防止瓦斯超限的通风装置的设计研究

摘 要：针对当前瓦斯排放通风装置存在的安全问题，决定设计一款用于瓦斯排放的通风装置分析其结构、工作原理、应用效果。该瓦斯排放通风装置在阳煤一矿的实践应用效果理想，可以有效防止该煤矿瓦斯超限。

关键词：瓦斯超限;通风装置;设计

1 阳煤一矿井下瓦斯排放概况

在对该矿瓦斯排放的调查过程中发现，瓦斯通过通风装置进行排放操作时，在局部通风机前方设置甲烷传感器，通过甲烷传感器，以实时监测瓦斯浓度，但由于工作环境复杂，潮湿、矿尘大、电磁干扰等因素，极易导致甲烷传感器自身出现故障（内部电子元器件发出损坏），存在安全隐患。故障时其所监测的瓦斯浓度数值一直不变，没有上下波动，如果瓦斯浓度超过限值，但甲烷传感器却无法检测到，其检测还是处于正常瓦斯浓度数值下，就不会发出声光警报。例如，如果甲烷传感器自身的蜂鸣器发生损坏，当甲烷传感器检测瓦斯浓度超过限值，其无法发出声音警报，无法提醒工作人员。

2 防止煤矿瓦斯超限的通风装置的分析

2.1 通风装置的整体结构

防止煤矿瓦斯超限的通风装置的整体结构如图1所示，主要包括局部通风机、监测壳体、矩形收纳凹槽、透明罩、电源线、LED显示屏、开关按键、甲烷传感器、金属定型软管。

在局部通风机前端顶侧外壁上设置有一块监测壳体，监测壳体内部设置有单片机及配套的定时模块和计时模块;监测壳体顶端面下侧部位内嵌安装LED显示屏;监测壳体顶端面中心部位开设201-矩形收纳凹槽，通过导线连接且甲烷传感器、源蜂鸣器、LED灯珠、声音传感器。同时设计了一个透明罩，将源蜂鸣器、LED灯珠和声音传感器扣合在一起。

2.2 工作原理和技术特点

装置使用时，甲烷传感器所监测的瓦斯浓度数据实时传输给单片机，单片机则将接受的瓦斯浓度数据在LED显示屏上显示，工作人员可通过观察LED显示屏上所显示的瓦斯浓度的数值，以实时掌握当前瓦斯浓度，且如果LED显示屏上所显示的瓦斯浓度的数值一直不变，没有上下波动时，工作人员可依此判断甲烷传感器出现故障，需要紧急更换。

当甲烷传感器浓度超过或低于所设定限值时，其自身发出警报，通过向单片机发出信号，单片机控制有源蜂鸣器和LED灯珠同时启动（这时有源蜂鸣器所发出的声音将会处于高分贝状态），与甲烷传感器一同发出警报，以防止因甲烷传感器内部蜂鸣器故障，而导致无法起到应有警示功能情况的发生。

在使用时，每间隔30min到达定时模块所设定的定时参数值时，定时模块向单片机传输信号，单片机接收到信号后，控制有源蜂鸣器、声音传感器和计时模块一同启动，当声音传感器接收到有源蜂鸣器所发出的声波后，其向单片机传输信号，单片机控制有源蜂鸣器、声音传感器和计时模块一同关闭，但当声音传感器在计时模块所设定的5s计时参数值内未接收到有源蜂鸣器所发出的声波时，计时模块到达其所设定的5s计时参数值后，计时模块向单片机传输信号，单片机控制LED灯珠亮起，以提醒工作人员有源蜂鸣器出现故障，需要紧急更换维修。

3 实践应用分析

防止煤矿瓦斯超限的通风装置在该矿3601工作面巷道进行了实践应用。候村煤矿在进行瓦斯排放工作前，将甲烷传感器从矩形收纳凹槽中取出，使金属定型软管伸展开，将甲烷传感器放置到局部通风机前方2～3m处;使用时接通电源，甲烷传感器所监测的瓦斯浓度数据实时传输给单片机，进而在LED显示屏上显示，可以有效实现对瓦斯浓度数值的实时监测。

接通电源后，定时模块启动，当每间隔30min到达定时模块所设定的定时参数值时，定时模块向单片机传输信号，同时定时模块定时重置，单片机接收到信号后，控制有源蜂鸣器、声音传感器和计时模块一同启动，且单片机通过调节PWM信号占空比控制有源蜂鸣器声音降低至20～40dB，当声音传感器接收到有源蜂鸣器所发出的声波后，其向单片机传输信号，单片机控制有源蜂鸣器、声音传感器和计时模块一同关闭，但当声音传感器在计时模块所设定的5s计时参数值内未接收到有源蜂鸣器所发出的声波时，计时模块到达其所设定的5s计时参数值后，计时模块向单片机传输信号，单片机控制LED灯珠亮起，以提醒工作人员有源蜂鸣器出现故障，需要紧急更换维修。

源蜂鸣器和声音传感器均被透明罩扣在其内部，故当有源蜂鸣器发出声音后，保证声音传感器第一时间将会接收到有源蜂鸣器所发出的声波，且有源蜂鸣器经由单片机通过调节PWM信号占空比控制将其声音降低至20～40dB，可防止工作人员听到产生误报警。

当甲烷传感器浓度超过或低于所设定的限值时，其发出警报，通过向单片机发出信号，单片机控制有源蜂鸣器和LED灯珠同时启动，与甲烷传感器一同发出警报，以防止因甲烷传感器内部蜂鸣器故障，而导致无法起到应有警示功能情况的发生。

4 结论

3601工作面巷道進行了防煤矿瓦斯超限的通风装置的实践应用，从试运行的3个月时间来看，装置运行稳定，各项功能指标正常。

参考文献：

[1]李太锋.矿井局部高瓦斯区域治理措施研究[J].山西能源学院学报，2019，32（2）：20-21+24.

[2]杨向军.邢东矿局部通风装备系列化的应用[J].科技风， 2019（9）：141.

[3]马元平.23112主采面重点瓦斯地区通风及瓦斯治理研究[J].山东煤炭科技，2019（1）：81-82+91.

作者简介：

赵海军（1975- ），男，山西阳泉人，本科，毕业于山西煤炭职工联合大学，助理工程师。

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