煤矿瓦斯监测系统毕业设计论文

煤矿瓦斯监测系统

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

从我国煤炭生产的现状及我国能源结构规划均可以看出，在本世纪中叶以前煤炭仍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。但是煤炭工业的安全生产状况却不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是居重大事故发生率之首。今年又接连发生了多起甲烷爆炸事故，事故的结果触目惊心，因此通过强化甲烷管理，提高甲烷检测监控水平，已成为中小型煤矿最迫切的任务之一。随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，现场采矿的工作人员的生命安全存在潜在的威胁，特别是在瓦斯的检测和报警仍旧存在隐患的情况下，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。据统计，全国共有大小煤矿60000多个，从业矿工800多万。根据煤矿三班作业的实际情况，目前至少需要300万个瓦斯报警器，可见其市场非常广阔。

1.2 国内外研究现状及发展方向

最早监测瓦斯浓度的装置是安全灯，安全灯的构造简单，性能稳定，使用寿命长，一百多年来一直被沿用下来，至今仍在许多国家使用。从1675年英国北威尔士欣煤矿发生的第一次瓦斯爆炸矿难起，世界各国开始更进一步关注对瓦斯检测报警的相关安全研究。一直以来，光干涉瓦斯监测器在我国以及日本使用比较广泛，自20世纪30年代以来，已经连续使用了数十年，至今仍在多数些矿井的瓦斯检测中使用。目前，在瓦斯检测仪中占主导地位的是催化瓦斯检测仪，据最早文献记载，1943年以前美国已制成VCC瓦斯测量仪，日本在铂丝元件上加上涂有催化剂的载体小珠，制成最早的载体催化元件，并利用这种原件制成了北辰型瓦斯指示器。1958年法国Cherchar研究所已研制成功利用AI2O3为载体，钯Pd、钍Th为催化剂的载体催化元件，获得了较好的催化性能。1961年英国矿山安全研究所采用新的工艺，改进了

载体催化元件的性能。从此，催化瓦斯传感器进入了其发展过程中的全盛时期。1961年以后，英、美、法、日、德、前苏联等国家又对其进行改进研究，并把它作为瓦斯检测的主要工作方向。我国对于催化型瓦斯传感器的研究工作起步稍晚。

催化瓦斯传感器系统由两台DRS—4型计算机控制，共有128个测头。当前国际催化瓦斯传感器的主要是向小型化、高稳定、长寿命方向发展。在这些要求中，努力提高元件的稳定性、延长元件使用寿命是中心课题。由于通过采用筛选催化剂配方和改进工艺的方法来提髙元件稳定性和延长元件使用寿命已经收获不大，所以必须在研究工作中进一步探索元件催化剂及载体的变化规律，找出提高元件的稳定性和延长元件的使用寿命的方法。为此需要深入研究催化剂的价态、颗粒大小、表面状态以及载体的晶型变化的规律，而这种深入的研究采用以前的检验手段已经不行了，必须采用更先进的技术，进入催化剂的微观世界，探索其变化规律。目前与此有关的现代分析技术主要有光电子能谱、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子顺磁共振等。虽然世界各国在此方面的研究都有了些许初步的成果，但是关于催化剂和载体变化规律的研究报告或文章很少见发表。

由于传感器是获取信息的工具，是信息技术（包括传感与控制技术、通讯技术和计算机技术）三大支柱之一，位于信息系统的最前端，其特性的好坏、输出信息的可靠性对整个系统质虽至关重要。因此目前世界各国一直把发展智能化传感器作为研究课题，投入大量人力物力进行开发研究。智能传感系统与传统传感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能价格比、多功能化等优点，它代表了传感器的发展方向，是传感器克服自身落后向前发展的必然趋势。

国外的监控系统技术水平理论上讲高于国内发展水平，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，价格过高不适于国内煤矿现有条件，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定参考价值。80年代初，世界各产煤国检测装置的缺点是：1）测量范围小2）易受高浓度瓦斯和硫化物的影响，存在零点漂移和灵敏度漂移问题，存在检测不准确及井下校准困难等弊端。

瓦斯报警对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。现有的监测设备，都是采用数字显示或灯光显示的方式来提供测试数据的，这在环境狭窄、能见度差的井下工作面很不方便。采用直接的语音播报方式，可以主动向现场人员提供各种信息，遇到危险情况还能作为紧急广播使用。这对于提高安全意识、避免重大伤亡事故具有重要意义。由于我的水平有限，所以本设计仍然选择声光报警方式。本设计能够监控矿井的瓦斯气体的浓度，显示测量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息。

1.3 课题的主要研究内容与要求

这次毕业设计的主要内容与要求是：设计一个煤矿瓦斯监测系统装置，在气体浓度一定的范围内进行安全检测，并能在矿内瓦斯浓度达到报警上限时进行声光报警，通知矿内工作人员及时撤离减少人员伤亡和财产损失。这个基于单片机的煤矿瓦斯监测系统要实现以下的功能：瓦斯浓度测试，超过设定的门限值后自动报警。本设计是以单片机为主机，通过显示器显示矿内瓦斯浓度值并能通过上位机实现与PC机之间的信息通信，及时准确地显示井下瓦斯浓度的实际情况，并在浓度超过报警上限时进行声光报警。

2 系统总体方案设计

2.1 系统设计方案及系统模块

基于单片机的总体设计方案。

AT89S51 复位电路 显示电路 敏感元件 信号采集电路 报警电路 A/D转换 通信电路 晶振 图2-1方案总体框图

Fig.2-1 The overall block diagram program

方案总体框图如图2-1所示。本系统是以单片机为核心,系统具有信号的监控处理和报警显示。本设计的硬件电路模块包括浓度检测、A/D转换、单片机最小系统、数据显示电路、串口通信。

2.2 系统功能描述

一个易燃易爆气体监控系统能够及时的发现易燃易爆气体并报警，肯定能

提高人民的生活水平和加快我们的现代化建设，减少不必要的人员跟财产损失，有利于整个社会稳定。基于这个思路，我们研究设计了煤矿瓦斯监测系统。能较为准确科学的检测并显示矿内瓦斯浓度和温度，并且当温度和气体的浓度超出某一设定范围后会产生报警，从而达到实时安全监控作用。达到效果：井下瓦斯浓度、温度在设定值范围内，声光报警器不报警，正常显示，当瓦斯浓度、温度、超出范围外时，声光报警器报警，工作人员及时发现撤离，防止事故发生。