单片机控制的甲烷浓度监测仪硬件设计.pdf

第 1 章 概述 1.1 项目提出的必要性和国内外研究水平和动向 从我国煤炭生产的现状及我国能源结构规划均可看出，在本世纪中叶以前，煤炭仍是 支持我国国民经济发展的主要能源，煤炭生产，作为我国能源工业的支柱，其地位将是长 期的、稳定的，但是煤炭工业的安全生产状况却不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重， 已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作 为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故发生率之首。在去年又接连发生了多起甲烷 爆炸事故， 事故的结果触目惊心， 因此通过强化甲烷管理， 提高通风、 甲烷检测监控水平， 已成为中小型煤矿甲烷检测监控的最迫切的任务之一。 煤矿生产安全监控系统，是目前为止实际通风甲烷管理工作中最重要和最有效的自 动化手段，已经装备监控系统的煤矿的甲烷事故发生率大为下降，实践证明，煤矿生产安 全监控系统对保障煤矿安全生产，提高煤矿生产率，提高煤矿自动化程度以及促进煤矿管 理现代化水平，都有着举足轻重的作用。 煤矿生产安全监控系统虽在国内已有生产和使用，但还没有一种真正适合于中小型煤 矿使用的产品，我国从八十年代初期开始引进煤矿生产安全监控系统，历经了直接引进、 消化吸收、 仿制配套、 自主开发的过程， 但迄今为止的产品大多都是面对大型矿井设计的， 而且自身尚有一些有待解决的问题，如 : 造价高，系统最基本的配置过于庞大，运行费用大 传感器测量稳定性差，调校频繁，寿命短 系统安装、维护复杂，操作不便，人机界面较差 系统设备可靠性差 必须依赖专业的维护队伍，对人员技术，素质有较高的要求。 国外的监控系统技术理论上讲高于国内发展水平，但使用于国内煤矿尚有一定的局限 性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高不适于国内煤矿现有条件，除在传感器技 术方面可供借鉴外，其它仅具一定参考价值。 综上所述，开发研制适用于中小型煤矿生产安全监控系统的任务迫在眉睫，而根据我 国煤矿生产和管理模式，依照我国的有关技术标准，其技术的先进性、产品的可靠性和实 用性则是本项目的关键所在。 沼气( 甲烷 CH4的俗称 ) 矿井在我国煤矿生产矿井中所占比重很大，随着矿井开采强度 和深度的增加，沼气涌出量也在不断增加，沼气积聚可能引起沼气事故，及时掌握煤矿井 下沼气动态是一件十分重要的工作。甲烷浓度检测仪器就是用来监视矿井沼气动态的有效 工具。鉴于沼气在矿井中存在的普遍性及其可能造成灾害的严重性，甲烷浓度检测仪器在 煤矿是数量最多，使用最普遍的安全检测仪器，而且也是煤炭系统研制种类最多的仪器， 需要说明的是，由于我国煤矿习惯把甲烷叫做瓦斯，因此检测甲烷浓度的仪器，有的叫瓦 斯检定器，有的又叫沼气检定器，在这里，甲烷，沼气和瓦斯是同义词。 1.2 煤矿安全仪器概况 煤矿生产是地下作业，自然条件和生产条件都复杂，在采掘过程中出现的瓦斯涌出、 煤尘飞扬、自然发火等都有可能造成严重事故。为了防止事故发生，保障矿工的健康和安 全，促进生产发展，提高煤炭企业的经济效益，应对井下的气象进行检测，对可能造成灾 害事故的各种有的害气体及矿尘进行及时而准确的检测和严格控制，一旦发生灾变，必须 及时救护遇难人员和处理事故。所有这些都需要有相应的检测仪器和救护装备。 最初，人们为了防止井下空气中混有一氧化碳造成中毒事故，曾使用过金丝雀一类的 小动物来进行检测。 1815 年英国人在煤矿井下开始使用安全火焰灯检测瓦斯。 1897 年瑞 典制成第一台容积压力式瓦斯浓度测量仪。随着矿井开采深度的增大，机械化和综合机械 采煤的普遍推广，通风安全方面问题日益突出。和此同时，随着仪表工业及电子技术的发 展，矿井通风安全仪器也得到了不断的发展。 1927 年日本制造成光干涉原理甲烷检定器， 以后又陆续出现热导、热催化原理、气敏半导体等各种不同原理的甲烷检定器，其测量精 度不断提高，检测方式从“间断” 、“就地”检测发展到“连续”、“集中自动”遥测。特别 是随着电子计算机技术的使用，一套监测系统，除能检测高低浓度甲烷外，还可测一氧化 碳、氧、氢的浓度，气温，风速等等。同时还能对井下设备的工作状态进行监控。如英国 DYNSLINK-MINOS系统的监测容量为 986 个模拟量， 896 个开关量，传输距离为 13km。在地 面中心站一般都配有用来进行数据采集和处理