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关于井下避难硐室中环境监测系统的设计研究

文档作者：郝存文档来源：霍州煤电集团三交河煤矿		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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上一篇：坪上煤业安全监控系统的研究

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总第2 0 2期
2020年第2 期
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 202
N o.2, 2020
测试与诊断技术 D O I: 10.16525/j .cnki.c n l4-1134/th.2020.02.049
关于井下避难硐室中环境监测系统的设计研究
郝存
(霍州煤电集团三交河煤矿， 山西洪洞041600)
摘要：结合现有矿井中出现的典型灾害问题，开展了避难硐室环境监测系统的总体方案设计及关键分系统
设计，并将其在三交河煤矿避难硐室中进行了应用测试。测试结果表明：该系统与现有监测系统相比，具有更
高的稳定性和可靠性，能使避难用室的安全防护性提高50% ,企业的费用支出减少约30% 。
关键词：煤矿避难硐室环境监测系统
中图分类号:X8 4 文献标识码: A 文章编号：1 0 0 3 - 7 7 3 X( 2 0 2 0 > 0 2 - 0 1 1 1 - 0 3
引言
随着国家对煤矿资源的大量开采，加上井下环
境的恶劣性，时常会出现瓦斯、一氧化碳等气体浓
度过高，井下压力过大，工作温度过高等现象，在煤
矿长时间开采中，极容易发生火灾、爆炸等事故现
象[〜，导致矿井的坍塌及人员的伤亡，井下作业的
安全问题已成为当下政府及企业面临的严峻问题。
因此，在井下设计一套避难硐室装置,井下人员可在
矿井发生相关事故时快速进入避难硐室，以有效保
障自身的生命安全。而本文则主要利用现有的先
进设备及控制技术，针对避难硐室中的环境监测系
统进行了设计研究，研究内容主要包括环境监测系
统的总体设计及系统中的关键配置（例如：电源装
置、备用电源、传感器、监视器等）的设计等,最终将
其在三交河煤矿避难硐室中进行了应用测试，由此，
验证了该系统的可行性，这为提高避难硐室的保护
性能及井下作业安全具有重要意义。
1 环境监测系统方案的设计
结合矿井中出现的典型灾害现象，有必要在井
下设计避难硐室，并对避难硐室内外的环境状态进
行实时监测。因此，根据避难硐室的环境特点，利用
当下先进的技术设备，设计了一套避难硐室中的环
境监测系统。所设计的环境监测系统主要包括电源
装置系统、备用电源系统、各类传感器(氧气传感器、
甲焼传感器、压力传感器、温度传感器等)系统、显示
系统、人员定位系统、控制系统、通讯系统、监视器
等。其中，电源装置选用了 KDW11 4 0型隔爆兼本安
型,主要负责为硐室中各类用电设备提供电源，而备
用电源则采用了 DXB1 2 0型UPS备用电源装置，当
系统的电源装置无法正常使用时，可通过该UPS备
用电源装置,为各类设备提供电源，以保证设备的持
收稿日期:2 0 19 -12 -12
作者简介：郝存（ 1984— ），男，本科，毕业于山西大同大学，工
程师，主要从事煤矿机电管理工作。
续工作。监视器选用了 JHC1 2 型矿用本质安全型，安
装于硐室中的生存室中，具有分辨率高、画面传输稳
定等特点[6]，可全方面对硐室环境的特点进行准确监
控。另外，为更加有效地掌握硐室中人员的基本情
况，在该系统中设计了人员定位系统，人员进出避难
硐室时，人员定位系统会通过内部的读卡器装置来
对人员进行识别，由此提高整套监测系统的智能化
程度。所设计的环境监测系统总体结构方案如图1
所示。
图1 环境监测系统框架原理图
2 环境监测系统关键配置的设计
2 . 1 电源装置的设计
由于井下环境监测系统中的用电设备相对较
多，故需对整套系统进行电源装置设计。该系统中的
主要用电设备包括各类传感器、照明、通信设备等，
所需的电量相对较大。因此，结合现有避难硐室的环
境特点，配备了 KDW11 4 0型隔爆兼本安型电源装
置。该装置的外壳采用了 Q2 3 5材料，并进行了烤漆、
耐腐蚀性处理，在其内部设计了隔离开关，可方便后
期电池的维护[7]; 同时，在电源装置内部设计了
AC/DC转换器、电池浮充电模块等零件，当系统正常
运行时，不仅能为用电设备提供电源，也能及时向备
•112. 机械管理幵发
jxglidbjb@ 126.com 第3 5 卷
用电池间充电操作。另外，由于系统中各类用电设备
主要采用24 V 点直流电源，总功率约1.5 kW，因此，
该装置的有效输出电压设计为24 V,电池容量设计
为500 Ah，电池电量达到了 12 kWh,可较好保证系
统中用电设备的正常使用。电源装置的结构图如图
2 所示〇
图2 电源装置结构图
2 . 2 备用电源的设计
为防止监测系统中的主电源装置运行时出现突
然供电故障或停电现象，影响系统的正常运行。故在
监测系统中配备了备用电源装置，通过该装置，向监
测系统及时输出本质安全电源，以保证避难硐室中
的正常供电。所配备的备用电源采用了 DXB1 2 0型
UPS备用电源装置，其电池种类主要使用铅酸电池，
配备的电池容量为120 Ah，工作电压为24 V，总电量
达到2.8 kWh,最大放电电流为1.5 A，端子型号采用
了 M8L,橡套软电缆的截面积大于2.5 mm2。在整个
备用电源设计中,主要是将两组铅酸电池进行串联，
并与熔断器保护装置、隔离开关进行串联连接，其连
接原理图如图3 所示。该装置的设计，可为监测系统
中氧气传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、照明
通讯设备等提供大于96 h 的使用电源供应。由此，提
供了整套环境监测系统的运行稳定性及可靠性。
2 . 3 主要传感器的匹配设计
由于避难硐室的环境相对复杂，经常出现甲烷
浓度及一氧化碳浓度升高、氧气浓度下降、环境温度
偏高等现象，严重影响着硐室中总体安全性。故在环
境检测系统中设计了多种传感器，主要包括氧气、一
氧化碳、甲烷、二氧化碳、压力、温度等传感器，并分
别安装于避难硐室内部及外部空间，其具体型号及
图3 备用电源连接原理图
数量如表1 所示。
表1 各类传感器基本参数
名称型号测量范围数量安装位置
氧气传感器GYH30 0-25% 3 1 套安装于硐室内部，
2 套安装于硐室外部
—氧化碳传感器KGA25 0〜1000E-6 3 1 套安装于硐室内部，
2 套安装于硐室外部
甲烷传感器KGJ15 0-23% 3 1 套安装于硐室内部，
2 套安装于硐室外部
二氧化碳传感器GRG5 0-3% 3 1 套安装于硐室内部，
2 套安装于硐室外部
压力传感器GPD3 0〜2 500 Pa 4 2 套安装于硐室内部，
2 套安装于硐室外部
温度传感器GWP100 0-200 T： 4 2 套安装于硐室内部，
2 套安装于硐室外部
2 . 4 监视器的匹配设计
环境监测系统的监视器选用了 JHC1 2 型矿用
本质安全型，包含接线板、液晶显示器、CPU微处理
主板等。其中，接线板主要负责与各类传感器进行连
接，具有较强的数据接收能力,CPU则主要负责对接
收的数据信号、报警阀值、断电门限、量程等方面进
行处理，最终通过液晶显示器进行硐室中相关信号
参数及状态的实时显示。而所选用的液晶显示器采
用了 800 x 6 0 0 分辨率的带背景光功能的配置，可将
传感器通道信号、采集信号参数等进行实时显示。整
个监视器额定工作电压为24 V,工作电流160 mA，
频率型信号为200~1 000 Hz，可较好地与电源装置
及备用电源进行有效连接。整个监视器的工作原理
图如图4 所示。
图4 JH C12J 监视器工作原理框架图
3 环境监测系统的应用测试
结合前文所设计避难硐室环境监测系统，为进
一步测试其系统的监测性能，将其在三交河煤矿避
难硐室中进行了将近6 个月的应用测试，主要是将
现有的避难硐室环境监测系统替换成此监测系统，
并在避难硐室中的相关部分安装所配置的各类传感
器及其他设备，由此开展该环境监测系统的应用测
试。测试结果表明:该系统运行正常，系统稳定可靠,
在整个测试过程中未出现运行故障，监视器能将所
采集的相关信号及控制命令信号等信息进行清晰显
示,且显示内容较为丰富。同时，该系统能发出不同
2 0 2 0 年第2 期郝存:关于井下避难硐室中环境监测系统的设计研究• 113 •
类别的声光报警提示，以此来区别故障类型。据现场
有经验人员估算，与现有系统相比，该系统的应用可
使避难硐室的安全性提高约5 0 % ，井下故障发生率
降低约6 0 % ，并给企业节约3 0 % 在物力、财力等方
面的费用支出，整套系统具有较高的实际应用价值，
建议将其进行推广应用。由此，验证了该环境监测系
统的可行性。
4 结论
结合矿井出现的典型故障问题，对避难硐室中
的环境监测系统进行了总体方案设计及关键分系统
的设计，并将其在三交河煤矿避难硐室中进行了应
用测试，测试结果表明：
1) 该系统运行稳定可靠，能较为全面地实现对
井下各类信号的采集分析及处理；
2 ) 所设计的监视器画面显示效果较好，且能对
各类信息进行全面显示和发出不同类别的声光报警
提示，方便了操作人员对故障的辨识及分析；
3) 该系统的应用,可使避难硐室的安全性提高
约5 0 % , 井下故障发生率降低约6 0 % , 降低约3 0 %
费用支出，得到了现场作业人员的一致认可；
4)该系统的设计能大大提高避难硐室的防护效
果及井下作业安全，具有较髙的实际应用价值。
参考文献
[ 1 ] 张政.避难硐室中蓄冰空调的降温实验研究[D].徐州：中国矿业
大学，2019.
[ 2 ] 蔺斌斌.煤矿井下避难硐室的设计及位置优化的研究[J].山东
煤炭科技,2019(4):76-78.
[ 3 ] 邹元刚.矿井避难硐室供电系统设计思考[J].世界有色金属，
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[ 4 ] 王伟.挖金湾矿避难硐室关键技术设计[J].建井技术,2017,38
(6):47 - 51.
[ 5 ] 马俊超.煤矿井下避难硐室供电系统设计浅析[J].能源与节能，
2017(12)：135-136.
[ 6 ] 林丰应.福建煤矿井下避难硐室通风设计技术及其应用[C]//中
国煤炭学会2017年华东片区学术交流会论文集.北京：中国煤
炭学会,2017.
[ 7 ] 尹先锋.兖州矿区井下全硐室紧急避险系统研究与应用[D].西
安:西安科技大学，2012.
(编辑：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 页）
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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