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1、目 录目 录1文献综述2便携式瓦斯智能监测系统（论文正文）7第一章 概述7一、瓦斯的定义7二、瓦斯爆炸7三、影响煤层瓦斯含量的因素8四、煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析8五、预防瓦斯爆炸的措施9第二章 系统设计要求9一、所用到的术语和定义9二、甲烷传感器的设置10三、便携式检测仪器使用要求13第三章 所用元器件简介13一、凌阳单片机简介13二、所用传感器简介16三、所用隔离器件简介19第四章 硬件连接20一、系统框图20二、硬件连接的全部电路图21三、各部分的分析21第五章 软件设计26一、程序分析26二、将数值改为二进制26三、语音播放流程26四、各部分流程图27五、程序清单30实习报告34致
2、谢38参考文献39附 录40文献综述学 院：轻纺工程与美术学院 系 别：纺织工程系专业班级：机械0801 姓 名：指导老师：一、煤矿安全生产历史及现状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
3、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。与此同时，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应用，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
4、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13 1n。在地面中心站一般都配有用来进行数据采集和处理的计算机、打印机、显示器、控制台和模拟盘等。譬如当井下某测点的甲烷浓度超限时，能发出声、光报警信号，切断该测点附近的电源。作为间断方式检测的携带式仪器，也随着测试技术的飞速发展及多功能集成电路的出现，检测元件的性能不断提高而实现了单机分级报警，数码显示，自动校正，电源监视和故障指示等功能。而且操作简单，维修量小，体积小。例如美国MSA公司生产的携带式甲烷检测仪重量只有0.28吨，外形尺寸为146*65*38。二、我国
5、煤炭安全生产历史、现状及分析在我国的能源工业中，煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70左右，预计到2050年还将占50以上。因此，煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。当前，我国经济的快速增长，对煤炭工业发展提出了更高的要求。为此，必须加强安全生产，确保煤炭工业持续、稳定、健康发展。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。我国95的煤矿开采是地下作业。煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8至89.6（2002200
6、5年）；煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的71。煤矿所面临的重大灾害事故是相当严峻的，造成的损失是极其惨重的。由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下。特别是煤矿重大及特大瓦斯（煤尘）灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉。我国煤层自然赋存条件复杂多变，影响煤矿安全生产的因素多，是造成事故的客观因素。我国煤矿开采的煤层大多瓦斯含量大、透气性低且地质构造复杂，不易在开采前抽放瓦斯，但在采掘时，瓦斯放散量大，再加上开采煤层地质条件复杂和开采规模的扩大、开采集约化程度的提高，导致采动诱发的应力场、煤岩体裂隙场
7、及瓦斯流动场的变化更加复杂多变，在一定条件下，容易诱发煤与瓦斯突出和瓦斯的突然涌出现象，造成瓦斯事故。在目前的能源供应条件下，对高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井，不可能采取停产关闭的措施。为此，只能是自主开发与之相应的安全技术，以确保高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井的安全生产。 对煤矿企业的技术定位不够准确是主观因素，长期以来，煤矿在人们的心目中是技术水平不高、要求比较低的劳动密集型产业，因而长期以来，技术投入不足、装备水平差、产业技术人才匮乏、劳动效率低。把千军万马的队伍放在高度危险的作业环境中劳动，一旦出现瓦斯（煤尘）爆炸、矿井火灾等事故时，容易导致惨重损失，甚至全矿毁灭的现象。而美国、澳大利亚等先进国家
8、的煤矿，实现了高度机械化，井下工作人员少，全矿的巷道布局简洁，巷道面积大、风流通畅，一旦发生灾变时，易于撤离，伤亡人员少。另外，在煤矿井下工作的人员，从某种意义上讲也是危险源，一旦出现违章作业（有意或者无意），就可能导致事故的发生。所以对高危行业，应最大可能实现机械化，尽量减少人员。这一点在社会上长期未能得到共识。为此，建议国家应当将煤矿列入高危行业，给予必要的投入，建立煤矿行业准入制度，甚至在新矿井设计时，就要求提高技术装备水平和劳动生产率。随着科技水平的提高和企业管理的规范，我国煤矿安全生产状况从总体上讲，出现了不断好转的局面。在开展机械化生产、原煤产量不断提升的情况下，1949年至200
9、0年全国煤矿百万吨死亡率总体趋于稳步下降态势。1999年煤矿的百万吨死亡率为6.08，2000年为6.0，2001年为5.85，2002年为5.0。“九五”期间比“六五”期间煤矿百万吨死亡率下降约32.19%，比建国初期下降约52.94%。但是煤矿灾害事故仍然频繁发生，煤矿企业2000年发生伤亡事故2863起、死亡5798人;2001共发生死亡事故3082起、死亡5670人；2002年共发生死亡事故4344起，死亡6995人。从经济类型看：乡镇煤矿发生的事故占绝大多数，如2002年，在全年发生的321起一次死亡39人的重大事故中，乡镇煤矿259起，占80.69%；在全年发生的56起一次死亡10
10、人以上特大事故中，乡镇煤矿40起，占71.43%；乡镇煤矿百万吨死亡率高达12.12，是国有重点煤矿的9.7倍，是国有地方煤矿的3.2倍。从事故的分类看：在2002年煤矿企业的4344起，死亡6995人死亡事故中，瓦斯灾害死亡事故325起，占煤矿死亡事故的7.48%，死亡1703人，占煤矿死亡事故的24.35%。从以上数据可以看出，瓦斯灾害事故是煤矿企业中危害最大、死亡比例最高的重大事故之一。在我国高瓦斯煤矿中，瓦斯爆炸危险普遍存在，危害严重。在煤矿安全事故中，瓦斯爆炸事故是经济损失最大、人员伤亡最多的事故，也是造成社会影响最大的重特大事故。2002年国家煤矿安全监察局安全日志上统计发生瓦斯爆
11、炸伤亡事故共153起，占煤矿瓦斯灾害伤亡事故的47.1%，死亡1216人，占煤矿瓦斯灾害伤亡事故的71.4%。由此可见，有效地防止瓦斯爆炸事故是改善我国煤矿安全状况的重中之重。解放前我国煤炭工业技术十分落后，矿井通风安全仪器更是属于空白。解放后，党和政府对安全工作极为重视，煤矿安全状况及劳动条件得到了很大的改善，通风安全仪器从无到有地发展起来在仪器的研究、生产制造方面，多年来投入了很大的力量，形成了以抚顺、重庆、西安、常州、上海等地为中心的安全仪器生产基地，除生产大量的通风安全仪器和救护设备外，从1980年起，先后从波兰、英国、美国和西德等地引进了多种形式的煤矿安全监测系统和生产监控系统，在引
12、进消化的基础上，我国也研制了一批安全监测系统，如常州煤研所的KJl型，北京长城科学仪器厂的KJ4型，重庆煤矿安全仪器厂的TF-200型和AWJ-80型，西安仪表厂的MJC-100型，抚顺煤矿安全仪器厂的AU1型，总参6904厂的WDJ-1型和镇江煤矿专用设备厂的A-1型等安全监控系统来装备矿井。所有这些成就，表明我国的安全监测仪器的研制和装备进入了新的水平。但是目前安全监测传感器的种类和质量与国际水平的差距还较大，这是需要解决的问题。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
13、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。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，但应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
14、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，其它仅具一定的参考价值。为了能够更好的保障井下工作的安全，便携式瓦斯报警装置就成了一个可以对瓦斯气体进行有效报警的设备。便携式瓦斯报警装置具有体积小、易携带和报警及时等优点，可将其放于工人所带的矿灯帽上，或者直接放在工人的衣袖上，随时掌握工作地区的瓦斯浓度状况。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
15、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。三、研究思路及方案随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存与煤层之中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。瓦斯是一种无色无味的气体，主要成份是甲烷（CH4），密度为0.716kg/m3，对人体的危害是超时限能引起人窒息死亡。在地下采矿时候，井内常常会泄露一定量的CH4、CO和SO2等气体，后一种含量少，切易溶于水。经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。但前两种气体含量多，且几乎不容于水，属于易燃易爆气体。瓦斯报警是指利用气体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故的发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。
