關于煤礦安全的礦用（煙霧）傳感器的相關研究

＊王 芬

（晉城乾泰安全技術有限責任公司 山西 048006）

引言

在煤礦企業的生產過程中，安全工作是第一要務和重中之重。煤礦必須使用納入安全標志管理的產品，同時各類涉及煤礦各類安全的傳感器還要定期的維護和檢測或強檢，以保證的煤礦生產正常有序的進行。火災是煤礦重大災害之一，做好煤礦的火災防治工作，可以更好的確保煤礦安全生產工作。

“9.27”重慶松藻煤礦礦難事故的調查結果：運煤上山的膠帶摩擦生熱燃燒并引發煤炭燃燒，產生有害有毒氣體，同時礦工們攜帶的壓縮氧自救器失效，導致16人遇難、38人中毒受傷。事故暴露了四項主要問題，一是膠帶運輸機的保護裝置和煙霧探測器不起作用；二是皮帶入井使用前未進行阻燃試驗，且已經發現皮帶磨損非常嚴重，該更換沒更換；三是機電設備管理混亂，松藻煤礦機電副礦長、機電科長不知道皮帶保護裝備備品備件庫房位置，不知道溫度傳感器安設距離標準；四是部分壓縮氧自救器失效，工人逃生過程中打開自救器，發現氧氣瓶中沒有氧氣。

1.礦用煙霧傳感器（光感）的預警原理及在預警火災事故中起到的作用

礦用煙霧傳感器，是用來預警煤礦井下火災的。一般的火災主要有：密閉火災，工作面自然發火，膠帶運輸機摩擦著火，井下使用明火作業等。

(1)煙感傳感器的預警原理

綜合煙感探測器的工作原理來看，煙霧本身就是固體小顆粒，當火災持續燃燒，產生的煙霧量不斷增多，進入煙感探測器煙霧探測結構里的顆粒也越來越多，減光率不斷增大，達到一定數值時，傳感器就會產生動作，發出報警。煙霧傳感器感應值為：減光率（單位%obs/m），指的是遮蔽度或光被遮擋的煙霧濃度大小，有時也記為%/m，意思是指在經過單位長度后，光被煙霧顆粒遮蔽程度的百分比。當有煙霧存在時，光線的前進會受煙霧遮蔽，煙霧濃度越高，光線衰減程度越高，反而在很純凈的空氣中，光線幾乎沒有衰減。舉例來說，0.02%obs/m是指光束的前進因煙霧粒子的存在而減少為99.98%，因此總共被遮蔽（減少）了0.02%。

光線被遮蔽程度的大小還與距離有關，距離越近受遮蔽的比率越低、距離越遠受遮蔽的比率越高。因此，遮蔽度是定義在1m的距離上，亦即其單位為%obs/m。常見的光電煙感探測器靈敏度為0.65%-15.5%ft，這里面%是指%obs（Obscuration）的是減光率（光遮擋率），用百分比的形式表示，ft和m分別是長度單位英尺和米的字母符號。合在一起看就是光前進1ft或者1m被遮擋了百分之幾的意思。1m大約等于3ft，所以0.6%obs/m和0.2%obs/ft兩種寫法的煙感靈敏度其實是一樣的。

(2)火災發生

火災的發生通常會經過四個階段，即：

第一階段，醞釀期（Incipient Stage）為火災的陰燃階段，產生不可見煙霧。從不可見煙霧到下一個可見煙霧階段的火災醞釀期，時間可長達0-120min。

第二階段，可見煙霧（Visible Smoke）到大火（Flaming Fire）燃燒，約為10min。

第三階段，大火到烈火（Intense Heat）燃燒期，約10min。

第四階段，烈火全部燃燒，約為10min。

從火災的發生的階段時間來看，醞釀期是控制火災、阻止事故發生的最佳時期。煙霧傳感器是通過監測光線被阻擋的遮蔽率的變化，用來指示在火災第一階段發生時的煙霧顆粒濃度，可以有效的監測到不可見煙霧，當煙霧遮蔽光線的濃度達到動作值時，及時發出報警，啟動預警聯動系統，以此來在火災發生的最早時期檢測出險情，再通過聯動的報警系統通知相應人員采取行動，將火災有效的控制在第一階段。

2.傳感器定期修護和檢測的意義

傳感器是一種用于工業自動化控制系統中以實現檢測、控制并與輸出環節自動聯動的元件。當傳感器接受特定物質時即發出感應信號，例如本安型礦用煙霧傳感器由煙霧傳感組件監測外界煙霧濃度的變化，將煙霧轉換為電信號并送到監測電路進行處理，當煙霧濃度達到一定程度，電壓轉變信號通過電路處理，再經過單片機處理判斷后，輸出報警信號。傳感器電路由穩壓、信號處理、信號檢測、信號輸出及聲光報警等電路組成，有些比較先進的礦用煙霧傳感器采用了新型的單片微機和高集成的數字化電路，電路結構簡單，性能可靠，也便于維護和調試。

但因為煤礦井下的工作環境一是空氣濕度大；二是空氣中浮游雜質如煤塵含量高；三是腐蝕性氣體如CO2、NO、SO2等含量較高，傳感器外部和傳感頭部位容易受工作環境的煤塵和腐蝕氣體的污染和腐蝕，使有些煤礦企業的傳感器形同虛設，無法及時監測到安全隱患的危險信號。因此，傳感器的定期檢測和日常維護顯得尤其重要，日常維護可以保證傳感器的清潔，延長傳感器的使用時限。定期檢測可以保證傳感器的正常工作。

但因煤礦缺失專業的檢測人員和設備，故定期到專業的檢測機構進行檢測才可以讓傳感器保持正常工作狀態，從而保證傳感器可以準確的監測煤礦生產工作中的醞釀期火災危險信號，實現對井下環境火災危險有害因素的實時監測，是煤礦安全生產消除火災安全隱患的關鍵環節，對煤礦火災事故的預警，保證煤礦作業人員及設備安全有著重大意義。

3.礦用煙霧傳感器的適用

離子型煙霧探測器是通過相當于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當煙霧粒子進入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態，從而宏觀表現為電礦用電動球閥離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來確定空氣中的煙霧狀況。

而氣敏式傳感器是探測空氣中某些可燃氣體的成分，所以在火災探測方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測空氣中可燃氣體的含量。有效地探測煤氣、液化石油氣、天然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。礦用溫度傳感器適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業企業，以及煤氣廠、液化石油氣站、氫氣站等生產和貯存可燃性氣體的場所。礦用本安型煙霧傳感器適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵、爆炸性氣體的場所。

根據煤礦井下不同環境和位置使用安裝，當傳感器周圍的溫度超過設定值時，傳感器動作，發出報警信號。

4.礦用煙霧傳感器檢測現狀和依據

近年來，隨著數字化礦山建設和智能化礦山建設的推進，煤礦井下安裝了各種探測用的傳感器，雖然從表面上看對礦井生產中不安全的因素和隱患進行了監控，但因煤礦對礦用煙霧傳感器的工作性能的重視程度不夠，加上我國對傳感器的檢測方面也沒有具體的依據和強制規定，大多數礦井的煙霧傳感器安裝使用后，就沒有進行定期的檢測，導致多數的礦用煙霧傳感器屬于失效的狀態，無法第一時間預測到火災的苗頭，實際上為煤礦安全生產埋下了重大的安全隱患。為了解決礦用煙霧傳感器的檢測問題，可以依據MT382-2011標準，對傳感器工作原理和檢測中存在的難點問題進行研究和分析后，采用礦用煙霧報警器校驗裝置（標準濾光片），按照MT382-2011標準里對實驗用裝置要求，配備穩壓直流電源、萬用表、秒表、多通道模擬電纜、卡尺等配套的實驗裝置，依據標準里B實驗步驟，用干燥、清潔的質量為5g，直徑為3mm，長度為10mm的棉繩陰燃在礦用煙霧報警器檢測裝置內制造5（±1）%obs/m的煙霧濃度，來定量的檢測礦用煙霧傳感器的在工作電壓（12-24）VDC上下限值時的動作值及響應時間，電流信號，傳輸距離等技術參數。

5.綜述

雖然我國正在進行能源轉型,但煤炭產業依舊是我國能源產業的支柱,煤炭依然占據我國一次能源消費總量的2/3以上。煤礦井下安全生產不容忽視，本文探討了煤礦礦用煙霧傳感器在煤礦安全生產中的重要性。