矿山安全监测技术.docx

1、检测是指人们利用仪器、仪表对某种工艺或其它过程中的参数进行检查和测量（间断性）；监测是指人们利用仪器和仪表对某种工艺或其它过程中的参数进行监视和测量（连续性）。
2、矿井环境监测主要内容：瓦斯（最重要）、一氧化碳等有毒有害气体浓度的监测；矿井风流速度、压力、温度、湿度的监测；矿尘、烟雾、噪声等环境参数的监测；对生产设备运行状态的监测、监控等
3、矿井安全监测必要性：1) 矿井安全生产的重要保证条件2) 矿井管理现代化的重要技术手段3)矿井生产发展的需要
4、矿井安全监测工作的任务：1)提供信息 2)探测和预防灾害事故 3) 制止灾害事故的发生 4)设施的自动调控 5)为抢险救灾提供决策信息
5、矿井安全监测的发展趋势：信息化、网络化、自动化1）自身性能的不断提高2）网络性能的不断改善3）智能性能的不断提高
6、非电量：被测参数不是以电流、电压等电参数表现的物理量
非电量测量系统：信息的获得部分——主要有各种传感器；
信息的转换部分——变换器、放大器、振荡器等 ；
信息的传输部分——光纤、电缆等；
信息的显示部分——指示仪、记录仪、报警仪等；
信息的处理部分——数据处理机、计算机等
7、传感器：一种能从被测对象中直接取出所需信号的监测装置。能够直接接受被测参数的有关数据，并能将所接受的信息按一定的规律转变成同种或别种物理量信息
按用途和作用原理分类：按属性分为：物理性传感器、化学性传感器；按转换方式分类：直接转换型、间接转换型
8、最常用的测量电路是电路电桥（惠斯登电桥）
原理：R1、R2、R3、R4组成4个桥臂。当Ub=Uc时，G中无电流通过，此时，电桥平衡。Uab=Uac Ubd=Ucd I1R1=I2R3 I1R2=I2R4 两式相比可得： R1/R2=R3/R4 此式为电桥平衡条件式。
常用的显示方式：模拟显示、数字显示、图形显示
9、测量误差就是测量结果与被测量的真值之差
系统误差：在同一测定条件下，反复测定同一量值时，误差的大小和符号保持不变，或按规律变化的误差
随机误差：在同一测量条件下，反复测定同一量值后，（系统误差已完全消除），测定的结果仍不一致，存在微小误差
相对误差：绝对误差与真值之比。
10、矿井有毒有害气体主要有：瓦斯（甲烷）CH4、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、、硫化氢H2S、一氧化氮NO、二氧化氮NO2等
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12、光干涉瓦斯检定器按结构可分为光路系统、气路系统、电路系统
光干涉瓦斯检定器原理：因两束光在o′点处并不重合，存在光程差，但是相距甚微，且仍然保持平行，这样两束光满足振动方向相同、频率相同和相位差一定这3个条件而产生光干涉。 光通过气体介质的折射率与气体的密度有关。如果以空气室和瓦斯室都充入同样密度的新鲜空气时产生的干涉条纹为基准，那么，当瓦斯室充入含有瓦斯的空气时，由于气体密度的不同，引起折射率的变化，光程也就随之发生变化，于是干涉条纹产生位移，位移量的大小与瓦斯浓度的高低呈线性关系。所以根据干涉条纹的移动距离就可以测知瓦斯的浓度。
计算：光干涉瓦斯检定器测定气体浓度：两次浓度差乘以系数K
ug—瓦斯在标准状态下的折射率；ua—空气在标准状态下的折射率；ux—被测气体在标准状态下的折射率
13、热传导：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递
热导型瓦斯鉴定器原理：在串联的两传感器元件中通过相同的电流时，产生的热量必定是相等的；由于两气室中散热介质不同，使得两元件出现温差，此温差导致两元件产生热态电阻差，电桥电路不再平衡；由于电桥不再平衡，从而输出一个与瓦斯浓度变化成正比例关系的直流电信号

14、热催化型瓦斯鉴定器工作原理：工作时：（1）在无瓦斯的条件下：RD=RC，桥路平衡，即：RD\R1=RC\R2，电桥的输出端Vout=0；（2）当有瓦斯时，检测元件处在可燃气体环境中，在催化作用下，CH4在检测元件RD表面上发生无焰燃烧，产生热量Q，使元件本身温度上升，导致检测元件电阻值发生变化，这样在电桥电路中，由于RD改变，使得电桥原来的平衡被打破，桥路的输出Vout不等于0，有信号输出。（3）输出信号的大小与电位的变化有关，电阻变化大小与检测元件的温升有关，温升的大小又与CH4的浓度有关，故通过输出信号的大小就可以检测出CH4浓度的大小。
区别：热导是由“散热”使电阻发生变化：而热催化式是“吸热”使电阻发生变化。
15、载体热催化元件的特性：灵敏度（活性）；稳定性；双值性；中毒性；激活特性；寿命
16、一氧化碳检知管工作原理：一氧化碳与指示剂中I2O5发生化学反应，生成游离的I2，而又与SO3形成一种棕色的化合物，在检知管中呈现一个棕色环。该棕色环随着气流的通过会不断向前移动，其移动距离与一氧化碳的浓度是线性正比关系，于是按照棕色环移动的最终位置，就可以从检知管壁的刻度上读出相应的一氧化碳浓度的数值。
17、分析氧气含量的方法：顺磁法、电化学法和热传导法
18、磁风：当温度变化时，气体的磁化率也发生变化，这就使温度低的地方顺磁性气体在磁场内受到的吸引力要比温度高处的气体大。因此，磁化率较大的冷气体就对原来处于磁场内温度较高的热气体产生一个排剂力，把它排出磁场，这种现象就是热磁对流，或称磁风
19、在通风参数测定时，大气压力和绝对压力的测定使用的仪器有：水银气压计、空盒气压计、精密气压计等
20、空盒气压计原理：空盒气压计属弹性式测压仪器，其主要感压元件是一个波纹壮金属真空盒（盒内压力仅有50~60mmHg）。当大气压力发生变化时，具有很强弹性的波纹状真空盒，就会产生相应的变形。压力变化越大，其相应的变形量也越大。真空盒弹性能与大气压力相平衡，通过机械传动机构将真空膜盒的变形量（即膜盒中心位移量）进行放大，并用指针显示出所测压力的值。
21、测定相对压力的仪器：U型压差计、倾斜单管压差计和补偿式微压计。
22、机械式风表又称叶轮式风表，按其叶轮不同可分为叶片式（或翼式）风表和杯式风表两种类型；按其测风范围又可分为微速(0.3~5m/s)、中速（1~10m/s）、高速（1~30m/s）风表三种
23、计算：叶轮式风表校正曲线 —真实风速或 —风表读数 a、b—风表校正系数
24、测温仪器按照测温方式可分为接触式和非接触式
热电现象测温原理：取两根不同材料的金属导线A和B，将其两端焊在一起，形成一个闭合回路，其中焊接的一端称为工作端，（又称为热端），它置于被测量的介质之中，而另一端称为冷端，它置于被测介质之外。若两端点的温度不同，就会产生一电动势，那么，回路中就会有电流产生。若在此回路中串接一只直流毫伏计（将金属B断开接入毫伏计），就可见到毫伏计中有电势指示，（热电势）电流的大小与导体的性质和两端点的温度有关，这种物理现象称为热电势效应，也称温差效应。热电偶测温是通过测定热电势来实现的。
第四章
1、描述噪声的基本物理量通常有：表示强弱：声压、声强、声功率
表示高低：声压级、声强级、声功率级
声功率：指声源在单位时间内向外辐射的声能，记为 W单位为瓦（W）或微瓦（μW）。
声压：声波在传播过程中，媒质中各处存在着稀疏和稠密的交替变化，因而各处的压强也相应地产生变化。声波的压强与静压强之差称声压，单位为Pa。
声强：单位时间内通过垂直于传播方向上的单位面积内的平均声能量。用I 表示，单位为W/m2。
2、分贝：指两个相同的物理量（例A1和A0）之比取以10为底的
对数并乘以10（表示电压或电流比的常用对数时是20）。分贝
符号为“dB”，它是无量纲的
3、噪声的危害：（1）噪声性耳聋；（2）影响人体健康（3）影响人们的正常生活（4）影响人们的工作效率
4、响度与响度级的关系：根据大量实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。 当响度级30方时响度为0.5宋；响度级40方时响度为1宋；响度级为50方时响度为2宋，以此类推。它们的关系可用下列数学式表示：

或者 （适用范围20~120方）
响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。
例：两个不同频率而都具有60方的声音，合成后的响度级不是60+60=120（方）。
应先将响度级换算成响度进行合成，然后再换算成响度级。
本例中60方相当于响度4宋，所以两个声音响度合成为4+4=8（宋），而8宋按数学计算可知为70方，因此两个响度级为60方的声音合成后的总响度级为70方。
5、过滤法测尘原理：测定时，抽取一定体积的含尘空气，将粉尘阻留在已知质量的滤料上，由采样器采样后滤料的增量来求出单位体积空气中粉尘的质量（mg/m3）。按下式计算粉尘质量浓度：
式中： ——粉尘质量浓度，mg/m3；
——采样前的滤料质量，mg； ——采样后的滤料质量，mg；
——采样器采样流量，L/min； ——采样器采样时间，min。
6、噪声测量仪器主要：声级计、声频频谱仪、记录仪、录音机和实时分析仪器。
7、噪声测量在矿井生产中的应用：（作图）
轴流式风机：电机噪声的测点其中距电机轴端1.0m的A为主测点，距电机侧向1.0m的B为辅助测点，测点距地面高度为1.0m。风机噪声的测点选在风机侧面距风机外壳1m的位置（图中C点所示），测点距地面高为1.0m。

离心式风机:测点位置可参照图5-2中的A、B、C定位，其中B点
在风机轴线上距电机轴端1.0m处，A、C点均与风机侧面成45°角
且距侧面的斜长为1.0m，测点高度均距地面1.0m。
8、粉尘测定包括粉尘组成的成分(SiO2)、粉尘浓度、粒度分布、分散度等
9、过滤法测尘原理：测定时，抽取一定体积的含尘空气，将粉尘阻留在已知质量的滤料上，由采样器采样后滤料的增量来求出单位体积空气中粉尘的质量mg/m3）。按下式计算粉尘
质量浓度：
式中：C——粉尘质量浓度，mg/m3；m1——采样前的滤料质量，mg；m2——采样后的滤料质量，mg；Q——采样器采样流量，L/min；t——采样器采样时间，min。
10、时间加权平均粉尘浓度测定方法：可选择个体采样的时间加权平均浓度测定和定点采样的时间加权平均浓度测定两种方法中的一种。
例题：综采工作面的采样流量为2L/min，采样时间为7.5h（450min），采样前滤膜质量31.52mg，采样后滤膜质量为36.52mg，试计算8h时间加权粉尘平均浓度？

例题：某掘进工作面作业人员一个工班接尘情况如下：打眼2h，接触呼吸性粉尘浓度2mg/m3；爆破0.5h，接触呼吸性粉尘浓度1.5mg/m3；扒装2h，接触呼吸性粉尘浓度2.5mg/m3；支护1h，接触呼吸性粉尘浓度1mg/m3；其他2.5h，接触呼吸性粉尘浓度0.5mg/m3；试计算8h时间加权平均浓度。

11、光学烟雾检测器由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理检测火灾阴燃初期阶段产生的可见烟雾粒子，当火灾烟雾粒子浓度超限时，传感器接收烟雾粒子散射量增加而产生报警，并及时发出报警信号。
12、放射源电离型烟雾检测器测试原理：放射源放射出微量的射线使空气电离,在电离室内的正、负极板间产生离子电流。当包含有较大微粒的烟雾进入电离室后，在烟雾微粒的作用下导致离子减少，电离电流也随之减弱，因此离子电流的强弱对应于烟雾的浓度的高低。
13、离子电流减弱的原因：(1)当含有烟雾的气体进入电离室时，烟雾中的颗粒会吸附一定量的自由电子，使产生的离子电流值下降；(2)烟雾微粒又会吸收掉部分α射线，从而使电离电源能力被削弱，使产生的离子数量有所下降。
第五章
1、矿用断电控制器是用于远程控制井下防爆开关、磁力开关或馈电开关上的控制回路线圈高低压断电执行器，可实现井下开关的自动断电（名词解释）
2、矿用断电控制器一般由分站断电控制信号输入电路、馈电状态回传输出电路、信息处理及控制电路（主板）、断电控制输出电路、馈电状态监测电路、显示电路、电源等组成
3、矿用断电控制器的分类：固定型，机载型，车载型。
按照其功能分为风电闭锁、甲烷电闭锁和甲烷风电闭锁
4、风电闭锁是指一旦局部通风机停止工作时，闭锁装置会立即切断掘进工作面内的一切非本安型设备的电源。
5、甲烷电闭锁是指一旦工作面瓦斯传感器超限、报警，闭锁装置同样会切断工作面电源，防止因为电气设备失爆引起瓦斯事故发生。
6、甲烷电闭锁是指掘进工作面中设置的甲烷检测装置，当检测到工作环境中甲烷浓度超限时自动切断动力电源，停止供电，是只有甲烷降低到规定值以下时方可恢复送电的闭锁装置。
7、甲烷电闭锁装置具备的功能（闭锁条件）：
①掘进工作面甲烷浓度达到1.5%CH4时，系统应能切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面甲烷浓度低于1.0% CH4，系统应能自动解锁；
②掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到1.0%时，系统应能切断掘巷道内部全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0%，系统应能自动解锁；
③被串掘进工作面进风流中甲烷达到0.5%时，系统应能切断掘进巷道内全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当被串掘进工作面进风流中甲烷低于0.5%时，系统应能自动解锁；
④与闭锁控制有关的设备（含主机、甲烷传感器、设备开停传感器等）故障或断电时，系统应能切断该设备监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁。

8、甲烷风电闭锁条件：（1）巷道内有甲烷传感器测量浓度大于3.0%；（2）巷道内局部供风由于供电、故障等其他原因停止了（意味着该工作面所有局部通风机开关均处于停止状态）。
甲烷风电闭锁控制自动解锁的唯一条件是巷道内各甲烷传感器测得的甲烷浓度均低于1.5%。

第六章
1、传感器一般由敏感元件和转换元件、信号调节与转换电路以及所需电源等组成。
2、传感器输出信号有电压、电流、频率、脉冲等多种形式。
3、目前煤矿使用的甲烷传感器：煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器；甲烷抽采用高浓度热导式甲烷传感器；煤矿用高低浓度甲烷传感器；非色散红外甲烷传感器。
4、常用的风速传感器：超声波旋涡传感器（最常用）、热电偶式风速传感器、激光多普勒风速传感器和孔板流量计风速传感器等。
5、煤矿常用压力传感器：振弦式压力传感器、差动变压器压力传感器、半导体压阻式压力传感器。
6、矿用温度传感器是连续监测矿井环境温度高低的装置，主要有热电偶温度传感器、热电阻温度传感器、半导体温度传感器，以及红外、热噪声及光纤温度传感器等。
7、瓦斯抽采监测主要是对管道工况参数和环境参数进行计量。目前煤矿常用的是V型锥流量传感器。V型锥流量传感器自带有差压传感器、压力传感器及铂热电阻温度传感器接口。
8、V型锥流量传感器测量的原理是：在尖圆锥体的两端产生压差，此压差的高压是在上游流体收缩前的管壁取压口处测得的静压力，而低压则是在圆锥体朝向下游端，锥中心轴处所开取压孔所得。而其高低压之差的平方与其体积流量成正比关系，通过测量V型锥上下游的压差而得到流量。
9、馈电状态传感器是连续监测矿井中馈电开关或电磁起动器负荷侧有无电压的装置。
10、传感器的设置：（作图）

瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器必须按图设置。
在工作面混合风流处设置甲烷传感器T1，在工作面回风流中设置甲烷传感器T2；
采用串联通风的掘进工作面，必须在被串工作面局部通风机前设置掘进工作面进风流甲烷传感器T3。

甲烷传感器的设置
（1） 甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板(顶粱)不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200 mm。并应安装维护方便，不影响行人和行车。
（2）高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回风巷中部增设甲烷传感器。
（3）非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照长壁式采煤工作面的执行，即在上隅角、工作面和回风巷各设置1个甲烷传感器。
（4）甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度及断电范围必须符合下表的规定。

第七章
1、地面中心站能够实现各种监测数据的处理、显示、查询、存储、打印等功能，另外，操作员发出的设备控制命令也是通过地面中心站完成的。
2、煤矿井下使用的控制器主要是指各种规格的断电仪，其主体是由继电器构成。
3、矿用分站是煤矿安全生产监控系统的重要设备，接受来自传感器的信号，并按约定的复用方式远距离传送给传输接口，同时接收来自传输接口的多路复用信号，具有简单的数据处理能力，能够控制执行器工作的设备。
4、KJ128A矿用人员定位系统由地面集成、控制、显示、存储系统和井下显示、监测、跟踪、搜/求救系统两部分组成。