矿山安全监控系统
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矿山安全监控系统：由传感器、井下分站、信号传输线路、 地面中心站、监控软件组成，如图7-9所示：
© 安全工程实验教程
图7-9 矿山安全监控系统组成示意图
二、仪器设备
（1）传感器：CH4、CO、O2、CO2、H2S、温度、风速、风压、烟雾 等传感器及开停等组成。 （2）井下监控分站：井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机 计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风 速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多 制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将 监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发 出的及时发出报警和断电控制信号。 （3）信号传输线路：将监测到的信号传送到地面中心站的信号通道。 如无线传输信道、电缆、光纤等。 （4）地面中心站：由各种显示屏、数据存储、声光报警及指示电话等 组成。
图7-11 甲烷传感器工作流程示意图
报警和切 断信号传 三、实验原理
（2）一氧化碳传感器
①当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正 比变化。
②一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。其化学 反应式为：
CO+H2O→CO2+2H++2e
巷道等地点固定使用。采用热催化原理
与热导原理相结合来测量沼气浓度，并
具有遥控调校、断电控制、故障自校自
检等新功能。其外观如图7-10所示。
图7-10 高低浓度甲烷传感器
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三、实验原理
其工作原理：甲烷在催化剂作用下进行无火焰燃烧，产 生热量使黑原件R1升温导致电阻变化。正常时，输出信 号给系统；当浓度达到报警值时产生声光报警，同时将 信号发送给系统产生报警；当浓度达到断点值时报警并 输出信号（AI）给系统判断后执行两道断电指令，同时 发出断电信号（DO或）执行断电指令，并将切断信号 （DI与）反馈给系统。其工作流程如图7-11所示。
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三、实验原理
1、传感器及配件
（1）高低浓度甲烷传感器
主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度，
可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给
关联设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警等
功能。还可与各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装
置配套，适宜在煤矿采掘工作面、回风
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三、实验原理
（5）风速传感器 在无限界流场中，垂直插入一根无限长的非流线型阻
力体（旋涡杆或称旋涡体），当流经该非流线体的流速
（V）大于某个值时，非流线体的两边即产生两列内旋 ，方向相反、交替出现的旋涡，旋涡的频率（f）与风速
成线性关系。这个现象被称为卡门涡街。
只要测到旋涡的频率（f）即可得 到所需的风速（V）值。其工作原
（7-7）
③氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一
定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：
1/2O2+2H++2e→H2O
（7-8）
④因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：
2CO+2O2 →2CO2
（7-9）
© 安全工程实验教程
三、实验原理
××学院
© 安全工程实验教程
一、实验目的
通过动手技能的训练，使学生能够正确使用煤矿安全 监测监控系统仪器仪表及设备，加强和深化综合应用安 全监测监控技术的能力，根据具体安全问题及要求，提 出切实可行的监测监控技术方案、并进行设备选型、安 装调试及维护监测监控系统的能力。
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二、仪器设备
理如图7-16所示。
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图7-16 风速传感器工作原理
三、实验原理
（6）烟雾传感器
在两个金属平板之间加上直流电压，并在附近放上一小块同位素镅 241。当周围空气无烟雾时，镅241放射出微量的α射线，使附近的空 气电离。于是在平板电极之间的直流电压的作用下，空气里就会有离子 电流产生。当周围空气有烟雾时，烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分 离子吸附，使的空气中的离子减少，而且微粒本身也吸收α射线，这两 个因素使得离子电流减小。烟雾越浓，离子电流减少越来越明显。 改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后 级电路处理识别后，发出报警，并向配套监 控系统输出报警开关信号。其检测原理如图 7-17所示。
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三、实验原理
矿山安全监控系统是对对井下CH4、CO、O2、CO2等气 体浓度的检测；对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度、 水位等环境参数的检测；对生产设备运行状态的监测、监 控等。
其主要功能有：（1）瓦斯、风速、温度、CO、局部通 风机开停、风筒漏风、馈电状态监测等；（2）瓦斯超限或 掘进巷道停风时，声光报警、就地断电；（3）就地断电失 效，远程断电；（4）就地断电和远程断电失效，指挥工人 断电；（5）指挥撤人等；（6）瓦斯突出、通风系统、自 燃火灾等监测。
图7-15 风压传感器结构示意图
三、实验原理
（4）温度传感器 温度传感器采用的是热电偶测温原理。热电偶测温基本
原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个 闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个 导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电 位放电现象，因而在回路中形成电流，温度差越大，电流越 大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。热电偶就是 利用这一效应来工作的。
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三、实验原理
CH4(CO)传感 器，通过密码
可设定参数
系统现场本安I/O箱
1.5% 1.0%
CH4(CO)浓度
断电值 报警值
AC127V
本安电源
本安总线电缆
DC12V
分线盒
模拟量信号 （AI)
数字量信号 （DO)
电力分 站
PKS系统
切断反馈信号
执行切断指令-2
执行切断指令-1
现场供电高 爆开关
（3）风压传感器 扩散硅差压气体传感器，将所测的差压信号经过精密
补偿和信号处理，转换成标准电流（电压）信号输出，可 直接与二次仪表和计算机控制系统连接，实现生产过程中 的自动控制和检测，可广泛用于工业领域中进行非腐蚀性 气体的差压测量，特别适用于风压测量。其结构示意图如 图7-15所示。
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图7-9 矿山安全监控系统组成示意图
二、仪器设备
（1）传感器：CH4、CO、O2、CO2、H2S、温度、风速、风压、烟雾 等传感器及开停等组成。 （2）井下监控分站：井下监控分站是一种以嵌入式芯片为核心的微机 计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下多种环境参数诸如瓦斯、风 速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测，具有多通道，多 制式的信号采集功能和通讯功能，通过工业以太网或总线方式能及时将 监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发 出的及时发出报警和断电控制信号。 （3）信号传输线路：将监测到的信号传送到地面中心站的信号通道。 如无线传输信道、电缆、光纤等。 （4）地面中心站：由各种显示屏、数据存储、声光报警及指示电话等 组成。
图7-11 甲烷传感器工作流程示意图
报警和切 断信号传 三、实验原理
（2）一氧化碳传感器
①当一氧化碳气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正 比变化。
②一氧化碳气体在工作电极的催化作用下，工作电极发生氧化。其化学 反应式为：
CO+H2O→CO2+2H++2e
巷道等地点固定使用。采用热催化原理
与热导原理相结合来测量沼气浓度，并
具有遥控调校、断电控制、故障自校自
检等新功能。其外观如图7-10所示。
图7-10 高低浓度甲烷传感器
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三、实验原理
其工作原理：甲烷在催化剂作用下进行无火焰燃烧，产 生热量使黑原件R1升温导致电阻变化。正常时，输出信 号给系统；当浓度达到报警值时产生声光报警，同时将 信号发送给系统产生报警；当浓度达到断点值时报警并 输出信号（AI）给系统判断后执行两道断电指令，同时 发出断电信号（DO或）执行断电指令，并将切断信号 （DI与）反馈给系统。其工作流程如图7-11所示。
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三、实验原理
1、传感器及配件
（1）高低浓度甲烷传感器
主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度，
可以连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给
关联设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警等
功能。还可与各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装
置配套，适宜在煤矿采掘工作面、回风
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三、实验原理
（5）风速传感器 在无限界流场中，垂直插入一根无限长的非流线型阻
力体（旋涡杆或称旋涡体），当流经该非流线体的流速
（V）大于某个值时，非流线体的两边即产生两列内旋 ，方向相反、交替出现的旋涡，旋涡的频率（f）与风速
成线性关系。这个现象被称为卡门涡街。
只要测到旋涡的频率（f）即可得 到所需的风速（V）值。其工作原
（7-7）
③氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一
定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：
1/2O2+2H++2e→H2O
（7-8）
④因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：
2CO+2O2 →2CO2
（7-9）
© 安全工程实验教程
三、实验原理
××学院
© 安全工程实验教程
一、实验目的
通过动手技能的训练，使学生能够正确使用煤矿安全 监测监控系统仪器仪表及设备，加强和深化综合应用安 全监测监控技术的能力，根据具体安全问题及要求，提 出切实可行的监测监控技术方案、并进行设备选型、安 装调试及维护监测监控系统的能力。
© 安全工程实验教程
二、仪器设备
理如图7-16所示。
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图7-16 风速传感器工作原理
三、实验原理
（6）烟雾传感器
在两个金属平板之间加上直流电压，并在附近放上一小块同位素镅 241。当周围空气无烟雾时，镅241放射出微量的α射线，使附近的空 气电离。于是在平板电极之间的直流电压的作用下，空气里就会有离子 电流产生。当周围空气有烟雾时，烟雾是由微粒组成，微粒会将一部分 离子吸附，使的空气中的离子减少，而且微粒本身也吸收α射线，这两 个因素使得离子电流减小。烟雾越浓，离子电流减少越来越明显。 改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后 级电路处理识别后，发出报警，并向配套监 控系统输出报警开关信号。其检测原理如图 7-17所示。
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三、实验原理
矿山安全监控系统是对对井下CH4、CO、O2、CO2等气 体浓度的检测；对风速、风量、气压、温度、粉尘浓度、 水位等环境参数的检测；对生产设备运行状态的监测、监 控等。
其主要功能有：（1）瓦斯、风速、温度、CO、局部通 风机开停、风筒漏风、馈电状态监测等；（2）瓦斯超限或 掘进巷道停风时，声光报警、就地断电；（3）就地断电失 效，远程断电；（4）就地断电和远程断电失效，指挥工人 断电；（5）指挥撤人等；（6）瓦斯突出、通风系统、自 燃火灾等监测。
图7-15 风压传感器结构示意图
三、实验原理
（4）温度传感器 温度传感器采用的是热电偶测温原理。热电偶测温基本
原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个 闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个 导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电 位放电现象，因而在回路中形成电流，温度差越大，电流越 大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。热电偶就是 利用这一效应来工作的。
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三、实验原理
CH4(CO)传感 器，通过密码
可设定参数
系统现场本安I/O箱
1.5% 1.0%
CH4(CO)浓度
断电值 报警值
AC127V
本安电源
本安总线电缆
DC12V
分线盒
模拟量信号 （AI)
数字量信号 （DO)
电力分 站
PKS系统
切断反馈信号
执行切断指令-2
执行切断指令-1
现场供电高 爆开关
（3）风压传感器 扩散硅差压气体传感器，将所测的差压信号经过精密
补偿和信号处理，转换成标准电流（电压）信号输出，可 直接与二次仪表和计算机控制系统连接，实现生产过程中 的自动控制和检测，可广泛用于工业领域中进行非腐蚀性 气体的差压测量，特别适用于风压测量。其结构示意图如 图7-15所示。
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