矿井瓦斯检测系统

测控技术与仪器专业综合课程设计

设计说明书

班级：12表2

学号：201214040210

姓名：王志远

指导教师：

电气工程学院

年月日

电气工程学院综合课程设计成绩评定表

目录

引言 (1)

1 文献综述 (2)

1.1 本课题的研究背景及意义 (2)

1.2 国内外发展概况及研究方向 (3)

2 总体设计方案 (4)

2.1系统概述 (4)

2.2 系统框图 (4)

2.3工作原理 (5)

3 具体实施方案 (6)

3.1 瓦斯气体检测电路 (6)

3.2 中心控制模块 (7)

3.2.1 8031引脚功能 (8)

3.2.2 8031程序存储器 (9)

3.2.3 8031数据存储器 (10)

3.3 AD模数转换 (11)

3.4系统检测结果的显示 (13)

3.5数据通信 (16)

3.5报警电路 (17)

3.6看门狗 (17)

参考文献 (18)

引言

能源工业是一个国家经济发展的命脉。近年来，随着石油价格的飙升，煤炭行业的重要地位和不可替代性也日益显现。然而，中国煤炭行业的安全形势却不容乐观，尤其是重、特大煤矿事故屡见报端。随着我国经济的发展，能源的需求量大大增加，刺激了煤炭产业的发展。但是由于井下环境恶劣，近年来，我国煤矿瓦斯爆炸事件频繁发生，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾害，严重威胁着煤矿的安全生产和数百万名矿工的生命安全，给人民生活和国家经济建设带来巨大影响。在这些事故中，瓦斯爆炸占绝大多数。这其中，固然有很多诱发因素，但是煤矿生产企业安全监测设备不完备、管理手段落后是造成事故的重要因素之一。

目前，我国所有煤矿均为瓦斯矿井。瓦斯灾害已成为制约我国煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素。这从一个侧面告诉人们，在我国，只要控制住瓦斯，就可有效减少煤矿事故。

多年来的实践证明，煤矿瓦斯监测监控系统是控制瓦斯事故的重要管理工具，它不仅能够准确地检测甲烷含量,当被测气体中甲烷浓度超过预定数值时,自动发出报警，提醒井下人员立刻离开。使煤矿采取有针对性的防范措施，还可立即切断危险区域内的电源，避免事故发生。近年来，国有重点煤矿瓦斯爆炸事故较少的原因之一，就是绝大多数煤矿的高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安装了瓦斯监测监控系统。

所以，设计开发瓦斯浓度实时监测系统是非常有必要的，它能在瓦斯超限时或在矿井中缺少氧气并低于报警限时进行声光报警，并且可以远程显示，告知井下瓦斯和氧气超限的实际情况，使安全局主要负责人对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管，督促他们认真贯彻煤矿安全规程，实现自动监管功能，进而更好的促进工业的发展。

1 文献综述

1.1 本课题的研究背景及意义

本课题的研究背景及意义从我国煤炭生产的现状及我国能源结构战略规划均可看出，在本世纪中叶以前，煤炭仍将是支持我国国民经济发展的主要能源。煤炭生产作为我国能源工业的支柱,其地位将是长期的，稳定的。但是，目前煤炭工业的安全生产状况却很差，其中之一便是有害气体的危害性，包括 CH4，瓦斯，SO2等。瓦斯(CH4)是煤矿井下危害最大的气体，它是在成煤过程中形成并大量贮存于煤层之中的气体，

无色、无味，有易燃、易爆等特点。瓦斯的危害主要表现为三个方面：第一、瓦斯浓

度过高，对工人身体健康造成伤害，表现为缺氧，呼吸困难，窒息等；第二、瓦斯煤尘爆炸，瓦斯爆炸所产生的巨大冲击波和高温火焰，往往导致群死群伤，而且扬起的

煤尘又会参与爆炸，摧毁巷道，毁坏设备，甚至毁灭整个矿井，给国家和人民生命财

产造成巨大损失。第三、大量的瓦斯排入大气，污染大气环境。

目前我国已经使用的瓦斯报警矿灯具有体积小、结构简单、安装方便等优点，但存在的问题是传感器漂移大，要定期维护，并且需要维护的周期很短；维护方法复

杂，成本较高，抗机械干扰能力较差。为了解决这些问题，本课题在分析模拟式瓦斯

报警器特点的基础上，充分利用51单片机的强大功能，对瓦斯浓度进行实时采集、数据处理，对瓦斯传感器进行实时自校零、非线性补偿，对提高瓦斯检测的可靠性和系

统的性价比具有十分重要的意义。

1.2 国内外发展概况及研究方向

仪器不断更新。其类型根据监测对象可分为可燃性气体监测仪，毒性气体监测仪和氧气监测仪等；从仪器结构和方法上分为袖珍式，便携式和固定式。袖珍式仪器的采样方法为扩散式，用于在危险环境中的工作人员随身携带；便携式仪器采样方法为泵吸式，用于监测人员定期安检；固定式仪器用于煤矿井下固定地点气体监测。

世界各国均有煤矿瓦斯气体监测的系统，如波兰的DAN6400、法国的 TF200、德国的MINOS和英国的Senturion-200等，其中全矿井综合监测控制系统有代表性的产品有美国公司生产的MSN系统，德国BEBRO公司的 PROMOS系统。但是这两种系统只是基于井下监测，并无数据上传，不能实现智能化监控。

国外的监控系统技术虽然高于国内发展水平，但应用于国内煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高等。因此，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定的参考价值。

我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监测系统，装备了部分煤矿在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后由重庆煤科院、辽宁抚顺煤科院等国内知名煤矿科学研究所研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、

KJ95、KJ101等煤矿有害气体监测系统，在我国煤矿己有大量使用，但其中很大一部分仪表的传输数据是模拟方式，将气体浓度转化为脉冲量，易受矿井下强电磁设备干扰,造成监测结果不准确，易出现误报警等现象。