【正文】 ......................................................................28參考文獻(xiàn) .........................................................................29畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評語1 / 42第 1 章 緒論 煤礦安全生產(chǎn)的背景煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物。一種固體可燃有機(jī)巖，主要由植物遺體經(jīng)生物化學(xué)作用，埋藏后再經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成。俗稱煤炭。煤炭被人們譽(yù)為黑色的金子，工業(yè)的食糧，它是十八世紀(jì)以來人類世界使用的主要能源之一。煤炭作為一種重要的能源，在煤炭開采中采取現(xiàn)代安全監(jiān)測措施在煤炭開采中勢在必行。瓦斯、二氧化碳、溫度等則成為礦井開采中安全最大的威脅。瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為 5％～16％ 。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?5％時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?9．5％時，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應(yīng))；瓦斯?jié)舛仍?16％以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。 二氧化碳是無色、略帶酸臭味的氣體，相對密度為 ，不助燃也不能供人呼吸，略帶毒性，易溶于水。二氧化碳比空氣重，常常積聚在煤礦井下的巷道底板、水倉、溜煤眼、下山盡頭、盲巷、采空區(qū)及通風(fēng)不良處。當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度過高時，輕則使人呼吸加快，呼吸量增加，嚴(yán)重時也能造成人員中毒或窒息。 礦井中二氧化碳的主要來源有：煤和有機(jī)物的氧化；人員呼吸；井下爆破；井下火災(zāi)；瓦斯、煤塵爆炸等。有時也能從煤巖中大量涌出，甚至與煤或巖石一起突然噴出，給安全生產(chǎn)造成重大影響。二氧化碳窒息同缺氧窒息一樣，都是造成礦井人員傷亡的重要原因之一煤礦安全形勢嚴(yán)峻,大的事故頻繁出現(xiàn),給人民,由于生產(chǎn)環(huán)境的特殊性,條件多變性和不可知性,發(fā)生事故的機(jī)率較高,安全工作歷來成為全社會,粗放式的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的市場反應(yīng)。 我國煤炭安全生產(chǎn)的狀況和趨勢長期以來，全國煤礦通過堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的方針、依靠科技進(jìn)步、推進(jìn)安全綜合治理、重視安全思想教育、強(qiáng)化安全技術(shù)培訓(xùn)和開展各種形式的安全宣傳活動等，促進(jìn)了全國煤礦安全生產(chǎn)狀況的好轉(zhuǎn)。如國有重點(diǎn)煤礦百萬噸死亡率曾連續(xù)多年以平均每年近 20％的速度遞減，1994 年以后國有重點(diǎn)煤礦百萬噸死亡率降到 1．2 以下。但受諸多方面的因素制約與限制，全國煤礦事故多、傷亡重、經(jīng)濟(jì)損失大的狀況尚未得到根本好轉(zhuǎn)，致使每年煤礦事故死亡人數(shù)一直徘徊在六七千人左右，位于全國各行業(yè)之首。煤礦事故多、傷亡大，不僅給職工家屬帶來了極大痛苦，也會給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的政治影響。每發(fā)生一起特大事故，尤其是瓦斯爆炸事故，都在社會上引起廣泛影響，它直接涉及到社會安定與政治穩(wěn)定。 煤礦事故統(tǒng)計(jì)據(jù)煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中心的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在 1990～2022 年的 11 年間，全國煤礦共生產(chǎn)煤炭 126．83 億 t，共死亡 66196 人，平均百萬噸死亡率為 5．22。其中，國有重點(diǎn)煤礦生產(chǎn)煤炭 52．16 億 t，事故死亡 6357 人，平均百萬噸死亡率為 1．22；國有地方煤礦產(chǎn)煤 22．77 億 t，事故死亡 10329 人，平均百萬噸死亡率為 4．54；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦產(chǎn)煤 50．26 億 t，事故死亡 47673 人，百萬噸死2 / 42亡率為 9．49。詳細(xì)情況見表 1－1。安全狀況最好的一年是 1992 年，全年共死亡 4942 人，當(dāng)年全國煤礦共生產(chǎn)煤炭 10．61 億 t，百萬噸死亡率為 4．65。其中，國有重點(diǎn)煤礦生產(chǎn)煤炭 4．81 億 t，事故死亡 488 人，百萬噸死亡率為1．01；國有地方煤礦產(chǎn)煤 1．87 億 t，事故死亡 843 人，百萬噸死亡率為4．50；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦產(chǎn)煤 3．93 億 t，事故死亡 3611 人，百萬噸死亡率為 9．20。死亡人數(shù)最多的年份是 1994 年，全年共死亡 7016 人，當(dāng)年全國煤礦共生產(chǎn)煤炭 12．55 億 t，百萬噸死亡率為 5．15。其中，國有重點(diǎn)煤礦生產(chǎn)煤炭 4．38億 t，事故死亡 551 人，百萬噸死亡率為 1．19；國有地方煤礦產(chǎn)煤 2．22 億t，事故死亡 1070 人，百萬噸死亡率為 4．82；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦產(chǎn)煤 5．95 億 t，事故死亡 4953 人，百萬噸死亡率為 8．32。 重特大事故多發(fā)的主要原因(1)思想認(rèn)識有差距，安全第一的觀念沒有牢固樹立起來。一些地區(qū)和煤炭企業(yè)的負(fù)責(zé)同志在貫徹落實(shí)江總書記和黨中央、國務(wù)院關(guān)于安全生產(chǎn)的一系列重要指示上有差距，有些縣鄉(xiāng)領(lǐng)導(dǎo)安全第一的思想沒有真正樹立起來，安全生產(chǎn)責(zé)任制不落實(shí)。特別是在市場銷售有所興旺的情況下，不能正確處理安全與生產(chǎn)、安全與效益的關(guān)系，出現(xiàn)了盲目追求產(chǎn)量和突擊生產(chǎn)的現(xiàn)象。有些省區(qū)小煤礦死灰復(fù)燃，使近幾年來之不易的關(guān)井壓產(chǎn)成果遭到嚴(yán)重影響，而且放松安全管理工作，致使事故不斷發(fā)生，貴州、湖南等省的問題尤其突出。所以，“安全第一”的觀念淡化仍是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的最大隱患。(2)煤礦安全管理薄弱，安全生產(chǎn)防范措施不落實(shí)。一段時期來，有些煤炭企業(yè)“三違”現(xiàn)象嚴(yán)重，基礎(chǔ)管理薄弱。從發(fā)生特別重大事故的幾個煤礦來看，無論是現(xiàn)場管理，還是技術(shù)管理，有些措施制定后并沒有認(rèn)真抓落實(shí)。瓦斯監(jiān)控監(jiān)測和抽放、井下設(shè)備和電器防爆、通風(fēng)系統(tǒng)和巷道維修等日常性安全管理制度有些流于形式，對大量的事故隱患得過且過、整改不力，管理混亂、工作不落實(shí)是造成一些重特大事故發(fā)生的直接原因。(3)“一通三防”工作滑坡，安全欠賬多，礦井總體防災(zāi)能力下降。近幾年，一些煤礦由于經(jīng)濟(jì)困難、資金緊張，降低維簡費(fèi)和安全技措資金的提取標(biāo)準(zhǔn)，安全投入嚴(yán)重不足，安全欠賬多。一些煤礦通風(fēng)系統(tǒng)及配套設(shè)施不完善，致使礦井通風(fēng)能力不足；有些高瓦斯礦井監(jiān)控系統(tǒng)不完善或沒有安裝監(jiān)控系統(tǒng)。今年以來組織的兩次安全大檢查發(fā)現(xiàn)，貴州、黑龍江、陜西、江西等省區(qū)的國有重點(diǎn)煤礦都程度不同地存在著“一通三防”監(jiān)測系統(tǒng)不完善、設(shè)備老化等問題，礦井防災(zāi)能力嚴(yán)重下降，重大事故隱患增多。(4)小煤礦的問題仍然制約著煤礦的安全生產(chǎn)。通過兩年多的關(guān)井壓產(chǎn)，小煤礦數(shù)量大幅度減少，但是存在的問題依然很嚴(yán)重，一些不具備安全生產(chǎn)基本條件的小煤礦仍在繼續(xù)生產(chǎn)。國有大礦井田范圍內(nèi)關(guān)閉小井 1．36 萬處，還有1270 多處至今沒有采取關(guān)閉措施，直接威脅大礦的安全。在最近進(jìn)行的全國煤礦安全生產(chǎn)大檢查中，發(fā)現(xiàn)各省區(qū)都程度不同地存在著已關(guān)閉礦井死灰復(fù)燃的問題。這里面也存在一些腐敗現(xiàn)象，有的地方干部參股分利，致使一些私營和個體窯主忽視安全生產(chǎn)，甚至要錢不要命。這些都說明，不具備安全生產(chǎn)條件的小煤礦仍然是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患。(5)礦規(guī)章制度不健全、不落實(shí)。礦領(lǐng)導(dǎo)值班不認(rèn)真履行職責(zé)；沒有定期召開安全辦公會；重要的技術(shù)措施編寫和審批制度不健全、把關(guān)不嚴(yán)、針對性不強(qiáng)，如通風(fēng)行人下山延伸掘進(jìn)工作面在未編制作業(yè)規(guī)程的情況下就安排開工掘進(jìn)。3 / 42(6)企業(yè)對職工缺乏必要的培訓(xùn)和教育，職工安全意識淡薄、素質(zhì)低。該礦一線職工 70％是農(nóng)民協(xié)議工，由于缺乏對他們的安全培訓(xùn)，都不具備起碼的安全常識，甩掉煤電鉆綜合保護(hù)裝置作業(yè)、用新鮮風(fēng)流吹瓦斯監(jiān)測探頭和在井下拆卸礦燈等嚴(yán)重違章現(xiàn)象屢見不鮮。(7)礦務(wù)局安全管理松弛，監(jiān)督不力。礦務(wù)局對木沖溝煤礦布置 41114 普采工作面、不合理集中生產(chǎn)等問題沒有及時采取措施予以制止，對礦井風(fēng)量不足、瓦斯經(jīng)常超限等重大事故隱患沒有引起足夠重視、認(rèn)真對待。有關(guān)業(yè)務(wù)部門監(jiān)督檢查不力。 煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢作為煤炭行業(yè)唯一的大型綜合性科研機(jī)構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新基地，煤炭科學(xué)研究總院近年來以瓦斯、火災(zāi)、水災(zāi)、頂板和機(jī)電等煤礦事故發(fā)生因素為重點(diǎn)研究對象，承擔(dān)了我國煤礦安全６０％的科研項(xiàng)目，取得了上百項(xiàng)技術(shù)成果，為煤礦安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)、工藝和裝備支撐。在地質(zhì)災(zāi)害防治、內(nèi)外因火災(zāi)的控制與預(yù)防、瓦斯煤塵爆炸與塵害防治、礦山防災(zāi)救災(zāi)、煤礦應(yīng)急救災(zāi)、礦山安全評價等方面，已形成了先進(jìn)的技術(shù)研發(fā)體系與成套裝備。 煤科總院配合國家有關(guān)部委，組織了一批煤礦安全重大科技項(xiàng)目。先后牽頭承擔(dān)了國家“９７３”計(jì)劃項(xiàng)目“預(yù)防煤礦瓦斯動力災(zāi)害的基礎(chǔ)研究” ；“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦瓦斯治理技術(shù)集成與示范”和“礦山重大瓦斯煤塵爆炸事故預(yù)防與監(jiān)控技術(shù)” ；國家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦瓦斯、火災(zāi)與頂板重大災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)研究”等重大科研項(xiàng)目，并完成了中國工程院委托的重大咨詢項(xiàng)目“煤礦災(zāi)害防治的技術(shù)及對策研究” 。在取得上述成果的基礎(chǔ)上，煤科總院選擇了一批具有典型性和代表性的礦區(qū)（井）開展技術(shù)集成與示范，建立和完善了一批煤礦災(zāi)害治理的技術(shù)示范工程，推動了安全科技成果的推廣。此外，我國已基本建立了科技創(chuàng)新體系。據(jù)對 78 家國內(nèi) 100 強(qiáng)的煤炭企業(yè)調(diào)查，2022 年的研發(fā)經(jīng)費(fèi)總投入達(dá)到了 億元，比 2022 年增長了 %。4 / 42第 2 章 方案論證 設(shè)計(jì)方案本論文用單片機(jī)，電子技術(shù)，傳感器，微機(jī)控制技術(shù)等知識設(shè)計(jì)一個簡單的煤礦安全參數(shù)檢測裝置。以單片機(jī)為控制核心，完成對瓦斯?jié)舛取囟?、二氧化碳濃度等參?shù)的檢測。系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。溫度檢測CO2 檢測 單片機(jī) A/D轉(zhuǎn)換瓦斯檢測外擴(kuò)I/O 功設(shè)計(jì)方案能指示外擴(kuò) ROM 聲光報警顯示鍵盤圖 21 煤礦安全參數(shù)檢測裝置系統(tǒng)框圖 單片機(jī)的選型迄 今 為 止 ， 單 片 機(jī) 制 造 商 有 很 多 ， 主 要 有 美 國 的Intel、 Motorola、 Zilog 和 TI 公 司 ， 日 本 的 NEC、 荷 蘭 的 Philips、 英 國的 Inmos 和 德 國 的 Siemens(西 門 子 )公 司 ， 等 等 。 8 位 單 片 機(jī) 的 生 產(chǎn) 廠 家 較多 ， 品 種 也 最 齊 全 。MCS51 系 列 單 片 機(jī) 是 Intel 公 司 1980 年 推 出 的 8 位 單 片 機(jī) ， 與 該 公 司的 MCS48 系 列 機(jī) 相 比 ， MCS51 無 論 CPU 功 能 還 是 存 儲 容 量 以 及 特 殊 功 能 部件 性 能 上 都 要 高 出 一 籌 。 典 型 產(chǎn) 品 為 8051， 其 內(nèi) 部 資 源 分 配 和 性 能 如 下 ：8 位 CPU、 尋 址 能 力 達(dá) 264K； 4KB 的 ROM 和 128 字 節(jié) RAM； 4 個 8 位 I/O接 口 電 路 ； 一 個 串 行 全 雙 工 異 步 接 口 ； 5 個 中 斷 源 和 兩 個 中 斷 優(yōu) 先 級 。 溫度檢測傳感器的選擇測量溫度元件可以選擇集成溫度傳感器或熱敏電阻。能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多，按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。利用一般熱敏電阻還需要另外設(shè)計(jì)連接電路，并要進(jìn)行溫度修正，故考慮選擇溫度傳感器。集成溫度傳感器有電壓輸出型和電流輸出型。方案一：電流型輸出型 AD590AD590 具有較高精度和重復(fù)性。重復(fù)性優(yōu)于 ℃。其良好的非線性可以保證優(yōu)于 ℃的精確度，利用其重復(fù)性較好的特點(diǎn)，通過非線性補(bǔ)償，可以達(dá)到 ℃測量精度。其輸出電流信號傳輸距離可達(dá)到 1km 以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá) 20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器所引入5 / 42的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。方案二：電壓輸出型溫度傳感器 LM350LM350 為電壓輸出型溫度傳感器，電路內(nèi)部已校準(zhǔn)，并采用內(nèi)部補(bǔ)償輸出電壓與攝氏溫度成正比，無需校準(zhǔn)，精度可達(dá) ℃。方案三：采用邏輯輸出型溫度傳感器 LM56。LM56 是 NS 公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開關(guān)，內(nèi)置 參考電壓輸出端。最大只能帶 50μA 的負(fù)載。電源電壓從 ~10V，工作電流最大 230μA，內(nèi)置傳感器的靈敏度為 ℃，傳感器輸出電壓為 ℃T+395mV。綜上所述,這里選擇 AD590 溫度傳感器檢測溫度。 二氧化碳檢測傳感器的選擇方案一： TGS4160 集成傳感器。FIGARO（弗加羅）公司生產(chǎn)的 TGS4160 集成傳感器是一種固態(tài)電化學(xué)性CO2 傳感器。該器件除具有體積小，壽命長，選擇性和穩(wěn)定性好等特性外，同時還具有耐高濕和耐低溫等特點(diǎn)。因而可以廣泛用于自動通風(fēng)換氣系統(tǒng)或 CO2氣體長期監(jiān)測等應(yīng)用場合。方案二：TG4160 型 CO2 傳感器TG4160 型 CO2 傳感器特別適合于連續(xù)監(jiān)測的場合，它不需斷電穩(wěn)定性好。這樣大大簡化了普通 CO2 傳感器的外圍電路，且提高了測量的精度。利用TG4160 型傳感器并通過高輸入阻抗；低偏置電流的運(yùn)放進(jìn)行放大，在做一些簡單的運(yùn)算處理，就可以在 CO2 濃度為 300－5000ppm 范圍內(nèi)測得信號，該信號0－幾百毫伏的電壓信號，可以供高精度 A／D 采樣使用。 方案三：GMM221/222 二氧化碳傳感器維薩拉公司生產(chǎn)的 GMM221/222 二氧化碳測量模件是專門用于如下場合的：溫室控制、孵化器(室)、發(fā)酵罐、安全報警以及相關(guān)系統(tǒng)。由于 GMM220 具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以在許多特殊場合里實(shí)現(xiàn)了 CO2 無故障控制。由于傳感器不受灰塵、水汽和大多數(shù)化學(xué)氣體的影響，GMM220 模件可廣泛用于環(huán)境惡劣、潮濕的地方。GMM221/222 的探頭可以更換，這不但極大地方