通防各工種培訓教材之安全監測工培訓教材
第一章 簡介
第一節 緒論
礦井監控係統是一種自動采集數據，處理數據並進行控製的係統，是煤炭高產、高效、安全生產的重要保證。環境安全、軌道運輸、供電、排水、礦山壓力、火災、水災、煤與瓦斯突出、大型機電設備健康狀況等監控係統，提高了生產率和設備利用率，增強了礦山安全。礦井監控係統的推廣應用，實現了軌道運輸、膠帶運輸、采區變電所、水泵房等地麵遠動控製，從而大大減少了井下作業人員。由於井下作業人員的減少，發生重大惡性02manbetx.com 的概率也大大降低。
將井下操作由地麵遠動操作，因此改善了作業環境，從而吸引一些業務素質高的人從事這些遠動操作工作，進而降低了誤操作及違章作業的概率。
世界各主要產煤國對此都十分重視，研製、生產並推廣使用了環境安全、軌道運輸、供電、排水、礦山壓力、火災、水災、煤與瓦斯突出、大型機電設備健康狀況等監控係統，提高了生產率和設備利用率，增強了礦山安全。
隨著礦井監控技術的發展，監控設備的不斷完善，監控設備使用和維護水平的不斷提高，通風安全監控設備在煤礦安全生產中發揮著越來越重要的作用。為進一步加強通風安全監控設備的裝備、使用和管理，保障煤礦安全生產，《煤礦安全01manbetx 》將“通風安全監控”單列一章，凸顯了煤礦安全監控係統在礦井安全生產的重要作用。煤礦安全監控係統的推廣使用實現了甲烷超限斷電、停風斷電、通風係統監控、煤與瓦斯突出預報、火災檢測與預報、水災監測與預報、礦山壓力監測與預報等，從而減少了瓦斯與煤塵爆炸、火災、水災、頂板等災害與02manbetx.com 的發生，保障了煤礦安全生產和礦工生命安全。
第二節 煤礦安全監控係統組成
煤礦安全監控裝備主要包括煤礦安全監控係統、甲烷風電閉鎖裝置、甲烷斷電儀和便攜式甲烷監測報警儀等儀器設備。早期的礦井安全生產監測監控係統主要由傳感器、斷電儀、載波機、傳輸線、解調器、計算機、調度顯示盤等組成。隨著計算機技術、網絡技術、微電子技術的不斷發展，目前的礦井安全生產監測監控係統主要由監測監控終端、地麵中心站、通信接口裝置、井下分站、各種傳感器等組成。其典型結構如圖1-1所示。
圖1-1 監測監控係統結構圖
2.1 地麵中心站
地麵中心站能夠實現各種監測數據的處理、顯示、查詢、儲存、打印等功能，另外，操作員發出的設備控製命令也是通過地麵中心站完成的。
生產參數的監測主要是指監控井上、井下主要生產環節各種生產參數和重要設備的運行狀態參數，如煤倉煤位、水倉水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量;水泵、提升機、局部通風機、主要通風機、帶式輸送機、采煤機、開關、磁力起動器等的運行狀態和參數等。
環境參數的監測主要是指監測煤礦井下各種有毒有害氣體及工作麵的作業條件，如高濃度甲烷氣體、低濃度甲烷氣體、一氧化碳濃度、氧氣濃度、風速、負壓、井下空氣溫度、岩煤溫度、頂板壓力、煙霧等。
同時，地麵中心站也有顯示測量參數、數據報表、曲線顯示、圖形生成、數據存儲、故障統計和報表、報告打印功能。其中，部分係統可實現局域網絡連接功能，並采用國際通用的TCP/IP網絡協議實現局域網絡終端與中心站之間實時通信和實時數據查詢等功能。
2.2 井下分站
盡管監測監控係統的井下分站形式多樣，但基本上都具備如下功能：
(1)開機自檢和本機初始化功能;
(2)通信測試功能;
(3)分站具有自動控製功能(實現斷電儀功能、風電瓦斯鎖閉功能、瓦斯管道監測功能和一般的環境監測功能等);
(4)死機自複位功能，且可以通知中心站;
(5)接收地麵中心站初始化本分站參數設置功能(如傳感器配接通道號、量程、斷電點、報警上限和報警下限等);
(6)分站自動識別配接傳感器類型(電壓型、電流型或頻率型等);
(7)分站自身具備超限報警功能;
(8)分站接收中心站對本分站指定通道輸出控製繼電器實施手控操作功能和異地斷電功能。
2.3 傳感器與控製器
傳感器的穩定性和可靠性是煤礦監測監控係統能正確反映被測環境和設備參數的關鍵技術和產品。目前國內生產和用於煤礦監測監控係統的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風速、負壓、溫度、煤倉煤位、水倉水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，以及機電設備開停、機電設備饋電狀態、風門開關狀態等開關量傳感器。以上傳感器的開發和應用基本滿足了煤礦安全生產監測監控的需要，但國產傳感器在使用壽命、調校周期、穩定性和可靠性方麵與國外同類產品相比還有很大差距，某些傳感器(如瓦斯傳感器)的穩定性還不能滿足用戶的需要。
煤礦井下使用的控製器主要是指各種規格的斷電儀，其主體是由繼電器構成，該斷電儀的壽命長，可靠性高。
2.4信號傳輸網絡
將監測到的信號傳送到地麵中心站的信號通道。如無線傳輸信道、電纜、光纖等。
第三節 煤礦安全監控係統特點
煤礦井下是一個特殊的工作環境，有易燃易爆可燃性氣體和腐蝕性氣體，潮濕、淋水、礦塵大、電網電壓波動大、電磁幹擾嚴重、空間狹小、監控距離遠。因此，礦井監控係統不同與一般工業監控係統，礦井監控係統同一般工業係統相比具有如下特點：
電氣防爆。一般工業係統均工作在非爆炸性環境中，而礦井監控係統工作在有瓦斯和煤塵爆炸性環境的煤礦井下。因此，礦井監控係統的設備必須是防爆型電氣設備。
傳輸距離遠。一般工業監控對係統的傳輸距離要求不高，而礦井監控係統的傳輸距離要求的更高。
網絡結構宜采用樹形結構。
監控對象變化緩慢。
電網電壓波動大，電磁幹擾嚴重。
工作環境惡劣。
檢測設備采用遠程供電。
不宜采用中繼器。
第二章 礦井監控係統的法規要求
第一節 煤礦01manbetx 01manbetx 對監控係統的要求
第一百五十七條 煤礦企業應建立安全儀表計量檢驗製度。
第一百五十八條 高瓦斯礦井、煤(岩)與瓦斯突出礦井，必須裝備礦井安全監控係統。沒有裝備礦井安全監控係統的礦井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯湧出的岩巷的掘進工作麵，必須裝備甲烷風電閉鎖裝置或甲烷斷電儀和風電閉鎖裝置。沒有裝備礦井安全監控係統的無瓦斯湧出的岩巷掘進工作麵，必須裝備風電閉鎖裝置。沒有裝備礦井安全監控係統的礦井的采煤工作麵，必須裝備甲烷斷電儀。
第一百五十九條 采區設計、采掘作業01manbetx 和安全技術措施，必須對安全監控設備的種類、數量和位置，信號電纜和電源電纜的敷設，控製區域等做出明確規定，並繪製布置圖。
第一百六十條 煤礦安全監控設備之間必須使用專用阻燃電纜或光纜連接，嚴禁與調度電話電纜或動力電纜等共用。
防爆型煤礦安全監控設備之間的輸入、輸出信號必須為本質安全型信號。
安全監控設備必須具有故障閉鎖功能：當與閉鎖控製有關的設備未投入正常運行或故障時，必須切斷該監控設備所監控區域的全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖;當與閉鎖控製有關的設備工作正常並穩定運行後，自動解鎖。
礦井安全監控係統必須具備甲烷斷電儀和甲烷風電閉鎖裝置的全部功能;當主機或係統電纜發生故障時，係統必須保證甲烷斷電儀和甲烷風電閉鎖裝置的全部功能;當電網停電後，係統必須保證正常工作時間不小於2h;係統必須具有防雷電保護;係統必須具有斷電狀態和饋電狀態監測、報警、顯示、存儲和打印報表功能;中心站主機應不少於2台，1台備用。
第一百六十一條 安裝斷電控製係統時，必須根據斷電範圍要求，提供斷電條件，並接通井下電源及控製線。安全監控設備的供電電源必須取自被控製開關的電源側，嚴禁接在被控開關的負荷側。
拆除或改變與安全監控設備關聯的電氣設備的電源線及控製線、檢修與安全監控設備關聯的電氣設備、需要安全監控設備停止運行時，須報告礦調度室，並製定安全措施後方可進行。
第一百六十二條 安全監控設備必須定期進行調試、校正，每月至少1次。甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測報警儀等采用載體催化元件的甲烷檢測設備，每7天必須使用校準氣樣和空氣樣調校1次。每7天必須對甲烷超限斷電功能進行測試。
安全監控設備發生故障時，必須及時處理，在故障期間必須有安全措施。
第一百六十三條 必須每天檢查安全監控設備及電纜是否正常，使用便攜式甲烷檢測報警儀或便攜式光學甲烷檢測儀與甲烷傳感器進行對照，並將記錄和檢查結果報監測值班員;當兩者讀數誤差大於允許誤差時，先以讀數較大者為依據，采取安全措施並必須在8h內對2種設備調校完畢。
第一百六十四條 礦井安全監控係統中心站必須實時監控全部采掘工作麵瓦斯濃度變化及被控設備的通、斷電狀態。
礦井安全監控係統的監測日報表必須報礦長和技術負責人審閱。
第一百六十五條 必須設專職人員負責便攜式甲烷檢測報警儀的充電、收發及維護。每班要清理隔爆罩上的煤塵，發放前必須檢查便攜式甲烷檢測報警儀的零點和電壓或電源欠壓值，不符合要求的嚴禁發放使用。
第一百六十六條 配製甲烷校準氣樣的裝置和方法必須符合國家有關標準，相對誤差必須小於5%。製備所用的原料氣應選用濃度不低於99.9%的高純度甲烷氣體。
第一百六十七條 安全監控設備布置圖和接線圖應標明傳感器、聲光報警器、斷電器、分站、電源、中心站等設備的位置、接線、斷電範圍、傳輸電纜等，並根據實際布置及時修改。
第一百六十八條 甲烷傳感器報警濃度、斷電濃度、複電濃度和斷電範圍必須符合表3規定。
第一百六十九條 低瓦斯礦井的采煤工作麵，必須在工作麵設置甲烷傳感器。
高瓦斯和煤(岩)與瓦斯突出礦井的采煤工作麵，必須在工作麵及其回風巷設置甲烷傳感器，在工作麵上隅角設置便攜式甲烷檢測報警儀。
若煤(岩)與瓦斯突出礦井采煤工作麵的甲烷傳感器不能控製其進風巷內全部非本質安全型電氣設備，則必須在進風巷設置甲烷傳感器。
采煤工作麵采用串聯通風時，被串工作麵的進風巷必須設置甲烷傳感器。
采煤機必須設置機載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測報警儀。
非長壁式采煤工作麵甲烷傳感器的設置參照上述規定執行。
第一百七十條 低瓦斯礦井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯湧出的岩巷掘進工作麵，必須在工作麵設置甲烷傳感器。
高瓦斯、煤(岩)與瓦斯突出礦井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯湧出的岩巷掘進工作麵，必須在工作麵及其回風流中設置甲烷傳感器。
掘進工作麵采用串聯通風時，必須在被串掘進工作麵的局部通風機前設甲烷傳感器。
掘進機必須設置機載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測報警儀。
第一百七十一條 在回風流中的機電設備硐室的進風側必須設置甲烷傳感器。
第一百七十二條 高瓦斯礦井進風的主要運輸巷道內使用架線電機車時，裝煤點、瓦斯湧出巷道的下風流中必須設置甲烷傳感器。
第一百七十三條 在煤(岩)與瓦斯突出礦井和瓦斯噴出區域中，進風的主要運輸巷道和回風
巷道內使用礦用防爆特殊型蓄電池電機車或礦用防爆型柴油機車時，蓄電池電機車必須設置車載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測報警儀，柴油機車必須設置便攜式甲烷檢測報警儀。當瓦斯濃度超過0.5%時，必須停止機車運行。
第一百七十四條 瓦斯抽放泵站必須設置甲烷傳感器，抽放泵輸入管路中必須設置甲烷傳感器。利用瓦斯時，還應在輸出管路中設置甲烷傳感器。
第一百七十五條 裝備礦井安全監控係統的礦井，每一個采區、一翼回風巷及總回風巷的測風站應設置風速傳感器，主要通風機的風硐應設置壓力傳感器;瓦斯抽放泵站的抽放泵吸入管路中應設置流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，利用瓦斯時，還應在輸出管路中設置流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。
裝備礦井安全監控係統的開采容易自燃、自燃煤層的礦井，應設置一氧化碳傳感器和溫度傳感器。
裝備礦井安全監控係統的礦井，主要通風機、局部通風機應設置設備開停傳感器，主要風門應設置風門開關傳感器，被控設備開關的負荷側應設置饋電狀態傳感器。
第二節 《煤礦安全監控係統及檢測儀器使用管理規範 》(AQ1029—2007)對傳感器設置要求
2.1采煤工作麵甲烷傳感器的設置
長壁采煤工作麵甲烷傳感器必須按圖設置。U型通風方式在上隅角設置甲烷傳感器T0，工作麵設置甲烷傳感器T1 ，工作麵回風巷設置甲烷傳感器T2;若煤與瓦斯突出礦井的甲烷傳感器T1不能控製采煤工作麵進風巷內全部非本質安全型電氣設備，則在進風巷設置甲烷傳感器T3;低瓦斯和高瓦斯礦井采煤工作麵采用串聯通風時，被串工作麵的進風巷設置甲烷傳感器T4，如圖所示。
Z型、Y型、H型和W型通風方式的采煤工作麵甲烷傳感器的設置參照上述規定執行，如圖所示。
Z型通風方式
Y型通風方式
H型通風方式
W型通風方式
采用兩條巷道回風的采煤工作麵甲烷傳感器必須按圖設置：甲烷傳感器T0、T1和T2的設置同圖2-1a;在第二條回風巷設置甲烷傳感器T5、T6。采用三條巷道回風的采煤工作麵，第三條回風巷甲烷傳感器的設置與第二條回風巷甲烷傳感器T5、T6的設置相同。
有專用排瓦斯巷的采煤工作麵甲烷傳感器必須按圖設置。甲烷傳感器T0、T1、T2 的設置同圖a;在專用排瓦斯巷設置甲烷傳感器T7，在工作麵混合回風風流處設置甲烷傳感器T8，如圖所示。
高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井采煤工作麵的回風巷長度大於1000m時，必須在回風巷中部增設甲烷傳感器。
采煤機必須設置機載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測報警儀。
非長壁式采煤工作麵甲烷傳感器的設置參照上述規定執行，即在上隅角、工作麵及其回風巷各設置1個甲烷傳感器。
2.2掘進工作麵甲烷傳感器的設置
瓦斯礦井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯湧出岩巷的掘進工作麵甲烷傳感器必須按圖設置。在工作麵回風流中設置甲烷傳感器T1，在工作麵回風流中設置甲烷傳感器T2;采用串聯通風的掘進工作麵，必須在被串工作麵局部通風機前設置掘進工作麵進風流甲烷傳感器T3。
高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井雙巷掘進甲烷傳感器必須按圖設置：在掘進工作麵及其回風巷設置甲烷傳感器T1和T2;在工作麵混合回風流處設置甲烷傳感器T3。
高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井的掘進工作麵長度大於800m時，必須在掘進巷道中部增設甲烷傳感器。甲烷傳感器具體懸掛位置：距頂、距巷壁距離;掘進麵應掛在鳳筒的異側;上隅角其位置距巷幫和老塘側充填帶均不大於800毫米，距頂板不大於300毫米。
掘進機必須設置機載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測報警儀。
采區回風巷、一翼回風巷、總回風巷測風站應設置甲烷傳感器。
2.3設在回風流中的機電硐室進風側必須設置甲烷傳感器，如圖所示。
2.4使用架線電機車的主要運輸巷道內，裝煤點處必須設置甲烷傳感器，如圖所示
2.5高瓦斯礦井進風的主要運輸巷道使用架線電機車時，在瓦斯湧出巷道的下風流中必須設置甲烷傳感器。瓦斯報警濃度：T≥0.5%CH4。瓦斯斷電濃度：T≥0.5%CH4。複電濃度：T〈0.5%CH4。斷電範圍：裝煤點處上風流(瓦斯湧出巷道上風流)100米內及其下風流的架空線電源和全部非本質安全型電氣設備，如圖所示。
2.6礦用防爆特殊型蓄電池電機車必須設置車載式甲烷斷電儀或便攜式甲烷檢測報警儀;礦用防爆型柴油機車必須設置便攜式甲烷檢測報警儀。
兼做回風井的裝有帶式輸送機的井筒內必須設置甲烷傳感器。
回風巷道中的電氣設備上風側10-15m處應設置甲烷傳感器。
井下煤倉、地麵選煤廠煤倉上方應設置甲烷傳感器。
封閉的地麵選煤廠機房內上方應設置甲烷傳感器。
封閉的帶式輸送機地麵走廊上方宜設置甲烷傳感器。
瓦斯抽放泵站甲烷傳感器的設置。
地麵瓦斯抽放泵站內距房頂300mm處必須設置甲烷傳感器。井下臨時抽放泵站內下風側必須設置甲烷傳感器。
抽放泵輸入管路中應設置甲烷傳感器。利用瓦斯時，應在輸出管路中設置甲烷傳感器;不利用瓦斯、采用幹式抽放瓦斯設備時，輸出管路中也應設置甲烷傳感器。
井下排瓦斯管路出口的下風側柵欄外必須設置甲烷傳感器。
2.8其它傳感器的設置
2.8.1一氧化碳傳感器的設置
一氧化碳傳感器應垂直懸掛在巷道的上方風流穩定的位置，距頂板(頂梁)不得大於300mm，距巷壁不得小於200mm，並應安裝維護方便，不影響行人和行車。
開采容易自燃、自燃煤層的采煤工作麵回風巷必須設置一氧化碳傳感器，報警濃度為≥24ppm，如圖所示。
帶式輸送機滾筒下風側10-15m處應設置一氧化碳傳感器，報警濃度為24ppm。
自然發火觀測點、封閉火區防火牆柵欄外宜設置一氧化碳傳感
開采容易自燃、自燃煤層的礦井，采區回風巷、一翼回風巷、總回風巷應設置一氧化碳傳感器，報警濃度為0.0024%CO。
2.8.2風速傳感器的設置
采區回風巷、一翼回風巷、總回風巷的測風站應設置風速傳感器。風速傳感器應設置在巷道前後10m內無分支風流、無拐彎、無障礙、斷麵無變化、能準確計算風量的地點。當風速低於或超過《煤礦01manbetx 01manbetx 》的規定值時，應發出聲、光報警信號。
2.8.3風壓傳感器的設置
主要通風機的風硐應設置風壓傳感器。
2.8.4瓦斯抽放管路中傳感器的設置
瓦斯抽放泵站的抽放泵輸入管路中宜設置流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器;利用瓦斯時，應在輸出管路中設置流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。防回火安全裝置上宜設置壓差傳感器。
2.8.5煙霧傳感器的設置
帶式輸送機滾筒下風側10-15m處應設置煙霧傳感器。
2.8.6溫度傳感器的設置
溫度傳感器應垂直懸掛在巷道上方風流穩定的位置，距頂板(頂梁)不得大於300mm，距巷壁不得小於200mm，並應不影響行人和行車，安裝維護方便。
開采容易自燃，自燃煤層及地溫高的礦井采煤工作麵應設置溫度傳感器。溫度傳感器的報警值為30℃。如圖所示。
2.8.7開關量傳感器的設置
主要通風機、局部通風機必須設置設備開停傳感器。
礦井和采區主要進回風巷道中的主要風門必須設置風門傳感器。當兩道風門同時打開時，發出聲光報警信號。
掘進工作麵局部通風機的風筒末端宜設置風筒傳感器。
為監測被控設備瓦斯超限是否斷電，被控開關的負荷側必須設置饋電傳感器。
2.9 使用與維護
2.9.1檢修機構
煤礦應建立安全測控儀器檢修室，負責本礦安全測控儀器的調校、維護和維修工作。暫時不具備條件的小型煤礦可將安全測控儀器送到檢修中心進行調校和維修。
國有重點煤礦的礦務局(公司)、產煤縣(市)應建立安全測控儀器檢修中心，負責安全測控儀器的調校、維修、報廢鑒定等工作，有條件的可配置甲烷校準氣體，並對煤礦進行技術指導。
安全測控儀器檢修室應配備甲烷傳感器、測定器檢定裝置、穩壓電源、示波器、頻率計、萬用表、流量計、聲級計、甲烷校準氣體、標準氣體等儀器裝備;安全測控儀器檢修中心除應配備上述儀器裝備外，宜配備甲烷校準氣體配氣裝置、氣相色譜儀或紅外線03manbetx 儀、風洞等。
2.9.2校準氣體
甲烷校準氣體宜采用分壓法原理配製，選用純度不低於99.9%的甲烷、氮氣和氧氣做原料氣，對混合氣瓶抽真空處理後，按配氣要求的比例和程序，控製壓力和流量，依次向混合氣瓶充入甲烷、氮氣和氧氣原料氣。配製好的甲烷校準氣體應以標準氣體為標準，用氣相色譜儀或紅外線03manbetx 儀03manbetx 定值，其不確定度應小於5%。
甲烷校準氣體配氣裝置應放在通風良好，符合國家有關防火、防爆、壓力容器安全規定的獨立建築內。配氣氣瓶應分室存放，室內應使用隔爆型的照明燈具及電器設備。
2.9.3調校
安全測控儀器設備必須定期調校。
安全測控儀器使用前和大修後，必須按產品使用說明書的要求測試、調校合格，並在地麵試運行24～48h方能下井。
采用催化燃燒原理的甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷檢測報警礦燈等，每隔10d必須使用校準氣體和空氣樣，按產品使用說明書的要求調校一次。調校時，應先在新鮮空氣中或使用空氣樣調校零點，使儀器顯示值為零，再通入濃度為1%-2%CH4的甲烷校準氣體，調整儀器的顯示值與校準氣體濃度一致，氣樣流量應符合產品使用說明書的要求。
除甲烷以外的其它氣體測控儀器應每隔10d采用空氣樣和標準氣樣進行調校。風速傳感器選用經過標定的風速計調校。溫度傳感器選用經過標定的溫度計調校。其它傳感器和便攜式檢測儀器也應按使用說明書要求定期調校，使各項指標符合規定。
安全測控儀器的調校包括零點、顯示值、報警點、斷電點、複電點、控製邏輯等。
為保證甲烷超限斷電和停風斷電功能準確可靠，每隔10d必須對甲烷超限斷電閉鎖和甲烷風電閉鎖功能進行測試。
安全測控儀器在井下連續運行6—12個月，必須升井檢修。
2.9.4 安裝
安全監控管理機構負責安全監控設備的安裝、調試和維護工作。安裝安全監控設備前，必須根據已批準的作業規程或安全技術措施提出《安裝申請單》，分別送通風和機電部門。在安裝斷電控製係統，使用單位或機電部門必須根據斷電範圍要求，提供斷電條件，並接通井下電源及控製線，在連接時必須有安全監測人員在場監護。
為防止甲烷超限斷電，切斷安全監控設備的供電電源，安全監控設備的供電電源必須取自被控開關的電源側，嚴禁接在被控開關的負荷側。為保證局部通風機的供電可靠性，嚴禁與局部通風機共用電纜、變壓器或開關。
與安全監控設備關聯的電氣設備，電源線及控製線在拆除或改線時，必須與安全監控管理部門共同處理。檢修與安全監控設備關聯的電氣設備，需要安全監控設備停止運行時，須經礦調度室同意，並製定安全措施後方可進行。
在使用安全監控設備前，必須按產品使用說明書的要求，調試合格後方可使用。
模擬量傳感器應設置在能正確反映被測物理量的位置。開關量傳感器應設置在能正確反映被監測狀態的位置。聲光報警器應設置在經常有人工作便於觀察的地點。井下主站或分站，應設置在便於人員觀察、調試、檢驗及支護良好、無滴水、無雜物的進風巷道或硐實中，安設時應墊支架，使其據巷道底板不小於300mm，或吊掛在巷道中。
隔爆兼本質安全型等複合型本質安全型防爆電源，應設置在采取變電所，嚴禁設置在斷電範圍內。防爆兼本質安全型防爆電源嚴禁設置在低瓦斯和高瓦斯礦井的采煤工作麵和回風巷內，煤(岩)與瓦斯突出礦井的采煤工作麵、進風巷和回風巷，采用串聯通風的被串采煤工作麵、進風巷和回風巷、采用串聯通風的被串掘進巷道內。
2.9.5維護
井下安全監測工必須24h值班，每天檢查煤礦安全監控係統及電纜的運行情況。使用便攜式甲烷檢測報警儀與甲烷傳感器進行現場對照，並將記錄和檢查結果報地麵中心站值班員。當兩者讀數誤差大於允許誤差時，先以讀數較大者為依據，采取安全措施，並必須在8h內將兩種儀器調準。
下井管理人員發現便攜式甲烷檢測報警儀與甲烷傳感器讀數誤差大於允許誤差時，應立即通知安全監控部門進行處理。
安裝在采煤機、掘進機和電機車上的機(車)載斷電儀，由司機負責監護，並應經常檢查清掃，每天使用便攜式甲烷檢測報警儀與甲烷傳感器進行對照，當兩者讀數誤差大於允許誤差時，先以讀數最大者為依據，采取安全措施，並立即通知安全監測工，在8h內將兩種儀器調準。
炮采工作麵設置的甲烷傳感器在放炮前應移動到安全位置，放炮後應及時恢複設置到正確位置。對需要經常移動的傳感器、聲光報警器、斷電控製器及電纜等，由采掘班組長負責按規定移動，嚴禁擅自停用。
井下安全使用的分站、傳感器、聲光報警器、斷電控製器及電纜等由所在采掘區的區隊長、班組長負責管理和使用。
傳感器經過調校檢測誤差仍超過規定值時，必須立即更換;安全測控儀器發生故障時，必須及時處理，在更換和故障處理期間必須采用人工監測等安全措施，並填寫故障記錄。
低濃度甲烷傳感器經大於4%CH4的甲烷衝擊後，應及時進行調校或更換。
備用電源不能保證設備連續工作1h時，應及時更換。
使用中的傳感器應經常擦拭，清除外表積塵，保持清潔。采掘工作麵的傳感器應每天除塵;傳感器應保持幹燥，避免灑水淋濕;維護、移動傳感器應避免摔打碰撞。
2.9.6報廢
安全測控儀器符合下列情況之一者，可以報廢：設備老化、技術落後或超過規定使用年限的;通過修理，雖能恢複精度和性能，但一次修理費用超過原價80%以上，不如更新經濟的;嚴重失爆不能修複的;遭受意外災害，損壞嚴重，無法修複的;國家或有關部門規定應淘汰的。
2.9.7煤礦安全監控係統及聯網信息處理
煤礦安全監控係統的主機及係統聯網主機必須雙機或多機備份，24 h不間斷運行。當工作主機發生故障時，備份主機應在5min內投入工作。
中心站應雙回路供電並配備不小於8h在線式不間斷電源。
中心站設備應有可靠的接地裝置和防雷裝置。
聯網主機應裝備防火牆等網絡安全設備。
中心站應使用錄音電話。
2.9.8煤礦安全監控係統信息的處理
地麵中心站必須24h有人值班。值班人員應認真監視監視器所顯示的各種信息，詳細記錄係統各部分的運行狀態，接收上一級網絡中心下達的指令並及時進行處理，填寫運行日誌，打印安全監控日報表，報礦主要負責人和礦井主要技術負責人審閱。
係統發出報警、斷電、饋電異常信息時，中心站值班人員必須立即通知礦井調度部門，查明原因，並按規定程序及時報上一級網絡中心。處理結果應記錄備案。
調度值班人員接到報警、斷電信息後，應立即向礦值班領導彙報，同時按規定指揮現場人員停止工作，斷電時撤出人員，處理過程應記錄備案。
當係統顯示井下某一區域瓦斯超限並有可能波及其它區域時，中心站值班員應按瓦斯02manbetx.com 應急預案手動遙控切斷瓦斯可能波及區域的電源。
2.9.10聯網信息的處理
煤礦安全監控係統聯網實行分級管理。國有重點煤礦必須向礦務局(公司)安全監控網絡中心上傳實時測控數據，國有地方和鄉鎮煤礦必須向縣(市)安全監控網絡中心上傳實時測控數據。網絡中心對煤礦安全監控係統的運行進行監督和指導。
網絡中心必須24h有人值班。值班人員應認真監視測控數據，核對煤礦上傳的隱患處理情況，發現異常情況要詳細查詢，按規定進行處理。填寫運行日誌，打印報警信息日報表，報值班領導審閱。
聯網網絡中心值班人員發現煤礦瓦斯超限報警、饋電狀態異常情況等必須通知煤礦核查情況，按應急預案進行處理。
煤礦安全監控係統中心站值班人員接到網絡中心發出的報警處理指令後，要立即處理落實，並將處理結果向網絡中心反饋。
網絡中心值班人員發現煤礦安全監控係統通訊中斷或出現無記錄情況，必須查明原因，並根據具體情況下達處理意見，處理情況記錄備案，上報值班領導。
網絡中心每月應對瓦斯超限情況進行彙總03manbetx ，報當地煤炭行業主管部門和煤礦安全監察分局。
2.9.11繪製煤礦安全監控布置圖和斷電控製圖
煤礦必須繪製煤礦安全監控布置圖和斷電控製圖，並根據采掘工作的變化情況及時修改。布置圖應標明傳感器、聲光報警器、斷電控製器、分站、電源、中心站等設備的位置、接線、斷電範圍、報警值、斷電值、複電值、傳輸電纜、供電電纜等;斷電控製圖應標明甲烷傳感器、饋電傳感器和分站的位置，斷電範圍，被控開關的名稱和編號，被控開關的斷電接點和編號。
2.9.12煤礦安全監控布置圖和斷電控製圖
煤礦安全監控布置圖和斷電控製圖應報當地煤炭行業主管部門、煤礦安全監察分局和上級網絡中心備案。
2.9.13煤礦安全監控係統和網絡中心數據
煤礦安全監控係統和網絡中心應每3個月對數據進行備份，備份的數據介質保存時間應不少於2年。
2.9.14圖紙、技術資料保存時間
圖紙、技術資料的保存時間應不少於2年。
第三節 《煤礦安全監控係統通用技術要求》 (AQ6201—2006)對監控係統性能要求
3.1 環境條件
係統中用於機房、調度室的設備，應能在下列條件下正常工作：a) 環境溫度：15—300C;b) 相對濕度：40%～70%;c) 溫度變化率：小於100C/h，且不得結露;d) 大氣壓力：80—106 kPa;e) GB/T 2887規定的塵埃、照明、噪聲、電磁場幹擾和接地條件。除有關標準另有規定外，係統中用於煤礦井下的設備應在下列條件下正常工作：a)環境溫度：0～40℃;b) 平均相對濕度：不大於95%(+25℃);c) 大氣壓力：80～106 kPa;d) 有爆炸性氣體混合物，但無顯著振動和衝擊、無破壞絕緣的腐蝕性氣體。
3.2 供電電源
地麵設備交流電源：a) 額定電壓：380 V/220V，允許偏差10%;b) 諧波：不大於5%;c) 頻率：50 Hz，允許偏差±5%。井下設備交流電源：a) 額定電壓：36 V/127V/380 V/660V/1 140 V，允許偏差：專用於井底車場、主運輸巷：+10---20%;其他井下產品：+10---25%;b) 諧波：10%; c) 頻率：50 Hz，允許偏差土5%。
3.3 係統設計要求
係統—般由主機、傳輸接口、分站、傳感器、執行器(含斷電器、聲光報警器)、電源箱、電纜、接線盒、避雷器和其他必要設備組成。
3.3.1 硬件要求
中心站硬件一般包括傳輸接口、主機、打印機、UPS電源、投影儀或電視牆、網絡交換機、服務器和配套設備等。中心站均應采用當時主流技術的通用產品，並滿足可靠性、可維護性、開放性和可擴展性等要求。傳感器的穩定性應不小於15d。由外部本安電源供電的設備一般應能在9～24 V範圍內正常工作。
3.3.2 軟件要求
操作係統、數據庫、編程語言等應為可靠性高、開放性好、易操作、易維護、安全、成熟的主流產品。軟件應有詳細的漢字說明和漢字操作指南。
3.4 基本功能
1.數據采集：係統必須具有甲烷濃度、風速、風壓、一氧化碳濃度、溫度等模擬量采集、顯示及報警功能。係統必須具有饋電狀態、風機開停、風筒狀態、風門開關、煙霧等開關量采集、顯示及報警功能。係統必須具有瓦斯抽采(放)量監測、顯示功能。
2.控製功能：係統必須由現場設備完成甲烷濃度超限聲光報警和斷電/複電控製功能。甲烷濃度達到或超過報警濃度時，聲光報警;甲烷濃度達到或超過斷電濃度時，切斷被控設備電源並閉鎖;甲烷濃度低於複電濃度時，自動解鎖;與閉鎖控製有關的設備(含甲烷傳感器、分站、電源、斷電控製器、電纜、接線盒等)未投入正常運行或故障時，切斷該設備所監控區域的全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖;當與閉鎖控製有關的設備工作正常並穩定運行後，自動解鎖。
3.係統必須由現場設備完成甲烷風電閉鎖功能：
掘進工作麵甲烷濃度達到或超過1.0%時，聲光報警;掘進工作麵甲烷濃度達到或超過1.5%時，切斷掘進巷道內全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖，當掘進工作麵甲烷濃度低於1.0%時，自動解鎖;掘進工作麵回風流中的甲烷濃度達到或超過1.0%時，聲光報警、切斷掘進巷道內全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖，當掘進工作麵回風流中的甲烷濃度低於1.0%時，自動解鎖;被串掘進工作麵入風流中甲烷濃度達到或超過0.5%時，聲光報警、切斷被串掘進巷道內全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖;當被串掘進工作麵入風流中甲烷濃度低於0.5%時，自動解鎖;局部通風機停止運轉或風筒風量低於規定值時，聲光報警、切斷供風區域的全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖;
當局部通風機或風筒恢複正常工作時，自動解鎖：局部通風機停止運轉，掘進工作麵或回風流中甲烷濃度大於3.0%，必須對局部通風機進行閉鎖使之不能起動，隻有通過密碼操作軟件或使用專用工具方可人工解鎖，當掘進工作麵或回風流中甲烷濃度低於1.5%時，自動解鎖;與閉鎖控製有關的設備(含分站、甲烷傳感器、設備開停傳感器，電源、斷電控製器、電纜、接線盒等)故障或斷電時，聲光報警、切斷該設備所監控區域的全部非本質安全型電氣設備的電源並閉鎖;與閉鎖控製有關的設備接通電源1 min內，繼續閉鎖該設備所監控區域的全部非本質安全型電氣設備的電源;當與閉鎖控製有關的設備工作正常並穩定運行後，自動解鎖。嚴禁對局部通風機進行故障閉鎖控製。安全監控係統必須具有地麵中心站手動遙控斷電/複電功能，並具有操作權限管理和操作記錄功能。安全監控係統應具有異地斷電/複電功能。
4.調節要求：係統宜具有自動、手動、就地、遠程和異地調節功能。
5.存儲和查詢：係統必須具有以地點和名稱為索引的存儲和查詢功能：甲烷濃度、風速、負壓、一氧化碳濃度等重要測點模擬量的實時監測值;模擬量統計值(最大值、平均值、最小值);報警及解除報警時刻及狀態;斷電/複電時刻及狀態;饋電異常報警時刻及狀態;局部通風機、風筒、主要通風機、風門等狀態及變化時刻;瓦斯抽采(放)量等累計量值;設備故障/恢複正常工作時刻及狀態等。
6.顯示：係統必須具有列表顯示功能：
①模擬量及相關顯示內容包括：地點;名稱;單位;報警門限;斷電門限;複電門限;監測值;最大值;最小值;平均值;斷電/複電命令;饋電狀態;超限報警;饋電異常報警;傳感器工作狀態等;
②開關量顯示內容包括：地點;名稱;開/停時刻;狀態;工作時間;開停次數;傳感器工作狀態;報警及解除報警狀態及時刻等;
③累計量顯示內容包括：地點、名稱、單位、累計量值等。
④係統應能在同一時間坐標上，同時顯示模擬量曲線和開關狀態圖等。
⑤係統必須具有模擬量實時曲線和曆史曲線顯示功能。在同一坐標上用不同顏色顯示最大值、平均值、最小值等曲線。
⑥係統必須具有開關量狀態圖及柱狀圖顯示功能。
⑦係統必須具有模擬動畫顯示功能。顯示內容包括：通風係統模擬圖;相應設備開停狀態：相應模擬量數值等。應具有漫遊、總圖加局部放大、分頁顯示等方式。
⑧係統必須具有係統設備布置圖顯示功能。顯示內容包括：傳感器;分站：電源箱;斷電控製器;傳感接口和電纜等設備的設備名稱;相對位置和運行狀態等。若係統龐大一屏容納不下，可漫遊、分頁或總圖加局部放大。
7.打印：係統必須具有報表、曲線、柱狀圖、狀態圖、模擬圖、初始化參數等召喚打印功能(定時打印功能可選)。報表包括：模擬量日(班)報表;模擬量報警日(班)報表;模擬量斷電日(班)報表;模擬量饋電異常日(班)報表;開關量報警及斷電日(班)報表;開關量饋電異常日(班)報表;開關量狀態變動日(班)報表;監控設備故障日(班)報表;模擬量統計值曆史記錄查詢報表等。
8.人機對話：係統必須具有人機對話功能，以便於係統生成、參數修改、功能調用、控製命令輸入等。
9.自診斷功能：係統必須具有自診斷功能。當係統中傳感器、分站、傳輸接口、電源、斷電控製器、傳輸電纜等設備發生故障時.報警並記錄故障時間和故障設備，以供查詢及打印。
10.雙機切換功能：係統必須具有雙機切換功能。係統主機必須雙機備份，並具有手動切換功能或自動切換功能。當工作主機發生故障時.備份主機投入工作。
11.備用電源要求：係統必須具有備用電源。當電網停電後，保證對甲烷、風速、風壓、一氧化碳、主要通風機、局部通風機開停、風筒狀態等主要監控量繼續監控。
12.數據備份要求：係統必須具有數據備份功能。
13.模擬報警和斷電要求：傳感器應具有現場模擬測試報警和斷電功能。
14.防雷要求：係統必須具有防雷功能。分別在傳輸接口、入井口、電源等采取防雷措施。
15.其他要求：係統應具有網絡通信功能;係統應具有軟件自監視功能;係統應具有軟件容錯功能;係統應具有實時多任務功能，能實時傳輸、處理、存儲和顯示信息，並根據要求實時控製，能周期地循環運行而不中斷。
3.5 軟件功能
1.操作管理軟件必須具有操作權限管理功能，對參數設置、控製等必須使用密碼操作，並具有操作記錄。
2.主菜單在各種顯示模式下都必須有主菜單顯示，主菜單包括：參數設置、頁麵編輯、控製、列表顯示、曲線顯示、狀態圖及柱狀圖顯示、模擬圖顯示、打印、查詢、幫助、其他等。
在主菜單下必須設置以下子菜單：
a) 參數設置：係統參數、模擬量、開關量、累計量、其他;
b) 頁麵編輯：列表、曲線、模擬圖、其他;
c) 控製：控製邏輯、操作、其他;
d) 列表顯示：報警(模擬量、開關量)、斷電控製(模擬量、開關量)、饋電異常(模擬量、開關量)、調用(模擬量、開關量)、設備故障、其他;
e) 曲線顯示：報警、斷電控製、饋電異常、調用、其他;
f)狀態圖與柱狀圖顯示：狀態圖、柱狀圖、其他;
g) 模擬圖顯示：通風係統、瓦斯抽采(放)、係統自檢、其他;
h) 打印：編輯、報警(模擬量、開關量)、斷電控製(模擬量、開關量)、饋電異常(模擬量、開關量)、調用(模擬量、開關量)、設備故障、其他;
i) 查詢：報警(模擬量;開關量)、斷電控製(模擬量、開關量)、饋電異常(模擬量、開關量)、調用(模擬量、開關量)、設備故障、其他;
j) 幫助：參數設置、頁麵編輯、控製、列表顯示、曲線顯示、狀態圖與柱狀圖顯示、模擬圖顯示、打印、查詢、其他。
3.分類查詢: 報警查詢：根據輸入的查詢時間，將查詢期間內的全部報警的模擬量和開關量顯示或打印;斷電查詢：根據輸入的查詢時間，將查詢期間內的全部斷電的模擬量和開關量列表顯示或打印;饋電異常查詢：根據輸入的查詢時間，將查詢期間內的全部饋電異常的開關量和模擬量顯示或打印;調用查詢：根據輸入的被查詢量和查詢時間，將查詢期間內的被查詢量顯示或打印。
4.快捷方式: 在任何顯示模式下，均可直接進入所選監控量的列表顯示、曲線顯示或狀態圖及柱狀圖顯示、模擬圖顯示、打印、參數設置、頁麵編輯、查詢等方式。
5.中文顯示與打印: 軟件必須具有漢字顯示、漢字打印和漢字提示功能。
6.更改存儲內容: 軟件必須具有防止修改實時數據和曆史數據等存儲內容(參數設置及頁麵編輯除外)功能。
3.5.1 模擬量數據表格顯示:
1.顯示內容:模擬量數據表格顯示包括如下內容：傳感器設置地點;傳感器所測物理量;單位(可缺省);報警門限(除用於監察外，可缺省);斷電門限(除用於監察外，可缺省);複電門限(除用於監察外，可缺省);斷電範圍(除用於監察外，可缺省);監測值;平均值;最大值;最小值;報警/解除報警狀態及時刻;斷電/複電命令及時刻;饋電狀態及時刻;實時時鍾等。
2.實時顯示:模擬量報警、模擬量斷電、饋電異常必須實時顯示。
3.調用顯示: 根據所選擇的模擬量顯示其相應內容：地點;名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);監測值;最近一次統計的最大值;平均值;最後一次報警或解除報警時刻;最後一次斷電或複電時刻等。
4.報警顯示: 當模擬量大於或等於報警門限時，自動顯示超限時刻等，顯示內容包括：地點;名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);監測值;最近一班統計的最大值(可缺省);平均值(可缺省);報警時刻;最後一次斷電/複電時刻;斷電區域(可缺省);饋點狀態、時刻及措施(報警後所采取的安全措施，其中所采取的安全措施為人工錄入，采取措施時間自動生成，以下同)等。
5.斷電顯示: 當模擬量大於或等於報警門限時，自動顯示斷電命令及時刻等，顯示內容包括：地點;名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);監測值;報警時刻;斷電及時刻;斷電區域(可缺省);饋電狀態及時刻、安全措施等。
6.饋電異常顯示: 當模擬量斷電命令與饋電狀態不一致時，自動顯示饋電異常時刻等，顯示內容包括：地點，名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);監測值;報警及時刻;斷電及時刻;斷電區域(可缺省);饋電狀態及時刻;安全措施等。
7.報警記錄查詢顯示: 根據所選擇的查詢時間，顯示查詢時間內的累計報警次數等，顯示內容包括：地點;名稱;單位(可缺省);報警濃度(可缺省);累計報警次數;累計報警時間;報警期間最大值及時刻;每次報警期間最大值及時刻;每次報警時間;每次報警起止時刻;每次報警措施;查詢起止時刻等。
8.斷電記錄查詢顯示: 根據所選擇的查詢時間，顯示查詢時間內的累計斷電次數等，顯示內容包括：地點;名稱;單位(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);累計斷電次數;累計斷電時間;查詢期間最大值及時刻;每次斷電最大值及時刻;每次斷電時間;每次斷電命令及起止時刻;斷電區域(可缺省);饋電狀態及時刻;安全措施;查詢起止時刻等。
9.饋電異常記錄查詢顯示: 根據所選擇的查詢時間，顯示查詢時間內累計饋電異常次數等，顯示內容包括：地點;名稱;斷電區域(可缺省);饋電異常累計時間;累計次數;每次饋電異常時間;起止時刻;措施;查詢起止時刻等。
10.統計值記錄查詢顯示: 根據所選擇的模擬量及查詢時間，顯示查詢時間內模擬量的平均值、最大值等，顯示內容包括：地點;名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);查詢期間最大值及時刻;平均值;每次統計起止時刻;最大值;平均值;最小值等。
3.5.2開關量狀態表格顯示:
1.顯示內容: 開關量狀態表格顯示包括以下內容;所監測設備地點，所監測設備名稱：報警狀態(除用於監察外，可缺省);斷電狀態(除用於監察外，可缺省);斷電範圍(除用於監察外，可缺省);當前狀態;狀態變動時刻;報警/解除報警時刻;斷電/複電時刻;⑩饋電狀態及時刻等。
2.調用顯示: 根據所選擇的開關量顯示其相關內容：地點;名稱;報警及斷電狀態(可缺省);設備狀態及時刻;報警/斷電及時刻;斷電區域(可缺省);饋電狀態及時刻：措施及時刻等。
3.報警與斷電顯示: 當開關量為報警/斷電狀態時，自動顯示報警與斷電時刻和狀態等，顯示內容包括：地點;名稱;報警/斷電狀態(可缺省);設備狀態及時刻，斷電/報警及時刻;斷電區域(可缺省);饋電狀態及時刻，措施及時刻等。
4.饋電異常顯示: 當開關量斷電命令與饋電狀態不符時，自動顯示饋電異常狀態及時刻等，顯示內容包括：地點;名稱，報警/斷電狀態(可缺省);設備狀態及時刻;斷電/報警及時刻，斷電區域(可缺省);饋電狀態及時刻;措施及時刻等。
5.狀態變動顯示: 當開關量狀態發生變化時，顯示當前狀態變化的開關量的狀態變動時刻和狀態變動狀況等，一般保持5 min或10min。顯示內容包括，地點：名稱，報警及斷電狀態(可缺省)：設備狀態及時刻，斷電/報警及時刻;斷電區域(可缺省)，饋電狀態及時刻等。
6.報警及斷電記錄查詢顯示: 根據所選擇的查詢時間，顯示查詢時間內開關量累計報警次數等，顯示內容包括：地點，名稱;報警/斷電狀態(可缺省);累計報警及斷電次數，累計報警及斷電時間;每次報警及斷電時間，起止時刻;措施及采取措施時刻;查詢起止時刻等。
7.饋電異常查詢顯示: 根據所選擇的查詢時間，顯示查詢時間內的開關量斷電命令與饋電狀態不符次數等，顯示內容包括：地點;名稱;斷電區域(可缺省);饋電異常累計時間;累次次數;每次時間;起止時刻;措施及采取措施時刻等。
8.狀態變動記錄查詢顯示: 根據所選擇的查詢時間，顯示查詢時間內開關量狀態變動次數等，顯示內容包括：地點;名稱;報警及斷電狀態(可缺省);累計報警/斷電時間;累計動作次數;每次動作狀態及時刻等。
3.5.3 模擬曲線顯示
將模擬量監測值和統計值隨時間變化的狀況用帶坐標和門限值的曲線直觀地顯示出來，並可無極放大或彈出放大窗。坐標的豎軸為監測值和統計值，橫軸為時間。用平行於橫軸的黃色虛線給出報警濃度，用平行於橫軸的紅色虛線給出斷電濃度，用平行於橫軸的藍色虛線給出複電濃度。實時監測值、最大值、平均值、最小值等用不同顏色表示。在屏幕上方標明傳感器設置地點、所測物理量名稱、起始、終止日期和時間、斷電門限(可缺省)、複電門限(可缺省)、報警門限(可缺省)、斷電範圍(可缺省)、監測值、最大值、平均值、最小值等曲線的顏色等。為便於讀值，應設置遊標，遊標所到之處應標出對應點的時刻、監測值、最大值、平均值、最小值、斷電起止時刻及累計時間、報警起止時刻及累計時間、饋電起止時刻及累計時間、措施及采取措施時刻等。並隨著遊標的移動，起始、終止日期和時間變化。
3.5.4 開關量狀態圖與柱狀圖顯示
1.開關量狀態圖顯示: 將開關量狀態隨時間變化的狀態用直線顯示。在屏幕上方標明傳感器的設置地點、所測物理量名稱、起始/終止日期和時間、報警狀態(可缺省)。為便於讀值，應設置遊標，遊標所到之處應標出對應區間的起止時刻、報警及斷電狀態、饋電狀態、措施等。
2.開關量柱狀圖顯示: 將開關量單位時間內的開機效率(單位時間內開機時間)用直方圖直觀顯示。坐標豎軸為開機效率，橫軸為時間。在屏幕上方標明傳感器設置地點、所測物理量名稱、起始/終止日期和時間、報警狀態(可缺省)。為便於讀值，應設置遊標，遊標所到之處應標出對應區間的開機效率、開機時間、開停次數等。
3.5.5 模擬圖顯示
在具有說明巷道、設備布置等背景圖上，將實時監測到的開關量狀態，用相應的圖樣在相應的位置模擬顯示;將實時監測到的模擬量數值在相應位置顯示。同時用紅色等標注報警、斷電及饋電異常。點擊設備模擬圖或模擬量顯示值，可以彈出相關信息的選擇菜單，供進一步查詢。對於較複雜的係統，模擬圖可以分為總圖及局部詳圖，並具有漫遊、彈出詳圖等功能。采用GIS技術的模擬圖顯示還具有地理位置顯示等功能。
1.通風係統模擬圖顯示:通風係統模擬圖顯示包括如下內容：能夠說明通風係統網絡及設備配置的模擬圖;根據實時監測到開關量狀態，實時顯示通風網絡風流、設備工況(如主要通風機、局部通風機、風門、風窗等);在相關位置實時數字顯示甲烷濃度、風速(或風量)、風壓、一氧化碳、溫度等。
2.瓦斯抽采(放)係統模擬圖顯示包括如下內容：能夠說明瓦斯抽放係統管路和設備配置的模擬圖形等;根據實時監測到的開關量狀態，實時顯示相關設備工況(如抽放泵、閥門等);在相關位置實時數字顯示甲烷濃度、溫度、風壓、流量等。
3.監控係統自檢模擬圖顯示：顯示係統運行情況、設備布置情況和故障狀況包括如下內容：能夠說明監控係統設備(傳輸接口、分站、傳感器等)布置和電纜敷設的模擬圖形等;根據係統自檢情況，將具有故障的設備用不同顏色顯示出來(如正常時為藍色，故障時為紅色等)。
3.6 報警
當模擬量監測值超限(需要報警或斷電)、饋電異常(斷電命令與饋電狀態不符)或開關量狀態為報警狀態時，發出報警信號。必要時，向有關人員手機發出報警信號。
1.聲音報警：當模擬量監測值超限(需要報警或斷電)、饋電異常(斷電命令與饋電狀態不符)或開關量狀態為報警狀態時，報警喇叭或蜂鳴器應發出聲響或語音提示，點擊後關閉。
2.光報警：在表格顯示方式中，當模擬量監測值超限(需要報警或斷電)、饋電異常(斷電命令與饋電狀態不符)或開關量狀態為報警狀態時，有關該模擬量或開關量的文字、數值和圖符等用紅色顯示，或用紅色顯示加閃爍。
在模擬量模擬曲線顯示和圖形顯示方式中，當模擬量監測值超限(需要報警或斷電)、饋電異常(斷電命令與饋電狀態不符)或開關量狀態為報警狀態時，相應的曲線和圖樣應變為紅色，數值變為紅色，或紅色顯示加閃爍。
3.7 存儲記錄：
1.統計值記錄：定時將模擬量平均值、最大值、最小值等存儲在磁盤等存儲介質上。
2.模擬量報警記錄：當模擬量報警、解除報警、填寫備注時，自動將相關內容及時刻記錄在磁盤等存儲介質上。
3.模擬量斷電記錄：當模擬量斷電、複電、填寫備注時，自動將相關內容及時刻記錄在磁盤等存儲介質上。
4.模擬量饋電異常記錄：當饋電狀態由正常變為異常、或由異常變為正常、填寫備注時，自動將相關內容及時刻記錄在磁盤等存儲介質上。
5.開關量狀態變動記錄：當開關量狀態發生變動時，計算機自動將該開關量的狀態變動狀況和變動時刻記錄在磁盤等存儲介質上。
6.開關量報警及斷電記錄：當開關量由非報警及斷電狀態變為報警及斷電狀態、或由報警及斷電狀態變為非報警及斷電狀態、或填寫備注時，自動將相關內容及時刻記錄磁盤等存儲介質上。
7.開關量饋電異常記錄：當饋電異常變為正常、正常變為異常、填寫備注時，自動將相關內容及時刻記錄在磁盤等存儲介
8.監控設備故障記錄：當監控設備(分站、傳感器等)故障、恢複正常、填寫措施時，記錄其狀態及時刻。
3.8 打印：
1.模擬量日(班)報表：模擬量日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;傳感器設置地點;所測物理量名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);平均值(本日或本班平均值);最大值及時刻(本日或本班最大值);報警次數(本日或本班累計報警次數);累計報警時間(本日或本班累計報警時間);斷電次數(本日或本班累計斷電次數);累計斷電時間(本日或本班累計斷電時間);饋電異常次數(本日或本班斷電命令與饋電狀態不符累計次數);饋電異常累計時間(本日或本班斷電命令與斷電狀態不符累計時間)等。
2.模擬量報警日(班)報表：模擬量報警日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;傳感器設置地點;所測物理量名稱;單位(可缺省);報警門限(可缺省);報警次數(本日或本班累計報警次數);累計報警時間(本日或本班累計報警時間);最大值及時刻(本日或本班報警期間最大值);平均值(本日或本班報警期間平均值);每次報警時刻及解除報警時刻;每次報警時間;每次報警期間平均值和最大值及時刻等;每次措施及采取措施時刻。
3.模擬量斷電日(班)報表：模擬量斷電日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;傳感器設置地點;所測物理量名稱;單位(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);斷電範圍(可缺省);斷電次數(本日或奉班累計斷電次數);累計斷電時間(本日或本班累計斷電時間);最大值及時刻(本日或本班斷電期間最大值);平均值(本日或本班斷電期間平均值);每次斷電累計時間、斷電時刻及複電時刻;每次斷電期間平均值和最大值及時刻;斷電區域;饋電狀態及其時刻、累計時間;措施及采取措施時刻。
4.模擬量饋電異常日(班)報表：模擬量饋電異常日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;地點;名稱;斷電區域(可缺省);累計次數(本日或本班模擬量斷電命令與饋電狀態不符次數);累計時間(本日或本班模擬量斷電命令與饋電狀態不符累計時間);每次累計時間及起始時刻;措施及采取措施時刻。
5.開關量報警及斷電日(班)報表：開關量報警及斷電口(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;所監測沒備地點;所監測沒備名稱;報警及斷電(可缺省);累計時間(本日或本班累汁報警及斷電時間)：累計次數(本日或本班累計報警及斷電次數);每次累計時間及起始時刻等;斷電區域(可缺省);饋電狀態及起止時刻、累計時間;措施及采取措施時刻。
6.開關量饋電異常日(班)報表：開關量饋電異常日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;被監測沒備地點;所監測沒備名稱;報警及斷電(可缺省);累計時間(本日或本班累汁報警及斷電時間)：累計次數(本日或本班累計報警及斷電次數);每次累計時間及起始時刻等;斷電區域(可缺省);饋電狀態及起止時刻、累計時間;措施及采取措施時刻。
7.開關量狀態變動日(班)報表：開關量狀態變動日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;所監測設備地點;所監測設備名稱;累計運行時間(本日或本班累計運行時間);累計變動次數(本日或本班累計變動次數);狀態變動狀態及時刻等。
8.監控故障設備故障日(班)報表：監控故障設備故障日(班)報表包括如下內容：表頭;打印日期和時間;故障設備(傳感器或分站)設置地點、編號、名稱、所測物理量;累計時間(本日或本班累計故障時間);累計次數(本日或本班累計故障次數);每次累計時間及起始時刻;措施及時刻;在有傳感電纜故障檢測的係統中，還應包括電纜故障位置內容等。
9.模擬量統計值曆史記錄查詢報表：統計值記錄查詢報表包括如下內容：表頭;查詢起始日期、時間和終止日期、時間;取平均值、最大值、最小值的時間間隔及每一時間間隔的起止時刻;傳感器設置地點;所測物理量名稱：單位(可缺省);報警門限(可缺省);斷電門限(可缺省);複電門限(可缺省);平均值和最大值及時刻(查詢期間內平均值和最大值);每段時間內平均值和最大值等。
3.9 主要技術指標
模擬量輸入傳輸處理誤差應不大於1.0%
模擬量輸出傳輸處理誤差應不大於1.0%
累計量輸入傳輸處理誤差應不大於1.0%
係統最大巡檢周期應不大於30s，並應滿足監控要求。
控製時間應不大於係統最大巡檢周期。異地控製時間應不大於2倍的係統最大巡檢周期;甲烷超限斷電及甲烷風電閉鎖的控製執行時間應不大於2s。
調節執行時間應不大於係統最大巡檢周期。
甲烷、溫度、風速、負壓、一氧化碳等重要測點的實時監測值存盤記錄應保存7d以上。模擬量統計值、報警/解除報警時刻及狀態、斷電/複電時刻及狀態、饋電異常報警時刻及狀態、局部通風機、風筒、主要通風機、風門等狀態及變化時刻、瓦斯抽采(放)量等累計量值、設備故障/恢複正常工作時刻及狀態等記錄應保存1年以上。當係統發生故障時，丟失上述信息的時間長度應不大於5 min。
調出整幅畫麵85%的響應時間應不大於2 s，其餘畫麵應不大於5S：。
誤碼率應不大於10-8。
傳感器及執行器至分站之間的傳輸距離應不小於2 km;分站至傳輸接口、分站至分站之間最大傳輸距離不小於10 km。
係統允許接入的分站數量宜在8、16、32、64、128中選取;被中繼器等設備分隔成多段的係統，每段允許接入的分站數量宜在8、16、32、64、128中選取。分站所能接入傳感器、執行器的數量宜在2、4、8、16、32、64、128中選取。
從工作主機故障到備用主機投入正常工作時間應不大於5 min。
在電網停電後，備用電源應能保證係統連續監控時間不小於2 h。
模擬量統計值應是5min的統計值。
向傳感器及執行器遠程本安供電距離應不小於2 km。
係統的信息傳輸性能應符合MT/T 899的有關要求。
供電電壓在產品標準規定的允許電壓波動範圍內,係統的電氣性能應符合各自企業產品標準的規定。
係統應進行工作穩定性試驗，通電試驗時間不小於7d，其性能應符合各自企業產品標準的規定。
係統平均無故障工作時間(MTBF)應不小於800h。
防爆型設備應符合GB3836的規定。
礦用一般型設備應符合GB12173的規定。
3.10 抗幹擾性能
設於地麵的設備應能通過GB/T 17626.2-—1998規定的嚴酷等級為3級(接觸放電)的靜電放電抗擾度試驗，其電氣性能應符合各自企業產品標準的規定。
係統應能通過GB/T 17626.3—1998規定的嚴酷等級為2級的射頻電磁場輻射抗擾度試驗，其電氣性能應符合各自企業產品標準的規定。
係統應能通過GB/T 17626.4--1998規定的嚴酷等級為3級的電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗，其電氣性能應符合各自企業產品標準的規定。
係統應能通過GB/T 17626.5——1999規定的嚴酷等級為3級的浪湧(衝擊)抗擾度試驗，其電氣性能應符合各自企業產品標準。
第四節 其他相關規範標準
1、國家安全生產監督管理總局局長第21號令第六條規定：高瓦斯和突出礦井以及有高瓦斯區域的低瓦斯礦井，必須裝備運行可靠的礦井安全監控係統，係統和傳感器的安裝、使用、維修，必須符合《煤礦01manbetx 》規定的要求;監控係統中心站值班應當設在礦調度室內，必須配備經安全培訓合格的專職人員24小時值班。值班人員發現井下瓦斯超限報警時，必須立即處理;發現井下大麵積瓦斯超限時，必須立即停電撤人。
2、國家安全生產監督管理總局局長第22號令第二條規定：重點監察下列內容包括安全監控係統及電氣防爆性能。
3、國家安全生產監督管理總局局長第234號令規定嚴格通風和瓦斯管理。加強對瓦斯監測係統的日常維護檢查，瓦斯傳感器要定期調試、校正，監控設備要每天進行檢查，保障係統正常運行。認真、科學地分析監測數據和瓦斯報表，查找瓦斯超限及監測數據異常的原因，及時消除02manbetx.com 隱患。管理人員發現井下作業地點突然停風和瓦斯超限時，必須下令停止作業，切斷電源，撤出人員;井下的瓦檢員、安全員發現有停電、瓦斯超限現象時，有權下令撤出人員;井下工人發現停電、瓦斯超限或瓦斯異常湧出時，要立即報告，並有權停止作業、撤離作業場所。工作麵風電、瓦斯電閉鎖要設計好、維護好、使用好，不得隨意摘掉閉鎖裝置。當出現停電時，一定要查明原因、消除隱患後才能恢複送電。
4、《防治煤與瓦斯突出規定》(國家安全生產監督管理總局令 第 19 號)第二十三條第四款“突出礦井的通風係統應當符合下列要求： ‘煤(岩)與瓦斯突出煤層采區回風巷及總回風巷安設高低濃度甲烷傳感器’。
5、《關於印發安徽省放頂煤開采安全技術管理暫行規定的通知》(皖經煤炭〔2008〕253號)第十二章“監測監控”第五十三條“ 放頂煤開采工作麵回風巷和專用排瓦斯巷必須增設一氧化碳、風速傳感器。
第五十四條 開采容易自燃、自燃煤層的放頂煤工作麵必須在工作麵上隅角和工作麵回風巷設置一氧化碳和溫度傳感器。”
6、《安徽省人民政府辦公廳關於印發安徽省煤礦瓦斯綜合治理與利用辦法的通知》(皖政辦〔2011〕62號)
第十四條 礦井、采區及采掘工作麵預抽煤層瓦斯的每個評價單元須安裝自動計量裝置，實現連續自動計量。自動計量裝置須每旬調校一次，確保計量準確。
第十五條 煤礦安裝的煤礦安全監控係統須符合《煤礦安全監控係統及檢測儀器使用管理規範》(AQ1029-2007)要求，做到監控有效，充分發揮其監測、控製和預警作用。
第十六條 煤礦要正確選擇監控設備的供電電源和連線方式，保證監控係統的斷電和故障閉鎖功能齊全。當采掘工作麵及回風巷瓦斯濃度達到或超過斷電點時，自動切斷采掘工作麵及其回風流中的全部非本質安全型電氣設備的電源，並保持閉鎖狀態。高瓦斯或突出礦井，還應自動切斷采煤工作麵進風流中的全部非本質安全型電氣設備的電源，並保持閉鎖狀態。
第十七條 新建的高瓦斯、突出礦井首次揭煤前須安設瓦斯斷電儀，進入煤巷施工前須建成礦井安全監控係統。
第十八條 采掘工作麵回風巷甲烷傳感器的報警濃度設置≥0.8%、斷電濃度設置≥0.8%、複電濃度設置<0.8%。
第十九條 在以下場所應增設甲烷傳感器：
(一)施工防突鑽孔時，須在鑽機下風側5-10米處安設甲烷傳感器，其報警點濃度設置≥0.8%、斷電點濃度設置≥1%，斷電範圍為打鑽地點20米範圍及其回風係統內的全部非本質安全型電氣設備的電源;
(二)長距離掘進的煤巷，每達500米時增設一個甲烷傳感器，其報警濃度、斷電濃度、斷電範圍和複電濃度與回風巷甲烷傳感器相同;
(三)采動卸壓帶、地質構造帶，采掘麵過老巷、采空區、鑽場，距突出煤層法距小於15米的頂底板岩巷掘進工作麵等處，須增設甲烷傳感器，具體位置、數量、報警濃度、斷電濃度由煤礦總工程師確定;
(四)瓦斯抽采泵站的出入幹管、抽采工作麵幹管須安裝甲烷監測裝置;
(五)井下生產區域內的封閉牆內瓦斯濃度超過3%的，應在牆外設置甲烷傳感器，報警濃度設置≥0.8%。
第五節 淮北礦業安全監控係統管理特別規定
為加強煤礦安全監控係統管理，確保兩級監控係統運行穩定、數據準確、斷電可靠、上傳及時、處置迅速，特製定本規定。
第一條 礦總工程師對煤礦安全監控係統(以下簡稱“監控係統”)運行負總責，通風副總和機電副總負分管範圍內的責任;通風區是監控係統管理的責任主體，負責安全監控裝置的安裝、拆除、維護、調校和係統的運行管理;機電部門是監控係統斷電控製管理的責任單位，負責斷電範圍內斷電控製開關的選擇、接線、維護;采、掘單位是現場監控裝置管理的責任單位，負責安全監控傳感器的挪移、保管;礦通訊計算機部門是監控係統信息上傳管理的責任主體，負責礦級網絡環境、監控信息上傳設備的維護。
第二條 監控係統必須做到“獨立成網、單向傳輸、地麵集成”。接入監控係統的子係統，必須采用標準信號接入監控分站;嚴禁改動監控中心站的網絡結構，聯網上傳機和監控係統之間必須采取有效的物理隔離。
中心站主控設備要嚴格按照設計要求配置、使用;嚴禁在中心站計算機(監控數據服務器、主備機、上傳機和圖形工作站)和專用監控終端上從事與監控無關的工作;礦總工程師、通風區長等配備的與監控係統網絡直聯的專用監控終端，必須做到專線專網配置。
第三條 監控係統及上傳係統必須做到24h連續運行。停產檢修、反風演習期間，也應保持監控係統正常運行和數據上傳。
特殊情況確需停止礦井(采區)監控係統運行或上傳時，要製定安全技術措施報總工程師組織審查，經礦長批準後實施，並彙報集團(股份)公司安全生產監控中心及公司網絡調度室。
監控中心站係統、數據上傳係統或井下係統區域性(一個采區及以上)故障2小時及以上時，要按照事故進行追查處理。
第四條 監控係統的各類傳感器及斷電裝置的設置符合規定，並實時、準確、完整的顯示和傳輸。監控係統運行出現的中斷問題及異常現象要及時彙報監控係統管理單位處理。
第五條 監控係統中心站實時監控井下通風、瓦斯狀態，發現瓦斯異常、預警、報警、超限及斷電失靈等現象時要及時彙報礦調度部門，並按規定程序處理。
第六條 采掘(修護)單位當班班(隊)長確保現場各類傳感器的位置符合規定要求。
第七條 機電部門根據通風部門提供的作業場所斷電閉鎖要求，編製專門的供電、斷電設計，確認斷電閉鎖範圍、斷電被控開關的位置、型號、編號、接線方式等，由機電副總組織通風、機電、安監等單位審定，經礦總工程師批準後嚴格執行。通風、供電係統發生變化時，必須及時調整斷電閉鎖範圍。
現場操作時，機電部門負責監控分站(防爆交換機)供電及斷電開關接線，確保供電質量及被控開關性能、斷電閉鎖接線符合要求。
與監控設備關聯的電氣設備、電源線和控製線在改線或拆除及檢修、更換、拆除斷電被控開關時，機電部門要提前與監控係統管理單位聯係、共同處理。檢修、更換完畢後現場檢驗斷電控製閉鎖功能合格，方可啟用。
第八條 監控信息上傳中斷5分鍾及以上時，礦調度值班人員要立即彙報集團(股份)公司安全生產監控中心，並按程序及時分析原因、安排處理。采用鏈狀網絡傳輸方式的礦井要嚴格執行24小時值守規定。
第九條 處罰
一、違反上述規定，按照以下標準處罰：
1、違反第一條規定，罰礦總工程師1000～2000元;
2、違反第二、三條規定，各罰責任人500～1000元，或各罰責任單位5000～10000元;
3、違反第四、六、七條規定，罰責任人500元，罰責任單位2000元;
4、違反第五條規定，各罰責任人100～200元，或各罰責任單位1000～5000元;
5、違反第八條規定，各罰責任人100～500元。
二、有下列情形之一的，責任人按照“三違”或嚴重“三違”處理：
1、解除監控係統斷電閉鎖控製功能的;
2、監控係統傳感器的數據或狀態未按要求傳輸、顯示到地麵監控主機或上傳係統的;
3、在監控主控軟件中惡意更改或擅自刪除監控分站及傳感器數據的;
4、瞞報或屏蔽瓦斯超限事故的;
5、監控係統中心站係統、數據上傳機出現故障或井下係統區域性(一個采區及以上)故障5分鍾以上，未及時彙報集團(股份)公司安全生產監控中心和公司網絡調度室的;
6、作業場所斷電範圍不正確或通風、供電係統發生變化時，未及時更改斷電設計、編製補充措施、調整斷電閉鎖範圍的;
7、破壞安全監控設施的;
8、未按規定挪移瓦斯傳感器的;
9、機電部門斷電被控開關設置不正確或在被控開關之外擅自增加電氣設備，造成斷電失靈、斷電閉鎖範圍不符合規定的;
10、錯誤設置上傳數據子係統類型、測點類型、報警上下限、斷線值;未定期轉移、備份上傳係統數據庫而導致上傳係統緩慢和曲線不連續的;
11、中心站設備和專用監控終端設置不符合要求，或在中心站計算機(監控數據服務器、主備機、上傳機和圖形工作站)和專用監控終端上從事與監控無關的工作的。
3 電氣防爆
第一節 基本概念與通用要求
為防止電氣火花引爆井下的瓦斯和煤塵，製造廠設計生產了一種在規定的使用條件下，不會引起周圍達到了爆炸指標的空氣混和物爆炸的電氣設備。這種按規定條件設計的電氣設備稱為防爆電氣設備。
井下常用的防爆電氣設備有：防爆電機、防爆開關、防爆按鈕、防爆接線盒和防爆儀器儀表等。
為適應不同工作環境，國家規定可以製造生產的防爆設備有10種：隔爆型d、本質安全型i、增按型e、澆封型m、氣密型h、充砂型q、正壓型p、充油型o、無火花型n、特殊型s、礦用一般型ky。各種類型的防爆電氣設備型必須符合電氣設備的國家標準GB3836(礦用一般型除外，礦用一般型的國家標準是GB12173)，所有防爆電氣設備的設計、製造、檢驗均以此標準為依據。
3.1.1 基本概念
防爆電氣設備的類別、級別和組別
不同的工作環境對防爆設備有不同的要求。國家規定，防爆電氣設備按使用環境不同可分為兩大類：
Ⅰ類：用於煤礦井下的電氣設備，主要用於含有甲烷混和物的環境。
Ⅱ類：用於工廠的防爆電氣設備。用於除甲烷以外的其它各種爆炸物混和環境。為保證各類電氣設備使用中不產生引爆爆炸性混和物的溫度，對電氣設備運行時能允許的最高表麵溫度進行了分組。
Ⅰ類用於煤礦的防爆電氣設備，在Ⅰ類設計中根據爆炸性氣體，蒸氣與空氣混和物放出的機率、存在的多少及時間長短等又分為三級：0級、1級和2級。
Ⅰ類0級使用場所：經常或斷續放出爆炸性氣體，且長時間保持其濃度超過爆炸下限的場所;爆炸性或可燃液體有可能突出或噴出的危險場所。
Ⅰ類1級使用場所：正常情況下，泄漏少量爆炸性氣體，且積聚能超過爆炸下限的危險場所。
Ⅰ類2級使用場所：正常情況下，雖泄漏少量爆炸性氣體，若采取措施能控製其濃度，使其不能達到爆炸下限的場所或在正常條件下偶爾泄漏少量爆炸性氣體的危險場所。
對煤礦井下危險場所的劃分，目前正在醞釀之中。
對於不同瓦斯等級的礦井和井下各不同工作場所使用設備的選型，見《煤礦01manbetx 》的相關規定。
3.1.2 電氣間隙與爬電距離
(1)電氣間隙：是指兩個裸露導體之間的最短空氣距離。即在電氣設備中有電位差的相鄰金屬件之間，通過空氣介質的最短距離。
①帶電零件之間以及帶電零件與接地零件之間的最短空氣距離。
②帶電零件與易碰零件之間的最短空氣距離。電氣間隙見表規定。
(2)爬電距離
指兩個導體之間沿固體絕緣材料表麵的最短距離。爬電距離應符表3-1規定。
(3)耐泄痕指數
是指固體絕緣材料能夠承受50滴或100滴以上的電能液而沒有形成漏電的最高電壓。絕緣材料根據相對瀉痕指數分為a、b、c、d四個等級。
3.1.3 防護等級
防護等級是指防外物和防水能力。防外物是指防止外部固體進入設備內部和防止人體觸及設備內部帶電和運動部分的性能。防水就是防止水進入設備內部。
防護等級用字母IP連同兩位數字來標誌。如IP43中的IP是外殼防護等級標誌。第一位數字4表示防外物為4級，第二位數字表示防水為3級。數字越大等級越高。防護等級見表3。
3.1.4 通用要求
各類防爆設備都有其不同的特點。但它們又都是防爆電氣設備，在如何實現電氣防爆方麵有共同的特性。這就是對防爆電氣設備的通用要求。
(1)設備使用環境溫度為-20℃～40℃，環境氣壓為(0.8～1.1)×105Pa。
(2)設備如為塑料外殼，需采用不燃性或難燃性材料製造，並保證塑料表麵絕緣電阻不大於1×109Ω，以防積聚靜電，還必須承受衝擊實驗和熱穩定實驗。
(3)設備限製使用鋁合金外殼，防止其與鏽鐵摩擦產生危險溫度。
(4)緊固件、螺母、螺栓、彈簧墊必須完整齊全。螺栓頭、螺母要放在護圈內，隻有用專用工具才能打開。
(5)設備具備安全聯鎖裝置。為了防止電氣設備誤操作造成事故，防爆電氣設備應設置聯鎖裝置。聯鎖裝置在設備帶電時，設備可拆卸部分不能拆卸。當可拆卸部分拆卸時，設備不能送電，以保證安全。
(6)穿過設備金屬隔板絕緣套管，必須用吸濕小的絕緣材製成，如需用膠結劑，膠結劑必須有抗機械、熱和化學能力。
(7)對設備功率大於250W電流大於5A的Ⅰ類電氣設備，電纜和導線的連接都應使用插接件或接線盒。
(8)連接件在接線盒內，供電線(電纜)接線用的(又稱接線端子)，其機械強度要足夠。對於與鋁芯電纜接線件要用銅鋁過渡接頭。
(9)電纜接入設備中的引入裝置，必須按規定要求選擇合適的密封圈，達到密封接線的要求。
(10)防爆電氣設備必須設計有接地螺栓。設備投入使用時要用截麵符合要求的電纜或導線將設備可靠接地。
(11)防爆設備要有明顯的防爆標誌，安裝牢固經久不褪。
3.2 防爆型電氣設備
1、隔爆型電氣設備“d”
(1)防爆原理。隔爆型電氣設備是把可能引起可燃性混合物燃燒與爆炸的電氣設備置入特製的外殼中，這種外殼具有特殊的結構、參數、具有耐爆型即堅固性和不傳爆性即隔爆性，我們稱此種外殼為隔爆外殼。
(2)防爆措施
影響隔爆電氣設備隔爆性能的因素很多。如：爆炸性混合物濃度、隔爆法蘭盤的長度、隔爆法蘭盤的加工粗糙度、外殼的淨容積、爆炸混合物的壓力及溫度、爆炸混合物的濕度和在隔爆外殼內的點火位置等。
(3)技術要求
隔爆結合麵參數相關要求、法蘭盤強度要足夠、圓孔結構、軸與軸孔加工精度要求高、緊固件應符合相關要求、按線盒、透明件、襯墊、通氣與排液裝置都應按規定製作等。
(4)隔爆型電器設備的檢察
隔爆電氣設備必須經過考試合格的防爆電氣設備檢查員檢查其安全性能，並取得合格證。
外殼完整無損，無裂痕和變形。
外殼的緊固件、密封件、接地件齊全完好。
隔爆接合麵的間隙、有效寬度和粗糙度符合規定，螺紋隔爆結構的擰入深度和齧合符合規定。
電纜接線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。一個電纜引入裝置隻連接一條電纜。密封圈外徑與電纜引入裝置內徑之差，應符合下列要求：①密封圈外徑不大於20mm時，不大於1、0mm;②密封圈外徑大於20mm、不大於60mm時，不大於1.5mm;③密封圈外徑大於60mm時，不大於2.0mm。密封圈內徑與電纜公稱外徑之差不大於1.0mm。電纜與密封圈之間嚴禁包紮其它物。不用的電纜引入裝置用厚度不小於2.0mm鋼板堵死。
聯鎖裝置功能完整，保證電源接通打不開蓋，開蓋送不上電;內部電氣元件、保護裝置完好無損、動作可靠。
接線盒內裸露導電芯線之間的電氣間隙和爬電距離，符合規定;導電芯線無毛刺，上緊接線螺母時不能壓住絕緣材料;外殼內部不得增加元部件。
在設備輸出端斷電後，殼內仍有帶電部件時，在其上裝設防護絕緣蓋板，並標明“帶電”字樣，防止人身觸電事故。
接線盒內的接地芯線必須比導電芯長，即使導線被拉脫，接地芯線仍保持連接;接線盒內保持清潔，無雜物和導電線絲。
隔爆型電氣設備安裝地點無滴水、淋水，周圍圍岩堅固;設備放置與地平麵垂直，最大傾斜角度不得超過15°。
2、本質安全型電氣設備“i”
(1) 防爆原理。通過限製電氣設備電路的各種參數，或采取保護措施來限製電路的火花放電能量和熱能，使其在正常工作和規定的故障狀態下產生的電火花和熱效應均不能點燃周圍環境的爆炸性混合物，從而實現了電氣防爆。
(2) 特點
本安型電氣設備的電路本身就是安全的，所產生的火花、電弧和熱能都不會引燃周圍環境爆炸性混合物，因此本安型電氣設備不需要專門的防爆外殼，這樣就可以縮小設備的體積和重量，簡化設備的結構。因此，本安型電氣設備具有安全可靠、結構簡單、體積小、重量輕、造價低、維修方便等優點，是一種比較理想的防爆電氣設備。由於本安型電氣設備的最大輸出功率為25W左右，因而使用範圍受到了限製。目前本安型電氣設備主要用於通信、監控、信號和控製係統，以及儀器、儀表等。
(3)防爆措施
電容電路可采用電容儲能經電阻放電的方法，電感電路可采用三種方法來減小電感放電火花能量：①在電感元件兩端並聯電阻;②在電感元件兩端並聯電容;③在電感兩端並聯二極管。
(4)本質安全型電器設備的監察
本質安全型電氣設備必須經過考試合格的防爆電氣設備檢查員檢查其安全性能，並取得合格證。
外殼完整無損，無裂痕和變形。
外殼的緊固件、密封件、接地件齊全完好。
連接的電氣設備必須通過聯檢，並取得防爆合格證。
外殼防護等級符合使用環境的要求。
本質安全型防爆電源的最高輸出電壓和最大輸出電流均不大於規定值。
兩組獨立的本安電路裸露導體之間，本安電路與非本安電路裸露導體之間的電氣間隙與爬電距離符合有關規定。
保護性元件或組件必須雙重化或多重化。
3、增安型電氣設備“e”
對於那些在正常運行條件下不會產生電弧、火花和危險溫度的礦用電氣設備，為了提高其安全程度，在設備的結構、製造工藝以及技術條件等方麵采取一係列措施，從而避免了設備在運行和過載條件下產生火花、電弧和危險溫度，實現了電氣防爆。
4、澆封型電氣設備“m”
電氣設備有可能產生點燃爆炸性混合物的電弧、火花或高溫的部分澆封在澆封劑中。
5、氣密型電氣設備“h”
這是一種將電器零部件裝入一個經氣密的外殼中的防爆設備。利用外殼的氣密作用，阻止可燃性氣體進入殼內。使電氣火花接觸不到可燃性氣體。氣密型電氣設備的氣密性能必須保證，而且要做氣密試驗。電纜引入裝置對氣密性能有直接影響，必須按照規程要求妥善處理。
6、充沙型電氣設備“q”
將電氣設備零部件埋在石英砂防爆填料層之下，使得埋在石英砂中的電氣部件產生的電弧、爆炸火焰由石英砂中噴出後，其溫度低於周圍爆炸性混合物的最低點燃溫度。此類設備的防護等級應不低於IP54。石英砂的顆粒大小應符合要求。石英砂中不能含有金屬微粒。填充石英砂時應盡量使外殼內的所有空隙填滿。填充高度應符合規程要求。
7、正壓型電氣設備“p”
正壓型電氣設備是將帶電部件置入一個充有保護性氣體的外殼內。為阻止外部可燃性氣體進入殼內，殼內的保護性氣體壓力高於周圍爆炸性氣體壓力。正壓型設備的防護等級應不低於IP40。對正壓型設備外殼及連接管道的衝擊試驗應符合GB3836.1標準中的規定。
8、礦用一般型及其他類型防爆電氣設備“KY”
礦用一般型電氣設備，是一種非防爆的礦用型設備。它沒有采取任何防爆措施，隻能用無爆炸性危險的井底車場及通風良好的機電峒室等場所。
礦用油浸自冷式電力變壓器，如：KSJ係列就屬於此類設備。
除以上幾種電氣設備外，還有充油型“o”、無火花型“n”、特殊防爆型“S”防爆電氣設備。
充由型電氣設備是將電氣零部件浸泡在絕緣油中，電氣火花隻產生在油中，由於油的隔離作用，使爆炸性氣體接觸不到電火花。
無火花型設備是一種不存在故障或正常情況下都不會產生外露火花的設備。
特殊防爆型設備是采取一些特殊防爆措施達到防爆效果的。蓄電池電機車就屬於此種防爆設備。
為規範各類防爆電氣設備的技術性能，國家頒布了“防爆電氣設備製造規程”。規程不但對防爆電氣設備的設計、製造做出了嚴格要求和規定，同時，對各類防爆設備的使用場所也有嚴格的劃分。
煤礦安全規程中，對不同瓦斯等級礦井中防爆電氣設備的選型，做出了明確的規定。
第四章 礦用電源及備用電源
電源是礦井監控係統(含甲烷斷電儀、甲烷風電閉鎖裝置)的重要設備之一。礦用電源(指礦井監控係統電源、甲烷斷電儀電源、甲烷風電閉鎖電源，以下同)除向分站、傳感器、聲光報警器、斷電器等提供本質安全防爆直流電源外，還必須保證井下交流電網停電後，維持係統正常工作時間不少於2小時。因此，礦井監控係統電源除將交流電轉換成本質安全防爆直流電源外，還有備用電池。
第一節 礦用電源的特點及主要技術指標
由於煤礦井下具有甲烷等易燃、易爆性氣體，硫化氫等腐蝕性氣體，環境潮濕，有淋水，有礦塵，電網電壓波動範圍大(75%～110%)，空間狹小，工作場所分散。因此，礦井監控係統電源同一般直流電源相比具有如下特點：
1)本質安全型防爆輸出。煤礦井下具有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性氣體和煤塵，為防止電氣設備的危險溫度和電火花引起瓦斯和煤塵爆炸，用於煤礦井下爆炸性環境的電氣設備必須是防爆型電氣設備。由於本質安全型防爆電氣設備具有體積小、重量輕、成本低，特別當電纜發生故障所產生的電火花，能量很低，不會引爆井下爆炸性氣體混合物等優點。因此，礦井監控設備應優先采用本質安全型或本質安全型其他防爆型式的複合型。特別是當甲烷超限時，斷電控製區域的礦井安全監控設備必須為本質安全型，以保證當甲烷超限時，監控設備連續工作。因此，礦井監控係統電源必須為本質安全型輸出。由於礦井監控係統電源需從井下交流電網獲取能量，而交流電網的引入難以使礦井監控係統電源製做成單一本質安全型。因此，礦井監控係統電源一般為隔爆兼本質安全型或澆封兼本質安全型。
2)電網電壓波動適應能力強。采煤機、掘進機、輸送機等井下電氣設備功率大，直接啟動，頻繁啟動，供電距離遠等造成了井下交流電網電壓波動範圍大(75%～110%)。因此，要求礦用電源電網電壓波動適應能力強，在75%～110%的額定電壓範圍內正常工作。
3)效率高、體積小、重量輕。井下空間狹小。因此，要求礦用電源體積小，重量輕。礦用電源電網電壓波動範圍大，負載變化大，為減小礦用電源的體積和重量，就必須提高電源效率，減小散熱片麵積。因為散熱片體積的增大，還會進一步導致隔爆外殼體積的增大和重量的增加。
4)保護功能強。礦用電源工作在環境惡劣的煤礦井下，井下潮濕，有淋水和礦塵，頂板垮落，機械碰撞等，這些會造成負載或電纜短路。因此，礦用電源要有短路保護，過流保護等功能，同時要防潮、防水、防塵、防黴、防腐。
5)輸入電壓範圍寬。煤礦井下交流電網電壓等級較多。36v、127v、380v、660v、1140v、3300v等，礦用電源的輸入電壓一般選36v、127v、380v和660v，還應兼顧地麵的220v。因此，要求礦用電源輸入電壓範圍寬。
4.1.1礦用電源的主要技術指標
礦用電源的主要技術指標有額定輸入電壓、允許輸入電壓範圍、額定輸出電壓、輸出電壓範圍、最大輸出電壓、額定輸出電流、最大輸出電流、穩定係數、電壓調整率、電流調整率、輸出電阻(內阻)、最大紋波電壓、紋波係數。其中最大輸出電壓、最大輸出電流是本質安全防爆電源的必備安全係數。
1)額定輸入電壓U1是礦用電源標稱輸入電壓，如：36v、127v、220v、380v等。
2)允許輸入電壓範圍是礦用電源允許輸入電壓範圍，通常用額定輸入電壓的百分比表示(如：75%～110%U1)，也可用允許輸入電壓的上限和下限表示(如95V～140V)。當輸入電壓超出輸入電壓範圍，電源將損壞或工作不正常，或失去防爆性能。
3)額定輸出電壓是礦用電源標稱輸出電壓，如：5v、6v、9v、12v、15v、18v、24v等。
4)輸出電壓範圍是礦用電源在規定的輸入電壓範圍內和輸出電流不大於額定輸出電流的情況下，輸出電壓變化範圍。輸出電壓的變化範圍可以用輸出電壓的上、下限表示，如：4.75V～5.25V表示，也可以用額定輸出電壓的相對值來表示，如：5%。
5)最大輸出電壓是指礦用電源在開路等情況下所能輸出的最大電壓。這是本質安全型防爆電源的一個重要指標。若礦用電源的輸出電壓大於最大輸出電壓，將無法保證電源的防爆性能，這種電源嚴禁在井下爆炸性環境中使用。
6)額定輸出電流是礦用電源的標稱電流。當輸出電流不大於額定輸出電流，輸入電壓不超過允許輸入電壓範圍時，電源的防爆性能和輸出電壓範圍均可得到保證。當電源的輸出電流大於額定輸出電流時，電源的一些技術指標將難以保證，但防爆性能必須保證。
7)最大輸出電流是指礦用電源在短路等情況所能輸出的最大電流。這是本質安全防爆電源的一個重要指標。若礦用電源的輸出電流大於最大輸出電流，將無法保證電源的防爆性能，這種電源嚴禁在井下爆炸性環境中使用。
8)穩定係數是指輸入交流電壓變化ΔVi所引起的輸出直流變化ΔVo的變化量。穩壓係數越小，說明輸出越穩定。穩壓係數又分為絕對穩壓係數和相對穩壓係數兩種。絕對穩壓係數是指當負載不變(ΔIo=0)環境溫度不變(ΔT=0)，而輸入交流電壓變化時，穩壓電源輸出直流電壓變化量ΔVo與輸入交流電壓變化量ΔVi之比，即：K=ΔVo/ΔVi。相對穩壓係數是指當負載不變(ΔIo=0)，環境溫度不變(ΔT=0)，交流輸入電壓相對變化ΔV/ V所引起的輸出直流電壓相對變化ΔVo/Vo的比值，即：S=(ΔVo/Vo)/(ΔV/ V)。
9)電壓調整率是指負載為額定負載時，輸入交流電壓在額定值上下變化10%時，穩壓電源輸出電壓的相對變化量SV=(ΔVo/Vo)100%。
10)電流調整率是指在額定交流輸入電壓條件下，負載電流從零變化到額定輸出電流值時，輸出電壓變化ΔV0與輸出額定電壓V0的比值Si=(ΔVo/Vo)100%。Si反映了電源對負載電流變化的適應能力，Si越小越好。
11)輸出電阻(內阻)是指在額定輸入電壓(ΔVi=0)情況下，負載電流變化ΔI0所引起的輸出電壓變化ΔV0，R0=|ΔV0/ΔI0|。R0越小越好。
12)紋波電壓是指在額定輸出電壓、額定輸出電流、額定輸入電壓情況下，輸出交流分量電壓的絕對值大小，通常用峰值或有效值表示。
13)紋波係數是指在額定輸出電壓、額定輸出電流、額定輸入電壓情況下，輸出紋波電壓的有效值VNms與輸出直流電壓V0的比值。
第二節 礦用備用電源
為保證井下交流電網停電後，安全監控設備的正常工作，礦井監控設備必須配備備用電源，並保證維持正常工作時間不小於2小時。由於礦井監控的特殊性，礦用備用電源同一般備用電源相比具有如下特點：
1)應采用蓄電池
備用電源有蓄電池、原電池、貯備電池和燃料電池。由於要求備用電源至少維持2小時的正常工作，並且輸出功率較大。
2)蓄電池應采用連續浮充製
蓄電池可工作在循環充放電製、定期浮充製和浮充製。
循環充放電製一般用於移動、便攜式蓄電池，如：蓄電池電機車、礦燈、便攜式甲烷檢測報警儀和便攜式工具等。若用於固定式蓄電池需有兩組，一組工作(放電)，一組備用(充電或待機)。該種工作方式輸出直流中無脈衝交流成分，線路簡單。
連續浮充製(又稱全浮充製)是將蓄電池始終並接在負載回路上，負載所需的能量主要由整流電路提供，整流電路同時向蓄電池小電流充電。當電網停電或整流電路輸出電壓低於蓄電池電壓時，蓄電池向負載放電。不難看出，蓄電池具有平滑輸出電壓的功能。連續浮充製可保證連續供電，但不能保證蓄電池的充滿和放淨。因此，鎘鎳等具有記憶效應的蓄電池不宜采用連續浮充製，否則會降低蓄電池的使用壽命。
定期浮充製(又稱半浮充製)是部分時間由整流設備供電，並對蓄電池充電，部分時間由蓄電池供電。該種方法難以保證當電網停電後維持2小時正常供電的要求，例如當蓄電池供電階段結束時，恰好遇到井下停電，由於蓄電池已放淨。因此，不能繼續向負載供電。
不難看出，為保證井下交流電網停電後，蓄電池供電時間不少於2小時，礦用備用電源的蓄電池應采用連續浮充製。
備用電源要與主電路共用輸出限壓(穩壓)和限流(恒流)電路。
為保證備用電池的本質安全防爆性能，蓄電池不能直接向負載供電，必須經過雙重或多重限壓(穩壓)和限流(恒流)保護。而主電路也必須具備雙重或多重限壓(穩壓)和限流(恒流)保護。為避免電路的重複設置，減小體積和重量，降低成本，提高效率，備用電源輸出的雙重化和多重化的限壓(穩壓)和限流(恒流)電路要與主電路的雙重化和多重化的限壓(穩壓)和限流(恒流)電路共用。
3)蓄電池要全密封免維護
礦用備用電源蓄電池一般置於隔爆腔內。為防止電解液泄漏，破壞隔爆外殼的防爆性能，礦用備用電源蓄電池要全密封。置於隔爆外殼內的電氣設備維護比較困難。因此，礦用備用電源蓄電池要免維護。電路的體積增大，會要求較大的隔爆外殼，大大增加設備重量。因此，礦用備用電源的蓄電池要體積小、重量輕。
4)蓄電池無記憶效應
由於礦用備用電源蓄電池應采用連續浮充製。因此，其蓄電池應無記憶效應，以防止蓄電池容量的迅速下降和使用壽命的降低。
1、主要技術指標
蓄電池的技術指標是選擇蓄電池的重要依據。蓄電池的主要技術指標有電動勢、開路電壓、工作電壓、容量、內阻、自放電率、比能量、比功率和壽命等。
1)電動勢
電動勢是電池在理論上輸出能量大小的量度之一。如果其他條件相同，電動勢愈高的電池，理論上能輸出的能量就愈大，使用價值就愈高。電池的電動勢等於組成電池的兩個電極的平衡電勢之差。
2)開路電壓與工作電壓
電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓在數值上接近電池的電動勢。
工作電壓指電池接通負荷後在放電過程中顯示的電壓，又稱負荷(載)電壓或放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。
電池在接通負荷後，由於電池內阻等，電池的工作電壓低於開路電壓。電池的放電電壓隨放電時間的平穩性表示電壓精度的高低。
3)容量
電池在一定放電條件下所能給出的電量稱電池的容量，以符號C表示。常用單位為安培小時，簡稱安時(Ah)或毫安時(mAh)。電池的容量可分為理論容量、額定容量.
4)內阻
電池的內阻表示電流通過電池內部時引起輸出電壓變化的程度。電池的內阻不是常數，在放電過程中隨時間而變化，因為活性物質的組成、電解液濃度和溫度都在放電過程中不斷地變化。
電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻，兩者之和為電池的全內阻。其中歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度的增大而增大，但不是線性變化，常隨電流密度的對數增大而增大。
5)自放電
電池的自放電是指電池在存貯期間容量降低的現象。
6)比能量與比功率
電池的能量是指在一定放電製度下，電池所能給出的電能，通常用瓦小時(Wh)表示電池的能量。可分為理論能量和實際能量。理論能量是理論容量與電動勢的乘積，實際能量是實際容量與平均工作電壓的乘積。通常用比能量來比較不同的電池係列。比能量是電池單位質量或單位體積所能輸出的電能，同樣有理論比能量和實際比能量之分。
7)壽命
在規定條件下，蓄電池的有效壽命期限稱為該蓄電池的使用壽命。電池的使用壽命可分為循環壽命和浮充壽命。蓄電池的容量減小到規定值以前，蓄電池的充放電循環次數稱為循環壽命。在正常工作條件下，蓄電池浮充供電的時間稱為浮充壽命。
2、蓄電池簡介
1)鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池製造工藝簡單，價格便宜，容量大，可大電流放電，無記憶效應。近年來使用的全密封免維護鉛酸蓄電池特別適用於井下長時間無人看守的場合。鉛酸蓄電池對充放電電路要求不高，隻要求充電時穩壓限流，不放電即可，因此可簡化充放電電路。由於鉛酸蓄電池的比能量不是很高，因此相對同容量的鎘鎳、鎳氫、鋰等蓄電池體積及重量較大。總之，鉛酸蓄電池可用做礦用備用電源。
2)鎘鎳蓄電池
鎘鎳蓄電池有多種形式，如袋式、開口燒結式、密封式等。
鎘鎳蓄電池最大的缺點是存在記憶效應。如果應用於地麵普通場合，如手機電池等，可采用先放電再充電的方法，克服記憶效應。但在礦井監控係統中，要求不間斷供電，如仍采用先放電再充電的方法就有可能出現在電池充電前的被動放電過程中，需要電池給外電路供電時，這就不能保證係統的不間斷供電。礦用備用電源的蓄電池應在連續浮充狀態下運行，由於每次外部電源故障持續時間是很短的，一般都不能使蓄電池完全放電，電池總是處於不完全放電狀態。因此在記憶效應作用下，工作一段時間後即出現“一充就滿，一放就完”的現象，電池的實際使用容量急劇下降，因此，礦用備用電源的蓄電池不宜采用鎘鎳蓄電池。
3) 鎳氫蓄電池
鎳氫蓄電池基本特性與鎘鎳電池類似，但比能量更高，且沒有記憶效應。負極為儲氫合金，且電池本身具有防爆裝置，國內外產品相對成熟。鎳氫蓄電池對充放電電路要求較高。在充電時，鎳氫電池的溫度較高，尤其是在過充電時，內部溫度急劇上升，可能使電池冒氣。因此要求充電電路具有計算電池電壓變化曲線斜率的功能，準確判斷充電時電壓拐點的出現，改變充電狀態。同時要求在電池組中裝入溫度開關，防止電池溫度過高，影響防爆性能。鎳氫蓄電池的價格相對較貴，且單位容量越高，價格增加越大。總之，鎳氫電池無記憶效應，經過嚴格控製充放電過程，可避免氫氣的析出，可用於礦用備用電源。
4) 鋰離子蓄電池
鋰離子蓄電池體積小，重量輕，比能量高，性能好，無記憶效應，但價格較鎳氫蓄電池更貴(約2倍以上)。鋰離子電池目前的容量較小，最大為2000mAh。鋰離子蓄電池對充放電電路要求也很高，過充電不但會導致鋰離子電池的永久性損壞，而且會在陰極析出金屬鋰，若遇高溫或內部短路，就會發生爆炸。在過放電時，電解液將被分解，電池內壓力上升。在電池組內部需增加檢測過充電與過放電的集成電路。因此，鋰離子蓄電池可用於礦用備用電源。
3、礦用備用電源與礦用電源的連接方式
礦用備用電源與礦用電源的連接可分為礦用備用電源與礦用電源相互獨立的連接方法和礦用備用電源與礦用電源一體化的連接方法。
礦用備用電源與礦用電源相互獨立的連接方法
為保證礦用電源的本質安全防爆性能，相互獨立的礦用備用電源與礦用電源的連接方式如圖所示。
1)礦用備用電源接礦用電源的交流輸入端
礦用備用電源接礦用電源的交流輸入端的連接方式如圖所示，在該種連接方式中，礦用備用電源為隔爆型或澆封型等非本質安全型。礦用備用電源的內部電路為普通UPS電路。當交流電網有電時，礦用備用電源經AC∕DC電路向蓄電池充電，礦用電源的電能主要由交流電網提供。當電網停電或電壓值較低時，蓄電池經DC∕AC電路向礦用本質安全防爆直流電源供電。該種連接方式適合礦用電源與礦用備用電源相互獨立的情況。
2)礦用備用電源與礦用電源並聯
礦用備用電源與礦用電源並聯如圖b所示，該種連接方式沒有實用價值。這是因為礦用本質安全防爆備用電源是一個完整的電源，完全可以替代礦用本質安全防爆電源。輸出並聯後，礦用本質安全防爆電源和礦用本質安全防爆備用電源的最大輸出電流之和不得引起爆炸性混合物燃燒和爆炸。即：礦用備用電源和礦用電源的最大輸出電流均減小。
3)礦用備用電源與礦用電源輸出並接
礦用備用電源與礦用電源輸出並接方式如圖c所示。礦用備用電源為本質安全型防爆，該種連接方式也沒有實用價值。當交流電網有電時，礦用電源向負載及礦用備用電源供電，電網停電或礦用電源輸出電壓較低時，礦用備用電源向負載供電。由於礦用備用電源的並入，礦用電源的帶負載能力下降，同時為保證本質安全防爆性能，礦用電源和礦用備用電源的最大輸出電流必須很小，以保證兩者之和滿足本質安全防爆要求。
4)礦用備用電源接礦用電源輸出
礦用備用電源接礦用電源輸出的方式如圖d所示，礦用備用電源為本質安全防爆型，當電網有電時，礦用電源經礦用備用電源向負載供電時，礦用備用電源蓄電池充電。當電網停電或輸出電壓較低時，礦用備用電源向負載供電。該種方式的礦用電源與礦用備用電源的雙重化(或多重化)限流(恒流)限壓(恒壓)電路重複設置，效率低、成本高、體積大。
4.礦用備用電源與礦用電源一體化的連接方法
礦用備用電源與礦用電源一體化，可共用雙重化(或多重化)限流(恒流)限壓(穩壓)電路和防爆外殼。因此，具有體積小、重量輕、成本低、效率高等優點，礦用備用電源與礦用電源一體化的連接方法如圖4-2所示。交流電網有電時，整流濾波電路除經雙重化(或多重化)限流(恒流)限壓(穩壓)電路向負載供電外，還向蓄電池供電。當交流電網停電或電壓較低時，蓄電池經雙重化(或多重化)限流(恒流)限壓(穩壓)電路向負載供電。其中充電電路根據所選用的蓄電池設計，可以是簡單的限流電阻，也可以是具有電壓、電流調節功能的集成電路芯片。該種連接方法具有電路簡單、體積小、重量輕、效率高，適用於線性電源和開關電源的優點，在具有備用電源的礦用電源中應用較多。
第五章 礦用傳感器
第一節 傳感器基本知識
礦井安全生產至關重要。井下哪些參數需要監測.怎樣利用傳感器進行監測。
5.1.1礦井環境參數的監測
煤礦井下各種有用、有害氣體及溫度和濕度等參數，都屬於環境參數。及時掌握這些參數的變化規律，對礦井安全生產是必不可少的。
礦井環境參數是一些非電量的物理量，這些物理量不宜直接顯示、遠傳、放大和處理。實用中，采用各種傳感器將這些非電量轉換為電量學，再利用各種電子設備和技術手段，進行必要的處理，然後再傳輸到監控係統中。
礦井環境參數主要有：甲烷濃度、氧氣濃度、粉塵濃度、井巷硐室和工作麵溫度、風量與負壓、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和硫化氫等。還有頂板活動狀態、地層構造、水文情況等。
這些環境參數都與井下安全生產息息相關，必須納入安全監控係統，實行實時有效地監控。
5.1.3傳感器基本概念
5.1.3.1 傳感器
傳感器是將被測物理量傳輸或轉換為同種或別種物理量的檢測裝置。因此，有時把傳感器稱為變換器或換能器。
5.1.3.2 傳感器的組成
傳感器一般有檢測變換元件、參數處理電路、顯示裝置、傳輸信號接口等單元組成。通常都需要有電源參與，如圖所示。
1.檢測、變換元件
直接觸及和感受被測物理量的元件，其輸出信號與被測參數構成某種確定的關係，並以所輸出的信號表示被測參數的實際量值和狀態。檢測、變換元件按變換方式可分為直接變換和間接變換兩種。
1)直接變換式。將檢測到的非電量直接變換為電量輸出的，稱為直接變換式檢測元件。如：熱電阻可將溫度變成電阻信號，熱電偶可將溫度直接變換為電壓信號等等。
2)間接變換式。輸入為非電量而輸出仍然是非電量，隻有再經變換才能獲得電量信號，稱為間接變換式檢測元件。如：井下測壓用的差壓膜盒式傳感器，以及膜片或波紋管，它是先將壓力數據變換為位移值，之後再將位移值信號變換為電量輸出。
2.參數調節電路
檢測元件輸出的信號較小，不能直接推動顯示器或執行機構。需經調節電路處理後，才能送入顯示或執行單元。
常用的調節電路包括：電橋電路、激勵原、放大、濾波、隔離、線性化、阻抗變換、電平變換以及各種類型的計算處理等單元電路組成。
3.顯示器
1)指示式顯示器又稱模擬顯示器，被測量值的大小用標尺、指針等指示出來。有的還帶有繪圖機構，能將被測量的數值以曲線形式繪製出來。
2)數字顯示多用液晶或數碼管顯示。如：用七段數碼管顯示甲烷或一氧化碳濃度等。還可附有打印機打印數據，直至與計算機聯用。
3)屏幕顯示器。這是靠電視屏幕顯示被測量數值的裝置，可以同時顯示多個被測量值及其變化規律(曲線或表格)，非常有利於被測量值的比較和分析。
4.傳輸信道
各種傳感器采集到的數據，需經電纜或光纜等傳輸媒體傳送到監控係統的各個環節。這些數據通常是以電壓、電流或頻率等信號的形式被傳送的。為防止傳送信號過程中的幹擾，現代監控係統中多采用抗幹擾能力強的數字信號進行傳輸。
傳輸信道對傳輸信號影響較大，因此，在選擇信道有關參數時，要匹配得當，否則，可能會導致信號失真和靈敏度降低等嚴重故障。
5.1.4傳感器的主要技術指標
5.1.4.1精度
由於任何實際的傳感器都存在測量誤差，故其測量值隻能是被測物理量近似值。為衡量傳感器測量值和被測物理量真實值的接近程度，引入了精度概念。
精度包括精密度和精確度兩個概念。隨機誤差是衡量精密度的標誌。係統誤差則是衡量準確度的標誌。精度高的傳感器，其測量值與真實值的接近程度越好。
5.1.4.2量程(測量範圍)
量程是指傳感器在不超過規定精確度時的測量範圍。也可用傳感器允許測量值的上、下限末表示。如：低濃度甲烷傳感器的量程為0~4.0%，風速傳感器的量程為0.3~15M/S等。使用時，測量值不得超過量程範圍。否則，會產生較大測量誤差，甚至損壞傳感器。
5.1.4.3遲滯(也稱回差)
受物理慣性等原因影響，傳感器在輸入量X增大(正行程)或減小(反行程)時，對應同一輸入值的輸出值是不同的。為表示同一個輸入值所對應的上、下兩行程測量值曲線的不重合程度。引入了遲滯這一概念。
5.1.4.4重複性
在相同測試條件下，按同一方向(正行程或反行程)連續多次檢驗時，其多次檢驗出的多個輸出值相互間的一致程度，稱為傳感器的重複性。
5.1.4.5線性度
理想的傳感器，其輸入和輸出之間應是線性關係。但實用中的傳感器，輸入和輸出之間不是理想的直線，而是一條變化程度不同的曲線。
5.1.4.6敏感度
敏感度反映傳感器對被測物理量的變化程度。
5.1.4.7分辨率、閾值和過載
傳感器能夠檢測出被測信號的最小增量，稱為該傳感器的分辨率。如：某溫度傳感器量程是
-50℃～99.9℃，其分辨率是0.1℃。
閾值：能引起傳感器輸出的被測物理量最小變化值，稱為傳感器的閾值。
過載：在不致引起規定性能指標永久改變的前提下，允許傳感器超過測量範圍的能力，稱為過載。
5.1.4.8漂移
傳感器輸入/輸出特性，隨某些外界因素影響而出現緩慢變化的現象，稱為飄移。對於采用電橋電路的傳感器，零點飄移是儀器主要性能指標之一。
5.1.4.9傳遞滯後時間(時滯)
從輸入信號發生變化的瞬間開始到所引起的輸出量變化瞬間為止，這段時間間隔叫時滯。在時滯階段，動態誤差最大，並一直持續到時滯結束，因此，時滯值越小越好。
甲烷傳感器的響應時間較長，它的時滯值就大，有時甚至達到安全監控指標不允許的狀況。
5.1.5傳感器的供電方式
礦用傳感器經曆了蓄電池或幹電池供電，以及自帶整流器供電等幾種供電方式，經實踐證明，都存在某些缺陷。到目前為止，大部分監控係統，都采用由分站中專為傳感器的供電而設置的穩壓型或恒流型直流電源供電。為保證可靠供電，《規程》規定，在各種供電電源裝置中，必須設置能滿足當井下交流電停電時，能保證傳感器持續工作2小時的備用蓄電池電源。
由於為傳感器供電的電源是本安電源，其輸出功率受本安指標上限值的限製，不能突破。因此，實際工作中存在一些不好解決的問題。
經安全監控培訓班問卷調查，各局、礦提出的問題是：傳感器的供電距離問題。
監控係統生產廠家使用說明書中保證，傳感器供電距離為2KM。實際使用中達不到2KM就不能正常工作了。
此種現象的出現，如果傳輸電纜截麵和導線材質無問題，則可能因素是：
1)傳輸電纜接頭太多，或接頭接觸電阻太大
2)穩壓電源的輸出電壓，低於規定值。
3)傳感器因為內部發生故障(如元件損壞或傳感器內部進水等)，導致傳感器電流大於其規定電流。
上述問題的解決辦法是：
1)在不超出本安電源上限指標的前提下，提高本安電源輸出電壓。
2)更換低功耗(小電流)的傳感器。
3)更換大截麵的傳輸電纜 。
5.1.6傳感器的輸出信號
傳感器中的敏感元件將非電量變換為電信號，再經過放大、濾波、轉換和處理等環節，然後將這一有用信號，從輸出端輸出。它輸出的電信號，可以是諸多類型電信中的一種。各種電信號都有其自身的特性，如：有的信號適合遠傳，有的信號抗幹擾能力強等等。絕大部分電信號都是可以用示波器觀察到的。電信號隨時間按何種規律變化(即波形圖)，是我們研究其性能和查尋各類故障的可靠依據。
安全監控係統或任何一個自控係統，包括電腦在內，都是各種電信號在實體電路，(包括芯片、阻容元件和導線等)中的有序傳遞和變換而工作的。
電信號雖可瞬息萬變，但卻有其固有變化規律。也就是，它隻能按照預先設計好的規律，有條不紊地進行“表演”。
為了保障各種電子控製係統正常可靠地運行，對各種電信號，要以行業標準加以規範。
5.1.6.1常用名詞術語
從通信領域到自動控製係統，直至廣播電視係統，有許多名詞術語，使用頻率很高，這些名詞術語又很難找到確切的定義。為便於學習，下麵對其予以解釋。
1)電信號、開關量、模擬量
電信號，平時泛稱信號。它幾乎是電子信息領域中的“萬金油”式的名詞。人們很少追究其詞義的嚴密性，隻要意思與其接近，就要用信號一詞表敘。
模擬信號用來傳送模擬量。模擬二字有模仿擬似之意。“模擬電子技術”是一門主要課程。模擬信號的突出特點是連續性變化。模擬量的大小，即可用頻率型信號表示，也可用數字信號表示。
開關信號載送開關量信息。開關量可用二進製中的(1或0)來表示“開”或“關”，並將這種反映開關量狀態的信號稱為數字信號。
數字信號的特征是：以斷續、離散和脈衝形式出現。數字信號中隻有“0”(代表低電平)和“1”(代表高電平)兩個代碼。這“0”和“1”兩個二進製代碼，它是電腦中最小的“信息細胞”。計算機的任何一種強大功能都是由它組合、演變出來的。
2)開關接點
開關的機械接點和半導體器件，均可實現開關信號的輸出。接點可分為有源接點和無源接點。無論是有源接點和無源接點，其輸出端的短路電流和灌入電流均應不大於20mA，為此而設置的限流措施應加在供此電流的那一側電路中。
為了規範監控係統中電信號的標準，使係統能夠安全可靠地正常工作，對有源接點提出以下約束條件：
在輸出電流為2mA時，有源接點輸出的高電平電壓不應小於+3V，低電平電壓應不大於+0.5V。
在灌入電流為2mA時，無源接點輸出的截止狀態的漏電阻應不小於100K，導通狀態的電壓降應不大於+0.5V。
5.1.6.2電壓型、電流型和頻率型模擬信號
1、電壓型
被測物理量的變化以電壓模擬信號的相應變化來表示。電壓模擬信號為1～5V。模擬信號可以是直流或交流，可以是電壓或電流。信號的範圍下限值可以從零開始，也可以從某一數值開始。采用直流信號在傳輸過程中容易和交流感應的幹擾信號相區別，而且不存在相移和不受傳輸線中電感、電容的影響，因此，國際上多采用直流電壓和電流信號。
關於上下限值，以20mA(井下為5mA)(或5V)為滿度，滿度的20﹪為4mA(或1V)表示零信號，稱為“活零點”，可方便的識別儀表斷線、斷電等故障，而且變送器內部放大器需要一定的偏流(壓)才能工作。下限為零則無法工作，電壓或電流太小，產生的電磁力也小，精度就差。這就是“活零點”采用較多的主要原因。
2、電流型
采用電流型模擬信號來表達被測物理量的變化過程。電流型模擬信號為1～5mA(優選)和4～20mA(用於地麵)。
3、頻率型
頻率型模擬信號的頻率隨被測物理量的變化而變化。頻率型模擬信號按一般規範要求，應滿足以下幾項：
(1)頻率範圍為：200～1000Hz(優選)
(2)在整個頻率範圍內其正脈衝的寬度均不得小於0.3ms。以防因脈衝持續時間太短，電路來不及響應，而失靈。
(3)有源輸出和無源輸出，對高低電平和漏電阻的要求，與前敘有源接點和無源接點相同。
(4)頻率型信號下限不為0，同樣為了滿足“活零點”要求。
頻率型模擬信號的特點
(1)頻率信號是單位時間內脈衝個數的多少來表示被測物理量的大小，隻要脈衝幅度不是太低，就不會影響信號的正常接收。
(2)當頻率型信號，在傳輸過程中因受幹擾而導致脈衝個數增加或減少時，所帶來的相對誤差為單位時間內增減的脈衝數與所傳輸脈衝數的比值。所以影響並不大。
(3)頻率信號的接收是一個積分過程，在一個周期內是因受幹擾而增加的脈衝數與減少脈衝數的差值。
(4)頻率型信號可采用廉價的光電耦器進行本質安全的防爆隔離。
由於頻率型信號具有以上優點，所以，模擬信號宜優選頻率型。
第二節 監控係統用傳感器
5.2.1甲烷傳感器
5.2.1.1 甲烷傳感器傳感元件工作原理概述
被測物理量是通過傳感器中的傳感元件轉換、檢測出來的。用於煤礦監測甲烷濃度變化的傳感元件主要有以下幾種類型。
5.2.1.2鉑絲傳感元件
鉑絲是一種電阻材料，其電阻溫度係數很高。在一定溫度範圍內，鉑的電阻隨溫度變化十分明顯。
3、鉑絲傳感元件檢測甲烷工作原理
1)元件結構和工作原理
按規定的技術要求，將細鉑絲繞製在耐高溫的石英骨架上，並加以固定和罩蓋，即構成了檢測元件。
工作時，在鉑絲中首先通入一個穩定的工作電流，使沼氣與氧氣在鉑絲的周圍產生氧化反應，氧化時釋放出大量的熱能使鉑絲溫度上升到起燃溫度(900℃左右)，鉑絲周圍達到穩定燃燒。當沼氣濃度發生變化時，因釋放熱能變化導致鉑絲溫度也變化，當然也就造成電鉑絲電阻值的變化，鉑絲電阻值的改變，又使元件輸出電壓(或電流)值作相應變化。測量這一輸出電壓或電流值，便可測出沼氣濃度的數值。
因鉑絲的電阻率可達9.81×/m，且其電阻係數也較大，因此，在高溫條件下，隻要濃度稍微改變，就會導致鉑絲電阻值靈敏的發生變化。這就是鉑絲傳感元件分辨力強和靈敏度高的優點。這也是鉑絲傳感元件在低濃度甲烷檢測中獲得廣泛應用的原因。
2)性能特點。
鉑絲傳感器元件不但對甲烷濃度變化反應靈敏，而且還具有耐氧化、抗毒性能好的優點。波蘭和法國長期使用純鉑絲作為傳感器的檢出元件，取得了較好的結果。
鉑絲元件雖有上述優點，但是在還原性介質中連續工作時，尤其在高溫條件下工作，很容易被還原出來的氣體所沾染，從而使鉑絲變脆和變細，改變了元件電阻與溫度的對應關係，導致傳感器發生零點漂移和精度降低，進而還會大大降低元件使用壽命。此缺陷阻礙了該元件的推廣。為彌補這一不足，法國生產的傳感器，采用時分製脈衝電源，利用斷續的通電方法，提高了元件的壽命。
5.2.1.3載體催化燃燒式傳感元件
我國和美、英、日等國家，大量使用載體催化燃燒式傳感元件。此類元件的特點是體積小，功耗低，結構簡單，性能較穩定和使用壽命長。到目前為止，它仍然是國內檢測甲烷的主要傳感元件。
1、結構
載體熱催化元件是在細鉑絲繞製的小螺旋線圈上包裹一層多孔結構的氧化物體，然後在其表麵塗鍍一層黑色鉑族元素構成的。
1)鉑絲線圈
它是用鉑絲繞成的螺旋狀的小線圈。正常工作時首先通入幾十至幾百毫安的電流，使催化劑加熱，並達到起燃溫度，進而利用鉑絲電阻值隨催化劑溫度而改變的特性，測出鉑絲電阻的增量。
2)載體
鉑絲線圈以骨架形式被氧化鋁包圍，這個氧化物體稱為載體。
為提高催化反應效果，載體被澆注成表麵均勻的多孔體，它既可牢固的固定鉑絲線圈，又能提高催化劑的活性和抗毒能力。
3)催化劑在載體表麵塗鍍一層黑色的鉑族金屬元素(如、鈀、鉑、銠等)。這會使甲烷與氧氣在催化劑的作用下的起燃溫度大大降低，可在300～500℃的較低溫度下便可產生強烈的氧化還原反應，即無焰燃燒。
5.2.1.4熱導式傳感元件
1、熱傳導及熱導率的概念
1)熱傳導
熱能以輻射、對流和傳導等形式傳播。熱傳導是氣體、液體和固體都存在的導熱現象。氣體的熱傳導速度最低。
無論任何物體和空間，隻要內部存在溫度，熱量就會由高溫處向低溫處傳導。氣體中的熱傳導是由分子運動實現的，如在某一物體或空間中發生純粹熱傳導時則從高溫處移至低溫處的氣體分子數，等於從低溫處移動到高溫處的氣體分子數。
2)熱導率
熱導率是熱傳導速率的簡稱。氣體分子量的大小決定著其導熱率的高低，氣體分子量越大，其導熱率越小，反之越大。由於不同氣體物質的分子量不同，所以，不同的氣體導熱率是不同的。
煤礦井下含有一定濃度甲烷的混合氣體，與不含甲烷的標準空氣的導熱率是不相同的。因此，隻要測出含有甲烷的空氣的導熱率，可以測出所對應的甲烷含量。
5.2.1.5催化燃燒式甲烷傳感器
載體催化燃燒式甲烷傳感器，是我國應用最廣泛的甲烷傳感器。
為測量方便，把對甲烷直接采集和測量的部分製作成探頭。探頭以作為一個獨立單元裝配在儀器內，也可以單獨設置。
引起元件靈敏度變化的主要因素有：
1)由於元件處於高溫狀態下工作，催化劑活性物質的粒子會變大，甚至升華為氣態等。引起元件靈敏度下降。
2)催化劑升華時，會導致處於同一氣室的補償元件吸附微量催化劑，使甲烷能夠在補償元件上燃燒，造成參比元件電阻值變化。使元件靈敏度降低。
3)當元件處於高濃度甲烷狀態時，因缺氧而導致甲烷燃燒不充分，碳粒子會沉積在催化劑的表麵，或催化劑的孔隙中。造成元件靈敏度下降。
4)由於氧化鋁載體采用多孔結構。當元件長期處於高溫情況下，多孔結構的氧化鋁逐漸變為剛玉型氧化鋁，載體表麵積變小。影響元件的靈敏度。
綜合穩定性包括：傳感器放大器的穩定性、元件零點的穩定性和靈敏度的穩定性三個方麵，它是傳感器最重要的質量指標之一。通常情況下，以後越來越穩定，但隨時間推移靈敏度在穩定下降，直至下降到正常靈敏度的50%時，則認為元件壽命終了。
3、響應時間
響應時間是指甲烷濃度發生階躍性變化時，電橋輸出信號達到穩定值的90%時所需要的時間。
響應時間應包括：
1)甲烷混合氣體通過擴散孔，充滿氣室並到達元件表麵的整個擴散過程的時間。
2)甲烷在催化劑表麵燃燒產生熱量的時間。
3)使元件升溫並穩定所需要的時間。
影響響應時間的因素很多，如：元件的尺寸、結構、形狀、氣室的通氣方式等，都會對響應時間產生影響。
4、元件中毒
硫化物和矽分子化合物與載體催化劑元件接觸，會導致元件中毒。
1)硫化中毒。在元件進行催化反應時，若含硫氣體進入氣室，也同時參與反應，並生成固體硫化物包圍在載體表麵，從而引起元件活性下降。
2)有試驗數據表明，當硫化氫含量較高時，元件活性迅速下降。
3)矽分子中毒。井下電器設備的絕緣材料多數為含矽材料，在電器設備溫度升高時，矽材料產生揮發物。矽的分子量較大，若被吸附在元件表麵，會阻礙甲烷氣體的滲入，並影響氧化反應速度，從而使元件活性下降，縮短元件使用壽命。
5、元件的激活
元件遭受高濃度(5%C以上)甲烷衝擊後會出現激活現象，激活之後，輸出值和零點會出現上升和漂移。但這種漂移不會持久，在一段時間內它以較快的速度變化著，傳感器輸出是不穩定的。激活現象會嚴重影響傳感器的測量精度。應該注意的是，激活現象多數發生在長期工作活性開始下降的元件上，而且，是在較短時間內接觸高濃度甲烷，若接觸高濃度甲烷的時間較長，元件不僅不發生激活，還會使活性下降。
5.2.2風速傳感器
了解風速傳感器工作原理，掌握使用方法和維修技術，是礦井通風工作中不可缺少的重要內容。
目前，各礦使用的風速傳感器品種較多，但基本工作原理相同，現就煤礦通風係統中常用的幾種風速傳感器進行分析。
5.2.2.1超聲波漩渦式風速傳感器
這是一種利用穿過風流的超聲波束被氣流漩渦調製的原理，來測量漩渦列的頻率，實現對風速的測量的。
超聲波風速傳感器具有如下優點：
1)因無運動部件，故無機械磨損，使用壽命長。
2)測量顯示值是與風速成正比的頻率信號，無零點漂移，且敏感元件靈敏度變化不會影響輸出，測量精度高。
3)測量結果不受流體特性(溫度、濕度、壓力、密度、礦塵等)影響。
4)響應迅速。
5.2.2.2超聲波時差法風速傳感器
此種傳感器適用於測量巷道平均風速，故測量時不需將任何阻力體引入通風斷麵，因此能反應原有的真實情況。
5.2.2.3光電與幹簧管型葉輪式風速傳感器
葉輪式風表是井下測風常用儀表。葉輪風速傳感器是利用葉輪轉速正比於風速的原理工作的。葉輪的軸承長期旋轉會導致磨損，所以應定期進行校正。應用光電計數原理，可以實現巷道風量的連續監測。
5.2.3一氧化碳(CO)傳感器
5.2.3.1電化學一氧化碳傳感器
各種物質在氧化還原時都有一定的氧化還原電位，CO的氧化還原電位是0.9~1.1v，在還原電位條件下，CO可氧化還原成CO2。根據這一原理，氧化還原過程必然會產生離子電流，因此，隻要測出離子電流的大小，即可測算出CO的濃度值。采用這一原理研製的CO連續監測式傳感器，在美、英、德、法和日本等國，均已取得較好的應用效果。我國自行研製的KG3002型連續監測傳感器，在KJ係列安全監控係統中得到了廣泛使用。
5.2.4溫度傳感器
溫度傳感器在礦井安全監控係統中占有重要地位。無論井下環境溫度，還是重要電氣設備的溫度都需要及時監測。礦用溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻、半導體、紅外光和光纖式等。
5.2.5其他傳感器
煤礦安全生產監控係統中，除了甲烷、一氧化碳和風速等主要傳感器外，還要對局部扇風機運行狀態、主扇風機通風負壓、風門狀態、瓦斯抽放泵抽放負壓、采掘工作麵氧氣濃度和機電設備開/停運行狀態等安全生產信息進行監視。
5.2.5.1觸點傳感器
它是利用接觸器或繼電器的接點來表示開/關狀態的。接點有常開/常閉之分。還有接點容量大小、耐壓高低等指標，使用時應注意。
利用觸點的動作可以反應局扇風筒是否被風吹得鼓起，從而判斷局扇送風狀態。
接點簡單、實用，是應用最廣泛的傳感器。
5.2.5.2幹簧管傳感器
幹簧管體積小、慣性小、動作快。它廣泛應用於自動控製和自動檢測係統中。
幹簧管又稱舌簧開關管，它是在小玻璃管內安裝導磁性能的簧片製作而成的。在附近無磁場時，管內簧片處於某一狀態(接通或斷開)，當有磁場靠近時，簧片被磁化產生磁力，使管內簧片(也是接點)改變原來的狀態(由斷開轉為閉合或由閉合轉為斷開)。幹簧接點也可在玻璃管上繞線圈，通電流產生磁場使其動作。
5.2.5.3光電傳感器
利用光電器件可以方便可靠地傳遞開關信息，並可實現本安與非本安電路之間的防爆隔離。
5.2.5.4電磁感應式開關量傳感器
此類傳感器是基於電磁感應原理工作的，當對稱的三相交流電流過三芯電纜時，因其合成磁場為零，故采用閉合鐵芯套住三芯電纜，檢測不到磁場。但如果使用非閉合鐵芯隻靠近三相中的某一相時，可以檢測到該相的漏磁場。
5.2.5.5壓力傳感器
壓力是指垂直作用在物體單位麵積上的力，壓力測量用多用於氣體或液體等流體。但也有對固體壓力的測量，如頂板壓力測量等。
電容式壓力傳感器是基於將壓力轉換為電容器電容量的變化達到測量壓力的目的。
第六章 礦井監控信息傳輸
第一節 信息傳輸概述
通信是信息的傳輸與交換，以信息。但是，消息是傳遞消息的過程。通信的目的就是從一方向另一方傳送消息，給對方的傳送一般都不是直接的，而必須借助於一定形式的信號(光信號、電信號等)才能便於遠距離快速傳輸和進行各種處理。信號是運載與傳遞信息的載體與工具。廣義地說，信號是隨時間變化的某種物理量。因而，信號是消息的表現形式，它是通信傳輸的客觀對象，而消息則是信號的具體內容，它蘊藏在信號之中。在通信技術中一般將語言、文字、圖像或數據等統稱為消息，在消息之中包含有一定數量的信息。如果信息是用電的形式(波形)來表示，那麼信號就是電壓或電流的波形，這種信號就稱為電信號。我們把表示信息的信號稱為信息信號，通常記為f(t)。如果信號用頻率或頻譜分量來描述，那麼信息信號的含義就更加明顯。
6.1.1信息傳輸的概念
通信是把消息從一地傳送到另一地的過程，為了傳遞各種消息就把其轉換成電信號。消息與電信號之間必須建立單一的對應關係，否則在接收端就無法複製出原來的消息。
6.1.1.1模擬傳輸與數字傳輸
礦用傳感器輸出的電信號可分為兩大類：一類是連續變化的模擬量信號，如：甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、風速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器;另一類是階躍變化的開關量信號，開關量信號是一種簡單的數字信號, 如：開停傳感器、風門開關傳感器、風筒風量傳感器。
(1)模擬信號
信號波形模擬著信息的變化而變化，如圖所示的信號稱為模擬信號。其特點是幅度連續(連續的含義是在某一取值範圍內可以取無限多個數值)。圖所示的信號是模擬信號，其信號波形在時間上也是連續的，因此它又是連續信號。圖所示的信號是對圖(a)所示的模擬信號按一定的時間間隔T抽樣後的抽樣信號，由於其波形在時間上是離散的，又叫離散信號。但此信號的幅度仍然是連續的，所以仍然是模擬信號。電話、傳真、電視信號都是模擬信號。
(2)數字信號
如圖是數字信號，其特點是幅值被限製在有限個數值之內，它不是連續的而是離散的。圖(a)是二進碼，每一個碼元隻取兩個幅值(0，A);圖(b)是四進碼，每個碼元取四(3、1、-1、-3)中的一個。這種幅度是離散的信號稱數字信號。
(3)模擬信號的數字化過程
模擬信號的數字化需要三個步驟：抽樣、量化和編碼。抽樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。量化是用有限個幅度值近似原來連續變化的幅度值，把模擬信號的連續幅度變為有限數量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規律，把量化後的值用二進製數字表示，然後轉換成二值或多值的數字信號流。這樣得到的數字信號可以通過電纜、微波幹線、衛星通道等數字線路傳輸。在接收端則與上述模擬信號數字化過程相反，再經過後置濾波又恢複成原來的模擬信號。上述數字化的過程又稱為脈衝編碼調製。
6.1.1.2數字傳輸係統與模擬傳輸係統的比較
數字傳輸係統與模擬傳輸係統相比，具有如下特點：抗幹擾能力強;容易實現高質量的遠距離通信;便於實現綜合業務數字網(ISDN);便於加密;適於集成化、智能化;占用頻帶寬和係統和設備比較複雜。傳輸中的差錯可設法控製，這就改善了傳輸質量;可以傳遞各種消息，使傳輸係統變得通用、靈活;便於用計算對係統進行管理。井下電磁幹擾嚴重，傳感器種類繁多，數字傳輸在礦井監控信息傳輸係統中得到廣泛應用。
6.1.2礦井監控信息傳輸的特點
礦井通信和礦井監控同一般地麵通信和工業監控相比，由於地質條件、生產條件的不同，礦井監控信息有如下的特點：
具有電氣防爆、無線傳輸衰耗大、設備體積重量受限;
無線電發射功率受限(本質安全防爆要求);
抗幹擾能力強、防護性能好;
電源電壓波動適應能力強;
故障能力強、服務半徑大(巷道長達10餘千米);
信道容量大(全礦井綜合監控與通信);
各個礦監控容量要求不同;
同一個礦不同時期容量不一;
信息變化率慢，有利於編碼。
6.1.3信息傳輸的要求
礦井監控信息傳輸要求是礦井監控係統硬件通用、軟件兼容、信道共享、信息共享的基礎，對促進礦井監控產品標準化、提高產品質量具有重要作用。礦井監控信息傳輸要求對礦井監控係統的傳輸介質、網絡結構、工作方式、連接方式、傳輸方向、複用方式、信號、同步方式、調製方式、字符、幀格式、傳輸速率、誤碼率、傳輸處理誤差、最大巡檢周期、最大傳輸距離、最大節點容量等進行了規定。
(l)傳輸介質。煤礦井下的特殊環境製約了井下無線通信的發展，因此，除移動設備的監控外，一般都采用價格低廉，又便於安裝維護的雙絞線礦用電纜，也有采用大容量的光纜，以適應多媒體綜合監控的需要。因此，礦井監控係統的傳輸介質可以是電纜、光纜等傳輸介質。由於頂板垮落、機械碰撞、人為破壞等，會造成電纜和光纜斷纜，而光纜又難以接續，特別是光纖的熔接防爆問題，目前還沒有解決，因此，除礦井監視係統外，礦井監控係統一般都采用雙絞線。國外現今也采用了無線和有線傳輸介質相結合的方式進行傳輸。
(2)網絡結構。一般工業監控係統電纜敷設的自由度較大，可根據設備、電纜溝、電杆的位置選擇星形、環形、樹形、總線形等結構。而礦井監控係統的傳輸電纜必須沿巷道敷設，掛在巷道壁上。由於巷道為分支結構，並且分支長度可達數千米，因此，為便於係統安裝維護，節約傳輸電纜，降低係統成本，宜采用樹形網絡結構，也可采用環形、總線形、星形或其它網絡結構。
(3)工作方式。現有礦井監控係統的均為主從工作方式。主從工作方式同無主工作方式相比，抗故障能力差。但考慮到環境安全、軌道運輸，膠帶運輸等單方麵集中監控的需要，礦井監控係統宜采用多主或無主工作方式，也可采用主從等其它工作方式。
(4)連接方式。為滿足環境安全、軌道運輸、膠帶運輸等就地監控的需要，礦井監控係統的連接方式宜靈活多樣、既可單層連接(如圖所示) 。
〈5〉傳輸方向。單向傳輸僅適用於監測係統，全雙工傳輸使用傳輸通道較多。因此，礦井監控係統宜采用半雙工傳輸，也可采用全雙工傳輸。
(6)複用方式。常用的複用方式有頻分複用、時分複用、碼分複用和它們的混合方式。頻分複用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據不同的頻率範圍;時分複用是用抽樣或脈衝調製方法使不同信號占據不同的時間區間;碼分複用則是用一組包含互相正交的碼字的碼組攜帶多路信號。
(7)信號。表示模擬量的信號可以是模擬信號和數字信號兩種。數字信號同模擬信號相比具有：①抗幹擾能力強;②傳輸中的差錯可以控製、傳輸質量高;③可以傳遞各種消息，靈活通用;④便於計算機存儲、處理、傳輸;⑤便於本質安全防爆隔離等特點。
(8)傳輸方式。串行傳輸與並行傳輸相比具有使用傳輸通道少、適宜遠距離傳輸等優點。礦井監控的監控點分散，每一分站、傳感器(或執行機構)每次需發送或接收的數據(或狀態)較少，並信號變化較慢。宜采用適宜低速、小容量、設備簡單的串行異步傳輸方式。
(9)調製方式。直接使用數字信號傳輸數據時，數字信號幾乎要占用整個頻帶，終端設備把數字信號轉換成脈衝電信號時，這個原始的電信號所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡稱基帶。在信道中直接傳送基帶信號時，稱為基帶傳輸。如從計算機到監視器、打印機等外設的信號就是基帶傳輸的。大多數的局域網使用基帶傳輸，如以太網、令牌環網。頻帶傳輸就是先將基帶信號變換(調製)成便於在信道中傳輸的、具有較高頻率範圍的頻帶信號，再將這種頻帶信號在信道中進行傳輸。
(10)字符。單片機的串行通信使用的是異步串行通信，所謂異步就是指發送端和接收端使用的不是同一個時鍾。異步串行通信通常以字符(或者字節)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發送端一幀一幀地傳送，接收端通過傳輸線一幀一幀地接收。一幀字符幀由四部分組成，分別是起始位、數據位、奇偶校驗位、停止位。
(11)幀格式。為標明一幀信息的接收地址、長度和類別等，並保證可靠的傳輸，在一幀中通常包括地址場、控製場、數據場和校驗場。
(12)傳輸速率。串行通信的速率用波特率來表示，所謂波特率就是指一秒鍾傳送數據位的個數。每秒鍾傳送一個數據位就是1波特。
(13)誤碼率。即在係統傳輸的碼元總數中發生差錯的碼無數所占的比例(平均值)。用於監測的礦井監控係統的誤碼率要求較低，而用於監控的礦井監控係統的誤碼率要求較高。因此，用於監測的礦井監控係統的誤碼率應不大於10-4，用於監控的礦井監控係統的誤碼率應不大於10-8。
(14)傳輸處理誤差。為降低係統成本，模擬量一般都采用8位字長來表示，在A /D轉換過程中的處理誤差≤1/256，礦井監控係統的傳輸處理誤差應不大於0.5%。
(15)最大巡檢周期。為保證實時性，需對最大傳輸容量下巡檢周期進行規定。由於礦井監控信號的變化比較緩慢，因此，礦井監控係統的最大巡檢周期應不大於30s，並應滿足監控要求。當然，在不過多增加係統成本的前提下，傳輸周期越短越好。
(16)最大傳輸距離。煤礦井下工作環境惡劣、維護困難，若采用中繼器延長礦井監控係統的傳輸距離，由於中繼器是有源設備，故障率較無中繼係統高，並且在煤礦井下礦井監控係統的供電受電氣防爆限製，在中繼器處不一定好取電源，若采用遠距離供電,還需要增加供電芯線。因此，礦井監控係統不宜采用中繼器延長傳輸距離。根據我國煤礦的具體情況，為滿足大、中、小各類礦井的監控需要，主站至分站、分站至分站之間的最大傳輸距離應不小於10km。這裏沒有提出滿足中、小型礦井的傳輸距離，這是因為在現有技術條件下，達到10km傳輸距離己沒有什麼困難，並且不會增加設備成本，因此，沒有必要再提出滿足中、小型礦井的傳輸距離。由於高產高效工作麵的出現，工作麵走向長度可達1500m，工作麵長度可達200m。因此，傳感器及執行機構至分站的最大傳輸距離應不小於2km。因此，礦井監控係統不宜采用中繼器來延長傳輸距離;分站至主站之間、分站至分站之間的最大傳輸距離應不小於10km;傳感器及執行機構至分站之間的最大傳輸距離應不小於2km。
(17)最大節點容量。一個網段的節點容量一般由譯碼能力、接口的驅動能力、傳輸距離等決定。譯碼能力一般與地址場的字長有關，因此，決定節點容量的關鍵因素是物理層。根據RS-485，CAN等有關標準嚴格分析及測試，無中繼傳輸距離達10km的網段，其最大節點容量為128。雖然現有一些係統號稱可接分站數百個、達上千個，這僅僅是譯碼能力，沒有任何實驗及數據來證明該係統容量是可靠的，往往在實際使用中，會出現係統工作不穩定等問題。因此，礦井監控係統的最大節點容量宜在8、16、32、64、128中舉取
第二節 信息傳輸基礎
6.2.1信息傳輸的模式
6.2.1.1串行和並行傳輸
串行傳輸是代表消息的各位數字信號序列按時間順序一個一個地在信道中傳輸的方式。如圖6-10(a)所示，串行傳輸時，發送端按位發送，接收端按位接收，同時還要對所傳輸的字符加以確認，所以收發雙方要采取同步措施，否則接收端將不能正確區分出所傳輸的字符，失去了通信的意義。許多外設和計算機按串行方式進行通信，這裏所說的串行方式，是指外設與接口電路之間的信息傳送方式，實際上，CPU與接口之間仍按並行方式工作。計算機的並行數據信號變為串行數據信號，是由通信控製器完成的。通信控製既可由軟件實現，也可由硬件實現。
6.2.1.2雙工通信
雙工通信方式是對相互通信的兩台通信設備(如計算機)間數據流向的描述，或者說是對一台通信設備執行收發操作能力的描述
6.2.1.3同步技術
同步是數字通信中必須解決的一個重要問題。所謂同步，就是要求通信的收發雙方在時間基準上保持一致
數字的通信過程與人們使用電話進行通話的過程有很多相似之處。在正常的通話過程中，人們在撥通電話，並確定對方就是他要找的人時，雙方就可以進入通話狀態。在通話過程中，說話的人要講清楚每個字，並在每講完一句話時需要停頓一下。聽話的人也要適應講話人的說話速度，聽清楚對方講的每一個字;同時要根據講話人的語氣和停頓來判斷一句話的開始與結束，這樣才可能聽懂對方所說的每句話。這就是人們在電話通信過程中需要解決的“同步”問題。如果在數據通信中收發雙方同步不良，輕者會造成通信質量下降，嚴重時甚至會造成係統完全不能工作。
6.2.1.4檢錯技術
煤礦井下的強電磁幹擾給消息的可靠傳輸帶來了很大的困難，為了保證消息的可靠傳輸，礦井信息傳輸係統中都采用了檢錯或糾錯技術。
6.2.2通信協議
6.2.2.1通信協議
1、通信協議的概念
數據通信是機器之間的通信，而大部分是利用數據通信網將若幹台計算機連成計算機網絡來實現的，所以數據通信也叫計算機通信。正是由於數據通信是機器間的通信，所以和其它通信方式一樣，應該在通信係統中規定一個統一的通信標準，即通信的內容是什麼、如何通信、何時通信，都必須在通信的實體之間達成大家都能接受的協定，這些協定就被稱為通信協議。也可將協議定義為監督和管理兩個實體之間的數據交換的一整套規則。概括地說，通信協議是對數據傳送方式的規定，包括數據格式定義和數據位定義等。
6.2.3數據傳輸的媒質
在目前的礦井監控係統中，主要采用礦用信號電纜或電話電纜作為監控信號的傳輸媒介，這種有線傳輸媒介稱為傳輸線。傳輸線是礦井監控係統重要的組成部分之一，傳輸線的電氣性能直接影響著信號的傳輸質量，並且傳輸線的費用投資在整個係統的設備費用中占有較大的比重。
數據傳輸媒質是通信中實際傳送信息的載體。數據通信係統中采用的傳輸媒質可分為有線和無線兩大類。雙絞線、同軸電纜、電力線、電話線和光纖是常用的幾種有線傳輸媒質。短波通信、微波通信、衛星通信、紅外通信、激光通信、散射通信以及藍牙通信等的信息載體都屬於無線傳輸媒質。我們隻介紹煤礦通訊係統中使用的。
6.2.3.1有線傳輸媒質
1、雙絞線
雙絞線是由兩條互相絕緣的銅導線扭絞起來構成的，一對線作為一條通信線路 .
雙絞線可用於傳輸模擬及數字信號，其通信距離一般為幾公裏到幾十公裏。當距離太長時，對於模擬信號，每隔5~6km需加放大器以便將衰減了的信號放大到合適的數值;對於數字信號，每隔2~3km需加轉發器(中繼器)以便將失真了的數字信號進行整形。導線越粗，其通信距離越遠，但導線價格會越高。
2、同軸電纜
同軸電纜也像雙絞線那樣由一對導體組成，但它們是按同軸的形式構成線對，其結構如圖6-20所示其中最裏層是內導體，外包一層絕緣材料，外麵再套一個空心的圓柱形外導體，最外層是起保護作用的塑料外皮。內導體和外導體構成一組線對。單根同軸電纜直徑約為05~2.5cm，幾個同軸電纜往往會在一個大電纜內，有些裏麵還裝有二芯扭絞線或四芯線線組用於傳輸控製信號。由於外導體是接地的，故同軸電纜具有很好的抗幹擾性。
3、電力線
利用電力線載波實現計算機間的數據通信，將大大降低成本、縮短工時。電力線載波傳輸限於同一個電力變壓器供電範圍內，主從機最好接於同一相線上，這樣傳輸衰減小、傳輸距離遠、傳輸效果好。若傳輸線不同相，則應在它們之間就近跨接0.1μF耐壓630V以上的電容，實現交連傳送，但傳送效果差些。
4、電話線
利用現成的電話線進行串行數據通信，是非常經濟的一個途徑。
5、光纖
光纖是光導纖維的簡稱，是傳送光信號的媒質。光纖是利用各種玻璃和塑料製成的。光纖的結構呈圓柱形，內部是纖芯，外部是包層。
6.2.3.2無線傳輸媒質
無線傳輸媒質，是指無須架設或鋪埋電纜或光纜，而通過看不見摸不著的自由空間，將電信號轉換成無線電波進行傳送。發信端把待傳的信息轉換成無線電信號，依靠無線電波在空間傳播，而收信端則要把無線電信號還原成發信端所傳信息。無線電波是一種電磁波，因為頻率(波長)相差較遠的無線電波往往具有不同的特性，通常用頻率(或波長)作為無線電波最有表征意義的參量。例如，中長波沿地麵傳播，繞射能力較強;短波以電離層反射方式傳播，傳輸距離很遠;而微波隻能在大氣對流層中直線傳播，繞射能力很弱。因此，把無線電波按其頻率(或波長)來進行命名。下麵簡要介紹短波通信、微波通信、衛星通信、激光通信、等幾種無線傳輸新技術。
第三節 聯網概述
隨著國家對煤礦安全生產工作的日益重視，以及礦務局自身現代化管理的需求，煤礦安全監測係統越來越體現出其重要性。從技術和管理的角度出發，煤礦係統聯網安全監測已是必然趨勢。
煤礦安全生產監測係統是在生產、安全及管理方麵的一個實時監控係統，對於煤礦的生產運行狀況、安全水平、災害預測預報具有重要的作用。為了加強集團公司對下轄各礦的安全生產管理，利用現有網絡資源掌握各個下屬煤礦的安全和生產情況，礦業(集團)公司需要建立一套安全生產監測信息係統，將各個下屬煤礦的實時監測數據集成在公司調度室，形成公司一級的安全生產監控網絡，各個下屬煤礦又把所屬的每個礦井的生產和安全數據集成在礦調度室，組建礦一級監控子網，使公司從上到下各個部門以及領導都可以隨時掌握各個煤礦和礦井的生產狀況和安全狀況，並可以進行綜合性動態分析;礦業集團公司再通過以太網絡將各礦遠程監測監控信息傳送到總部，並可以對各礦井監測監控信息進行分析彙總，為領導決策提供依據，實現資源共享。
利用聯網軟件與關係數據庫的接口和網上發布功能，使新實施的安全生產監測係統與公司(市)和礦裏原有的安全監測係統有機地結合在一起，從而實現了安全管理和生產管理信息化，加強了企業內部協作與通信，提高了生產和管理效率，增強企業的市場競爭力，使煤礦企業的信息化進程跨上一個新台階。整個監控係統結構如圖所示。
下麵對煤礦的安全生產監測係統網絡結構及監測係統聯網進行介紹。
6.3.1係統網絡結構
係統網絡結構是指係統中的分站與分站之間、分站與中心站之間、分站與傳感器〈含執行機構〉之間的相互連接關係。礦井監控係統的網絡結構同一般的數字通信和計算機通信網絡相比，具有要求本質安全防爆的特點。
為保證係統的安全性能和可靠性，降低係統成本，便於使用維護，礦井監控係統的網絡結構應滿足下列要求：①有利於係統本質安全防爆;②在傳感器分散分布的情況下，通過與適當的複用方式配合，使係統的傳輸電纜用量最少;③抗電磁幹擾能力強;④抗故障能力強，當係統中某些分站發生故障時，力求不影響係統中其餘分站的正常工作;當傳輸電纜發生故障時，不影響整個係統的正常工作;當主站及主幹電纜發生故障時，保證甲烷斷電及甲烷風電閉瑣等功能。
6.3.1.1星形網絡結構
星形(又稱放射狀)網絡結構，就是係統中的每一分站(或傳感器)通過一根傳輸電纜與中心站(或分站)相連(如圖6-22所示)。這種結構具有發送和接收設備簡單，傳輸阻抗易於匹配，各分站之間幹擾小，抗故障能力強，可靠性高等優點。但是這種結構所需傳輸電纜用量大，特別是當係統監控容量大、使用分站〈或傳感器〉多時，係統的造價高，且不便於安裝和維護。因此，該網絡係統僅用於小容量的礦井監控係統。
6.3.1.2樹形網絡結構
樹形(又稱樹狀)網絡結構就是係統中每一分站(或傳感器)使用一根傳輸電纜就近接到係統傳輸電纜上(如圖6-23所示)。因此，采用這種結構的監控係統所使用的傳輸電纜最少。但由於采用該結構的監控係統傳輸阻抗難以匹配，並且多路分流，因此，在信號發送功率一定的情況下，信噪比較低，抗電磁幹擾能力較差，係統電纜短路會影響整個係統正常工作。在半雙工傳輸係統中，分站的故障還會影響係統的正常工作。例如：當分站死機時，若分站處於發送狀態，將會長時間占用信道，影響係統正常工作，直至故障排除或分站從係統中脫離。采用該種結構的礦井監控係統，其信號傳輸質量與分支多少、分支位置、線路長度、端接阻抗、分站發送電路截止時漏電流等因素有關，不確定因素太多，難以保證質量。在嚴重的情況下，會嚴重影響可靠性。
6.3.1.3環形網絡結構
環形網絡結構就是係統中各分站與中心站用一根電纜串在一起，形成一個環，如圖所示。
不難看出，環形係統需要電纜往複敷設。因此，使用電纜數量大於樹形係統，小於星形係統。
6.3.1.4開閉環形網絡結構
開閉環形網絡結構是環形網絡結構的改進。當隻需要集中監測時，可以將中心站與各分站用電纜串接在一起，而不必形成一個環。當既需要集中監測，又需要集中控製時，就需要用一根電纜將中心站與各個分站串接在一起形成一個環，這時，開閉環形網絡結構同環形網絡結構的根本區別在於：前者不但能根據前一分站發來的信號同步工作，而且能在沒有外部同步信號的條件下，自同步工作，而後者隻能在有外部同步信號的條件下工作。因此，采用開閉環網絡結構的礦井監控係統，當係統中分站或傳輸電纜發生故障時，故障點以後的分站仍能正常工作，不會造成整個係統癱瘓，抗故障能力強，開閉環形網絡結構如圖所示
6.3.2現場總線控製係統的構成與特點
6.3.2.1概述
現場總線的技術基礎是一種全數字化、雙向、多站的通信係統，是應用於各種計算機控製領域的工業總線，因現場總線潛在著巨大的商機，現場總線技術以數字信號取代模擬信號，在3C(Computer計算機、Control控製、Commcenication通信)技術的基礎上，大量現場檢測與控製信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控製功能從控製室移至現場設備。由於國際上各大公司在現場總線技術這一領域的競爭，仍未形成一個統一的標準，目前，在現場總線網絡互聯都是遵守OSI參考模型。 現場總線控製係統是從八十年代中期發展起來的。現場總線控製技術由於其巨大的技術優勢，被認為是工業控製發展的必然趨勢，將逐步取代傳統的PLC點對點接線的控製方法。
6.3.2.2現場總線控製係統的構成
現場總線有以下三點要求：同一數據鏈路上過程控製單元(PCU)、 PLC等與數字1/ O設備互連;現場總線控製器可對總線上的多個操作站、傳感器及執行機構等進行數據存取;通信媒體安裝費用較低。現場總線是一種串行的數字數據通訊鏈路，它溝通了生產過程領域的基本控製設備(即現場級設備)與更高層次自動控製領域的自動化控製設備(即車間級設備)之間的聯係。現場總線控製係統主要包括一些實際應用的設備，如PLC、掃描器、電源、輸入輸出站、終端電阻等。
係統中的輸入輸出節點雖然有許多不同的類型，但在應用中最常用的是24V直流的2線、3線傳感器或機械觸點。該節點具有IP67的防護等級，有防水、防塵、抗振動等特性，適合於直接安裝在現場。另一個節點是端子式節點，獨立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導軌上，並連接著一個總線耦合器。該總線直流耦合器是連接總線的網關。這種類型的節點是開放式的結構，其防護等級為IP20，它必須安裝在機箱中。端子式輸入/輸出係統包含有許多種開關量與模擬量輸入/輸出模塊，以及串行通訊、高速計數與監控模塊。端子式輸入/輸出係統可以獨立使用也可以結合使用。主幹纜和分支電纜。各種總線協議對於總線電纜的長度都有所規定，不同的通訊波特率，對應不同的總線電纜長度。同時，分支電纜的長度也是有所限製的。 網絡的最後部分是終端電阻。在一些總線係統中。這個終端電阻隻是連接到兩數據線的簡單電阻。它是用來吸收網絡信號傳輸過程中的剩餘能量。
連接於總線上的產品，可以分為有源和無源兩大類。
1、有源產品 有源產品可以產生通訊信號、響應信號、調整信號或者兼而有之。 有源產品包括以下部件：
(1)節點(Node);總線上可以編址的設備。
(2)總線模塊(Bus Modulea);任何形式的現場節點，可以使用端子或接插件連接傳感器、閥門、按鈕等各種現場裝置。
(3)網關(Gateway);一種特殊的節點，用於兩麵種不同的總線之間的信號和數據變換。
(4)放大器;一種用於實時(加強)信號，以精確複製原始信號。連接同一總線的兩部分，解決通訊信號在通訊線上由於電氣損耗而造成的衰減。當信號變弱而不變形時可以使用放大器。
(5)中繼器(Repeater);用於加強信號，產生不變形的新信號。連接同一總線的兩端，當信號變弱或變形時可以使用中繼器。
(6)橋(Bgridge);有兩類橋。一種是用於連接同一種協議，不同傳輸速度的兩個段。另一種是一種智能的中繼器，當通訊的源地址和目的地址位於不同總線段時，用於重複兩個段間的數據。橋必須被編程設定地址和相關的段。當橋讀地址時，要有幾個位的等待時間。橋可以應用於設備級總線，但應用並不普遍。
(7)路由器(Router);用於廣域網的高等級橋。這類產品很少應用於設備級總線。
(8)有源多端口分接器(Active hub)多端口中繼器或放大器，以增加總線的分支能力。
(9)接口卡、接口模塊(Interface card,interface module);指網關的常用術語，作為PLC或PC到設備及總線的接口。
2、無源總線產品 無源總線產品包括：
(1)T型分支(Tee);用於產生總線上的一路分支。
(2)無源多端口分接器(Passive hub);多端口T型分支。
(3)終端電阻(Terminating Resistor);安裝在總線的始端和末端的電阻，用於穩定和調整信號。
(4)總線電纜(Busline);連接節點，傳送數據的各種電纜。
6.3.2.3現場總線特點
與傳統的PLC點對點的控製方法相比，現場總線控製係統具有無可比擬的優勢。其特點包括：
1、具有較高的性能價格比。係統綜合成本及一次性安裝費用減少40%。由於導線、連接附件的大幅度的減少。使原來的幾百根，甚至幾千根控製電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。所以設計、安裝、調試、維護的費用大幅度地減少，維護和改造的停工時間減少60%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設計變得簡單易行;標準接插件快速、簡便的安裝，使人力、物力大量的減少;強大 的故障診斷能力，使係統的調試和維護工作量大幅減少。
2、係統性能大幅度的提高，使控製係統的檔次跨越了一個台階，可靠的數據傳輸，快速的數據響應，強大的抗幹擾能力。許多總線在通訊介質、信息檢驗、信息糾錯、重複地址檢測等方麵都有嚴格的規定，從而確保總線通訊快速、完全可靠的進行。
3、係統具有強大的自動診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節點的通訊故障、電源故障，以及現場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速地發現係統的各種故障位置和狀態。
4、采用數字信號通訊，有效提高係統的測量和控製精度。各種開關量、模擬量信號就近轉變為數字信號，避免了信號的衰減和變形。
5、總線節點具有IP67的防護等級，具有防水、防塵、抗振動的特性。可以直接安裝於工業設備上，大量減少了現場接線箱，使係統可靠性提高。
6、本質安全型總線。更加適合直接安裝於石油、化工等危險防爆場所，減少係統發生危險的可能性。
6.3.3工業以太網的發展及其技術特點
6.3.3.2工業以太網技術的特點
以太網具有傳輸速度高、低耗、易於安裝和兼容性好等方麵的優勢,由於它支持幾乎所有流行的網絡協議,所以在商業係統中被廣泛采用。近些年來,隨著網絡技術的發展,以太網進入了控製領域,形成了新型的以太網控製網絡技術。這主要是由於工業自動化係統向分布化、智能化控製方麵發展,開放的、透明的通訊協議是必然的要求。
以太網技術引入工業控製領域，其技術優勢非常明顯：
1、Ethernet是全開放、全數字化的網絡，遵照網絡協議不同廠商的設備可以很容易實現互聯;
2、以太網能實現工業控製網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡，如圖6-33所示;
3、軟硬件成本低廉
4、通信速率高，
5、可持續發展潛力大，在這信息瞬息萬變的時代，企業的生存與發展將很大程度上依賴於一個快速而有效的通信管理網絡，信息技術與通信技術的發展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網技術不斷地持續向前發展。
6.3.3.3結論
工業以太網控製係統與其它控製係統相比較具有很大的優勢，可以應用在多種工業控製領域。隨著集成電路、工業以太網和嵌入式Internet技術研究的進一步深入，基於以太網的工業控製網絡時代將會很快到來，並成為最具開放性的工業控製網絡體係結構。這種新型的網絡體係，與現場總線在以太網方麵的發展相呼應，對傳統的工業控製網絡是一個變革，必將為工業控製領域帶來新的天地。但是，在某些領域例如：汽車控製係統、數控機床等，由於其工作條件惡劣、實時性、可靠性要求高，均不適合工業以太網。從目前趨勢來看,工業以太網進入現場控製級毋庸置疑。但至少現在看來,它還難以完全取代現場總線,作為實時控製通信的單一標準。在很長的一段時期內已有的現場總線仍將繼續存在,最有可能的情況是發展一種多種網絡並存的混合式控製係統。
第四節 複用方式
6.4.1多路複用的基本概念
數據通信係統或計算機網絡係統中,傳輸媒體的帶寬或容量往往會超過傳輸單一信號的需求,為了有效地利用通信線路,希望一個信道同時傳輸多路信號,這就是所謂的多路複用技術(MultiplexiI1g)。采用多路複用技術能把多個信號組合起來在一條物理信道上進行傳輸,在遠距離傳輸時可大大節省電纜的安裝和維護費用。頻分多路複用FDM (Frequency Division Multiplexing)和時分多路複用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是兩種最常用的多路複用技術。
6.4.2頻分製
頻分多路複用(FDM-Frequency Division Multiplexing)是用“頻率分割”方法實現的多路複用。它將傳輸頻帶分成N部分，每一個部分均可作為一個獨立的傳輸信道使用。這樣在一對傳輸線路上可有N對話路信息傳送，而每一對話路所占用的隻是其中的一個頻段。典型的頻分多路複用係統便是載波電話。每種通信線路都有一定的頻率傳輸範圍。假如某條線路的傳輸頻率範圍是48千赫,傳輸一路電話需要占用300～3400赫的頻帶,如果給每一路電話分配4千赫的頻帶寬度,48千赫的頻率範圍就可分割成12個信道,傳送12路載波頻率不同的信號。由於各路信號的載波頻率不同雖在同一條線路中傳送,也不致互相幹擾。上述把各路信號分別搬移到不同頻率的信道上去傳輸,正是頻分多路複用的基本方法。在載波電話通信中,發信端用各路信號分別去調製相隔4千赫的不同載波;在接收端再用解調的方法使它們恢複成原來的信號,從而實現了頻分多路複用。頻分多路複用廣泛用於模擬通信。典型的應用是我們xDSL(ADSL、HDSL、MSDSL等)Modem就是采用這樣的技術。比如我們的ADSL，在我們的電話線路裏既走低頻的電話語音信號，也走高頻的ADSL數據信號。
6.4.3時分製
時分多路複用(TDM- Time Division Multiplexing) 是采用“時間割”方法的多路複用。它是利用各路信號在信道上占有不同的時間間隔的特征來分開各路信號的。時分多路複用也是多個用戶共同使用一條線路,但是各個用戶在占用線路的時間上有先有後。由於他們占用的時間不同,所以叫做“時間分割”,簡稱“時分”. 時分多路通信是使多路信號輪流占用同一個公共傳輸信道中的規定時隙。其基本原理是利用發送端和收信端同步啟閉的開關(ST和SR)來保證發送端的某一時隙對某一路信號開啟ST，讓信號通過;同時在收信端SR同步開啟，以便接收發送端送出的這一路信號。其餘時隙則分配給其它各路使用，從而實現在同一個公共傳輸信道上以時間分割方式進行多路傳輸。可見，時分多路通信的主要特點是利用不同時隙來傳送各路不同的信號。各路信號在頻譜上是重疊的，但在時間上是不重疊的。目前， 時分多路複用通信方式大都用於數字通信係統。
6.4.4碼分製
碼分多路複用(CDM- Code Division Multiplexing) 碼分多路複用是利用各路信號碼型結構的正交性而實現的多路複用。什麼叫正交性?簡單來說就是:如果數字信號的波形相互垂直或接近垂直,就叫做正交。相互正交的信號彼此不會有幹擾。碼分複用是靠不同的編碼來區分各路原始信號的一種複用方式，主要和各種多址技術結合產生了各種接入技術，包括無線和有線接入。例如在多址蜂窩係統中是以信道來區分通信對象的，一個信道隻容納1個用戶進行通話，許多同時通話的用戶，互相以信道來區分，這就是多址。移動通信係統是一個多信道同時工作的係統，具有廣播和大麵積覆蓋的特點。在移動通信環境的電波覆蓋區內，建立用戶之間的無線信道連接，是無線多址接入方式，屬於多址接入技術。聯通CDMA(Code Division Multiple Access)就是碼分複用的一種方式，稱為碼分多址. 碼分多址的基本特征是：各站用不同的碼型，調製相同載頻頻率的載波發射信號，即在頻率上不分割，同時在時間上和空間上也不分割(即可以重疊)，各站收信時，是根據相應的“碼型”來識別和選擇自己所需的信號。
6.4.5對時分製、頻分製和碼分製的評價
(1)時分製和碼分製多路合成後的信號不會造成能量在時間上的集中，因而對本質安全性能無影響。頻分製多路合成信號的路數愈多，則傳輸線上信號的瞬時功率和平均功率都成正比地增大，有可能造成能量過分集中而危害到係統的本質安全性能。
(2)時分係統可以很方便地用多位數碼傳送模擬量，用1位碼位傳送開關量。這種傳輸方式對信道資源的利用而言是經濟合理的。頻分係統由於區分頻率的濾波器難以做得非常敏銳，開關量和模擬量大體要占相同的頻帶寬度，這就造成開關量信道頻率資源的浪費。碼分製對開關量和模擬量的傳輸優於頻分製，劣於時分製。
(3)時分係統的信號與計算機所需的信號非常相近，故時分係統便於計算機接口，也便於係統的智能化，碼分製係統也便於計算機管理，而頻分係統與計算機的接口則比較複雜。
(4)在信息傳輸速率不很高的情況下，時分係統中各路之間的相互幹擾較小。碼分製係統在係統同步情況下，各路之間無幹擾。頻分製係統各路幹擾較大。
(5)時分係統和碼分係統中各路信息的發送與接收需要嚴格同步，否則將造成重大差錯，而頻分係統則不需要同步。在傳感器分散分布難以集中發送信息的場合，就顯示出頻分製這個可貴的優點。
(6)從傳輸信道資源的利用方麵來考慮，時分係統是將信道按時間分配給某一路信源，而頻分係統則是按頻率分配給某一信源。當某一路信源停止工作時，該路資源就閑置不用，造成浪費。這是兩者共同的缺點。碼分製不將傳輸線的實在資源固定地劃分，可以隨時將冗餘轉化為係統的抗幹擾能力，適合礦井監控係統多變的要求，達到自適限錯。
