2、煤塵燃燒和爆炸；

3、增加機器的磨損；

4、影響視線和照明。

2.4 礦井火災(zāi)

凡發(fā)生在礦井井下或地面，威脅到礦井安全生產(chǎn)，造成損失的非控制燃燒均成為礦井火災(zāi)。

礦井火災(zāi)按其原因可分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)兩大類。

1、引火源；2、可燃物資；3、氧氣。

?

第3章?礦井監(jiān)控系

3.1? 概述
3.1.1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)的組成

礦井監(jiān)控系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機（含顯示器）、打印機、模擬盤、多屏幕、UPS電源、遠程終端、網(wǎng)絡(luò)接口電纜和接線盒等組成。

1、傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)3芯或4芯礦用電纜與分站相連，并具有顯示和聲光報警功能。

2、執(zhí)行機構(gòu)將控制信號轉(zhuǎn)換為被控制物量，使用礦用電纜與分站相連。

3.2 礦井監(jiān)控系統(tǒng)的通用要求
??? 3.2.1信息傳輸要求
??? 礦井監(jiān)控信息傳輸要求是礦井監(jiān)控系統(tǒng)硬件通用、軟件兼容、信道共享、信息共享的基礎(chǔ)，對促進礦井監(jiān)控產(chǎn)品標準化、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要作用。

1、傳輸介質(zhì)；

2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?宜采用樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也可采用環(huán)形、總線形、星形或其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

3、工作方式；

4、連接方式；

5、傳輸方向?礦井監(jiān)控系統(tǒng)宜采用半雙工傳輸；

6、復(fù)用方式?常用復(fù)用方式有頻分制、時分制、碼分制和它們的混合方式見表3-1；

3.3 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的通用要求

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用來監(jiān)測甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、硫化氫濃度、風(fēng)速、負壓、濕度、溫度、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)窗狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機開停、主要通風(fēng)機開停、工作電壓、工作電流等，并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警和斷電、甲烷風(fēng)電閉鎖控制、斷電命令和饋電狀態(tài)不符合聲光報警等。

3.3.3 礦井安全系統(tǒng)安裝、使用與維護
3.3.3.1 裝備要求

煤礦安全監(jiān)控設(shè)備裝備標準應(yīng)以保障煤礦安全生產(chǎn)為原則。因此煤礦安全監(jiān)控設(shè)備的裝備標準主要依據(jù)礦井瓦斯等級，自然發(fā)火狀況等確定，并不考慮礦井的生產(chǎn)能力。這是因為對于小煤礦，并不因為產(chǎn)量小，發(fā)生事故的概率小，也不因為產(chǎn)量小，每次事故的傷亡人數(shù)少。并于小每礦井田尺寸小，在同樣裝備標準條件下，安全監(jiān)控設(shè)備投入的總量要少，總造價要低。

3.3.3.6 使用與維護

井下安全監(jiān)測員必須24小時值班，每天檢查安全監(jiān)控設(shè)備及電纜，使用便攜式光學(xué)瓦斯檢定器或便攜式甲烷檢測報警儀與甲烷傳感器進行對照，并將記錄和檢查結(jié)果報監(jiān)測值班員。當兩者讀數(shù)誤差大于允許誤差時，先以讀數(shù)較大者為依據(jù)采用安全措施，并須在8小時內(nèi)對兩種設(shè)備進行調(diào)教完畢。

第4章?電氣防爆
?4.1 基本概念

防爆電氣設(shè)備共有10種類型：隔爆型、本質(zhì)安全型、增安型、澆封型、氣密型、充砂型、正壓型、充油型、無火花型和特殊型。另外，礦用一般型電氣設(shè)備是用于煤礦井下的非防爆電氣設(shè)備。各種類型的防爆電氣設(shè)備型式及標志見表4-1 。

4.2 通用要求

1、防爆電氣設(shè)備使用的環(huán)境溫度為-20~40℃，環(huán)境氣壓為（0.8~1.1）×10⁵Pa；

2、防爆電氣設(shè)備如果采用塑料外殼，須采用不燃性或難燃性材料制成，并保證塑料表面的絕緣電阻不大于1×10⁹Ω，以防止積積聚靜電，還必須承受沖擊試驗和熱穩(wěn)定試驗；

3、防爆電氣設(shè)備限制使用鋁合金外殼，防止其與鐵銹摩擦產(chǎn)生大量熱能，避免形成危險高溫；

4、使用緊固件的要求；

5、防爆電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置聯(lián)鎖裝置；

6、防爆電氣設(shè)備應(yīng)良好的接地；

7、防爆電氣設(shè)備應(yīng)有明顯的防爆標志。

4.3 隔爆型電氣設(shè)備
4.3.1防爆原理

隔爆型電氣設(shè)備的防爆原理是：將電氣設(shè)備的帶電部分放在特制的外殼內(nèi)，該外殼具有將殼內(nèi)電氣部件產(chǎn)生的火花和電弧與殼外爆炸性混合物隔開的作用，并能承受進入殼內(nèi)的爆炸性混合物被殼內(nèi)電氣設(shè)備的火花和電弧引爆時所產(chǎn)生的爆炸壓力和溫度，而外殼不被破壞；同時能防止殼內(nèi)爆炸生成物向殼外爆炸性混合物傳爆，不會引起殼外爆炸性混合物燃燒和爆炸。

這種特殊的外殼叫“隔爆外殼”。具有隔爆外殼的電氣設(shè)備稱為“隔爆型電氣設(shè)備”。

4.4 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備
??? 4.4.1防爆原理

本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的防爆原理是：通過限制電氣設(shè)備電路的各種參數(shù)，或采取保護措施來限制電路的火花放電能量，使其在正常工作和規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不能點燃周圍環(huán)境的爆炸性混合物，從而實現(xiàn)了電氣防爆。這種電氣設(shè)備的電路本身就具有防爆性能，也就是從“本質(zhì)”上就是安全的，故稱為本質(zhì)安全型（以下簡稱本安型）。

本安電氣設(shè)備是一種比較理想的防爆電氣設(shè)備。但由于本安型電氣設(shè)備的最大輸出功率為25W左右，因而使用范圍受到了限制。目前本安型電氣設(shè)備主要用于通信、監(jiān)控、信號和控制系統(tǒng)，以及儀器、儀表等。

4.5 隔爆電氣設(shè)備的監(jiān)察
?4.5.1 隔爆電氣設(shè)備的監(jiān)察

1、隔爆型電氣設(shè)備必須經(jīng)過考試合格的防爆電氣設(shè)備檢查員檢查其安全性能，并取得合格證；

2、外客完整無損，無裂痕和變形；

3、外殼的緊固件、密封件、接地件齊全完好；

4、隔爆接合面的間隙、有效寬度和粗糙度符合規(guī)定，螺紋隔爆結(jié)構(gòu)的擰入深度和嚙合扣數(shù)符合規(guī)定；

?5、電纜接連盒和電纜引入裝置完好，零部件齊全，無缺損，電纜連接牢固、可靠。一個電纜引入裝置只連接一條電纜。密封圈外徑與電纜引入裝置內(nèi)徑之差，應(yīng)符合下列要求：

第5章?礦用電源及備用電源

5.1礦用電源的特點、主要技術(shù)指標及分類

礦井監(jiān)控系統(tǒng)電源同一般直流電源相比具有如下特點：

?1、本質(zhì)安全型防爆輸出；

2、電網(wǎng)電壓波動適應(yīng)能力強；

3、效率高、體積小、重量輕；

4、保護功能強；

5、輸入電壓范圍寬；

5.2 礦用線性直流電源

線性直流電源又可分為穩(wěn)壓源、恒流源和非穩(wěn)定電源3種。礦用線性直流電源一般由變壓器、整流電路、雙重限流（恒流）限壓（穩(wěn)壓）電路組成。

變壓器除具有降壓作用外，還具有電磁隔離功能；整流電路將交流整定為直流；濾波電路濾除整流電路輸出的交流成分；雙重限流（恒流）限壓（穩(wěn)壓）電路保證本質(zhì)安全型防爆電源的輸出，同時可作為穩(wěn)壓或恒流電路，輸出穩(wěn)壓或恒流電源。

1、半波整流電路；

2、全波整流電路；

3、橋式整流電路。

5.3? 礦用開關(guān)電源
5.3.1礦用開關(guān)電源的特點

采用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另一種電源形態(tài)，并且有穩(wěn)定輸出控制和短路等保護功能的電路稱為開關(guān)電源。

礦用本質(zhì)安全型防爆開關(guān)電源同地面普通開關(guān)電源相比具有如下特點：

1輸出功率受限；

2、輸出端濾波電容和電感受限；

3、輸入、輸出必須電氣隔離；

4、大的電壓允許輸入范圍；

5、多重化保護；

6、恒壓--恒流輸出特性；

5.4 礦用備用電源
???? 5.4.1 礦用備用電源的特點

礦井監(jiān)控設(shè)備必須配備備用電源，并保證維持正常工作時間不小于2h。礦用備用電源同一般備用電源相比具有具有如下特點：

1、應(yīng)采用蓄電池；

2、蓄電池應(yīng)采用連續(xù)浮充制；

3、備用電源要與主電路共用輸出限壓（穩(wěn)壓）和限流（恒流）電路；

4、蓄電池要全密封免維護；

5、蓄電池無記憶效應(yīng)。

第6章?礦用傳感器

6.1? 基礎(chǔ)知識

在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中，所需監(jiān)測的物理量大多數(shù)是非電量，如：甲烷、風(fēng)速、溫度等，而這些物理量是不宜直接進行遠距離傳輸?shù)摹榱吮阌趥鬏?、存儲和處理，就必須對這些物理量進行變換，將他們變換成便于傳輸、存儲和處理的物理量。目前最能滿足這些要求的是電信號。電信號的測量、傳輸、存儲和處理手段最為成熟，便于信號的放大、傳輸、存儲和計算機處理。這就需要使用傳感器將被監(jiān)測的非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器作為監(jiān)控系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，完成著信息的獲取和轉(zhuǎn)換功能，其性能的好壞直接影響著系統(tǒng)的監(jiān)控精度。當然，隨著光傳輸、存儲和處理技術(shù)的發(fā)展，光信號將會成為另一種便于信號傳輸、存儲和處理的信號。

6.1.1? 基礎(chǔ)知識

傳感器主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路和輔助電源組成，如圖所示。在礦井監(jiān)控領(lǐng)域又將敏感元件和轉(zhuǎn)換元件統(tǒng)稱為傳感元件。

?6.1.1? 基礎(chǔ)知識

敏感元件就是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成另一種便于轉(zhuǎn)換為電量的非電量的器件。

轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件所輸出的非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件。

有時敏感元件同時兼做轉(zhuǎn)換元件，這時被測的非電量被直接轉(zhuǎn)換為電量，例如熱催化式甲烷傳感器的傳感元件。

傳感器的分類方法主要有：按輸入量(物理量)和按???? 變換原理分類兩種方法。

按輸入量分類的方法明確指出了傳感器所能監(jiān)測的物理量如甲烷、風(fēng)速、負壓等傳感器。

按變換原理分類的方法說明了傳感器的變換原理，如電化學(xué)、熱催化等。

為利用上述兩種分類方法的優(yōu)點，通常將上述兩種分類方法同時使用，如熱導(dǎo)式甲烷傳感器、超聲波旋渦式風(fēng)速傳感器等。

此外，還有按能量的傳遞方式(有源和無源)、使用型式(便攜式、機載式等)、輸出信號(模擬式和數(shù)字式)等分類方法。

?6.1.2 基本概念

1、量程

指傳感器所允許測量被測物理量的量值范圍。一般用傳感器允許測量的物理量的上、下極限來表示，其中上限值又稱為滿量程值。

在使用中，如果被測物理量超出了傳感器所規(guī)定的量程范圍，將會造成較大的測量誤差或傳感器的損壞。

?6.1.1? 基本概念

2、精度

精度表示傳感器的測量結(jié)果與被測實際值的接近程度。

精度一般用“極限誤差”來表示

3、遲滯

遲滯是指傳感器在輸入量x增大(正行程)或減小(反行程)時，輸出／輸入曲線不重合的程度。

4、重復(fù)性

重復(fù)性就是指傳感器在相同的工作狀態(tài)下，重復(fù)地輸入一個相同的值時，其輸出的一致性程度

?6.1.2? 基本概念

5、線性度

為了標定和數(shù)據(jù)處理，一般要求傳感器的輸出與輸入成線性關(guān)系，并能準確地反映被測量的實際值。然而，實際使用的傳感器，其輸出與輸入之間并不是所要求的線性關(guān)系，如圖4．4所示。這就是要求對實際傳感器進行線性化處理，即用一條直線去逼近傳感器的實際工作曲線，如圖4．5所示。圖a是采用擬合最小的直線，而圖b是采用通過零點和滿量程點的直線。

6.1.2? 基本概念

不難看出，用輸出與輸入成線性關(guān)系的直線擬合實際工作曲線，將會帶來誤差。為了描述傳感器輸出／輸入曲線的非線性程度，一般用所測得的輸出／輸入標準曲線與理論擬合直線的偏差與滿量程輸出值的百分比來表示，并稱之為線性度或非線性誤差。

?6.2.1? 基本概念

6、靈敏度

?靈敏度是指傳感器的輸出增量與輸入增量之比

?靈敏度一般用擬合直線的斜率來表示

6.1.3? 供電方式

礦用傳感器的供電方式有內(nèi)部供電和外部供電兩種。

1、內(nèi)部供電方式

?傳感器的內(nèi)部供電方式包括傳感器自帶整流電源和蓄電池(或干電池)兩種。

6.1.3? 供電方式

自帶整流電源：體積大、重量重，并且在傳感器的設(shè)置位置上，不一定好取交流電源。（很少用）

?蓄電池(或干電池)：需要定期充電(或更換)，維護工作量較大，（用于能耗很小的傳感器）

2、外部供電方式

?包括就近供電和集中供電兩種。

1）外部就近供電方式

是指由系統(tǒng)分站電源、或電控箱、或電源箱向傳感器供電的方式，

優(yōu)點：供電距離近、功耗小、簡單方便

是礦井監(jiān)控系統(tǒng)傳感器的主要供電方式

傳感器外部就近供電可以采用恒壓源供電，也可以采用恒流源供電，究竟采用什么方式取決于傳感器對電源的要求。采用恒壓源供電，傳感器所得到的電壓大小受供電電纜的長度、芯線直徑、材質(zhì)、接觸電阻影響，同時也受負載波動的影響。在供電電壓一定的情況下，供電電纜越長，芯線直徑越細，材質(zhì)電阻率越大，接觸電阻越大，傳感器吸收電流越大，線路壓降就越大，傳感器得到的電壓值就越小。

6.1.3? 供電方式

因此，采用恒壓源供電的傳感器一般在傳感器內(nèi)部又設(shè)置了二次穩(wěn)壓電路，以保證傳感器的正常工作。采用恒流源供電，傳感器所得到的電流大小受外界因素影響較小，這是因為電纜的絕緣電阻很大。但由于傳感器電路一般需要在穩(wěn)定的電壓下工作，因此采用恒流源供電的傳感器一般也在內(nèi)部設(shè)置穩(wěn)壓電路。

2）集中供電方式???

?為了保證在井下供電不正常的情況下，仍能對被測物理量進行監(jiān)測，有的礦井監(jiān)控系統(tǒng)采用了中心站集中供電方式

在同樣的監(jiān)控容量下，需要的電纜較多，系統(tǒng)投資較大，并且不便于安裝維護。

中心站向傳感器供電，即可以采用恒流源供電，又可以采用恒壓源供電，究竟采用什么方式取決于傳感器對電源的要求。

在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中，被測物理量可分為開關(guān)量和模擬量兩大類。

開關(guān)量就是只取兩種狀態(tài)的物理量，如：采掘機、運輸機、水泵、風(fēng)機的開停等。開關(guān)量可以用電壓的有無、電流的有無和極性等來表示。

模擬量就是量值連續(xù)變化的物理量，如：甲烷濃度、風(fēng)速、一氧化碳濃度等。模擬量可以用電壓的大小、電流的大小和頻率的高低等來表示。

數(shù)字信號和頻率型模擬信號均用脈沖表示，但有以下根本區(qū)別：(1)數(shù)字信號的脈沖持續(xù)時間恒定不變(當傳輸速率一定時)；而頻率型模擬信號的脈沖持續(xù)時間隨著頻率的增高而減??；(2)數(shù)字信號采用脈沖編碼表示數(shù)值大小，由于編碼長度有限，因此數(shù)字信號表示模擬量大小存在量化誤差；而頻率型模擬信號的脈沖頻率可以連續(xù)變化，因此頻率型模擬信號可以準確表示模擬量大?。?3)數(shù)字信號不同位置的脈沖表示不同的數(shù)值；而頻率型模擬信號的任何位置的脈沖均表示同一數(shù)值。

礦用傳感器輸出信號宜采用數(shù)字信號，并應(yīng)滿足煤炭行業(yè)標準《煤礦用信息傳輸裝置》的有關(guān)要求。

1、開關(guān)信號

開關(guān)信號的輸出可以是機械接點，也可以是半導(dǎo)體電路或其他電氣元件，這些被統(tǒng)稱為輸出接點。輸出接點可以是有源接點，也可以是無源接點。

2、模擬信號

主要有電壓型、電流型和頻率型。

1）電壓型

電壓型模擬信號的電壓隨被測物理量變化而變化。電壓型模擬信號一般為0～5V。

2）電流型

電流型模擬信號的電流隨被測物理量變化而變化。電流型模擬信號一般為1～5 mA(優(yōu)選)和4～20 mA(僅用于地面)

3）頻率型

頻率型模擬信號的頻率隨被測物理量變化而變化，如圖4．19所示。頻率型模擬信號一般為200～1000Hz(優(yōu)選)，在整個頻率范圍內(nèi)其正脈沖和負脈沖寬度均不得小于0．3ms。頻率型模擬信號的輸出分有源和無源兩種：

模擬信號的轉(zhuǎn)換

1、電流／電壓及電壓／電流轉(zhuǎn)換

2、頻率／電壓及電壓／頻率轉(zhuǎn)換

6.1.5? 技術(shù)要求

低濃甲烷傳感器的技術(shù)要求

(1)測量范圍及基本誤差

??? 0≤x≤1．0％CH4?????????? ≤±0．1％ CH4

??? 1.0％CH4< x≤ 2.0％CH4???? ≤±0．2％CH4

??? 2.0％ CH4< x≤4.0％CH4??? ?≤±0．3％CH4

??? (2)報警范圍及基本誤差

??? 0.5％CH4≤x≤1.5％CH4?????? ≤±0.1％CH4

??? (3)聲光報警

??? lm處≥ 85dB，能見度≥20m。

??? (4)響應(yīng)時間≤30S。

??? (5)穩(wěn)定性≥7d。

6.1.5? 技術(shù)要求

6.1.5? 技術(shù)要求

6.2.1 甲烷傳感器

甲烷傳感器按其工作原理可分為催化燃燒式、熱導(dǎo)式等。由于在礦井安全監(jiān)測中，用于低濃甲烷監(jiān)測的主要是催化燃燒式，用于高濃甲烷監(jiān)測的主要是熱導(dǎo)式。

1、催化燃燒式

催化燃燒式甲烷傳感器的工作原理是：在傳感元件(含敏感元件，以下同)表面的甲烷 (或可燃性氣體)，在催化劑的催化作用下，發(fā)生無焰燃燒，放出熱量，使傳感元件升溫，進而使傳感元件電阻變大，通過測量傳感元件電阻變化就可測出甲烷氣體的濃度。催化燃燒式甲烷傳感元件有鉑絲催化元件和載體催化元件兩種。

鉑絲催化元件采用高純度(99．99％)的鉑絲制成線圈，鉑絲既是催化劑，又是加熱器。