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第一章 概 述
1項(xiàng)目提出的必要性和國(guó)內(nèi)外研究水平與動(dòng)向
從我國(guó)煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國(guó)能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略規(guī)劃均可看出，在本世紀(jì)中葉以前，煤炭仍是支持我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源，煤炭生產(chǎn)，作為我國(guó)能源工業(yè)的支柱，其地位將是長(zhǎng)期的，穩(wěn)定的，但是煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況卻不容樂(lè)觀，中小型煤礦的情況尤為嚴(yán)重，已經(jīng)直接威脅到整個(gè)煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為“萬(wàn)惡之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。在去年，又接連發(fā)生了多起甲烷爆炸事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過(guò)強(qiáng)化甲烷管理，提高通風(fēng)、甲烷監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平，已經(jīng)成為中小型煤礦甲烷監(jiān)測(cè)監(jiān)控的最迫切的任務(wù)之一。
煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是目前為止實(shí)際通風(fēng)甲烷管理工作中最重要和最有效的自動(dòng)化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的甲烷事故發(fā)生率大為下降，實(shí)踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動(dòng)化程度以及促進(jìn)煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。
煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)雖在國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但還沒(méi)有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國(guó)從八十年代初期開(kāi)始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開(kāi)發(fā)的過(guò)程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對(duì)大型礦井設(shè)計(jì)的，而且自身尚有一些有待解決的問(wèn)題，如:
•造價(jià)高，系統(tǒng)最基本的配置過(guò)于龐大，運(yùn)行費(fèi)用大
•傳感器測(cè)量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短
•系統(tǒng)安裝、維護(hù)復(fù)雜，操作不便，人機(jī)界面較差
•系統(tǒng)設(shè)備可靠性差
•必須依賴專業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，對(duì)人員技術(shù)，素質(zhì)有較高的要求。
國(guó)外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)理論上講高于國(guó)內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國(guó)內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價(jià)格過(guò)高不適于國(guó)內(nèi)煤礦現(xiàn)有條件，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價(jià)值。
綜上所述，開(kāi)發(fā)研制適用于中小型煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)迫在眉睫，而根據(jù)我國(guó)煤礦生產(chǎn)和管理模式，依照我國(guó)的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其技術(shù)的先進(jìn)性、產(chǎn)品的可靠性和實(shí)用性則是本項(xiàng)目的關(guān)鍵所在。
沼氣(甲烷CH4的俗稱)礦井在我國(guó)煤礦生產(chǎn)礦井中所占比重很大，隨著礦井開(kāi)采強(qiáng)度和深度的增加，沼氣涌出量也在不斷增加，沼氣積聚可能引起沼氣事故，及時(shí)掌握煤礦井下沼氣動(dòng)態(tài)是一件十分重要的工作。甲烷濃度檢測(cè)儀器就是用來(lái)監(jiān)視礦井沼氣動(dòng)態(tài)的有效工具。鑒于沼氣在礦井中存在的普遍性及其可能造成災(zāi)害的嚴(yán)重性，甲烷濃度檢測(cè)儀器在煤礦是數(shù)量最多，使用最普遍的安全檢測(cè)儀器，而且也是煤炭系統(tǒng)研制種類最多的儀器，需要說(shuō)明的是，由于我國(guó)煤礦習(xí)慣把甲烷叫做瓦斯，因此檢測(cè)甲烷濃度的儀器，有的叫瓦斯檢定器，有的又叫沼氣檢定器。在這里，甲烷，沼氣和瓦斯是同義詞。
2煤礦安全儀器概況
煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復(fù)雜，在采掘過(guò)程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚(yáng)、自然發(fā)火等都有可能造成嚴(yán)重事故。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)對(duì)井下的氣象進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)可能造成災(zāi)害事故的各種有害氣體及礦塵進(jìn)行及時(shí)而準(zhǔn)確的檢測(cè)和嚴(yán)格控制，一旦發(fā)生災(zāi)變，必須
及時(shí)救護(hù)遇難人員和處理事故。所有這些都需要有相應(yīng)的檢測(cè)儀器和救
護(hù)裝備。
最初，人們?yōu)榱朔乐咕驴諝庵谢煊幸谎趸荚斐芍卸臼鹿剩?br>用過(guò)金絲雀一類的小動(dòng)物來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。1815年英國(guó)人在煤礦井下開(kāi)始使用安全火焰燈檢測(cè)瓦斯。1897年瑞典制成第一臺(tái)容積壓力式瓦斯?jié)舛葴y(cè)量?jī)x。隨著礦井開(kāi)采深度的增大，機(jī)械化和綜合機(jī)械采煤的普遍推廣，通風(fēng)安全方面問(wèn)題日益突出。與此同時(shí)，隨著儀表工業(yè)及電子技術(shù)的發(fā)展，礦井通風(fēng)安全儀器也得到了不斷的發(fā)展。1927年日本制造成光干涉原理甲烷檢定器，以后又陸續(xù)出現(xiàn)熱導(dǎo)、熱催化原理、氣敏半導(dǎo)體等各種不同原理的甲烷檢定器，其測(cè)量精度不斷提高，檢測(cè)方式從“間斷”、“就地”檢測(cè)發(fā)展到“連續(xù)”、“集中自動(dòng)”遙測(cè)。特別是隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除能檢測(cè)高低濃度甲烷外，還可測(cè)一氧化碳、氧、氫的濃度，氣溫，風(fēng)速等等。同時(shí)還能對(duì)井下設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。如英國(guó)DYNSLINK-MINOS系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)容量為986個(gè)模擬量，896個(gè)開(kāi)關(guān)量，傳輸距離為13 1n。在地面中心站一般都配有用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器、控制臺(tái)和模擬盤等。譬如當(dāng)井下某測(cè)點(diǎn)的甲烷濃度超限時(shí)，能發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，切斷該測(cè)點(diǎn)附近的電源。作為間斷方式檢測(cè)的攜帶式儀器，也隨著測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展及多功能集成電路的出現(xiàn)，檢測(cè)元件的性能不斷提高而實(shí)現(xiàn)了單機(jī)分級(jí)報(bào)警，數(shù)碼顯示，自動(dòng)校正，電源監(jiān)視和故障指示等功能。而且操作簡(jiǎn)單，維修量小，體積小。例如美國(guó)MSA公司生產(chǎn)的攜帶式甲烷檢測(cè)儀重量只有0. 28噸，外形尺寸為146*65*38 }
解放前我國(guó)煤炭工業(yè)技術(shù)十分落后，礦井通風(fēng)安全儀器更是屬于空白。解放后，黨和政府對(duì)安全工作極為重視，煤礦安全狀況及勞動(dòng)條件得到了很大的改善，通風(fēng)安全儀器從無(wú)到有地發(fā)展起來(lái)在儀器的研究、生產(chǎn)制造方面，多年來(lái)投入了很大的力量，形成了以撫順、重慶、西安、常州、上海等地為中心的安全儀器生產(chǎn)基地，除生產(chǎn)大量的通風(fēng)安全儀器和救護(hù)設(shè)備外，從1980年起，先后從波蘭、英國(guó)、美國(guó)和西德等地引進(jìn)了多種形式的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上，我國(guó)也研制了一批安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如常州煤研所的KJl型，北京長(zhǎng)城科學(xué)儀器廠的KJ4型，重慶煤礦安全儀器廠的TF-200型和AWJ-80型，西安儀表廠的MJC-100型，撫順煤礦安全儀器廠的AU1型，總參6904廠的WDJ-1型和鎮(zhèn)江煤礦專用設(shè)備廠的A-1型等安全監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)裝備礦井。其中KJ4型的系統(tǒng)容量為1536個(gè)，傳輸距離為13 }n。所有這些成就，表明我國(guó)的安全監(jiān)測(cè)儀器的研制和裝備進(jìn)入了新的水平。但是目前安全監(jiān)測(cè)傳感器的種類和質(zhì)量與國(guó)際水平的差距還較大，這是需要解決的問(wèn)題。
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