张廷伟

摘  要：本文主要探讨了在粉尘浓度监测、电机运行状态监测以及水害监测等三个方面的应用情况。

关键词：实时监测技术;粉尘浓度;电机运行;水害

当前，我国煤矿安全生产技术已有了显著提高，生产环境得到了相应的改善和优化，煤炭开采事故率和死亡率都迅速下降。但是，在煤矿安全生产过程中依然面临着较为严峻的形势，煤矿井下存在的安全隐患并没有得到彻底有效的治理，而实时监测技术的发展应用，则为排查解决这些隐患提供了科学的技术支持。通过采取煤矿井下实时在线监测技术，可以对煤矿生产过程中存在的典型危险因素进行实时监测，随时关注相关变化，显著提高煤矿井下安全生产水平。在下文中分析探讨的内容主要有粉尘浓度、电机运行状况以及水害等几个方面。

一、粉尘浓度实时监测技术在煤矿井下生产中的应用

煤矿井下粉尘不仅直接影响到生产工人的身体健康，导致工人患上煤肺病，而且当矿井中的粉尘浓度与氧气浓度达到一定的界限时，容易出现明火时，引发煤矿粉尘爆炸，给矿井生产安全带来极大的威胁。因此，对煤矿井下粉尘浓度进行实时监测尤为必要。

在对煤矿井下粉尘浓度进行监测的过程中，主要采用矿用测尘仪对矿井中的粉尘浓度进行在线检测。其中，光电式测尘仪因为其精度较高、可靠性好而被广泛的应用。其检测是基于粉尘对光线的投射损耗与散射原理而实现的，能够对不变浓度进行精确的测量。但是，在煤矿井下的实际生产过程中，因为作业环境内粉尘浓度在不同的生产工艺、工序以及作业地点的变化有很大的差异，使用传统的采样器在现场采样然后再到地面分析的方式已经不能满足当前对生产现场的实际需要，因此，构建一套基于光电式测尘仪的煤矿粉尘浓度实时在线监测系统尤为必要（如图1）。

图1  粉尘传感器系统结构

该粉尘浓度实时监测系统使用一台主机与多台分机相连，对井下多个位置同时测量，传感器获得的电信号通过RS485总线与计算机进行数据通信，实现及时获得粉尘浓度信号的目的。需要注意的是，在构建检测系统的过程中，应该注意到光电式粉尘传感器中，LED点光源在给检测系统提供光源的过程中还会产生热量，使得周围的温度随之上升，从而使得光源强度会随之衰减，尤其是在长期使用该系统进行在线实时监测时，所导致的检测误差将会更加明显。因此，在设计粉尘实时监测系统及相关算法的过程中，应该对此进行适当的修正，从而为检测系统提供更准确的数据信号。

二、电机运行状况实时监测技术在煤矿井下生产中的应用

电机是煤矿机电设备的重要动力来源，因此，保证电机正常工作，是确保煤矿生产用设备处于长期稳定运行状态、提高煤矿生产效率、保证煤矿生产安的必要条件。

（一）煤矿电机运行实时监测系统工作原理。在待测电机的各个位置设置高精度的传感器，对电机运行过程中的转矩、温度、速度、电压以及电流进行实时检测;之后使用传感器将检测信号输出，然后通过信号采集和放大电路、A/D转换电路对信号进行处理，并将处理后的信号传递给DSP控制系统。通过DSP对电机的运行参数进行实时在线计算和分析，将电机的实时运行状态参数显示出来，并将主要参数传递给上位机进行对应的处理，实现对电机的监测和反馈控制。

（二）煤矿电机运行温度和电流监测。（1）温度监测。温度是衡量矿用电机正常工作与否的关键指标，对电机本体、逆变单元等部分的工作温度进行实时监测是确保电机安全、可靠工作的重要途径。以AD590型温度传感器为例，该传感器属于电流式集成温度传感器，在把它用于电机温度测量的过程中，相当于形成一个恒流源，能够输出大小为1μA/K、并与绝对温度成正比的电流信号，具有较强的抗干扰能力和线性度。将传感器设置在矿用电机的待测量部位，随着电机工作温度的升高，传感器的温度也随之上升，输出的电流将随之增大，系统将获得的电流信号转换成为电压信号，并通过后续的信号放大、经

A/D转换处理之后，将信号发送至DSP，从而获得电机的实时工作温度。（2） 电流监测。在传统的电流监测系统设计过程中，一般使用串联的分压电阻作为传感器对电流信号进行检测，这种检测方式具有监测方法简单的优点，但是容易受到检测环境温度的影响，较难保证电阻值的恒定不变，导致所采集到的电流值精度不高，而且通常情况下，控制系统的反馈电路没有与主电路相互隔离，一旦功率电路中的高压电流通过反馈电路进入到控制电路后，将直接破坏整个控制系统的安全程度。因此，现在大多使用高精度霍尔电流传感器作为电流检测装置，对矿用电机的三相电流进行实时监测，而且该传感器只需要使用

12V的电源供电，系统架设较为方便。

三、水害实时监测技术在煤矿井下生产中的应用

在生产中，随着煤矿开采深度的增加，水害的威胁也更大，对水害的潜在威胁实施在线监测也是现代化矿井的必备条件。

（一）煤矿井下水害实时监测原理。在煤矿井下设置足够的分布式水文观测孔，对观测孔中的水压、水位进行测量，逐步形成“一线多点”的测量体系，从而实现超远距离的实时水害监测。当前，许多矿井所采用的水害监测系统使用的都是高速数据传递技术，这项技术能够保证系统监测的实时性。利用所测得的监测数据可以及时的反映不同地质层水位的实时水压、水位等动态信息，并结合历史监测数据以及组织管理经验，采取对应的治理措施，从而实现对煤矿井下水害的防范和治理。

（二）煤矿井下水害监测系统的基本构成。建立矿井水压实时监测系统的地面监测中心站，利用检测系统软件（系统控制、数据通信以及数据处理等应用软件）处理来自系统子站传递的相关数据，将检测结果实时显示在对应的设备中。煤矿井下子站（水压、水位测量孔）主要由水压/水位数据收集装置、压力/液位信号传送器、数据通信模块和安全保护罩等构成，该监测系统总共包含1-258个子站，通知对这些子站的实时检测能够实现对整个矿井的水害情况的监测。在信号通信的过程中，该系统使用了基于现场总线的控制技术，使得所有的检测子站都能够有内置的计算机系统进行控制，从而实现对各个水文观测孔中的水压、水位进行数据采集，通过对应的转换以及存储之后，利用地面的监测中心站完成对水害情况进行实时在线监测的任务。

通过前面的分析可以看出，实时监测技术在煤矿井下生产作业中发挥着重要的作用，提高了矿井的安全生产系数和经济效益，减少了灾害性事故的发生率，在井下安全管理中获得了广泛的应用。本文中，笔者只选择了几个比较具有代表性的应用实例，如粉尘、电机、水害等进行了粗略的分析，而在实际的煤矿井下生产中，监测技术的应用绝不是仅仅局限于这三个方面，适合其发挥作用的工作场所还非常多，具有一定的普遍性，值得同仁继续做进一步的研究。

参考文献：

[1] 朱剑锋. 煤矿电机运行参数在线监测技术研究[J]. 中国新通信，2014（20）.

[2] 杨昆，吴东旭. 矿井粉尘浓度在线监测技术[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版）， 2012（6）.