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瓦斯基础知识瓦斯基础知识概 述 瓦斯是指一种混合气体，是井下煤层含有的所有有毒有害气体的总称，包括甲烷、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等。甲烷在井下各种有毒有害气体中所占比例最大，可达8090%，所以习惯上把甲烷称为瓦斯。一瓦斯的形成和性质n n1.瓦斯的生成n n伴随着煤炭同时生成，经厌氧菌的作用，古植物纤维质化学成分和结构发生变化，分解产生大量瓦斯。n n每生成1t煤，大约可以伴生600m3，长焰煤变成无烟煤时，每吨煤又可产生大约240m3瓦斯。n n2.2.瓦斯的性质瓦斯的性质n n主要组成成分：甲烷（主要组成成分：甲烷（CH4CH4）n n1.1.物理性质物理性质n n1 1）无色、无味、无臭。）无色、无味、无臭。n n2 2）微溶于水，标准大气压下，）微溶于水，标准大气压下，100L100L水可以溶解水可以溶解3.31L3.31L的瓦斯。的瓦斯。n n3 3）相对密度）相对密度0.5540.554。n n4 4）扩散性强，比空气强）扩散性强，比空气强1.61.6倍。倍。n n2.2.化学性质化学性质n n无毒，不助燃，也不能供人呼吸，在一定浓度范无毒，不助燃，也不能供人呼吸，在一定浓度范围内能燃烧和爆炸。围内能燃烧和爆炸。一瓦斯的形成和性质n n煤的结构状态：煤的结构状态：煤的结构状态：煤的结构状态：十分复杂的孔隙性介质，内部有十分复杂的孔隙性介质，内部有十分复杂的孔隙性介质，内部有十分复杂的孔隙性介质，内部有巨大的自由空间和孔隙表面。使得瓦斯能以游离巨大的自由空间和孔隙表面。使得瓦斯能以游离巨大的自由空间和孔隙表面。使得瓦斯能以游离巨大的自由空间和孔隙表面。使得瓦斯能以游离和吸附两种状态存在与这些孔隙和裂隙中。和吸附两种状态存在与这些孔隙和裂隙中。和吸附两种状态存在与这些孔隙和裂隙中。和吸附两种状态存在与这些孔隙和裂隙中。n n其结构状态其结构状态其结构状态其结构状态n n如图所示：如图所示：如图所示：如图所示：二瓦斯在煤体中的存在状态二瓦斯在煤体中的存在状态n n（一）游离状态（一）游离状态n n以自由气体状态存在于煤体或岩体的孔隙和裂隙以自由气体状态存在于煤体或岩体的孔隙和裂隙之中。之中。n n（二）吸附状态（二）吸附状态n n1.1.吸着状态吸着状态n n瓦斯气体分子在表面的固体分子吸引力作用下，瓦斯气体分子在表面的固体分子吸引力作用下，被吸附在孔隙表面上，形成很薄的吸附层。被吸附在孔隙表面上，形成很薄的吸附层。n n2.2.吸收状态吸收状态n n指瓦斯分子在较高压力作用下，已深入到煤分子指瓦斯分子在较高压力作用下，已深入到煤分子团内部。团内部。二瓦斯在煤体中的存在状态二瓦斯在煤体中的存在状态n n（三）影响瓦斯存在状态的因素影响瓦斯存在状态的因素n n天然状态下，吸附状态约占天然状态下，吸附状态约占90%90%，自由状态的仅，自由状态的仅占占10%10%。n n外界条件不变时，游离状态和吸附状态处于动态外界条件不变时，游离状态和吸附状态处于动态平衡状态平衡状态n n吸附现象：当压力升高或温度降低时，部分游离吸附现象：当压力升高或温度降低时，部分游离状态的瓦斯会转变为吸附状态的现象。状态的瓦斯会转变为吸附状态的现象。n n解吸现象：当压力降低或温度升高时，有部分吸解吸现象：当压力降低或温度升高时，有部分吸附状态的瓦斯转变为游离状态的现象。附状态的瓦斯转变为游离状态的现象。二瓦斯在煤体中的存在状态二瓦斯在煤体中的存在状态n n煤层瓦斯含量：指单位质量煤体中所含瓦斯的体积，mL/g。n n原始瓦斯含量:指煤层在未受采动影响的原始状态下的瓦斯含量；n n残存瓦斯含量：指受采动影响，已有部分瓦斯排除而剩余在煤层中瓦斯量。n n（一）影响瓦斯生成量的因素n n（二）影响瓦斯保存放散条件的因素三煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量n n（一）影响瓦斯生成量的因素n n 1）成煤前植物遗体中含有机质越多，杂质越少，瓦斯生成量越多。n n 2）煤的变质程度越高，含固定碳越多，瓦斯生成量越多。n n 3）按地质条件，煤田成煤越早，瓦斯生成量越大。三煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量n n（二）影响瓦斯保存放散条件的因素n n1.煤的性质n n2.煤层赋存条件n n3.围岩的性质n n4.地质构造三煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量n n1.煤的性质n n1)煤的孔隙率：孔隙率越大，贮存游离瓦斯的空间越大，瓦斯的吸附能力也越大，贮存的瓦斯也越多。n n2）煤的透气性：煤的透气性越强，瓦斯就越容易跑掉。n n3）煤的水分含量：煤层水分越多，瓦斯含量就会相应减少。n n2.煤层赋存条件n n1）煤层埋藏深度n n2）煤层倾角四瓦斯涌出量四瓦斯涌出量n1.瓦斯涌出n2.瓦斯涌出量n3.矿井瓦斯等级 n n1.1.瓦斯涌出形式瓦斯涌出形式n n1 1）普通涌出：指从煤岩层及采落得煤、矸石表面）普通涌出：指从煤岩层及采落得煤、矸石表面细微的裂缝和空隙中缓慢均匀的涌出的现象。细微的裂缝和空隙中缓慢均匀的涌出的现象。n n2 2）特殊涌出）特殊涌出n n瓦斯喷出：煤炭开采过程中，从煤体或岩体的裂瓦斯喷出：煤炭开采过程中，从煤体或岩体的裂隙、空洞或炮眼中大量异常涌出的现象。隙、空洞或炮眼中大量异常涌出的现象。n n在在20m20m巷道范围内，每分钟超过巷道范围内，每分钟超过1.0 m3/min1.0 m3/min，且持，且持续时间在续时间在8h8h以上时，该采区定为瓦斯喷出区域。以上时，该采区定为瓦斯喷出区域。n n瓦斯突出：指地下开采过程中，在地应力和瓦斯瓦斯突出：指地下开采过程中，在地应力和瓦斯压力的共同作用下，破碎的煤岩和瓦斯突然向采压力的共同作用下，破碎的煤岩和瓦斯突然向采掘空间抛出的异常动力现象。掘空间抛出的异常动力现象。四瓦斯涌出量四瓦斯涌出量n n2.瓦斯涌出量n n1）绝对涌出量（QCH4）指单位时间内涌出的瓦斯体积，m3/min、m3/d。n nQCH4=Q总c m3/min n n或QCH4=Q总c6024 m3/dn n式中 Q总矿井总回风量，m3/minn n C矿井总风流中瓦斯浓度，%四瓦斯涌出量四瓦斯涌出量n n2）相对涌出量（qCH4）：指正常生产条件下，平均日产1t煤所涌出的瓦斯体积，m3/t。n nqCH4=QCH4 n/T m3/tn n式中 n月工作天数，d。n n T月产量，t。n n 3.矿井瓦斯等级n n瓦斯矿井：一个矿井只要有一个煤（岩）层发现瓦斯。n n（1）低瓦斯矿井：相对涌出量qCH4 10 m3/t，且绝对涌出量QCH4 40 m3/min。n n（2）高瓦斯矿井：相对涌出量qCH4 10 m3/t，或绝对涌出量QCH4 40 m3/min。n n（3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过一次煤与瓦斯突出。相相对对瓦斯涌出量瓦斯涌出量qCH4绝对绝对瓦斯涌出量瓦斯涌出量QCH4低瓦斯低瓦斯矿矿井井10 m3/t 且且 40 m3/min。高瓦斯高瓦斯矿矿井井10 m3/t 或或 40 m3/min双突双突矿矿井井只要只要发发生生过过一次煤与瓦斯突出一次煤与瓦斯突出n n划分瓦斯等级的目的:n n（1）确定稀释矿井瓦斯的供风标准；n n（2）确定矿井电气设备的选型；n n（3）确定检测瓦斯的周期（次数）；n n（4）确定特殊开采方法及其相应的管理制度和处理措施。五瓦斯爆炸五瓦斯爆炸n n（一）瓦斯爆炸机理（一）瓦斯爆炸机理n n瓦斯爆炸实质是一种化学反应，其反应式如下：瓦斯爆炸实质是一种化学反应，其反应式如下：n n CHCH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O+882.6kJ/molO+882.6kJ/moln n瓦斯爆炸反应也是一种连锁反应，当瓦斯混合气瓦斯爆炸反应也是一种连锁反应，当瓦斯混合气体吸收一定能量时（通常是引火源给予的能），体吸收一定能量时（通常是引火源给予的能），CHCH4 4分子链断裂，离解成两个或两个以上的游离基分子链断裂，离解成两个或两个以上的游离基CHCH3 3、H H（也叫自由基），这些游离基就（也叫自由基），这些游离基就成为活化中心，完成整个氧化反应过程，并放出成为活化中心，完成整个氧化反应过程，并放出一定热量，这些热量又会促进周围的瓦斯分子分一定热量，这些热量又会促进周围的瓦斯分子分解，产生更多的活化中心，如此循环不已，游离解，产生更多的活化中心，如此循环不已，游离基越来越多，反应也越来越快，使气体受热膨胀，基越来越多，反应也越来越快，使气体受热膨胀，最后发展成燃烧和爆炸，其最终产物是最后发展成燃烧和爆炸，其最终产物是COCO2 2 和和H H2 2OO。n n化学爆炸的三要素：n n（1）瓦斯氧化属放热反应，且放热量很大；n n（2）瓦斯浓度在爆炸范围以内时，氧化反应速度很快；n n（3）反应结果会产生大量气体（CO2、CO和水蒸气）。n n（二）瓦斯爆炸的效应及产物（二）瓦斯爆炸的效应及产物n n 1 1）高温）高温n n 瞬间高温可达瞬间高温可达1850185026502650。n n 2 2）高压）高压n n 爆炸后压力可达爆炸后压力可达911.7kP(9911.7kP(9个大气压个大气压)左右。左右。n n 3 3）冲击波）冲击波n n （1 1）正向冲击）正向冲击n n （2 2）反向冲击）反向冲击n n 4 4）有害气体）有害气体n nOO2 2：6 610%10%；NN2 2：828288%88%；COCO：2 24%4%（如有（如有煤尘参与爆炸可达煤尘参与爆炸可达8%8%）。）。五瓦斯爆炸五瓦斯爆炸n n（三）瓦斯爆炸的条件及影响因素n n 1.瓦斯爆炸条件n n 1）瓦斯爆炸浓度条件n n 2）氧气浓度条件n n 3）足够能量的点火源五瓦斯爆炸五瓦斯爆炸瓦斯瓦斯氧气氧气火源火源高温高温有毒有害有毒有害气体气体高压高压冲击波冲击波n n1瓦斯爆炸浓度条件n n1）爆炸浓度界限n n 下限为56%，低于56%时，瓦斯混合气体无爆炸性，但遇火能燃烧；n n上限为1416%，超过1416%时，混合气体既无爆炸性，也不能燃烧。n n在9.19.5%爆炸最猛烈。n n瓦斯浓度在9.19.5%时，氧气与瓦斯反应最完全，所以爆炸最猛烈。五瓦斯爆炸五瓦斯爆炸n n2）影响瓦斯爆炸浓度界限的因素n n （1）爆炸初温 爆炸时混合气体初温越高，爆炸界限越大。n n（2）爆炸初压 爆炸时初压越高，爆炸界限越大。n n（3）煤尘和可燃性气体混入 会使瓦斯爆炸界限扩大。n n（4）惰性气体混入 使爆炸界限缩小，降低爆炸的危险性。五瓦斯爆炸五瓦斯爆炸n n2 2氧气浓度氧气浓度n n当氧气浓度降低时，当氧气浓度降低时，n n瓦斯爆炸下限缓慢瓦斯爆炸下限缓慢n n升高，上线迅速下降。升高，上线迅速下降。n n当氧气浓度低于当氧气浓度低于n n12%12%时，瓦斯混时，瓦斯混n n合气体就失去了合气体就失去了n n爆炸性。爆炸性。E爆炸区爆炸区141881812ACDB10426102468121416201620不爆炸区不爆炸区混混入入新新鲜鲜空空气气后可能爆炸区后可能爆炸区O2%CH4%瓦瓦斯斯空空气气混混合合气气体体爆爆炸界限与氧气浓度的关系炸界限与氧气浓度的关系n n3足够能量的点火源n n1）点燃温度n n正常大气条件下，点火温度为650750。n n实验表明：瓦斯最容易点燃的浓度为78%。n n混合气体压力越大点燃温度越低。n n混合气体初始温度越高，点燃温度越低；且点燃面积越大，点燃时间越长，则越易点燃。五瓦斯爆炸五瓦斯爆炸n n2）瓦斯的引火延迟性n n瓦斯的引火延迟性：指达到爆炸浓度的瓦斯与高温火源接触时，并不立即发生爆炸或燃烧，而是稍事延迟的现象。n n感应期:指引火延迟的时间称为。n n瓦斯浓度越高，感应期越长，火焰温度越高，感应期越短。六瓦斯爆炸的预防六瓦斯爆炸的预防n n（一）防止瓦斯积聚的措施n n（二）防止瓦斯引燃的措施n n（三）限制瓦斯爆炸范围扩大的措施六瓦斯爆炸的预防六瓦斯爆炸的预防n n（一）防止瓦斯积聚的措施n n瓦斯积聚是指采掘工作面及井下其他地点，局部瓦斯浓度达到2%，体积超过0.5m3的现象。n n1加强通风n n2.加强检查n n3.及时处理局部积聚的瓦斯n n4.抽放瓦斯n n1加强通风n n1）采用最佳的通风系统。n n2）选择合理的通风机械。n n3）煤仓瓦斯积聚治理装置n n包括由若干个煤仓瓦斯分离器、风幛、双向风窗和焚风通风塔组成n n2.2.加强检查加强检查n n1 1）规程规程关于检查次数的规定：关于检查次数的规定：n n低瓦斯矿井每班低瓦斯矿井每班2 2次；次；n n高瓦斯矿井每班高瓦斯矿井每班3 3次；次；n n有突出、喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出量大，变化异有突出、喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出量大，变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查，并设瓦斯断电仪。常的采掘工作面，必须有专人经常检查，并设瓦斯断电仪。n n2 2）规程规程关于瓦斯浓度的规定：关于瓦斯浓度的规定：n n采掘工作面回风流中瓦斯浓度超过采掘工作面回风流中瓦斯浓度超过1%1%必须停工，撤人，采必须停工，撤人，采取措施，进行处理。取措施，进行处理。n n采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机及开关附近采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机及开关附近20m20m以内风流中瓦斯浓度达到以内风流中瓦斯浓度达到1.5%1.5%时，必须停工、撤人、时，必须停工、撤人、断电、处理。断电、处理。n n采掘工作面及其他巷道内，体积超过采掘工作面及其他巷道内，体积超过0.5m30.5m3的空间内，瓦的空间内，瓦斯浓度达到斯浓度达到2%2%时，必须停工、撤人、断电、处理。时，必须停工、撤人、断电、处理。n n（二）防止瓦斯引燃的措施n n1.防止明火点燃n n包括烟火、电炉、电焊、弧焊、意外火灾等。n n2.防止爆破火焰n n3.防止电器火花n n包括漏电、失爆、电气打火、井下擅自拆开矿灯等n n4.防止摩擦和撞击火花六瓦斯爆炸的预防六瓦斯爆炸的预防n n（四）（四）选煤厂安全规程选煤厂安全规程对于瓦斯的相关规定：对于瓦斯的相关规定：n n5.3.5 5.3.5 瓦斯量大的煤仓（原煤仓、精煤仓和缓冲仓）瓦斯量大的煤仓（原煤仓、精煤仓和缓冲仓）及与其相同的房间和走廊，必须遵守下列规定：及与其相同的房间和走廊，必须遵守下列规定：n na a）建立三班巡回检查制度，制定检查图表。）建立三班巡回检查制度，制定检查图表。n nb b）煤仓设置高出房顶的瓦斯排放口。）煤仓设置高出房顶的瓦斯排放口。n nc c）使用符合防爆要求的机电设备和照明。）使用符合防爆要求的机电设备和照明。n nd d）煤仓内瓦斯浓度达到）煤仓内瓦斯浓度达到1.5%1.5%时，附近时，附近2020mm范围内范围内的电气设备立即停止运转。的电气设备立即停止运转。n ne e）房间和走廊内瓦斯浓度达到）房间和走廊内瓦斯浓度达到0.5%0.5%时，立即切断时，立即切断全部非本质安全型电源（包括照明电源）。全部非本质安全型电源（包括照明电源）。n n6.2.3 人工清仓时，必须遵守下列规定：n nb）煤仓内瓦斯浓度不得超过1.5%。n n15.2.1 焊接车间必须配备消防器材，严禁在瓦斯含量超过0.5%或煤尘浓度大于10mg/m3的场所进行焊接作业七瓦斯检测仪器七瓦斯检测仪器n n（一）光学瓦斯测定器（一）光学瓦斯测定器n n测量范围分测量范围分0 010%10%n n（精度为（精度为0.01%0.01%）n n和和0 0100%100%（精度（精度n n为为0.1%0.1%）n n结构：如图所示结构：如图所示n n目前多用目前多用AQG1AQG1型。型。平行平面镜4（b）小三棱镜6物镜7（产生光谱）测微玻璃8分划板9场镜10目镜右空气室大三棱镜5左空气室瓦斯室 大三棱镜5 瓦斯室光源1光栅2聚光镜3平行平面镜4（a）n n原理：光程原理：光程=折射率折射率 几何路程几何路程n n当两束光存在的光程差时，会产生白色光特有的当两束光存在的光程差时，会产生白色光特有的干涉条纹干涉条纹光谱。光程差不同，干涉条纹也会光谱。光程差不同，干涉条纹也会随之发生移动。随之发生移动。n n由于光线通过气体介质的折射率与气体的密度有由于光线通过气体介质的折射率与气体的密度有关，而气体介质的密度又随混合气体的浓度改变关，而气体介质的密度又随混合气体的浓度改变而改变，如果以瓦斯室和空气室都充以同样密度而改变，如果以瓦斯室和空气室都充以同样密度的新鲜空气时产生的干涉条纹为基准，那么，当的新鲜空气时产生的干涉条纹为基准，那么，当以瓦斯来置换瓦斯室的空气或改变该气室的温度以瓦斯来置换瓦斯室的空气或改变该气室的温度和压力时，就会引起折射率的变化，从而引起通和压力时，就会引起折射率的变化，从而引起通过空气室和瓦斯室两束光线产生光程差的变化，过空气室和瓦斯室两束光线产生光程差的变化，进而引起干涉条纹随之移动，而且移动的距离和进而引起干涉条纹随之移动，而且移动的距离和瓦斯浓度成正比。瓦斯浓度成正比。七瓦斯检测仪器七瓦斯检测仪器n n（二）热效式瓦斯鉴定器（催化式瓦斯鉴定器）（二）热效式瓦斯鉴定器（催化式瓦斯鉴定器）n n1.1.基本结构：基本结构：n n检定器的基本结构为检定器的基本结构为n n一电桥，电桥由放在一电桥，电桥由放在n n同一个气室的检测元同一个气室的检测元n n件件R1R1及补偿元件及补偿元件R R2 2；n n电阻相同的普通元件电阻相同的普通元件n nR R3 3、R R4 4和一个以瓦斯和一个以瓦斯n n浓度为刻度的电表组成。浓度为刻度的电表组成。n n如图所示如图所示七瓦斯检测仪器七瓦斯检测仪器AAAAR2R1R3R4n n1）检测元件R1：n n组成：铂丝线圈、AL2O3载体和载体表面的铂（Pt）钯（Pb）催化剂。n n作用：当工作电流通过铂丝线圈时，元件的被加热，涂在元件表面的催化剂可以降低开始燃烧反应的温度，使吸附在元件表面的甲烷无焰燃烧，燃烧使产生的热量又能使黑元件温度进一步升高，从而使铂丝线圈的电阻增大。n n2）补偿元件R2：表面没有涂催化剂，其余和黑元件相同，对电桥的电压以及环境温度、气流速度等因素起补偿平衡作用，减少测量误差。n n3）普通元件R3、R4：采用温度系数很小的电阻，以便提高电桥在高温时的稳定性能。n n2.测量原理：当检测气室充以新鲜空气时，接通电流，电桥处于平衡状态，即R1/R2=R3/R4，对角电路无电流通过，电流表指针处于零位。当检测气室被充以含有瓦斯的气体时，电阻R1增大，电桥平衡被破坏，则,R1/R2R3/R4，对角电路有电流通过，且电流大小与瓦斯浓度成正比。n n3.载体催化元件的主要技术性能n n1）活性n n活性指元件对瓦斯氧化燃烧的速率。n n2）稳定性n n稳定性是指元件在新鲜空气与一定浓度瓦斯中，在规定的连续工作时间里的活性下降率。其值越低，表明元件工作性能越稳定。n n3）工作点与工作区间n n工作点是指元件的标准工作电压和电流值。目前国内元件的工作点有直流1.2V、2.2V、2.4V及320mA等几种。n n工作区间：当元件的工作电压或工作电流变动时，在同一甲烷浓度下输出活性大小是不同的，只有当工作电压或工作电流在某一范围内变动时，输出活性才接近于直线，这个电压或电流的变动范围称为元件的工作区间。区间范围越宽越好。目前元件的工作区间只能达到标准电压的10%。n n4 4）输出特性）输出特性n n输出特性指在不同的甲烷浓度下，元件的活性与输出特性指在不同的甲烷浓度下，元件的活性与甲烷浓度的关系。元件输出特性曲线甲烷浓度的关系。元件输出特性曲线n n如图所示。如图所示。n n从曲线可以看出，从曲线可以看出，n n只有瓦斯浓度在只有瓦斯浓度在n n0 04%4%以内时，以内时，n n电桥输出电流与电桥输出电流与n n瓦斯浓度成正比瓦斯浓度成正比n n增大，关系曲线增大，关系曲线n n为直线，因此，为直线，因此，n n热效式瓦斯检定器精确测量范围应为热效式瓦斯检定器精确测量范围应为0 04%4%。CH4%VX/mA 2 9.5 804n n5）元件的寿命n n元件的寿命指元件在使用过程中，其活性下降到某一规定值的时间。n n6）元件的“中毒”现象n n矿井中的硫化氢、二氧化硫等气体会使元件产生中毒现象，降低其活性。其原因主要是由于这些毒性气体与元件催化剂钯在高温下发生化学反应，生成不能分解的硫化钯，包裹了元件表面，引起元件活性下降。此外，井下电气设备用的硅油、硅绝缘材料等挥发物也会使元件中毒。n n8）响应时间n n响应时间指甲烷浓度发生阶跃变化时，电桥输出信号达到稳定值90%时所需要的时间。n n9）气体流量n n进入检测室的气体流量影响催化元件的灵敏度。n n（三）热导式瓦斯鉴定器（三）热导式瓦斯鉴定器n n1.1.基本结构：检定器的基本结构：检定器的n n基本结构也为一电桥，基本结构也为一电桥，n n电桥由放在同一个气电桥由放在同一个气n n室的检测元件室的检测元件R R1 1及及R R3 3，n n置于纯净空气中的电置于纯净空气中的电n n阻相同比较元件阻相同比较元件R R2 2、n nR R4 4和一个以瓦斯浓度和一个以瓦斯浓度n n为刻度的电压表组成。为刻度的电压表组成。n n如图所示如图所示七瓦斯检测仪器七瓦斯检测仪器R1R2R4R3V12n n1 1）检测元件：采用热敏电阻、铂丝或钨丝等热敏元件。）检测元件：采用热敏电阻、铂丝或钨丝等热敏元件。n n2 2）比较元件：采用普通电阻。）比较元件：采用普通电阻。n n检测原理：当瓦斯室冲入纯洁空气时，检测原理：当瓦斯室冲入纯洁空气时，R R1 1/R/R2 2=R=R4 4/R/R3 3，电桥，电桥处于平衡状态，对角电路无电压输出（处于平衡状态，对角电路无电压输出（V VS S=0=0）；当瓦斯室）；当瓦斯室充以含有瓦斯的空气时，热敏元件通过恒定电流将其加热充以含有瓦斯的空气时，热敏元件通过恒定电流将其加热到一定温度（大大低于甲烷最低点燃温度），由于瓦斯导到一定温度（大大低于甲烷最低点燃温度），由于瓦斯导热率比空气高，则热敏元件的热量易散发，其温度较低，热率比空气高，则热敏元件的热量易散发，其温度较低，电阻值也减小，这时有电阻值也减小，这时有R R1 1/R/R2 2R R4 4/R/R3 3，电桥失去平衡，这，电桥失去平衡，这时对角电路的输出电压时对角电路的输出电压V VS S正比于充入的瓦斯浓度。正比于充入的瓦斯浓度。n n由于混合气体中瓦斯浓度的微量很难通过混合气体的热导由于混合气体中瓦斯浓度的微量很难通过混合气体的热导率的变化测量，因此，热导式瓦斯检定器目前主要用于测率的变化测量，因此，热导式瓦斯检定器目前主要用于测量高浓度瓦斯监测。测量浓度范围为量高浓度瓦斯监测。测量浓度范围为0 0100%100%（精度为（精度为3%3%）。）。八矿井监测监控系统的组成及技术特征n n（一）矿井监测监控系统的组成n n传感器、执行机构、分站、电源箱、主站（或传输接口）、主机（含显示器）、打印机、模拟盘、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口和接线盒等组成。如下图所示n n矿井监测监控系统的组成路路由由器器电电视视墙墙打打印印机机打打印印机机主主机机主主机机数数据据服服务务器器文文件件服服务务器器管管理理工工作作站站管管理理工工作作站站 主主 站站监控分站监控分站执执行行机机构构模模拟拟量量传传感感器器开开关关量量传传感感器器电源电源电源电源监控分站监控分站执执行行机机构构模模拟拟量量传传感感器器开开关关量量传传感感器器广域网电 话 线入 户 用网127V127Vn n1）传感器n n功能：将被测物理量转换成电信号，经3芯或4芯矿用电缆与分站相连，并具有显示和声光报警功能。n n2）执行机构（含声光报警及显示设备）n n功能：将控制信号转换成被控物理量，即接收来自传输系统的信号，并根据开、停、断电指令执行各种控制功能。n n3 3）分站）分站n n功能：（功能：（1 1）接收来自传感器的信号，并按预先约）接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式（时分制或频分制等）远距离传送定的复用方式（时分制或频分制等）远距离传送给主站（或传输接口），同时接受来自主站（或给主站（或传输接口），同时接受来自主站（或传输接口）的多路复用信号（时分制或频分制）传输接口）的多路复用信号（时分制或频分制）等。等。n n（2 2）对传感器输入的信号和主站（或传输接口）对传感器输入的信号和主站（或传输接口）传输来的信号进行处理，控制执行机构工作。传输来的信号进行处理，控制执行机构工作。n n布置：传感器及执行机构距分站的最大传输距离布置：传感器及执行机构距分站的最大传输距离一般不超过一般不超过2km2km，一般采用星形网络结构单向模，一般采用星形网络结构单向模拟传输。分站至主站之间最大传输距离达拟传输。分站至主站之间最大传输距离达10km10km，通常采用通常采用2 2芯、芯、3 3芯或芯或4 4芯矿用信号电缆时分制或频芯矿用信号电缆时分制或频分制多路复用，树形网络结构、或环形网络结构、分制多路复用，树形网络结构、或环形网络结构、或树形与星型混合网络结构。或树形与星型混合网络结构。n n4 4）电源箱）电源箱n n功能：将井下交流电网电源转换为系统所需的本功能：将井下交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于供电不小于2h2h的蓄电池。的蓄电池。n n5 5）主站（或传输接口）主站（或传输接口）n n功能：（功能：（1 1）接受分站远距离发送的信号，并送主）接受分站远距离发送的信号，并送主机处理；接收主机信号，并送相应分站。机处理；接收主机信号，并送相应分站。n n（2 2）主站主要完成地面非本质安全性电气设备与）主站主要完成地面非本质安全性电气设备与井下本质安全型电器设备的隔离。井下本质安全型电器设备的隔离。n n（3 3）主站还有控制分站的发送与接受，多路复用）主站还有控制分站的发送与接受，多路复用信号的调制与解调，系统自检等功能。信号的调制与解调，系统自检等功能。n n6）主机n n功能：主机主要用来接收检测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络连接等。n n7）投影仪、模拟盘、大屏幕、多屏幕、电视墙等用来扩大显示面积，以便于在调度室远距离观察。n n8）管理工作站或远程终端 一般设置在矿长及总工办公室，以便随时了解矿井安全及生产状况。n n9）数据服务器 是主机和管理工作站及网络其他用户交换监控信息的集散地。n n10）路由器n n功能：用于企业网与广域网及电话线入网等协议转换、安全防范等。n n（二）矿井监测监控系统的技术特征n n1）电气防爆n n2）传输距离远n n至少要达到10km。n n3）网络结构宜采用树形结构n n4）监控对象变化缓慢n n5）工作环境恶劣n n6）不宜采用中继器八矿井监测监控系统的组成及技术特征n n（三）瓦斯传感器n n1.低浓度瓦斯传感器n n1）功能：可以将井下瓦斯浓度转换成标准电信号输送给关联设备，并具有显示、报警及断电功能。可与各类监测系统、断电仪和瓦斯闭锁装置配套。八矿井监测监控系统的组成及技术特征n n2）电路原理n n如图所示 单 片 机 89C51LED显示稳压电源I/O接口开关电源遥控接收声光报警信号输出A/D转换前置放大测量电桥看门狗EPROMn n看门狗，又叫看门狗，又叫watchdog timerwatchdog timer，从本质上来说就是一个定，从本质上来说就是一个定时器电路，一般有一个输入和一个输出，其中的输入叫做时器电路，一般有一个输入和一个输出，其中的输入叫做喂狗，输出一般连接到另外一个部分的复位端，另外一个喂狗，输出一般连接到另外一个部分的复位端，另外一个部分就是所要处理的部分，暂且称之为部分就是所要处理的部分，暂且称之为MCUMCU。n n 在在MCUMCU正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给看门狗电路清零，如果在超过规定的时间号到喂狗端，给看门狗电路清零，如果在超过规定的时间不喂狗，不喂狗，WDTWDT定时超时，就会回给一个复位信号到达定时超时，就会回给一个复位信号到达MCUMCU，使使MCUMCU复位，防止复位，防止MCUMCU死机。总的来说，看门狗电路的作用死机。总的来说，看门狗电路的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。n n WDTWDT的基本工作原理如下：在整个系统运行以后就的基本工作原理如下：在整个系统运行以后就启动了看门狗的计数器，此时看门狗就开始自动计时，如启动了看门狗的计数器，此时看门狗就开始自动计时，如果到达了一定的时间还不去给它清零，看门狗计数器就会果到达了一定的时间还不去给它清零，看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统的复位。溢出从而引起看门狗中断，造成系统的复位。n n3）主要技术参数n n2.高低浓度瓦斯传感器n n功能：同低浓度瓦斯传感器相同。n n原理：采用热导原理，其余与低浓度传感器相似。九.煤矿安全规程关于通风安全监控的规定n n（一）一般规定（一）一般规定n n第一百五十七条第一百五十七条 煤矿企业应建立安全仪表计量检煤矿企业应建立安全仪表计量检验制度。验制度。n n第一百五十八条第一百五十八条 所有矿井必须装备矿井安全监控所有矿井必须装备矿井安全监控系统。矿井安全监控系统的安装、使用和维护必系统。矿井安全监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程相关规定的要求。须符合本规程相关规定的要求。n n第一百五十九条第一百五十九条 采区设计、采掘作业规程和安全采区设计、采掘作业规程和安全技术措施，必须对安全监控设备的种类、数量和技术措施，必须对安全监控设备的种类、数量和位置，信号电缆和电源电缆的敷设，控制区域等位置，信号电缆和电源电缆的敷设，控制区域等作出明确规定，并绘制布置图。作出明确规定，并绘制布置图。n n第一百六十条第一百六十条 煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接，严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。电缆或光缆连接，严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。n n防爆型煤矿安全监测设备之间的输入、输出信号必须为本防爆型煤矿安全监测设备之间的输入、输出信号必须为本质安全型信号。质安全型信号。n n安全监控系统必须具有故障闭锁功能：当与闭锁控制有关安全监控系统必须具有故障闭锁功能：当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，必须切断该监控设备所的设备未投入正常运行或故障时，必须切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作并稳定运行后，自动解锁。与闭锁控制有关的设备工作并稳定运行后，自动解锁。n n矿井安全监控系统必须具备瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装矿井安全监控系统必须具备瓦斯断电仪和瓦斯风电闭锁装置的全部功能；当电网停电后，系统必须保证正常工作时置的全部功能；当电网停电后，系统必须保证正常工作时间不小于间不小于2h2h，系统必须具有防雷保护；系统必须具有断电，系统必须具有防雷保护；系统必须具有断电状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能；状态和馈电状态监测、报警、显示、存储和打印报表功能；中心站主机应不少于中心站主机应不少于2 2台，台，1 1台备用。台备用。n n（二）安装、维护和使用n n第一百六十一条 安装断电监控系统时，必须根据断点范围要求，提供断电条件，并接通井下电源及控制线。安全监控设备的供电电源必须取自被控制开关的电源侧，严禁接在被控制开关的负荷侧。n n拆除或改变与安全监控设备关联的电气设备的的电源线及控制线、检修与安全监控设备关联的电气设备、需要安全监控设备停止运行时，须报矿调度所，并制定安全措施后方可进行。n n第一百六十二条第一百六十二条 安全监控设备必须定期调试、校安全监控设备必须定期调试、校正，每月至少一次。甲烷传感器、便携式甲烷检正，每月至少一次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备，测报警仪等采用载体催化元件的甲烷检测设备，每每7 7天必须使用校准气样和空气样调教天必须使用校准气样和空气样调教1 1次。每次。每7 7天天必须对甲烷超限断电功能进行测试。必须对甲烷超限断电功能进行测试。n n安全监控设备发生故障时，必须及时处理，在故安全监控设备发生故障时，必须及时处理，在故障期间必须有安全措施。障期间必须有安全措施。n n第一百六十三条第一百六十三条 必须每天检查安全监控设备及电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或便携缆是否正常，使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报检测值班员；当两者读数误差记录和检查结果报检测值班员；当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在安全措施并必须在8h8h对对2 2种设备调校完毕。种设备调校完毕。n n第一百六十四条 矿井安全监控系统中心站必须实施监控全部采掘工作面瓦斯浓度变化及被控设备的通断电状态。矿井安全监控系统的监测日报表必须报矿长和技术负责人审阅。n n第一百六十五条 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欠压值，不符合要求的严禁发放使用。n n第一百六十六条 配置甲烷校准气样的装置和方法必须符合国家有关标准，相对误差必须小于5%。配置所用的原料气应选用浓度不低于99.9%的高浓度甲烷气体。n n第一百六十七条 安全监控设备布置图和接线图应标明传感器、声光报警器、断电器、分站、电源、中心站等设备的位置、接线、断电范围、传输电缆等，并根据实际布置及时修改。选煤厂安全规程对于瓦斯的相关规定：n n5.3.5 5.3.5 瓦斯量大的煤仓（原煤仓、精煤仓和缓冲仓）瓦斯量大的煤仓（原煤仓、精煤仓和缓冲仓）及与其相同的房间和走廊，必须遵守下列规定：及与其相同的房间和走廊，必须遵守下列规定：n na a）建立三班巡回检查制度，制定检查图表。）建立三班巡回检查制度，制定检查图表。n nb b）煤仓设置高出房顶的瓦斯排放口。）煤仓设置高出房顶的瓦斯排放口。n nc c）使用符合防爆要求的机电设备和照明。）使用符合防爆要求的机电设备和照明。n nd d）煤仓内瓦斯浓度达到）煤仓内瓦斯浓度达到1.5%1.5%时，附近时，附近2020mm范围内范围内的电气设备立即停止运转。的电气设备立即停止运转。n ne e）房间和走廊内瓦斯浓度达到）房间和走廊内瓦斯浓度达到0.5%0.5%时，立即切断时，立即切断全部非本质安全型电源（包括照明电源）。全部非本质安全型电源（包括照明电源）。选煤厂安全规程对于瓦斯的相关规定：n n6.2.3 人工清仓时，必须遵守下列规定：n nb）煤仓内瓦斯浓度不得超过1.5%。n n15.2.1 焊接车间必须配备消防器材，严禁在瓦斯含量超过0.5%或煤尘浓度大于10mg/m3的场所进行焊接作业