻变大，通过测量其电阻变化，就可测得空气中甲烷浓度。铂丝催化元件结构简单，稳定性好，受硫化物中毒影响小。但铂丝的催化活性低，必须在900以上高温才能使元件工作，这不仅耗电大，在高温的作用下还会导致元件表面蒸发，使铂丝变细，电阻增大，造成传感器零点漂移。另外，铂丝催化元件机械强度低，由于机械振动等会改变其几何形状，影响传感器参数。因此，在矿井安全监控装置中，测量低浓度的甲烷传感器主要是载体催化元件。2）载体催化元件 载体催化元件一般由一个带催化剂的传感元件（俗称黑元件）和一个不带催化剂的补偿元件（俗称白元件）组成，如图所示。白元件与黑元件的结构尺寸完全相同。但白元件表面没有催化剂，仅起环境温度补偿作用。 图 载体催化元件结构（黑白元件） （a）带催化剂的载体敏感元件；（b）不带催化剂的载体补偿元件黑元件由铂丝线圈Al2O3载体和表面的催化剂组成。其中铂丝线圈用来给元件加温，提供甲烷催化燃烧所需要的温度，同时，甲烷燃烧放上的热量使其升温，通过测量其电阻变化，就可测得空气中甲烷浓度。Al2O3载体用来固定铂丝线圈，增强元件的机械强度。涂在元件表面的（Pt）和钯（Pd）等重金属催化剂，使吸附在元件表面的甲烷无焰燃烧。甲烷无焰燃烧放出的热量，使黑元件升温，从而使铂丝线圈的电阻增大，通过电桥，就可测得由于甲烷无焰燃烧使铂丝线圈电阻增大的值。当然，由于环境温度的变化也会使铂丝线圈的电阻发生变化。为克服环境温度变化对甲烷浓度测量的影响，在电桥中引入了与黑元件结构尺寸完全相同的白元件。由于白元件表面没有催化剂，因此甲烷不会在白元件表面燃烧，白元件铂丝圈的电阻变化仅与环境温度有关。由于黑元件R1与白元件R2处于电桥的同一侧，通过的电流相等（不考虑电压测量电路的漏电流），因此在甲烷（可燃性气体）浓度为零的新鲜空气中，其电阻相等（不考虑由于制造过程中的结构差异），即R1R2。这时，电桥处于平衡状态，输出电压为0。若环境温度发生变化或通过黑白元件的电流发生变化，使黑白元件电阻发生变化，但由于变化后的黑白元件电阻仍相等，不会使电桥失衡。因此白元件具有环境温度补偿作用。当空气中甲烷浓度不为零，吸附在黑元件表面的甲烷在黑元件表面催化燃烧，燃烧放出的热量与甲烷浓度成正比（在浓度9.5%的低浓情况下，在燃烧热量的作用下，黑元件温度上升，黑元件铂丝电阻也随之增大R1。因此，通过测量R1的变化，就可测得空气中的甲烷浓度（低浓情况下）。影响载体催化元件主要技术性能的因素有双值性、激活、催化剂中毒、灵敏度变化、响应时间、气体流量、线性度等。2、热导式热导式甲烷传感器的工作原理是：利用甲烷的热导率高于新鲜空气的热导率，通过热敏元件测量甲烷空气混合物热导率的变化，进而测得甲烷空气混合物浓度的变化。不难看出，热导式甲烷传感器的选择性较差，空气中其他气体的浓度变化会影响甲烷浓度的测量。例如，二氧化碳浓度的增加会使热导率降低，温度的增加将使热导率增大。热导式甲烷传感器要排除二氧化碳和空气湿度的影响。第三章 矿井监测系统一、矿井监控系统的组成矿井监控系统是由单一甲烷监测和就地断电控制的瓦斯遥测系统和简单的开关量监测模拟盘调度系统发展而来的。这些系统监测参数单一，监测容量小，电缆用量大、系统性能价格比低，难以满足煤矿安全生产的需要。随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监控系统已由早期的单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统。现有矿井监控系统在煤矿安全生产、提高生产率和设备利用率方面起到了重要作用，但存在着硬件不通用、软件不兼容、信道不共享、信息不共享、以监测为主，控制功能、特别是远程控制功能不强、灾害预报功能弱等问题。因此，矿井监控系统将综合组态软件、现场总线、可编程控制器、多媒体、计算机网络、GIS和智能传感器等技术，向着监测与控制并重、就地自动控制、远程人为控制、灾害预报、硬件通用、软件兼容、信道共享、信息共享、多参数、多功能、多媒体全矿井综合监控的方向发展。1、早期的矿井监控系统矿井监控系统是由瓦斯遥测系统发展而来的。瓦斯遥测系统是用来监控井下环境中甲烷浓度的监控系统，并具有瓦斯超限声光报警和断电功能。瓦斯遥测系统一般由甲烷传感器、断电仪、遥测仪和记录仪组成。甲烷传感器将被测甲烷浓度转换为电信号送断电仪，并具有瓦斯浓度显示和甲烷浓度超过报警浓度后声光报警功能（也有一些瓦斯遥测系统将声光报警箱与传感器分离）。断电仪对甲烷传感器送来的甲烷浓度信号进行调制，将调制后的信号经2芯矿用信号电缆远距离传送至地面的遥测仪。同时对接收到的甲烷浓度信号进行判别，若超过断电浓度，则通过控制继电器切断被控区域的动力电源，并实现闭锁。断电仪还兼作电源，将井下电网的交流电转换为断电仪和传感器所需的本质安全型直流电源。遥测仪对接收到的调制信号解调后显示，并进行报警判别，当甲烷浓度超过报警浓度时，发出声光报警信号。记录仪将甲烷浓度实时记录下来。2、矿井监控系统组成矿井监控系统由早期的单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统，这些系统均针对某一方面的多参数监控，这包括环境安全监控系统、轨道运输监控系统、胶带运输监控系统、提升运输监控系统、供电监控系统、排水监控系统、矿山压力监控系统、火灾监控系统、水灾监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、大型机电设备健康状况监控系统等。环境安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。矿井监控系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱（或电控箱）、主站（或传输接口）、主机（含显示器）、打印机、电视墙（或投影仪、模拟盘、多屏幕、大屏幕）、管理工作站、服务器、路由器、UPS电源、电缆和接线盒等组成。3、矿井监控系统的特点煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃易爆可燃性气体和腐蚀性气体，潮湿、淋水、矿尘大、电网电压波动大、电磁干扰严重、空间狭小、监控距离远。因此，矿井监控系统不同于一般工业监控系统，矿井监控系统同一般工业监控系统相比具有如下特点：1）电气防爆。一般工业监控系统均工作在非爆炸环境中，而矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下，因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。2）传输距离远。一般工业监控系统对系统的传输距离要求不高，仅为几千米，甚至几百米，而矿井监控系统的传输距离至少要达到10km。3）网络结构宜采用树型结构。4）监控对象变化缓慢。5）电网电压波动大。6）工作环境恶劣。7）传感器（或执行机构）宜采用远程供电。8）不宜采用中间继电器。第四章 传感器的安装与设置一、甲烷传感器的设置1、甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板（顶梁、屋顶）不得大于300mm，距巷道侧壁（墙壁）不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。2、甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围及便携式甲烷检测报警仪的报警浓度必须符合表1的规定。表1甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围及便携式甲烷检测报警仪的报警浓度甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪设置地点甲烷传感器编号报警浓度%CH4断电浓度%CH4复电浓度%CH4断电范围采煤工作面上隅角T01.01.51.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备采煤工作面上隅角设置的便携式甲烷检测报警仪1.0低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面T11.01.51.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面T11.01.51.0工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备采煤工作面回风巷T21.01.01.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备煤与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷T30.50.50.5进风巷内全部非本质安全型电气设备采用串联通风的被串采煤工作面进风巷T40.50.50.5被串采煤工作面及其进回风巷内全部非本质安全型电气设备采用两条以上巷道回风的采煤工作面第二、第三条回风巷T51.01.51.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备T61.01.01.0专用排瓦斯巷T72.52.52.5工作面内全部非本质安全型电气设备有专用排瓦斯巷的采煤工作面混合回风流处T81.01.01.0工作面内及其回风巷内全部非本质安全型电气设备高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井采煤工作面回风巷中部1.01.01.0工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备采煤机1.01.51.0采煤机电源采煤机设置的便携式甲烷检测报警仪1.0煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面T11.01.51.0掘进巷道内全部非本质安全型电气设备煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面回风流中T21.01.01.0掘进巷道内全部非本质安全型电气设备采用串联通风的被串掘进工作面局部通风机前T30.50.50.5掘进巷道内全部非本质安全型电气设备0.51.50.5包括局部通风机在内的掘进巷道内全部非本质安全型电气设备高瓦斯矿井双巷掘进工作面混合回风流处T31.51.51.0包括局部通风机在内的全部非本质安全电源高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井掘进巷道中部1.01.01.0掘进巷道内全部非本质安全型电气设备掘进机1.01.51.0掘进机电源掘进机设置的便携式甲烷检测报警仪1.0采区回风巷1.01.01.0一翼回风巷及总回风巷0.7回风流中的机电硐室的进风侧0.50.50.5机电硐室内全部非本质安全型电气设备使用架线电机车的主要运输巷道内装煤点处0.50.50.5装煤点处上风流100米内及其下风流的架空线电源和全部非本质安全型电气设备高瓦斯矿井进风的主要运输巷道内使用架线电机车时，瓦斯涌出巷道的下风流处0.50.50.5瓦斯涌出巷道上风流100米内及其下风流的架空线电源和全部非本质安全型电气设备矿用防爆特殊型蓄电池电机车内0.50.50.5机车电源矿用防爆特殊型蓄电池电机车内设置的便携式甲烷检测报警仪0.5矿用防爆特殊型柴油机车内设置的便携式甲烷检测报警仪0.50.5兼做回风井的装有带式输送机的井筒0.50.70.7井筒内全部非本质安全型电气设备采区回风巷、一翼回风巷及总回风巷道内临时施工的电气设备上风侧1.01.01.0回风巷道内全部非本质安全型电气设备井下煤仓上方、地面选煤厂煤仓上方1.51.51.5贮煤仓运煤的各类运输设备封闭的地面选煤厂内1.51.51.5选煤厂内全部电气设备封闭的带式输送机地面走廊内, 带式输送机滚筒上方1.51.51.5带式输送机地面走廊内全部电气设备地面瓦斯抽放泵站室内0.5井下临时瓦斯抽放泵站内下风侧栅栏外0.51.00.5瓦斯抽放泵站电