传感器在煤矿生产中的应用研究及展望

传感器在煤矿生产中的应用研究及展望

蔡毅1,2

（1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆  400039；  2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 400037）

摘要：随着社会和经济的发展以及科学技术的进步，各类技术设备被大量运用于各行各业，对当今的社会发展起到了巨大的促进作用。煤矿机电技术在煤矿安全中的广泛运用，既关系到煤矿开采的总体安全，还会对整个生产质量有直接的影响，因此，要加强煤矿机电技术管理工作的开展力度，以降低煤矿在开采过程中出现安全事故的可能性。因此，企业技术经理应正确开展煤矿机电技术管理工作，并全面了解其工作内容，保证技术管理工作能够真正地贯彻实施，从而使机电设备在煤矿开采中得到应有的应用，从而提高煤矿开采的安全水平。基于此，本篇文章对传感器在煤矿生产中的应用研究及展望进行研究，以供参考。

关键词：传感器；煤矿生产；应用分析；展望分析

引言

煤矿监控系统作为煤矿井下安全避险“六大系统”中的重要组成部分，对煤矿安全生产有着不可替代的作用。传感器作为物理世界和数字世界的信息传递桥梁,是推进信息化和工业化深度融合不可或缺的产业关键技术。煤矿智能化发展的愿景是实现煤矿全时空多源信息实时感知和风险闭环管控本质安全。

1传感器的概念

传感器是指能够感应被测量信息，并将相关信息转化成可被系统识别电信号的设备。传感器兼具传感器和处理器两种作用，可实现数据采集、处理以及信息交互一体化，有效提高数据处理效率和效果。现如今，传感器已经广泛应用于工业、航空、煤矿等诸多行业领域，相较于传统传感器术，传感器具有以下几方面优势：（1）精准采集：传感器具备数据采集结构自动修正功能，该功能无需使用者实时监控传感器数据采集情况，可自动实现数据误差补偿，有效传感器数据采集精准性。（2）元件可靠：传感器可实现煤矿元器件的实时监测，并在发现元器件出现故障或者异常数据时自动发出报警信息，通知使用者及时了解元器件故障情况。（3）电路集成：相较于传统传感器，传感器具有更强的电路集成化特征，其在煤矿电子技术中应用时，可有效减少传感器的空间占用，为煤矿容纳更多传感器及元器件打下良好基础条件。

2煤矿机电设备管理现状

许多煤矿生产单位逐渐认识到煤矿机电设备管理的重要性，并在日常工作中不断细化各项内容，有助于提高煤矿生产质量，但是，许多煤矿生产单位现阶段应用的煤矿机电设备管理体系存在一些问题有待解决。第一，监督管理工作不到位。受限于以往煤矿生产模式，许多煤矿生产单位并没有认识到煤矿机电设备管理的真正价值，监督管理工作大多由现场管理人员负责。这种管理模式无法有效挖掘煤矿机电设备的潜在问题，让原本小问题逐渐演变成大故障，不仅会增加煤矿生产单位的运行成本，还会威胁操作人员的人身安全。第二，操作人员专业水平一般。大多数煤矿机电设备的操作人员仅是经过简单培训，便直接上岗作业。虽然这类操作人员可以满足大多数煤矿生产情况，但是，会在未来生产作业中，逐渐转化成煤矿机电设备故障的潜在影响因素，并在工作中不断积累安全事故发生概率，需要煤矿生产单位认真关注这个问题。第三，不具备更完善的管理制度。煤矿机电设备是煤矿生产单位的重要生产工具，需要将更完善的管理制度应用到日常工作中。目前，仅有一些行业龙头的煤矿生产单位做到这种程度，许多小型煤矿生产单位缺少这种面向煤矿机电设备的管理制度。

3传感器校准

为确保传感器能够准确监测现场气体浓度，保障其可靠性和稳定性，按照《煤矿安全规程》《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》规定，甲烷传感器必须定期使用标准气样和空气气样在设备设置地点进行调校，甲烷以外的其它气体监控设备应采用空气样和标准气样按产品说明书进行调校。调校作业时，操作人员按国家标准执行甲烷传感器调校方法。首先，操作人员使用橡胶软管将空气气样接入传感器气室，使用流量计调节控制大小完成零点校准，误差控制在0～0.03%；其次，使用橡胶软管连接标准气样出气口和传感器气室，通过调节控制流量计，用小流量缓慢充入，传感器显示值缓慢上升过程中，观察报警值、断电值是否符合要求，注意声光报警和实际断电情况是否合规，然后使用流量控制阀将流量调节到传感器说明书规定大小，并使其稳定显示，持续时间超过90s，使显示值与标准气样浓度一致，若传感器超误差标准，应重新测试。当显示值小于1.0%时，观察复电值是否符合要求，复电功能是否可靠；最后，如实填写调校记录，完成传感器精度调整上述操作流程的各环节与传感器校准检验息息相关，而现场流量计的控制直接影响传感器校准检验的效果。另外，矿井操作人员实际操作时，若未使用传感器遥控提前进入标校档位，充入甲烷标准气样后肯定会触发传感器声光报警装置，地面监控中心必然发出报警信息，导致标校数据错误作为超限数据的误报警。

4传感器在煤矿工作环境监测中的应用分析

（1）地质环境检测。煤矿地质灾害的表现形式主要有边坡滑坡、煤层坍塌、冒顶、涌水渗水等。矿山灾害发生的区域和时间均具有未知性，并且矿山处于动态开采过程中，要感知这些灾害产生的前兆信息，就需要应用大量的传感器和测量手段，传感器的应用就集中在边坡滑坡监测、崩塌监测、顶板离层监测、顶板压力测量和渗水监测等。（2）大气监测检测井工矿一般距离地面较远，空气质量是保障井下人员安全的基石。井下瓦斯、粉尘和煤层的自燃都会带来极大的大气环境安全隐患。因此，大气环境监测系统主要用来监测井下的环境参数，包括瓦斯、烟雾、粉尘、风速、CO、O

2、CO2等，也包括露天矿的粉尘浓度监测。

5传感器在煤矿应用的展望分析

（1）智能边缘网关。边缘网关在现场进行多传感器数据采集，有效避免了将数据长距离传输至地面而面临的网络资源不足和信号干扰等问题，最大限度地保证数据的实时性和可靠性。同时，智能边缘网关还能提供边缘计算，对数据进行实时处理和分析，极大地减轻了全量数据在煤矿工业环网的传输和管控平台的处理。智能边缘网关的应用将有利于安全和高效生产，主要体现在数据清洗、异构数据融合和计算的数据处理、数据存储和数据备份的边缘存储、边缘侧的建模、数据分析的边缘智能。（2）主动标识传感器。主动标识传感器是将主动标识嵌入传感器。主动标识承载标识编码和安全证书，并具备通信功能，主动向标识解析平台发起连接。解析系统向传感器发起订阅，传感器同时向平台发起认证，实现主动标识传感器和解析平台数据的安全可信传输，提升数据传输效率。解析平台通过可信采集、接入认证、数据安全等功能，实现对标识传感器的身份管理、安全服务和实时安全态势感知。

结束语

总而言之，煤矿传感器在煤矿的安全生产中起到了非常关键的地位和作用，传感器安设周围建议减少大功率、变频等设备的使用，降低外因干扰。同时，建议实施传感器定期升井检修机制，有效的除湿除尘能够保证传感器的监测效果，延长传感器使用寿命，避免传感器产生错误数据。另外，按照传感器投运时长，要重点保养检测使用时间较长或超过催化元件使用寿命的传感器，提前消除内因。

参考文献

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[5]尤凯明.煤矿井下无线多媒体传感器网络关键技术研究[D].北京交通大学,2018.

作者简介：蔡毅（1984-），四川省宜宾市人，工程师，本科。2004年毕业于重庆大学电子信息工程专业，主要从事瓦斯监测系统现场应用技术、仪器仪表、综合自动化等方面的研究与技术推广等工作。