關(guān)于煤礦安全的礦用（煙霧）傳感器的相關(guān)研究

＊王 芬

（晉城乾泰安全技術(shù)有限責(zé)任公司 山西 048006）

引言

在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過程中，安全工作是第一要務(wù)和重中之重。煤礦必須使用納入安全標(biāo)志管理的產(chǎn)品，同時各類涉及煤礦各類安全的傳感器還要定期的維護(hù)和檢測或強檢，以保證的煤礦生產(chǎn)正常有序的進(jìn)行。火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，做好煤礦的火災(zāi)防治工作，可以更好的確保煤礦安全生產(chǎn)工作。

“9.27”重慶松藻煤礦礦難事故的調(diào)查結(jié)果：運煤上山的膠帶摩擦生熱燃燒并引發(fā)煤炭燃燒，產(chǎn)生有害有毒氣體，同時礦工們攜帶的壓縮氧自救器失效，導(dǎo)致16人遇難、38人中毒受傷。事故暴露了四項主要問題，一是膠帶運輸機的保護(hù)裝置和煙霧探測器不起作用；二是皮帶入井使用前未進(jìn)行阻燃試驗，且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)皮帶磨損非常嚴(yán)重，該更換沒更換；三是機電設(shè)備管理混亂，松藻煤礦機電副礦長、機電科長不知道皮帶保護(hù)裝備備品備件庫房位置，不知道溫度傳感器安設(shè)距離標(biāo)準(zhǔn)；四是部分壓縮氧自救器失效，工人逃生過程中打開自救器，發(fā)現(xiàn)氧氣瓶中沒有氧氣。

1.礦用煙霧傳感器（光感）的預(yù)警原理及在預(yù)警火災(zāi)事故中起到的作用

礦用煙霧傳感器，是用來預(yù)警煤礦井下火災(zāi)的。一般的火災(zāi)主要有：密閉火災(zāi)，工作面自然發(fā)火，膠帶運輸機摩擦著火，井下使用明火作業(yè)等。

(1)煙感傳感器的預(yù)警原理

綜合煙感探測器的工作原理來看，煙霧本身就是固體小顆粒，當(dāng)火災(zāi)持續(xù)燃燒，產(chǎn)生的煙霧量不斷增多，進(jìn)入煙感探測器煙霧探測結(jié)構(gòu)里的顆粒也越來越多，減光率不斷增大，達(dá)到一定數(shù)值時，傳感器就會產(chǎn)生動作，發(fā)出報警。煙霧傳感器感應(yīng)值為：減光率（單位%obs/m），指的是遮蔽度或光被遮擋的煙霧濃度大小，有時也記為%/m，意思是指在經(jīng)過單位長度后，光被煙霧顆粒遮蔽程度的百分比。當(dāng)有煙霧存在時，光線的前進(jìn)會受煙霧遮蔽，煙霧濃度越高，光線衰減程度越高，反而在很純凈的空氣中，光線幾乎沒有衰減。舉例來說，0.02%obs/m是指光束的前進(jìn)因煙霧粒子的存在而減少為99.98%，因此總共被遮蔽（減少）了0.02%。

光線被遮蔽程度的大小還與距離有關(guān)，距離越近受遮蔽的比率越低、距離越遠(yuǎn)受遮蔽的比率越高。因此，遮蔽度是定義在1m的距離上，亦即其單位為%obs/m。常見的光電煙感探測器靈敏度為0.65%-15.5%ft，這里面%是指%obs（Obscuration）的是減光率（光遮擋率），用百分比的形式表示，ft和m分別是長度單位英尺和米的字母符號。合在一起看就是光前進(jìn)1ft或者1m被遮擋了百分之幾的意思。1m大約等于3ft，所以0.6%obs/m和0.2%obs/ft兩種寫法的煙感靈敏度其實是一樣的。

(2)火災(zāi)發(fā)生

火災(zāi)的發(fā)生通常會經(jīng)過四個階段，即：

第一階段，醞釀期（Incipient Stage）為火災(zāi)的陰燃階段，產(chǎn)生不可見煙霧。從不可見煙霧到下一個可見煙霧階段的火災(zāi)醞釀期，時間可長達(dá)0-120min。

第二階段，可見煙霧（Visible Smoke）到大火（Flaming Fire）燃燒，約為10min。

第三階段，大火到烈火（Intense Heat）燃燒期，約10min。

第四階段，烈火全部燃燒，約為10min。

從火災(zāi)的發(fā)生的階段時間來看，醞釀期是控制火災(zāi)、阻止事故發(fā)生的最佳時期。煙霧傳感器是通過監(jiān)測光線被阻擋的遮蔽率的變化，用來指示在火災(zāi)第一階段發(fā)生時的煙霧顆粒濃度，可以有效的監(jiān)測到不可見煙霧，當(dāng)煙霧遮蔽光線的濃度達(dá)到動作值時，及時發(fā)出報警，啟動預(yù)警聯(lián)動系統(tǒng)，以此來在火災(zāi)發(fā)生的最早時期檢測出險情，再通過聯(lián)動的報警系統(tǒng)通知相應(yīng)人員采取行動，將火災(zāi)有效的控制在第一階段。

2.傳感器定期修護(hù)和檢測的意義

傳感器是一種用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中以實現(xiàn)檢測、控制并與輸出環(huán)節(jié)自動聯(lián)動的元件。當(dāng)傳感器接受特定物質(zhì)時即發(fā)出感應(yīng)信號，例如本安型礦用煙霧傳感器由煙霧傳感組件監(jiān)測外界煙霧濃度的變化，將煙霧轉(zhuǎn)換為電信號并送到監(jiān)測電路進(jìn)行處理，當(dāng)煙霧濃度達(dá)到一定程度，電壓轉(zhuǎn)變信號通過電路處理，再經(jīng)過單片機處理判斷后，輸出報警信號。傳感器電路由穩(wěn)壓、信號處理、信號檢測、信號輸出及聲光報警等電路組成，有些比較先進(jìn)的礦用煙霧傳感器采用了新型的單片微機和高集成的數(shù)字化電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，也便于維護(hù)和調(diào)試。

但因為煤礦井下的工作環(huán)境一是空氣濕度大；二是空氣中浮游雜質(zhì)如煤塵含量高；三是腐蝕性氣體如CO2、NO、SO2等含量較高，傳感器外部和傳感頭部位容易受工作環(huán)境的煤塵和腐蝕氣體的污染和腐蝕，使有些煤礦企業(yè)的傳感器形同虛設(shè)，無法及時監(jiān)測到安全隱患的危險信號。因此，傳感器的定期檢測和日常維護(hù)顯得尤其重要，日常維護(hù)可以保證傳感器的清潔，延長傳感器的使用時限。定期檢測可以保證傳感器的正常工作。

但因煤礦缺失專業(yè)的檢測人員和設(shè)備，故定期到專業(yè)的檢測機構(gòu)進(jìn)行檢測才可以讓傳感器保持正常工作狀態(tài)，從而保證傳感器可以準(zhǔn)確的監(jiān)測煤礦生產(chǎn)工作中的醞釀期火災(zāi)危險信號，實現(xiàn)對井下環(huán)境火災(zāi)危險有害因素的實時監(jiān)測，是煤礦安全生產(chǎn)消除火災(zāi)安全隱患的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對煤礦火災(zāi)事故的預(yù)警，保證煤礦作業(yè)人員及設(shè)備安全有著重大意義。

3.礦用煙霧傳感器的適用

離子型煙霧探測器是通過相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電礦用電動球閥離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來確定空氣中的煙霧狀況。

而氣敏式傳感器是探測空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測煤氣、液化石油氣、天然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。礦用溫度傳感器適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業(yè)企業(yè)，以及煤氣廠、液化石油氣站、氫氣站等生產(chǎn)和貯存可燃性氣體的場所。礦用本安型煙霧傳感器適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵、爆炸性氣體的場所。

根據(jù)煤礦井下不同環(huán)境和位置使用安裝，當(dāng)傳感器周圍的溫度超過設(shè)定值時，傳感器動作，發(fā)出報警信號。

4.礦用煙霧傳感器檢測現(xiàn)狀和依據(jù)

近年來，隨著數(shù)字化礦山建設(shè)和智能化礦山建設(shè)的推進(jìn)，煤礦井下安裝了各種探測用的傳感器，雖然從表面上看對礦井生產(chǎn)中不安全的因素和隱患進(jìn)行了監(jiān)控，但因煤礦對礦用煙霧傳感器的工作性能的重視程度不夠，加上我國對傳感器的檢測方面也沒有具體的依據(jù)和強制規(guī)定，大多數(shù)礦井的煙霧傳感器安裝使用后，就沒有進(jìn)行定期的檢測，導(dǎo)致多數(shù)的礦用煙霧傳感器屬于失效的狀態(tài)，無法第一時間預(yù)測到火災(zāi)的苗頭，實際上為煤礦安全生產(chǎn)埋下了重大的安全隱患。為了解決礦用煙霧傳感器的檢測問題，可以依據(jù)MT382-2011標(biāo)準(zhǔn)，對傳感器工作原理和檢測中存在的難點問題進(jìn)行研究和分析后，采用礦用煙霧報警器校驗裝置（標(biāo)準(zhǔn)濾光片），按照MT382-2011標(biāo)準(zhǔn)里對實驗用裝置要求，配備穩(wěn)壓直流電源、萬用表、秒表、多通道模擬電纜、卡尺等配套的實驗裝置，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)里B實驗步驟，用干燥、清潔的質(zhì)量為5g，直徑為3mm，長度為10mm的棉繩陰燃在礦用煙霧報警器檢測裝置內(nèi)制造5（±1）%obs/m的煙霧濃度，來定量的檢測礦用煙霧傳感器的在工作電壓（12-24）VDC上下限值時的動作值及響應(yīng)時間，電流信號，傳輸距離等技術(shù)參數(shù)。

5.綜述

雖然我國正在進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型,但煤炭產(chǎn)業(yè)依舊是我國能源產(chǎn)業(yè)的支柱,煤炭依然占據(jù)我國一次能源消費總量的2/3以上。煤礦井下安全生產(chǎn)不容忽視，本文探討了煤礦礦用煙霧傳感器在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性。