【正文】 ３ 壓力傳感器 Gyd60Y2 DC 24V 4～ 20mA 4～ 20mA 生存室 1４ 過渡室 監(jiān)控系統(tǒng)設計 監(jiān)控系統(tǒng)用于對避難硐室內(nèi)的監(jiān)視，能夠?qū)崟r掌握避難硐室內(nèi)的情況。根據(jù)總體需要， 避難硐室內(nèi)需要安裝兩個攝像頭， 兩個攝像頭利用光端機傳輸?shù)?地面控制室 。 監(jiān)視系統(tǒng)詳細連接關系如圖 345 所示。 光 端 機攝 像 頭攝 像 頭監(jiān) 測 屏 幕 監(jiān) 測 工 控 機地 面 控 制 室來 自 測 量 控 制模 塊 的 數(shù) 據(jù) 圖 345 監(jiān)視系統(tǒng)簡單連接圖 4 氣體成分控制及通風凈化系統(tǒng) 系統(tǒng)功能 樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 23 氣體成分控制及通風凈化系統(tǒng)的主要功能為：能有效阻止外部有毒有害氣體進入避難硐室；能吸收處理生存室內(nèi)二氧化碳、一氧化碳等有害氣體，保證二氧化碳濃度不大于 1%，對二氧化碳處理能力≥（ min?人），一氧化碳濃度不大于 24ppm，且能在 20min 內(nèi)將一氧化碳濃度由 400ppm 降到 24ppm；能實現(xiàn)生存室內(nèi)空氣強迫對流通風，通風量不小于 20L/min。該系統(tǒng)工作時間不小于 96h，且有 倍余量。 設計方案 空氣凈化通過預防和處理雙重措施保證室內(nèi)空氣指標滿足人正常呼吸要求。預防即防止外部氣體進入避難硐室內(nèi)，處理即將人員帶入和產(chǎn)生的有害氣體處理到符合安全標準。 預防 生存室一側(cè) 設有過渡室，過渡室內(nèi)設置壓縮空氣幕和壓縮空氣噴淋裝置，依靠壓縮空氣瓶為空氣幕和噴淋裝置 提供氣源。當避難人員打開防護密封門（過渡室與外部連接的門）進入過渡室時，壓縮空氣幕的高流速空氣在進門口形成空氣幕墻，防止室外有毒氣體進入過渡室內(nèi)。壓縮空氣噴淋裝置對進入過渡室的人員進行噴淋，去除衣物上殘存的有害氣體。 同時，為避免外部有害氣體從各種管路、電纜接口處進入硐室內(nèi)，壓縮空氣瓶還能為硐室提供壓縮空氣來調(diào)節(jié)硐室內(nèi)壓力，以維持生存室和過渡室內(nèi)有不小于 100Pa 的正壓。 處理 避難人員在生存室中生活時，呼出的一氧化碳、二氧化碳由一氧化碳及二氧化碳洗滌器吸收處理，保證艙內(nèi)一氧化碳濃度小于24ppm、二氧化碳濃度小于 1%。一氧化碳及二氧化碳洗滌器是集一樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 24 氧化碳、二氧化碳處理于一體的設備，具備手動和自動雙控制，依據(jù)檢測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)或提供的報警信號對設備進行自動或手動控制。 通風通過制冷器風機、二氧化碳及一氧化碳洗滌器風機實現(xiàn)，制冷系統(tǒng)風機通風量為 1m3 /min，每臺二氧化碳及一氧化碳洗滌器風機通風量為 m3 /min，均大于 20L/min 的通風量要求。 設計計算 設每人每分鐘排出的二氧化碳為 ，生存室內(nèi)凈容積為 25m179。 4m179。 ＝ 240m3 每分鐘排出的二氧化碳量： V1=80179。 =40 L 二氧化碳吸收速率： 40 L/min 需吸收二氧化碳總量： V2=40179。 96179。 60=230400 L 需吸收一氧化碳總量： V3=（ 40024） ppm179。 240000= L 一氧化碳吸收速率： 為實現(xiàn)一氧化碳及二氧化碳吸收均勻和室內(nèi)空氣強迫對流，擬在人員座椅四周各布置一臺洗滌器，共計四臺洗滌器。在考慮 倍余量的情況下，每臺洗滌器吸收一氧化碳的能力為： 四臺共 吸收一 氧化 碳總量 不小于 （ L/min ）179。 4 179。20min=。 每臺洗滌器吸收二氧化碳的能力為： 40四臺共吸收二氧化碳總量不小于 12（ L/min ）179。 4179。 96179。60=276480L。 5 自動控制系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 25 自動控制系統(tǒng)用于對避難硐室內(nèi)各儀器設備的運行進行智能控制，實現(xiàn)避難硐室的自動化運行，扮演避難硐室大腦的作用。出于提高可靠性、安全性和降低成本的考慮，自動控制系統(tǒng)將采集、監(jiān)控、管理功能集成到單片微控制器上實現(xiàn)，并使用實時操作系統(tǒng)多任務軟件編程，實現(xiàn)硐室內(nèi)的智能化管理 。此外考慮到提高設備的安全性和可靠性，在測量控制裝置意外失效的情況下，避難人員可以手動控制關鍵設備，保障避難硐室內(nèi)正常的生活條件。 自動控制裝置具有如下特點： a) 依據(jù)環(huán)境參數(shù)通過對用電設備運行的控制實現(xiàn)對硐室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的智能控制； b) 避難硐室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)、蓄電池電量的集中采集、處理、顯示； c) 硐室內(nèi)所有用電設備的集中供電與管理； d) 通過軟硬件設計實現(xiàn)電氣設備的“一鍵式”控制，保證電氣設備的可操作性和操作的簡單性； e) 冗余設計，保證在智能控制部分出現(xiàn)意外失效的情況下，避難人員能夠手動實現(xiàn)對 環(huán)控生保系統(tǒng)的手動控制； f) 自動控制系統(tǒng)采用雙 CPU 設計，兩個 CPU 各自獨立運行，提高了系統(tǒng)的可靠性。 設計要求 自動控制系統(tǒng)需將環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中各類傳感器的檢測數(shù)據(jù)進行采集并在顯示屏上顯示，且具有超限報警或提醒功能。根據(jù)各類傳感器的檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)氧氣供應自動控制， CO、 CO2 處理自動控制，濕度、溫度調(diào)節(jié)控制，壓力調(diào)節(jié)控制。調(diào)節(jié)控制實現(xiàn)的目標：生存室內(nèi)氧氣濃度維持在 %～ 23%之間，二氧化碳濃度≤ 1%，一氧化碳小于 24ppm（百萬分之一），相對濕度≤ 85%,生存室內(nèi)環(huán)境溫度樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 26 ≤ 35℃，生 存室壓力 +100Pa～ +500Pa，過渡室壓力 +100Pa～ +500Pa。在規(guī)定值上下限 20%范圍時開始控制相關設備工作。 詳細設計 自動控制系統(tǒng)主要由信號調(diào)理電路、微控制器系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等組成，各模塊在電路設計時進行防爆設計。該系統(tǒng)屬隔爆兼本安型電氣系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖 346 所示。 C 8 0 5 1 FC 8 0 5 1 F信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路傳 感 器 陣 列供 配 電 系 統(tǒng)剩 余電 量執(zhí)行機構(gòu)顯示系統(tǒng)R S 4 8 5 R S 4 8 5圖 346 自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 信號調(diào)理電路用于完成對傳感器輸入電信號的濾波、轉(zhuǎn)換、放大等工作。 為節(jié)約電能，生存室內(nèi)選用低功耗大屏幕的液晶屏， 用于顯示硐室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)、報警信息等。液晶屏選用成熟的液晶屏模塊，降低開發(fā)難度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。液晶屏的可視化效果好，能實現(xiàn)中文、數(shù)字、單位符號的同步顯示。 樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 27 執(zhí)行機構(gòu)用于執(zhí)行微控制器的命令信號，實現(xiàn)對氣體瓶、空氣幕等的控制，保證硐室內(nèi)舒適的生活條件。執(zhí)行機構(gòu)主要為電磁閥，通過控制電磁閥的動作實現(xiàn)氣瓶內(nèi)氣體的排放，從而達到室內(nèi)氣體濃度和氣壓的智能控制。 微控制器系統(tǒng)主要由時鐘電路、電源電路和微控制器等組成，用于對檢測系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)的控制?？刂破魇亲詣涌刂葡到y(tǒng)的核心，自動控制系統(tǒng)所有功能都由該模塊管理 完成。 信號調(diào)理電路 信號調(diào)理電路用于對傳感器輸出的信號進行調(diào)理，保證微控制器能夠準確接收到傳感器輸出的信號，信號調(diào)理電路結(jié)構(gòu)框圖如圖347 所示，各部分完成以下功能： a) 濾波整形：傳感器均為敏感器件，容易受到噪聲干擾，因此需對傳感器輸出的信號進行濾波整形處理； b) 線性處理：傳感器存在非線性問題，給傳感器的應用帶來不便。因此，對傳感器輸出的信號要進行線性化處理； c) 抑制溫漂：傳感器常存在零點和靈敏度溫漂，必須加以處理，使之不漂或者漂移很小，滿足檢測和控制的需要； d) A/D 轉(zhuǎn)換 ：將處理后的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。 傳感器輸出抑制溫漂線性處理濾波整形微控制器 A / D 轉(zhuǎn)換 圖 347 信號調(diào)離電路結(jié)構(gòu)框圖 執(zhí)行機構(gòu)設計方案 執(zhí)行機構(gòu)主要用于對氣瓶通斷的控制，本方案選用電磁閥。電磁閥的工作原理就是當線圈內(nèi)通電時電磁閥打開，氣體排進生存室或過樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 28 渡室內(nèi)；當電磁閥斷電時，電磁閥自動閉合，氣體被關斷；排進氣體量的多少通過電磁閥閉合的時間來確定的。 電磁閥工作電壓有 AC220V、 DC24V、 DC12V 三種，考慮到使用蓄電池供電，故電磁閥使用工作電壓為直流的，這樣在電源設計時不需考 慮選用帶逆變功能的電源管理系統(tǒng)，節(jié)約成本。以供氣管道的氣壓為選型依據(jù)，以低功耗為選型原則，執(zhí)行機構(gòu)擬采用功耗低的DC12V 電磁閥。 電磁閥驅(qū)動電路圖如圖 348 所示，當微控制器輸出一個高電平脈沖時，發(fā)光二極管發(fā)光，光耦內(nèi)光電二極管導通，直流電壓開始流向電磁閥內(nèi)線圈，電磁閥打開，氣體從氣瓶內(nèi)排出；當來自控制器的為低電平信號時，電磁閥閉合閥門，關斷氣瓶。 圖 348 電磁閥驅(qū)動電路 智能調(diào)節(jié)算法 自動控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的目標：生存室內(nèi)氧氣濃度維持在 %～23%之間，二氧化碳濃度≤ 1%， 一氧化碳小于 24ppm。要實現(xiàn)氣體濃度的精確控制，自動控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制原理，以生存室內(nèi)氣體濃度或溫度為控制對象，通過控制執(zhí)行機構(gòu)的動作來控制電氣設備動作，達到智能調(diào)節(jié)的目的。通過智能控制的方式實現(xiàn)避難硐室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠給避難人員創(chuàng)造良好的生存條件，且避免了避難人樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 29 員的頻繁操作。自動控制系統(tǒng)減少了避難硐室的人為干預，節(jié)約了大量培訓時間和培訓經(jīng)費。 本方案采用改進的 PID模糊控制算法，采用變時長的方式控制氣體排放總量或其他用電設備工作時間，達到提高控制精度和控制響應速度的目的，嚴格將環(huán)境參數(shù)控制在規(guī) 定范圍。 6 生活保障系統(tǒng) 生活保障系統(tǒng)為避難人員避難期間提供生活保障，并有一定的面對突發(fā)情況的能力。包括飲水、食物供應、自救器、衛(wèi)生保障、急救箱、維修用工具箱、滅火器等。 飲用水不少于 (人 .天 )， 80 人 4 天需要 480L 飲用水。按照設計要求，生存室內(nèi)部提供外部供水系統(tǒng)接口，預防緊急情況下外界可以向避難人員輸送水或營養(yǎng)液。食物供應不少于 5000KJ/(人 .天 )，總共需要 1600000KJ 熱量的食物，食物選用軍用壓縮食品，軍用壓縮食品有體積小、有效期長的優(yōu)點。自救器主要供人員逃生時使用，采用隔絕式氧 氣自救器，防護時間不低于 45min，配備數(shù)量不少于額定人數(shù)的 倍。衛(wèi)生保障依靠打包馬桶和防臭儲存箱進行保障，由于避難人數(shù)較多，因此設置兩個打包馬桶。急救箱用于對受傷人員進行應急處理，維修用工具箱當部分設備意外脫落或連接松動時供維修使用，滅火器應對意外火災的發(fā)生 第五 節(jié) 供配電系統(tǒng) 1 系統(tǒng)概述 要保證避難人員在避難硐室內(nèi)生存，需滿足生存和生活所必需的保障條件，而這些保障條件的提供都離不開用電設備，供配電系統(tǒng)就是用于為避難硐室內(nèi)所有用電設備提供正常工作所必需的電能。 2 設計要求 樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 30 供配電系統(tǒng)電能來源 共有三 條支路，第一 、第二 條輸入支路為礦井內(nèi) AC660V，分別接至井下中央變電所 Ｉ 、 II 段母線，第三 條輸入支路為硐室內(nèi)蓄電池供電。系統(tǒng)首選為礦井內(nèi)電源供電， 當上述供電出現(xiàn)異常的情況下，由供配電系統(tǒng)自身蓄電池供電。 避難硐室內(nèi)用電設備有電磁閥、防爆燈、電動機等，詳細的用電需求如表 351 所示。 表 351 避難硐室用電需求 序號 名稱 電壓 功率 數(shù)量 總功率 工作時間 1 電磁閥 DC12V 8W 8 64W 96h 2 過渡室照明燈 DC12V 1 5W 10h 3 生存室照明燈 DC12V 10 25W 96h 4 室外照明燈 DC12V 2 5W 1h 5 CO2 處理器 DC12V 30W 4 120W 96h 6 制冷機風機 DC24V 50W 1 50W 30h 7 自動控制系統(tǒng) DC18V 30W 1 30W 96h 8 交流照明 AC127V 12W 8 96W 96h 3 設計方案 避難硐室有工業(yè)用電時，硐室內(nèi)交流用電設備工作；當無工業(yè)用電時，蓄電池供應直流用電設備工作。 蓄電池的用電需求如表 352 所示： 表 352 蓄電池用電需求表 序 號 名稱 電壓 功率 數(shù)量 總功率 時長 類型 1 過渡室壓力電磁閥 DC12V 8W 1 8W 96h 本安 2 過渡室噴淋電磁閥 DC12V 8W 2 8W 96h 本安 3 生存室氧氣電磁閥 DC12V 8W 1 8W 96h 本安 4 生存室壓力電磁閥 DC12V 8W 1 8W 96h 本安 5 過渡室照明燈 DC12V 1 5W 10h 本安 6 生存室照明燈 DC12V 10 25W 96h 本安 7 室外照明燈 DC12V 2 5W 1h 本安 8 二氧化碳處理器 DC12V 30W 4 120W 96h 防爆 樂山沫鳳能源有限責任公司黃泥埂煤礦井下緊急避險系統(tǒng) 設計 方案 31 9 制冷機風機 DC24V 50W 1 50W 30h 防爆 10 自動控制系統(tǒng)