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關于井下避難硐室中環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計研究

文檔作者：郝存文檔來源：霍州煤電集團三交河煤礦		點擊數：	更新時間： 2025年10月03日
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總第2 0 2期
2020年第2 期
機械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 202
N o.2, 2020
測試與診斷技術 D O I: 10.16525/j .cnki.c n l4-1134/th.2020.02.049
關于井下避難硐室中環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計研究
郝存
(霍州煤電集團三交河煤礦， 山西洪洞041600)
摘要：結合現(xiàn)有礦井中出現(xiàn)的典型災害問題，開展了避難硐室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案設計及關鍵分系統(tǒng)
設計，并將其在三交河煤礦避難硐室中進行了應用測試。測試結果表明：該系統(tǒng)與現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)相比，具有更
高的穩(wěn)定性和可靠性，能使避難用室的安全防護性提高50% ,企業(yè)的費用支出減少約30% 。
關鍵詞：煤礦避難硐室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
中圖分類號:X8 4 文獻標識碼: A 文章編號：1 0 0 3 - 7 7 3 X( 2 0 2 0 > 0 2 - 0 1 1 1 - 0 3
引言
隨著國家對煤礦資源的大量開采，加上井下環(huán)
境的惡劣性，時常會出現(xiàn)瓦斯、一氧化碳等氣體濃
度過高，井下壓力過大，工作溫度過高等現(xiàn)象，在煤
礦長時間開采中，極容易發(fā)生火災、爆炸等事故現(xiàn)
象[?，導致礦井的坍塌及人員的傷亡，井下作業(yè)的
安全問題已成為當下政府及企業(yè)面臨的嚴峻問題。
因此，在井下設計一套避難硐室裝置,井下人員可在
礦井發(fā)生相關事故時快速進入避難硐室，以有效保
障自身的生命安全。而本文則主要利用現(xiàn)有的先
進設備及控制技術，針對避難硐室中的環(huán)境監(jiān)測系
統(tǒng)進行了設計研究，研究內容主要包括環(huán)境監(jiān)測系
統(tǒng)的總體設計及系統(tǒng)中的關鍵配置（例如：電源裝
置、備用電源、傳感器、監(jiān)視器等）的設計等,最終將
其在三交河煤礦避難硐室中進行了應用測試，由此，
驗證了該系統(tǒng)的可行性，這為提高避難硐室的保護
性能及井下作業(yè)安全具有重要意義。
1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案的設計
結合礦井中出現(xiàn)的典型災害現(xiàn)象，有必要在井
下設計避難硐室，并對避難硐室內外的環(huán)境狀態(tài)進
行實時監(jiān)測。因此，根據避難硐室的環(huán)境特點，利用
當下先進的技術設備，設計了一套避難硐室中的環(huán)
境監(jiān)測系統(tǒng)。所設計的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要包括電源
裝置系統(tǒng)、備用電源系統(tǒng)、各類傳感器(氧氣傳感器、
甲焼傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等)系統(tǒng)、顯示
系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)視器
等。其中，電源裝置選用了 KDW11 4 0型隔爆兼本安
型,主要負責為硐室中各類用電設備提供電源，而備
用電源則采用了 DXB1 2 0型UPS備用電源裝置，當
系統(tǒng)的電源裝置無法正常使用時，可通過該UPS備
用電源裝置,為各類設備提供電源，以保證設備的持
收稿日期:2 0 19 -12 -12
作者簡介：郝存（ 1984— ），男，本科，畢業(yè)于山西大同大學，工
程師，主要從事煤礦機電管理工作。
續(xù)工作。監(jiān)視器選用了 JHC1 2 型礦用本質安全型，安
裝于硐室中的生存室中，具有分辨率高、畫面?zhèn)鬏敺€(wěn)
定等特點[6]，可全方面對硐室環(huán)境的特點進行準確監(jiān)
控。另外，為更加有效地掌握硐室中人員的基本情
況，在該系統(tǒng)中設計了人員定位系統(tǒng)，人員進出避難
硐室時，人員定位系統(tǒng)會通過內部的讀卡器裝置來
對人員進行識別，由此提高整套監(jiān)測系統(tǒng)的智能化
程度。所設計的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)總體結構方案如圖1
所示。
圖1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框架原理圖
2 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)關鍵配置的設計
2 . 1 電源裝置的設計
由于井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的用電設備相對較
多，故需對整套系統(tǒng)進行電源裝置設計。該系統(tǒng)中的
主要用電設備包括各類傳感器、照明、通信設備等，
所需的電量相對較大。因此，結合現(xiàn)有避難硐室的環(huán)
境特點，配備了 KDW11 4 0型隔爆兼本安型電源裝
置。該裝置的外殼采用了 Q2 3 5材料，并進行了烤漆、
耐腐蝕性處理，在其內部設計了隔離開關，可方便后
期電池的維護[7]; 同時，在電源裝置內部設計了
AC/DC轉換器、電池浮充電模塊等零件，當系統(tǒng)正常
運行時，不僅能為用電設備提供電源，也能及時向備
?112. 機械管理幵發(fā)
jxglidbjb@ 126.com 第3 5 卷
用電池間充電操作。另外，由于系統(tǒng)中各類用電設備
主要采用24 V 點直流電源，總功率約1.5 kW，因此，
該裝置的有效輸出電壓設計為24 V,電池容量設計
為500 Ah，電池電量達到了 12 kWh,可較好保證系
統(tǒng)中用電設備的正常使用。電源裝置的結構圖如圖
2 所示〇
圖2 電源裝置結構圖
2 . 2 備用電源的設計
為防止監(jiān)測系統(tǒng)中的主電源裝置運行時出現(xiàn)突
然供電故障或停電現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的正常運行。故在
監(jiān)測系統(tǒng)中配備了備用電源裝置，通過該裝置，向監(jiān)
測系統(tǒng)及時輸出本質安全電源，以保證避難硐室中
的正常供電。所配備的備用電源采用了 DXB1 2 0型
UPS備用電源裝置，其電池種類主要使用鉛酸電池，
配備的電池容量為120 Ah，工作電壓為24 V，總電量
達到2.8 kWh,最大放電電流為1.5 A，端子型號采用
了 M8L,橡套軟電纜的截面積大于2.5 mm2。在整個
備用電源設計中,主要是將兩組鉛酸電池進行串聯(lián)，
并與熔斷器保護裝置、隔離開關進行串聯(lián)連接，其連
接原理圖如圖3 所示。該裝置的設計，可為監(jiān)測系統(tǒng)
中氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、甲烷傳感器、照明
通訊設備等提供大于96 h 的使用電源供應。由此，提
供了整套環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及可靠性。
2 . 3 主要傳感器的匹配設計
由于避難硐室的環(huán)境相對復雜，經常出現(xiàn)甲烷
濃度及一氧化碳濃度升高、氧氣濃度下降、環(huán)境溫度
偏高等現(xiàn)象，嚴重影響著硐室中總體安全性。故在環(huán)
境檢測系統(tǒng)中設計了多種傳感器，主要包括氧氣、一
氧化碳、甲烷、二氧化碳、壓力、溫度等傳感器，并分
別安裝于避難硐室內部及外部空間，其具體型號及
圖3 備用電源連接原理圖
數量如表1 所示。
表1 各類傳感器基本參數
名稱型號測量范圍數量安裝位置
氧氣傳感器GYH30 0-25% 3 1 套安裝于硐室內部，
2 套安裝于硐室外部
—氧化碳傳感器KGA25 0?1000E-6 3 1 套安裝于硐室內部，
2 套安裝于硐室外部
甲烷傳感器KGJ15 0-23% 3 1 套安裝于硐室內部，
2 套安裝于硐室外部
二氧化碳傳感器GRG5 0-3% 3 1 套安裝于硐室內部，
2 套安裝于硐室外部
壓力傳感器GPD3 0?2 500 Pa 4 2 套安裝于硐室內部，
2 套安裝于硐室外部
溫度傳感器GWP100 0-200 T： 4 2 套安裝于硐室內部，
2 套安裝于硐室外部
2 . 4 監(jiān)視器的匹配設計
環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)視器選用了 JHC1 2 型礦用
本質安全型，包含接線板、液晶顯示器、CPU微處理
主板等。其中，接線板主要負責與各類傳感器進行連
接，具有較強的數據接收能力,CPU則主要負責對接
收的數據信號、報警閥值、斷電門限、量程等方面進
行處理，最終通過液晶顯示器進行硐室中相關信號
參數及狀態(tài)的實時顯示。而所選用的液晶顯示器采
用了 800 x 6 0 0 分辨率的帶背景光功能的配置，可將
傳感器通道信號、采集信號參數等進行實時顯示。整
個監(jiān)視器額定工作電壓為24 V,工作電流160 mA，
頻率型信號為200~1 000 Hz，可較好地與電源裝置
及備用電源進行有效連接。整個監(jiān)視器的工作原理
圖如圖4 所示。
圖4 JH C12J 監(jiān)視器工作原理框架圖
3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應用測試
結合前文所設計避難硐室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為進
一步測試其系統(tǒng)的監(jiān)測性能，將其在三交河煤礦避
難硐室中進行了將近6 個月的應用測試，主要是將
現(xiàn)有的避難硐室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)替換成此監(jiān)測系統(tǒng)，
并在避難硐室中的相關部分安裝所配置的各類傳感
器及其他設備，由此開展該環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應用測
試。測試結果表明:該系統(tǒng)運行正常，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,
在整個測試過程中未出現(xiàn)運行故障，監(jiān)視器能將所
采集的相關信號及控制命令信號等信息進行清晰顯
示,且顯示內容較為豐富。同時，該系統(tǒng)能發(fā)出不同
2 0 2 0 年第2 期郝存:關于井下避難硐室中環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計研究? 113 ?
類別的聲光報警提示，以此來區(qū)別故障類型。據現(xiàn)場
有經驗人員估算，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的應用可
使避難硐室的安全性提高約5 0 % ，井下故障發(fā)生率
降低約6 0 % ，并給企業(yè)節(jié)約3 0 % 在物力、財力等方
面的費用支出，整套系統(tǒng)具有較高的實際應用價值，
建議將其進行推廣應用。由此，驗證了該環(huán)境監(jiān)測系
統(tǒng)的可行性。
4 結論
結合礦井出現(xiàn)的典型故障問題，對避難硐室中
的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進行了總體方案設計及關鍵分系統(tǒng)
的設計，并將其在三交河煤礦避難硐室中進行了應
用測試，測試結果表明：
1) 該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能較為全面地實現(xiàn)對
井下各類信號的采集分析及處理；
2 ) 所設計的監(jiān)視器畫面顯示效果較好，且能對
各類信息進行全面顯示和發(fā)出不同類別的聲光報警
提示，方便了操作人員對故障的辨識及分析；
3) 該系統(tǒng)的應用,可使避難硐室的安全性提高
約5 0 % , 井下故障發(fā)生率降低約6 0 % , 降低約3 0 %
費用支出，得到了現(xiàn)場作業(yè)人員的一致認可；
4)該系統(tǒng)的設計能大大提高避難硐室的防護效
果及井下作業(yè)安全，具有較髙的實際應用價值。
參考文獻
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(編輯：王瑾）
Design of Environmental Monitoring System in Underground Refuge
Chamber
Hao Cun
(Sanjiaohe Coal Mine, Huozhou Coal and Electricity Group, Hongtong Shanxi 041600)
Abstract: According to the typical disaster problems in the existing mine, the overall scheme design and key
subsystem design of the shelter chamber environment monitoring system are carried out, and the application test is
carried out in the shelter chamber of Sanjiaohe coal mine. The test results show that the system has higher stability and
reliability than the existing monitoring system, which can improve the safety protection of the shelter chamber by 50%,
and reduce the expenses of the enterprise by al)〇ut 30%.
Key words: coal mine; refuge chamber; environmental monitoring system
(上接第5 0 頁）
Based on the Vacuum Heat Treatment System for Study on Influence
of Turbine Blade on Aero Engine
Zheng Juan
(Aero Engine Corporation of China Chengdu engine Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610503)
Abstract： In this paper, the low-pressure turbine blade of a certain type of aero engine was selected as the test
sample. In order to eliminate the residual stress in the machining process, two vacuum heat treatment systems were
selected to conduct the de-stress test. During the test, the final characteristics such as blade size, material composition
and fatigue test before and after vacuum heat treatment were compared and analyzed, which provided a reference for
the selection of heat treatment system for turbine blades of aero engine .The purpose of this experiment is to select a
suitable vacuum heat treatment system, which can not only eliminate the residual stress in the machining process, but
also meet the final assembly characteristics and material properties of aero-engine blades.
Key words: aero engine; turbine blade; heat treatment temperature; dimension deformation dilution layer; fatigue test

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