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光纤瓦斯监测系统的设计和应用研究

孟辉  
【摘要】:煤炭是我国的重要能源之一,煤矿是煤炭的主要生产单位。我国煤矿数量超过30万个,其中超过40%的煤矿为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井,瓦斯事故的死亡人数占到了总伤亡的九成以上,瓦斯已然成为确保煤矿安全的重中之重。煤矿一直把瓦斯的监测和治理放在最重要的位置,因此井下瓦斯实时有效的检测,对煤炭行业和矿工的生命安全都会发挥着巨大的经济效益和社会意义。本文首先对光纤甲烷传感器的常用检测方法以及国内外关于光纤甲烷传感器的发展进行了论述。其次研究了光纤气体传感器的检测原理,并针对甲烷气体进行了吸收光谱的选择,对比了不同检测方法的特点,基于现场实施的可实施性、可靠性、较低成本等因素的考虑,从常用的吸收型气体检测方法中选择出最适合的方案进行采纳。再次设计了一套用于甲烷气体检测的瓦斯监测系统,从硬件和软件等方面对下位机进行了设计,硬件以C8051单片机为基础,实现激光器的电流控制、光电信号采集、数据处理、键盘、显示等功能,既可独立进行数据检测分析、报警,又可与上位机进行通讯,上位机软件基于VB开发,可实现与下位机通讯、报警、控制外部设备开停等功能,同时针对煤矿的多种使用环境设计了不同的传感器,井下巷道环境瓦斯传感器主要加强了除尘和滤水功能,使其具有较长的维护周期和稳定性,井上瓦斯抽采管道传感器主要加强了滤水和气体扩散功能,使其具有更高的精度和响应速度,解决了现场所用的传统电子传感器以及红外传感器维护频繁、性能不稳定、响应慢等问题。最后针对设计的瓦斯监测系统进行了性能测试,并在煤矿井下回风巷和井上瓦斯抽采管道上进行安装测试。同时在保证使用功能的基础上,将灵敏度提高到20ppm,精度提高到真值的0.7%,维护周期延长到了6个月,并与其他系统进行了对比,本系统在精度、稳定性等方面具有较明显的优势,极大的保证了传感器在现场环境工作安全稳定的运行。


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