基于光纤光栅传感器的瓦斯浓度监测系统

针对当前基于传统传感器的瓦斯浓度监测系统准确率低、稳定性较差、抗干扰能力较弱等不足,通过分析光栅光纤传感原理,结合气体分子的选择吸收理论,验证了光谱吸收方法检测瓦斯气体的可行性,并据此选用1 650.9 nm波长的激光器作为系统光源,在避免交叉干扰的同时降低能量传输损耗。最终,构建了基于光纤光栅传感器的瓦斯浓度监测系统。实验结果表明:系统光纤链路总损耗较低,约为4.9 dB,有利于信号低损耗传输,且信噪比提升较为明显,适于远距离监测;系统抗干扰能力强,干扰项对测量结果的影响较小,系统测量精度和准确度较高;系统的稳定度约为0.18%,与最大示值误差相差较大,满足长时间监测需求。

基于无线传感器网络的瓦斯浓度监测系统的硬件设计

为了克服传统煤矿瓦斯监测系统存在的难以及时知晓井下状况的局限,设计了一种基于IEEE802.15.4传输协议的无线传感器网络技术的瓦斯浓度监测系统.利用此系统,井上管理人员可以实时监测到井下多个位置的瓦斯浓度,更有效地管理井下安全工作.该系统还具有可扩展,可移动的优点,功耗小,体积小的优点.首先介绍此系统的总体结构和单个节点的硬件设计,并介绍了具体的实施方案.

基于PDA的瓦斯浓度监测系统

针对近年来煤矿瓦斯爆炸事故多发,造成大量人员伤亡的现状,提出了将个人数字助理(PDA)应用于煤矿瓦斯浓度监测的观点,将虚拟仪器的"功能软件化"和"集成性"以及"程序设计图形化"等优点从微型计算机扩展到PDA,在系统设计中采用了模块化的设计思想,并充分发挥PDA的便携性、可移动性及可无线通讯等优点,可有效避免由于工作人员疏忽等原因造成的损失,具有极大的经济、社会效益。

煤矿井下钻孔内瓦斯浓度监测传感器研制

当前,煤矿井下钻孔作业时,瓦斯监测系统只能反映钻孔孔口处瓦斯抽采量,无法获得钻孔内某个区段的瓦斯抽采效果,随着煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔深增加,沿钻孔长度方向瓦斯抽采效果出现明显分区,不同孔深处有效抽采半径出现较大差异,导致煤矿井下瓦斯抽采钻孔布置难度较大,不确定性增加。针对此问题,设计一种煤矿井下钻孔内瓦斯浓度监测传感器,该传感器基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)原理,可实现钻孔内多点同时在线监测,保证了孔内无源,实现了本质安全。首先,分析TDLAS瓦斯测量基本原理,从气体分子吸收光谱原理出发,介绍了激光光源的选择,并根据比尔−朗伯定律推算瓦斯气体浓度解算公式。然后,在此基础上进行瓦斯浓度监测传感器设计,包括光程设计、结构设计、保护工艺设计和孔中操作流程4方面。最后,从性能和可靠性2方面出发,进行相对误差测试、稳定性测试、响应时间测试、与非色散红外传感器性能对比和防水防尘测试。设计的瓦斯浓度监测传感器直径40 mm,长度80 mm,传感器本质安全,结构上能够很好地适用于煤矿井下钻孔内应用。性能测试中,传感器全量程最大相对误差2.8%,小于孔内瓦斯浓度±6%的监测标准;稳定性测试中,传感器数据的波动范围在0.015%,稳定性为0.28%,满足稳定性小于1%的要求;传感器的响应时间约为8 s,满足响应时间小于10 s的要求;与非色散红外传感器对比测试中,设计的TDLAS瓦斯浓度监测传感器的相对误差和响应时间都明显优于非色散红外传感器。可靠性测试中,传感器长时间处于高湿度环境中,其测量精度并未受到影响,保护工艺可有效防水。性能测试和可靠性测试结果表明,瓦斯浓度监测传感器能够很好地满足孔内瓦斯浓度监测需求,在煤矿井下孔中监测方面具有很好的应用前景。

基于NB-IoT和云平台的瓦斯浓度监测与预警系统的研究

瓦斯浓度是石油化工、煤矿开采作业中危害生产安全的重要因素,因此必须通过科学的手段实现瓦斯浓度快速、精确的检测。以煤矿井下瓦斯浓度监测为研究对象,探讨光纤气体传感器的工作原理,并基于光纤气体传感器进行井下瓦斯浓度监测系统设计。经过模拟实验和实测检验,验证了所设计的系统灵敏度高、响应速度快,适用于恶劣工况下的气体浓度检测。

基于LoRa的低功耗瓦斯浓度分布式监测系统设计

针对催化燃烧式甲烷传感器功耗较高及有线瓦斯浓度监测系统安装成本高、扩展性和灵活性差、维护工作量大等问题,设计了基于LoRa的低功耗瓦斯浓度分布式监测系统,详细介绍了瓦斯浓度采集节点与LoRa智能网关的软硬件设计。瓦斯浓度采集节点采用STM32L151超低功耗系列处理器,通过电源管理模块将系统电源分为可控的3个部分,并通过功耗控制策略降低功耗:①单片机核心系统采用低功耗模式;②MJC4/2.8J甲烷检测用载体催化元件采用动态通电方式,以降低平均电流;③采集节点中除单片机核心系统外的其他模块按需供电。LoRa智能网关利用嵌入式实时操作系统μC/OS-II进行任务调度,使网关性能达到最优,提高CPU的利用率。测试结果表明,瓦斯浓度采集节点具有较好的数据传输性能,功耗控制策略可有效降低采集节点的平均电流,从而延长电池使用时间,降低系统维护工作量。

基于人工智能的煤矿瓦斯监测与预测研究

为提高煤矿生产的安全性,对基于人工智能的煤矿瓦斯监测与预测方法进行研究,研究内容包括红外吸收技术与瓦斯浓度监测、基于LSTM模型的瓦斯浓度预测以及瓦斯浓度的远程监控,以期提高煤矿瓦斯监测与预测准确性,有效降低事故风险。

光纤传感技术在煤矿瓦斯抽采监测系统的应用

基于Beer-Lambert定理,研制出基于光谱吸收技术的光纤气体传感器,对不同的气体浓度进行高精度测量;基于光纤光栅原理研制出光纤温度传感器,对巷道温度进行实时监控。光纤瓦斯抽采监测技术在皖北煤电集团祁东矿现场试验证明,该系统具有响应快、精度高、免校准、长距离检测等突出特点,比现有系统技术优势明显。

基于MSP430和LabVIEW的瓦斯气体无线远程监测系统

基于当前矿井中瓦斯爆炸造成严重的人员伤亡和财产损失的严峻现实,以及现有的瓦斯检测设备功耗高、实时性差、成本较高等问题,设计了一种具有无线通信功能的瓦斯气体实时监测系统。该系统包括监测节点和基站节点以及上位机3个部分。监测节点之间构成链状拓扑结构,将监测到的数据汇总到基站节点,再由基站节点与上位机相连,将数据传送给上位机。在上位机,通过LabVIEW 2010软件开发平台编写友好的人机界面,对瓦斯浓度数据进行分析和实时显示,并将数据保存到数据库,如果浓度超过警戒值,进行语音报警。系统采用Web技术,可以对上位机界面进行远程监控。经测试证明该系统具有良好的瓦斯监测和无线通信功能。

瓦斯抽采泵的综合状态监测平台设计

煤矿安全生产过程中,矿井内的瓦斯浓度一直是影响生产安全的首要因素。为了提升瓦斯抽采泵的安全系数以及功效,确保井下人员开采、运送等任务的安全进行,设计一款基于MSP430单片机超低功耗的瓦斯测量和无线通信电路,实时监测各测点的瓦斯浓度,同时根据测得数据调控各节点工作状态。依据各参数和矿井下的生产条件状态评估,此设备起到保障瓦斯抽采安全高效的作用。

采煤工作面瓦斯涌出量分源计算

采煤工作面瓦斯涌出量计算是矿井通风设计和瓦斯治理的重要依据。根据煤层瓦斯涌出特点,将瓦斯涌出源分为煤壁、采落煤、运煤和采空区4个分源。基于采煤工作面瓦斯浓度监测数据中包含的各源瓦斯涌出信息,建立绝对瓦斯涌出量分源计算方法。以古汉山矿长壁采煤工作面为例,介绍该方法的应用过程。研究结果表明,通过分析采煤和准备工序期间单一或组合瓦斯浓度监测曲线特征,能够计算采煤工作面分源瓦斯涌出量。

采煤工作面回风巷瓦斯气团漂移现象初探

了解瓦斯气体在采掘空间的分布及运移规律,是有效开展煤矿瓦斯治理工作的基础。通过对井下瓦斯浓度监测数据可视化及数理分析,揭示了回采工作面回风流中存在瓦斯气团的可能性,表明了回风巷中瓦斯气体运移具有风流携带气团漂移的特点;回风巷中的同一瓦斯气团先后经过相邻2个传感器时,2个传感器分别观测到的瓦斯浓度变化的曲线形态具有相似性,根据这一特点,给出了回风巷瓦斯气团漂移速度计算公式和应用实例。研究成果有助于优化采煤工作面通风设计,有效监测回风巷中瓦斯气体运移状态,避免高浓度瓦斯气团导致的矿井灾害。

基于MC112传感器和RSSI测距的智能矿灯系统设计

为了保障矿井下工作人员安全,提出一种基于井下可燃气体感知和定位的新型智能矿灯系统。其中,以STC15W408AS单片机作为主控芯片,采用MC112型催化燃烧式传感器实现井下瓦斯浓度的采集与预警,使用RSSI测距定位算法实现井下人员的定位,利用无线发射和电力载波通信实现井下与后台系统的通信,通过RFCC1101芯片进行433 MHz信息的无线传输。系统测试表明,所设计的新型智能矿灯能耗为27 520 mAh,小于所采用的锂电池电量总和30 000 mAh,满足设计需求;系统各个功能完善,可实现井下瓦斯浓度实时监测与人员区域定位,同时具备瓦斯浓度报警和井下人员呼救功能,具有一定的实用性,为井下工作人员的生命安全提供了保障。

基于无线网络的矿井燃爆监测及预警系统模型研究

目前,中小型煤矿一般没有完善的瓦斯监测报警系统,大型煤矿的报警系统投资巨大、且难随掘进及时增加监测点。文章提出基于无线网络的矿井燃爆监测及预警系统,由无线监测节点、监控计算机、报警器组成;成本低,组网简单,可动态增加、调整监测点,移动式报警器由人员携带,自动链入监测网,实时接收检测数据和报警信息;大大提高监测的全面性、报警的实时性和到位率,最大限度地避免爆炸事故的发生。

煤矿瓦斯报警仪设计

瓦斯浓度监测报警系统主要由瓦斯浓度测定仪和计算机瓦斯浓度数据处理等相关软硬件组成。本系统由检测部分、执行部分及8031单片机控制分等组成,能实现瓦斯浓度、开关量的采集和开关信号的输出,并有数据显示功能,对瓦斯浓度进行实时监测、控制及超限警。计算机软件包括人机界面、数据处理、串行通信等模块,以控制为目的来考虑改善矿井通风,从而降低瓦斯浓度,确保安全生产。

云顶山1号高瓦斯特长隧道信息化施工技术

本文依托云顶山1号高瓦斯隧道工程,提出了采用超前地质预报、瓦斯浓度监测、监控量测等综合监测技术进行的信息化施工技术,有效确保施工顺利进行和施工安全,对类似工程具有借鉴意义。

基于嵌入式实时操作系统的智能矿灯设计

针对目前煤矿矿灯功能单一,无法感知井下环境参数,未能和地面构成双向实时通信网络的问题,设计了基于嵌入式实时操作系统的智能矿灯。该智能矿灯以STM32芯片为主控核心,利用温度传感器、瓦斯传感器和加速度传感器分别采集环境温度、瓦斯浓度及人员运动状态;通过NRF24L01无线通信模块读取井下定位与物资标签状态,获取人员位置与物资信息;通过WiFi将数据上传到地面服务器进行显示和存储。该智能矿灯还具有手动报警与自动报警功能,上位机可下发信息,实现井下与地面的双向通信。测试结果表明,该智能矿灯性能稳定可靠,实时性高,操作方便。

一种矿工智能帽的设计及实现

将传统矿工帽集成为井下个人安全的一个移动管理平台,可最大限度地保护矿工的安全。采用MTK6235手机平台实现了传统矿工帽具备瓦斯浓度、温湿度的实时监测与报警,并通过广角夜视摄像头和VOIP通信实现了对矿工井下作业的视频监测和对讲指挥功能。该系统可与井上综合信息应用管理系统轻松对接,实现了对矿工安全综合系统的智能化。

Gas concentration pre-warning system based on fuzzy structured element

In order to accurately test gas concentration and effectively pre-waming when the gas concentration over-limited on work face, used the high-performance and low prices SCM and the low-cost and high transfer efficiency bluetooth technology to forecast the gas concentration in real time. The data tested by SCM, then got the corresponding mathematical model of the data. Put forward the idea of using fuzzy structured element theory to dynamic forecast the gas concentration, analyzed the features in abnormal-effusing on work face and judge whether there was the possibility of abnormal gas-effusion. Simulation results show that mathematical model of this system about gas concentration is correct. This system changes coal mine monitoring system＇s traditional way of after-alarming into early-warning, and thus enhances its feasibility.

采煤工作面煤壁瓦斯涌出分源预测方法研究

根据矿井回采过程中各源瓦斯涌出规律特征,对采煤工作面瓦斯涌出进行分源。基于采煤工作面实时瓦斯浓度观测曲线和观测数据及其中隐含的生产条件信息,提出采面煤壁分源预测方法,并对古汉山矿14171工作面进行现场参数提取分析,得出该工作面煤壁瓦斯体积分数与时间变化规律及两者变化公式。