1 ） 載體催化元件結構及工作原理

載體催化元件一般由一個帶催化劑的傳感元件(俗稱黑元件)和一個不帶催化劑的補償元件(俗稱白元件)組成。白元件與黑元件的結構尺寸完全相同。但白元件表面沒有催化劑，僅起環境溫度補償作用。

2）影晌載體催化元件主要技術性能的因素

雙值性

空氣中甲烷濃度低于9．5％時，甲烷能夠充分燃燒，甲烷濃度越高，載體催化元件的電阻變化就越大。當空氣中甲烷濃度高于9．5％時，甲烷不能夠充分燃燒，甲烷濃度越高，載體催化元件的電阻變化就越小，這就是載體催化元件的雙值性。因此，載體催化元件只能用于低濃度的甲烷濃度監測。

6.2.1 甲烷傳感器

激活

在黑元件制造時，是將載體浸在PdO2溶液中，然后熱分解后，催化劑以Pd和PdO形式存在于載體上，元件表面呈黑褐色，對甲烷的催化活性較低。在元件出廠前，為使其具有較高的活性，通常在加熱條件下通12％CH4進行活化處理，使PdO還原為Pd，這過程被稱為激活。激活后的元件要經過老化和穩定性處理后才能出廠使用。?

2）影晌載體催化元件主要技術性能的因素

催化劑中毒

?硫化合物(H2s、s02)、磷化合物(H3P)以及有機硅蒸氣等能強烈地吸附在催化劑上，與Pd反應生成新的化合物，例如H2S與Pd反應生成PdS降低催化劑活性，嚴重時會使催化劑完全失去活性，這種現象被稱為催化劑中毒。

6.2.1 甲烷傳感器

靈敏度變化

?由于高溫燒結，催化劑活性物質的粒子會變大，還會升華為氣態等，這些都會使元件的催化活性下降，使靈敏度下降。催化劑升華還會使置于同一氣室的補償元件載體上吸附微量催化劑，使甲烷能夠在補償元件上催化燃燒從而使電橋輸出靈敏度下降。

?2）影晌載體催化元件主要技術性能的因素

響應時間

?響應時間是指甲烷濃度發生階躍變化時，電橋輸出信號值達到穩定值90％時所需要的時間。

氣體流量

?進入檢測氣室的氣體流量影響催化元件靈敏度。因此，對于擴散式甲烷傳感器，在校準時的流量應與甲烷傳感器在井下安裝地點的風速機吻合，否則會造成測量誤。

2）影晌載體催化元件主要技術性能的因素線性度

?在低濃范圍內，催化燃燒產生的熱量隨甲烷濃度的增加而增大。但由于元件溫度增加時，其散熱量也增大，從而導致元件溫度不隨催化燃燒熱量而線性增大。因此，當甲烷濃度不大于4.O％時，元件的輸出與甲烷濃度基本成線性關系，當甲烷濃度大于5.0％時，元件的輸出與甲烷濃度很難保持線性關系。

2、熱導式

熱導式甲烷傳感器的工作原理是：利用甲烷的熱導率高于新鮮空氣的熱導率，通過熱敏元件測量甲烷空氣混合物熱導率的變化，進而測得甲烷空氣混合物濃度的變化。

6.2.2 一氧化碳傳感器

井下空氣中一氧化碳濃度較高時，會使人中毒，同時，一氧化碳濃度又是預測和監測煤炭自燃發火的主要技術指標。因此，一氧化碳監測是礦井安全監測的主要內容之一。一氧化碳傳感器按其工作原理可分為電化學式、紅外吸收式等。

6.2.2 一氧化碳傳感器

1、電化學式。?

電解質溶液與電極間發生化學能與電能之間的轉換被稱為電化學反應。

電化學反應是氧化還原反應。不同物質的氧化還原反應必須在一定的電極電位下進行。如果陽極電位高于氧化還原的可逆電極電位，則這個電對中的還原物質被氧化，反之，這個電對中的氧化物質被還原。例如：Co2，CO氧化還原對的可逆電極電位為一0．12V，只要維持陽極電位高于一0．12V， CO就被氧化。

6.2.2 一氧化碳傳感器

2、紅外線吸收式

不同原子結合成的氣體分子對特定波長的紅外線具有吸收能力，其吸收波長取決于原子種類、一原子核質量、結合強弱、光譜位置等，當氣體壓力、氣室長度、入射光強一定時，氣體對特定光的吸收強度取決于氣體分子濃度，一氧化碳氣體在常壓下對紅外光譜的吸收如圖4．29所示。不難看出，通過檢測入射光強度的變化，就可測定一氧化碳氣體的濃度。

6.2.3 風速傳感器

在煤炭開采的過程中，總有瓦斯涌出。為稀釋礦井空氣中的瓦斯，需不斷地向井下輸送新鮮空氣。風量是通風系統的重要參數之一。因此，對礦井風速的監測是礦井監控的主要內容之一。用于礦井的風速傳感器主要有超聲波旋渦式和超聲波時差式兩種。

6.2.3 風速傳感器

1 、 超聲波旋渦式風速傳感器

超聲波旋渦式風速傳感器首先將風速轉換成與風速成正比的旋渦頻率，然后通過超聲波將旋渦頻率轉換成超聲波脈沖，后將超聲波脈沖轉換成電脈沖，從而測得風速。由于超聲波旋渦式風速傳感器具有壽命長，易維護，成本低等優點。因此，在礦井監控系統中獲得了廣泛應用。

6.2.3??? 風速傳感器

1 、 超聲波旋渦式風速傳感器

超聲波旋渦式風速傳感器工作原理如圖4．30所示。在風洞中設置一旋渦發生桿，在阻擋體下方安裝一對超聲波發射器和接收器，當流動空氣經過旋渦發生桿時，在其下方產生兩列內旋相互交替的渦旋。由于旋渦對超聲波的阻擋作用，超聲波接收器將會收到強度隨旋渦頻率變化的超聲波，即旋渦沒有阻擋超聲波時，接收到的超聲波強度最大，旋渦正好阻擋超聲波時，接收到的超聲波強度最小。超聲波接收器將接收到的幅度變化的超聲波轉換成電信號，所經過放大、解調、整形等就可獲得與風速成正比的脈沖頻率。

6.2.3 風速傳感器

1 、 超聲波旋渦式風速傳感器

?圖4．30超聲波旋渦風速傳感器原理圖

6.2.3 風速傳感器

1、 超聲波旋渦式風速傳感器

超聲波旋渦式風速傳感器具有如下優點：

??? (1)無可動部件，無機械磨損，性能穩定，使用壽命長；

??? (2)輸出本身就是與風速成線性關系的脈沖頻率信號，沒有零點漂移，且敏感元件靈敏度變化不會直接影響輸出，測量精度高；

??? (3)輸出信號不受流體特性(溫度、濕度、壓力、成份、密度、粘度、礦塵等)影響；

??? (4)響應迅速。

6.2.3 風速傳感器

2超聲波時差式風速傳感器

??? 超聲波時差式風速傳感器是應用超聲波的時差來測定風速

超聲波時差式風速傳感器具有如下優點：

(1)屬于非接觸式，無機械傳動，因而不干擾流體的狀態，不影響測試點的風速分布；

(2)只基于時間、距離和角度的檢測，因而不受流體壓力、溫度和濕度的影響；

(3)無機械傳動，使用壽命長，性能穩定。

(4)轉換精度高。但結構復雜，造價高，體積大。

6.2.4 溫度傳感器

礦井環境溫度除影響著礦工的工作效率和身心健康外，還是煤炭自燃發火的重要指標之一。因此，礦井環境溫度監測是礦井安全監測的重要內容之一。礦用溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導體紅外和光纖等。

6.2.4 溫度傳感器

1? 熱電偶式、熱電阻式與熱敏電阻式溫度傳感器

熱電偶溫度傳感器就是將兩種不同的金屬材料連接在一起，形成一個閉合回路。當兩種不同的金屬材料的兩個接點(冷端和熱端)之間存在溫差時，就在兩者之間產生電動勢，進而在回路中形成電流。

熱電阻式溫度傳感器就是利用導體電阻隨溫度的變化而變化的特性來測量溫度。熱敏電阻溫度傳感器就是利用半導體電阻隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的，熱敏電阻可分為正溫度系數和負溫度系數兩種。

6.2.4 溫度傳感器

2、半導體式溫度傳感器

半導體溫度傳感器是利用半導體PN結正向電壓隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的。

半導體溫度傳感器具有體積小、成本低、功耗低、響應快、線性度好的優點。在礦井監控系統中獲得了廣泛的應用。

3、紅外式溫度傳感器

可通過熱敏電阻或光敏電阻測量紅外輻熱功率，進而計算出物體的溫度。

紅外測溫具有靈敏度高，反應快，測溫范圍廣，非接觸測量不影響被測溫度場分布等優點。

4、光纖式溫度傳感器

光纖溫度傳感器的工作原理較多，利用半導體材料吸收光譜特性隨溫度變化的原理研制出的裝有GeAs(砷化鍺)、CdTe(碲化鎘)等晶片的光纖溫度傳感器是其中的一種。

1、機電設備開／停傳感器

機電設備開／停傳感器主要有輔助觸點型和電磁感應型兩種。

輔助觸點型開關量傳感器是利用機電設備的接觸器或繼電器中沒有被其他電氣設備使用的輔助觸點的閉合狀況來反映機電設備的開停狀況，這些輔助觸點可以是常開觸點，也可以是常閉觸點，其監測原理如圖4．36所示。使用輔助接點要注意本質安全防爆電路與非本質安全防爆電路的隔離。

電磁感應型開關量傳感器是通過測量向機電設備饋電的電纜周圍有無磁場存在，來間接地監測設備的工作狀態。其工作原理是：向機電設備供電的三芯電纜中的三相電流有對稱和不對稱之分，但無論對稱與否，在電纜的外皮上，總可以找到一個與三相芯線不等距的點，該點的磁場強度以靠近該點的芯線起主導作用，如圖4．37所示的點C。如果將電磁感應型開關量傳感器安裝在點c，傳感器中的檢測線圈就可測得微弱的磁感應信號，供電電流越大，該感應信號就越強。感應出的信號再經過放大和變換就可獲得反映設備工作狀況的電信號。

2、風門開關傳感器

風門開關傳感器是一種檢測煤礦井下風門開閉狀態的開關量傳感器。它由干簧開關組件與磁性組件兩部分組成。在使用時，將磁性體組件裝在風門上，而把干簧開關組件安裝在毗鄰的門框上。當風門關閉時，磁性體靠近干簧開關組件，由磁性體產生的磁場使干簧開關維持閉合(或斷開)狀態。這時，由干簧開關組件輸出一個閉合(或斷開)接點信號。當風門打開時，磁性體離開了干簧開關組件，使接點斷開(或閉合)，同時輸出一個斷開(或閉合)接點信號。通過圖4．36所示的開關量檢測電路，應可以將該接點信號轉換為電信號。

3、風筒風量傳感器

風筒風量傳感器主要用來監測風筒中的風量。當局部通風機停止運轉或風筒漏風造成風量不足時，輸出風量不足信號。當局部通風機正常工作，并且風筒沒有漏風，風量滿足要求時，輸出風量足信號。風筒風量傳感器是開關量傳感器，輸出風量足和風量不足兩種狀態，是甲烷風電閉鎖裝置和礦井監控系統的重要傳感器之一。

3、風筒風量傳感器

工作原理如圖所示。由卡子、彈簧、接點組成。卡子卡在局部通風機風筒的最后一節，當局部通風機工作正常，風筒沒有漏風，風筒中風量滿足要求時，風筒將卡子撐開，接點閉合。當局部通風機停止工作或風筒漏風等造成風筒風量不足時，風筒無法撐開受彈簧作用的卡子，接點打開。

4、饋電狀態傳感器

饋電狀態傳感器用于監測被控開關負荷側的饋電狀態。饋電狀態傳感器可以采用被控開關(饋電開關或磁力起動器)輔助接點，但要注意本質安全防爆電路與非本質安全防爆電路的隔離。當被控開關是直接控制用電設備時，由于被控開關饋電，饋電電纜就有電流，被控開關不饋電，饋電電纜無電流，因此，使用設備開停傳感器即可。當饋電開關不直接控制用電設備，用電設備由下一級磁力起動器控制時，饋電狀態的監測應采用測量被控開關負荷側的電場或電壓的方法，如光纖法、電容法等。

復習題

1、何謂傳感器？

2、煤礦常用傳感器是怎樣分類的？

3、對礦用傳感器有何要求？

4、何謂瓦斯傳感元件中毒？

5、傳感器的主要技術指標是什么？

6、礦用傳感器有幾種類型？信號制式有幾種? 數值一般是多少?

7、瓦斯傳感元件為什么怕高濃度瓦斯沖擊？??

8、傳感元件為什么要放在隔爆冶金罩內？

9、簡述熱導檢測原理

10、簡述KTC-90型電氣設備開停傳感器的工作原理

第7章?斷電控制
???? 7.1 隔爆型磁力起動器及其控制

甲烷濃度超限斷電、掘進工作面停風或風量低于規定值時，必須切斷被控區域非本質安全型電氣設備的電源。因此，斷電控制是礦井安全監控系統最基本、最重要的功能。

7.1.1 QC83系列型磁力起動器電氣原理

近控時，須將裝在絕緣板上的2和5線用導線短接，2和9線同時接地，工作時近控按鈕1QA起動、1TA停止；

遠控時，將2與5和2與d端子的連線斷開，9和d仍然接地，并把遠控按鈕的三根線分別接在負荷接線盒內的接線端子1、2、d上，工作時遠控按鈕2QA起動，2TA停止。如圖7-1所示。圖中C為交流接觸器吸力線圈，C₂為自保觸電，C₃為輔助觸電用于聯鎖控制。

7.2 隔爆型饋電開關及其控制

隔爆型饋電開關一般用于額定電壓不大于1140V電網中的配電總開關。常用的隔爆型饋電開關有DW、BKW、KBZ系列等。

為保證安全監控裝置的故障閉鎖功能，對隔爆型饋電開關的控制應采用常閉接點進行控制，即通過控制分勵脫扣線圈，從而達到控制饋電開關的目的。

第8章?礦井安全監控系統信息傳輸與選型
?8.1 礦井監控信息傳輸電纜

8.1.1 基本概念

8.1.1.1 模擬傳輸與數字傳輸

礦用傳感器輸出的電信號可分為連續變化的模擬量信號和階躍變化的開關量信號兩大類。

按照系統所傳輸的信號的不同，礦井監控信息傳輸系統可分為兩類：模擬傳輸系統和數字傳輸系統。

數字傳輸系統與模擬傳輸系統相比，具有如下優點：①抗干擾性能強；②傳輸中的差錯可以設法控制，改善傳輸質量；③可以傳遞各種消息，使傳輸系統變得通用、靈活；④便于用計算機對系統進行管理。但數字傳輸的上述優點都是用比模擬傳輸占據更寬的傳輸頻帶而換得的。

8.2? 監控系統的選型和安裝使用
??? 8.2.1 系統的選型

1、可靠性

煤礦安全監控系統要有高的可靠性，重點是井下設備的可靠性。在井下設備中，尤其傳感器及其連接先纜的可靠性最為重要。

2、實用性

一個系統的投資是較為昂貴的，若不實用則浪費很大。

3、可維修性

4、經濟性

第9章?自救、互救與現場急救

礦井發生事故后，礦山救護隊不可能立即到達事故地點。礦工如能在事故初期及時采取措施，正確開展自救和互救，可以減小事故危害程度，減小人員傷亡。

9.2 創傷與急救

井下創傷與急救的基本原則?先己后人、先輕后重、先活后死；

對傷員作出判斷?瞳孔、心臟和脈搏、體溫；

9.2.1現場創傷急救技術

現場創傷急救技術包括人工呼吸、心臟復蘇、止血、包扎、骨折固定和傷員搬運。

1、人工呼吸?

1）、對口人工呼吸法（對口吹氣法）寬衣解帶，扣出口中異物，平躺地上16~18次/ 。

2）、仰臥壓胸人工呼吸法（觸摸法）在扣骨向上3~5公分，按壓16~18次/min。

3）、俯臥壓臂人工呼吸法（只適用溺水）面部轉向一側，16~18次/min。

2、心臟復蘇? 1）、心前叩擊術； 2）、胸外心臟按壓術。?

3、止血?加壓止血法、指壓止血法、屈肢加墊止血法、止血帶止血法；

附錄：復習題參考答案

第一章

1、答：

煤礦安全生產方針是：安全第一、預防為主、綜合治理、整體推進。

??? 說明：答“安全第一、預防為主”也算對。

2、答：

制定《煤礦安全監察條例》的立法目是：保障煤礦安全、規范煤礦監察工作，保護煤礦職工人身安全和健康，促進煤礦健康發展。

3、答：

制定《煤礦安全規程》的目的是：保障煤礦安全生產和職工人身安全，防止煤礦事故發生。

4、答：

安全監測工崗位責任制的內容是：

1、服從區（隊）、班長的分工和安排，積極完成各項工作任；

2、認真學習《安全生產法》、《礦山安全法》，并熟悉《煤礦安全規程》，做好安全工作；

3、認真做好井下監控設備的檢修工作，定期巡查，做到線路敷設符合規定，吊掛整齊，傳感器校驗準確，保證監測數據的真實性，并認真及時填寫各類記錄臺帳，以備后查；

4、遵守各項規章制度和勞動紀律。

5、愛護系統設備和設施，遵守治安、防火、衛生等各項規定；

6、發現安全隱患，應及時匯報并立即處理；

7、努力學習專業技術知識，提高調試和處理故障的能力，掌握通風安全監測系統的安裝、設置情況。

事故案例1-1 (見1.2.8 ）

河南大平煤礦早已進入600米以下瓦斯突出區，卻仍按400米以上非突出區進行管理。去年“11.20”礦難發生時，下水平面噴出的瓦斯流已經逆行到了上水平面運輸巷道，多處瓦斯濃度測定儀報警，此時距爆炸發生仍有31分鐘。這么長的時間，竟沒人去切斷電源，最終導致架線電機車行駛到巷道拐彎處引發爆炸。

事故案例1-2 (見1.2.8 ）

據媒體報道，去年發生了44年來中國煤炭行業最大安全事故的陳家山煤礦，作為陜西礦務局的主力礦之一，井下裝有瓦斯探頭，可隨時監測瓦斯濃度，井下監測探頭直通地面調度室。但因為“怕儀器報警影響生產”，負責監督瓦斯的工作人員常常會到井下用塑料袋包住探頭。