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關于井下避難硐室中環境監測系統的設計研究

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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上一篇：坪上煤業安全監控系統的研究

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總第2 0 2期
2020年第2 期
機械管理開發
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境監測系統的設計研究
郝存
(霍州煤電集團三交河煤礦， 山西洪洞041600)
摘要：結合現有礦井中出現的典型災害問題，開展了避難硐室環境監測系統的總體方案設計及關鍵分系統
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：該系統與現有監測系統相比，具有更
高的穩定性和可靠性，能使避難用室的安全防護性提高50% ,企業的費用支出減少約30% 。
關鍵詞：煤礦避難硐室環境監測系統
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
境的惡劣性，時常會出現瓦斯、一氧化碳等氣體濃
度過高，井下壓力過大，工作溫度過高等現象，在煤
礦長時間開采中，極容易發生火災、爆炸等事故現
象[?，導致礦井的坍塌及人員的傷亡，井下作業的
安全問題已成為當下政府及企業面臨的嚴峻問題。
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有的先
進設備及控制技術，針對避難硐室中的環境監測系
統進行了設計研究，研究內容主要包括環境監測系
統的總體設計及系統中的關鍵配置（例如：電源裝
置、備用電源、傳感器、監視器等）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，
驗證了該系統的可行性，這為提高避難硐室的保護
性能及井下作業安全具有重要意義。
1 環境監測系統方案的設計
結合礦井中出現的典型災害現象，有必要在井
下設計避難硐室，并對避難硐室內外的環境狀態進
行實時監測。因此，根據避難硐室的環境特點，利用
當下先進的技術設備，設計了一套避難硐室中的環
境監測系統。所設計的環境監測系統主要包括電源
裝置系統、備用電源系統、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、顯示
系統、人員定位系統、控制系統、通訊系統、監視器
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，畢業于山西大同大學，工
程師，主要從事煤礦機電管理工作。
續工作。監視器選用了 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、畫面傳輸穩
定等特點[6]，可全方面對硐室環境的特點進行準確監
控。另外，為更加有效地掌握硐室中人員的基本情
況，在該系統中設計了人員定位系統，人員進出避難
硐室時，人員定位系統會通過內部的讀卡器裝置來
對人員進行識別，由此提高整套監測系統的智能化
程度。所設計的環境監測系統總體結構方案如圖1
所示。
圖1 環境監測系統框架原理圖
2 環境監測系統關鍵配置的設計
2 . 1 電源裝置的設計
由于井下環境監測系統中的用電設備相對較
多，故需對整套系統進行電源裝置設計。該系統中的
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，結合現有避難硐室的環
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
jxglidbjb@ 126.com 第3 5 卷
用電池間充電操作。另外，由于系統中各類用電設備
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
為防止監測系統中的主電源裝置運行時出現突
然供電故障或停電現象，影響系統的正常運行。故在
監測系統中配備了備用電源裝置，通過該裝置，向監
測系統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，
并與熔斷器保護裝置、隔離開關進行串聯連接，其連
接原理圖如圖3 所示。該裝置的設計，可為監測系統
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
供了整套環境監測系統的運行穩定性及可靠性。
2 . 3 主要傳感器的匹配設計
由于避難硐室的環境相對復雜，經常出現甲烷
濃度及一氧化碳濃度升高、氧氣濃度下降、環境溫度
偏高等現象，嚴重影響著硐室中總體安全性。故在環
境檢測系統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 監視器的匹配設計
環境監測系統的監視器選用了 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。整個監視器的工作原理
圖如圖4 所示。
圖4 JH C12J 監視器工作原理框架圖
3 環境監測系統的應用測試
結合前文所設計避難硐室環境監測系統，為進
一步測試其系統的監測性能，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
現有的避難硐室環境監測系統替換成此監測系統，
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，由此開展該環境監測系統的應用測
試。測試結果表明:該系統運行正常，系統穩定可靠,
在整個測試過程中未出現運行故障，監視器能將所
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，該系統能發出不同
2 0 2 0 年第2 期郝存:關于井下避難硐室中環境監測系統的設計研究? 113 ?
類別的聲光報警提示，以此來區別故障類型。據現場
有經驗人員估算，與現有系統相比，該系統的應用可
使避難硐室的安全性提高約5 0 % ，井下故障發生率
降低約6 0 % ，并給企業節約3 0 % 在物力、財力等方
面的費用支出，整套系統具有較高的實際應用價值，
建議將其進行推廣應用。由此，驗證了該環境監測系
統的可行性。
4 結論
結合礦井出現的典型故障問題，對避難硐室中
的環境監測系統進行了總體方案設計及關鍵分系統
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) 該系統運行穩定可靠，能較為全面地實現對
井下各類信號的采集分析及處理；
2 ) 所設計的監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) 該系統的應用,可使避難硐室的安全性提高
約5 0 % , 井下故障發生率降低約6 0 % , 降低約3 0 %
費用支出，得到了現場作業人員的一致認可；
4)該系統的設計能大大提高避難硐室的防護效
果及井下作業安全，具有較髙的實際應用價值。
參考文獻
[ 1 ] 張政.避難硐室中蓄冰空調的降溫實驗研究[D].徐州：中國礦業
大學，2019.
[ 2 ] 藺斌斌.煤礦井下避難硐室的設計及位置優化的研究[J].山東
煤炭科技,2019(4):76-78.
[ 3 ] 鄒元剛.礦井避難硐室供電系統設計思考[J].世界有色金屬，
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國煤炭學會2017年華東片區學術交流會論文集.北京：中國煤
炭學會,2017.
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安:西安科技大學，2012.
(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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