新匍京集团-最全网站手机版app官方下载 企业概况 应用该装置可以进一步提高中小煤矿井下运输机械化的安全程度,矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统

应用该装置可以进一步提高中小煤矿井下运输机械化的安全程度,矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统



摘要:电话自动监控瓦斯氧气报警器具有检测瓦斯、氧气浓度功能,在瓦斯浓度超限或缺氧超限时能进行声光报警。并且自动拨通煤矿安全局主要负责人电话,使其对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管,减少或杜绝人为因素造成瓦斯爆炸事故再度发生。为煤矿安全生产和矿工生命安全提供了更加有利的保障。文章介绍了电话自动监控瓦斯和氧气报警器组成结构和工作原理,并对其电路进行了分析。
关键词:电话监控器;报警器;定时电路;电压比较器
目前,在利益的驱使下,某些矿主或是领导利欲熏心,不顾矿工生命安全,在瓦斯严重超限和氧气缺乏时仍让职工生产;还有某些安检员责任心不强,擅自脱离岗位,瓦斯超限和氧气缺乏时不报告,这些都成为当前瓦斯发生爆炸和影响矿工安全的最主要的人为因素。为避免人为因素造成爆炸事故的发生,开发研制出电话自动监控瓦斯和氧气报警器。它能在瓦斯超限时或在矿井中缺少氧气并低于报警限时进行声光报警,并且自动拨通煤矿安全局主要负责人电话,告知井下瓦斯和氧气超限的实际情况,使安全局主要负责人对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管,督促他们认真贯彻煤矿安全规程,实现电话自动监管功能。该设备还具有强迫显示报警参数和动态显示节能功能,并能方便地观测瓦斯和氧气的含量。它是一种新型的煤矿安全监控设备。以下对它的组成结构和工作原理进行介绍、并对其电路进行分析。
1 系统组成
图1为该报警仪的组成框图:它由直流稳压电源、瓦斯传感器、氧气传感器、信号放大器、电压比较器、控制门电路、声光报警电路、显示选择电路、数字显示系统、电话自动监控电路组成。
图1
电话自动监控瓦斯氧气报警器组成框图图片 1
2 电路原理分析
图2为直流稳压电源电路。直流电源由变压器、整流滤渡、稳压电路和负电源变换电路组成。其工作原理是:变压器把220V的交流电压变为9V的交流电压,经桥式整流、电容滤波、L7805集成稳压器输出5V的直流电压。为其它各部分电路提供+5V直流电源。另经稳压管DW2稳压电路输出2.8V电压为传感器提供电源,还有一路稳压DW1管输出2.5V电压为电压比较器提供参考电压。+5V直流电源经负电源变换电路7660直接输出-5V电压,为数字显示系统提供-5V电源。
图2
直流稳压电源电路原理图图片 2
如图3所示。传感器、信号放大器、电压比较器、声光报警电路工作原理:瓦斯传感器的作用是把瓦斯浓度的变化变为电信号的变化。该瓦斯传感器具有很高的灵敏度和测量范围,测量误差小。集成运算Al、A2和有关电阻组成两级反相比例放大器作为瓦斯信号的放大器,放大倍数达千倍以上,A2的输出加到电压比较器A3的同相输人端;RW1、R8组成分压器,为电压比较器提供参考电压。参考电压加在A3的反相输入端,发光二极管D1、D2和R10、R11组成瓦斯灯光报警指示电路,当瓦斯浓度未超过报警限时,电压比较器A3输出的低电平,使发光二极管D2亮,表示瓦斯浓度未超限。当采矿区瓦斯浓度超限时,电压比较器A3输出高电平,使红灯亮,表示瓦斯浓度超过报警限。同理氧气浓度的超限报警电路与瓦斯支路相同。
图3
瓦斯传感器、信号放大器、数字显示系统、电压比较器、声光报警电路原理图图片 1
二极管D5、D6组成控制门电路,电压比较器A3和电压比较器9 7 3 123 4 8 :
来源:湖北安全生产信息网A6只要有一个输出高电平,二极管D5、D6组成的或门就输出高电平,驱动V1三极管导通,使蜂鸣器发声进行声报警。而且或门输出的高电平经反相器到达电话控制电路的F接线端,启动电话控制电路。从A2放大器输出的瓦斯电信号和A5放大器输出的氧气电信号除进入电压比较器外,还有一路信号进入信号选择电路。再进入数字显示系统。为使报警仪显示清晰的数字而采用数码管显示,我们使用了集A/D转换、计数、译码驱动于一身的大规模集成电路CC7107直接驱动数码管。2.5V电源电压经R28和R29分压,为CC7107内部电路提供基准电压。
电容C2、C3和电阻R25为CC7107时钟的定时元件。
信号显示选择电路:该监测报警仪能监测甲烷和氧气两个参数,并能方便地观察甲烷、氧气含量的功能,而且具备强迫选择显示突然超过报警限参数的功能。该电路主要由图3中的电子开关CD4053、包含二D触发器的CC4013、四二输入与非门CC4011和按钮AN、C1、R24、等组成的信号选择电路工作原理分为两部分。①手动信号选择电路工作原理:通过按按扭AN可以非常方便地选择甲烷、氧气含量。由图3得知,CC4013中的触发器构成了一个二进制计数器。没按信号选择按扭AN之前,CC4013脚输出低电压,经CC4011内的一个与非门反相后输出高电平,此高电平加到CD4053,使CD4053的一脚输出端选择甲烷信号进入CC7107数显电路进行显示,而且CD4053的一脚输出低电平控制数码管的甲烷的小数点显示,使氧气的小数点不显示;如需要进行氧气含量显示,按一下显示选择按扭AN,给双CC4013的触发器一个脉冲时钟信号,使CC4013的一脚翻转输出高电平,经CC4011的与非门反相输出低电平,此低电平加到CD4053,这时CD4053的另一脚控制氧气信号输入到CC7107的信号的输入端,进行A/D转换,数码显示。②自动强迫显示报警参数功能;该报警仪若正在显示氧气含量时,甲烷含量浓度突然超过报警限,监测报警仪会由显示氧气含量转换为显示甲烷含量;反之,正在显示甲烷含量,氧气浓度突然低于报警限,报警仪转换为显示氧气含量,这种功能是利用甲烷比较器输出信号加到CC4013触发器的异步复位输入端,氧气电压比较器输出的信号加到触发器异步置位端实现的。当氧气浓度低于报警限时,氧气电压比较器输出的高电平信号加到触发置位端,此高电平强制显示氧气;同样若正在显示氧气信号时,甲烷含量浓度突然超过报警限,甲烷比较器输出高电平信号使触发器复位,输出低电平,强迫转换为显示甲烷含量。③节能显示技术:该报警器采用动态显示代替静态显示,动态显示电路是由CC4011内的两个与非门和电阻R31、电容C6共同组成RC多谐振荡器,其输出的方波经R30和三极管T驱动数码管进行动态显示,由驱动管T、数码管等元件组成的显示电路减少近一半的电能损耗。
电话监控原理图:它包括输入控制电路、自动拨号电路、音频译码、忙音及振铃回音识别电路、告急信号产生电路、铃流接收及译码定时电路、控制电路组成,如图4所示。
图4
电话监控自动报警器电路图图片 4
3 整机工作过程
瓦斯传感器和氧气传感器分别把瓦斯浓度的变化及氧气浓度的变化变为电信号,经各自放大器放大,两放大器输出的电信号一路进入信号选择电路和数字显示系统,显示瓦斯或氧气的含量。另一路信号分别进入各自的电压比较器,与参考电压进行比较,当瓦斯浓度低于报警限或氧气浓度高于报警限时,两电压比较器输出低电平,使未超限发光二极管D2、D4亮,蜂鸣器不响,电话自动监控电路不动作;采矿区当瓦斯浓度超过报警限或氧气浓度低于报警限时,电压比较器输出高电平,二9
7 3 123 4 8 :
来源:湖北安全生产信息网极管D1、D3亮,并驱动V1三极管导通,使蜂呜器发声进行声报警;而且电压比较器输出的高电平由F接线端到达电话控制电路,启动电话监控电路工作,自动拨打煤矿安全局长电话号码。若煤矿安全局长电话忙,则忙音识别及电路定
时器l动作,电话控制电路会每3min重拨1次,直至接通为止,若煤矿安全局长电话已接通,则振铃回音识别电路和定时器2动作,电话控制电路会每6min重拨1次,并发出30s的告急信号。若煤矿安全局长已经接听告急电话,则铃流接收及音频译码器2和定时器3动作,呼叫频次改为1h呼叫1次,进一步保证呼叫局长的可靠性。9
7 3 1234 8 : 来源:湖北安全生产信息网$False$$False$

山西卓里集团有限公司最近新研制成功KCZB-46/24型防爆柴油机自动保护装置,为中小煤矿井下运输安全再添保护层。一位使用了该装置的矿车司机高兴地说:“这个装置是我们生产和生命安全的又一保护神!”


要:矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统,其可靠性高低对矿井生产和安全管理有着直接的影响。将人机工程学用于矿井通风系统的可靠性的研究,就是用人机系统的观点来研究矿井通风中人、机、环境3个子系统各自的特点及相关性,并给出了矿井通风“人—机—环境”系统可靠性的定义和数学模型。

该装置把原来带有不确定性的人工操作控制,变为自动报警延时停机控制。应用该装置可以进一步提高中小煤矿井下运输机械化的安全程度,保护煤矿的财产和矿工的生命安全。该装置具有结构简单、实用、报警停机准确等特点。与其他保护装置的不同之处,主要是该装置具有排气温度达到70℃或柴油机冷却水箱达最低水位时,会首先发出声光报警,延时1分钟后强行自动停机,从而达到保护机车和矿井的安全。

关键词:人机工程学;通风系统;可靠性

日前,这种自动保护装置与卓里集团原有产品S1110FB防爆柴油机以及WyC-11/50煤矿用防爆三轮运输车同时获得了国家煤炭安全标志办公室颁发的“安全标志准用证”。

矿井通风系统由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流检测、控制系统组成。在生产时期其任务是利用各种动力,以最经济的方式,向井下各用风地点提供足够的新鲜空气,保证工作人员的呼吸,稀释并排除瓦斯等各种有害物质,降低热害,给井下工人创造良好的工作环境;发生事故时,有效地控制风流方向和大小,与其他措施相结合,防止灾害的扩大,进而达到消灭事故的目的。人们将其实现上述任务的能力程度称为矿井通风的可靠性。

身处煤海之乡的山西卓里集团,是以卓里机械厂为核心组建的机制灵活的民营企业,被国家农业部评定为“全国大型二档乡镇企业”,获国家质量体系认证中心颁发的ISO9001-94版换2000版证书。集团总资产11976万元,注册资金5180万元,占地面积13万平方米,下设10个分公司,员工800余人。拥有较强的研究和制造能力。

以前的研究为了简化工程求解的难度,系统的可靠性研究只考虑硬件部分的可靠性,而人和环境被认为完全可靠,即可靠度为1。对“人—机—环境”系统可靠性研究,可以弥补在工程领域可靠性研究只分析硬件可靠性而设定人员为完全可靠的不足,使可靠性的研究更加完善。事实上,系统的故障既可能是由硬件引起的,也可能是由操作人员的操作失误或者是由于环境条件所引起。因此,在分析系统的可靠性时,应该对人—机—环境三要素进行综合考虑。

近年来,该集团一直致力于煤矿井下运输安全设备的研制。早在1998年该集团就首家为中小煤矿井下运输自行开发研制出了单缸防爆柴油机和防爆三轮车,并获国家专利。这些产品投放市场后深受用户欢迎,大大减轻了矿工的劳动强度,净化了矿井环境,提高了安全保证程度,增加了煤矿效益。目前,该集团正在进一步对其产品进行改进,以拓宽市场,满足广大煤矿用户的更高要求,提高煤矿井下作业的安全系数。

可靠性工程是从20世纪40年代开始迅速发展起来的一门新兴综合

来源:湖北安全生产信息网

学科,涉及数学、物理、化学、电子、机械、经济管理以及人机工程等各个领域,致力于研究提高各种产品的可靠性、维修性和安全性,是一个十分复杂的系统工程。煤矿安全事故占我国安全事故的比重很大,可靠性是衡量矿井通风系统优劣的重要指标,研究矿井通风系统的可靠性成为现实的需要。可靠性的高低直接关系到矿井能否安全生产及防止事故的发生。

人机工程学是以人的生理、心理特征为依据,运用系统工程的观点,分析研究人与机械、人与环境及机械与环境之间相互作用,为设计操作简便省力、安全舒适、人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的学科。

1 系统组成的相互关系

根据“人—机—环境”系统工程理论,任何一个有人参与的工作系统,都称为人—机—环境系统。在矿井通风系统中,“人”是指参与矿井通风系统的管理者、决策者和维护矿井通风系统正常运转的人员,以及由他们所引起的行为结果,如组织

管理和各种规章制度等;“机”为矿井通风系统的各种硬件设施,包括矿井通风动力、矿井通风网络、矿井通风设施、局部通风系统、矿井通风监测系统等;“环境”是指矿井通风系统存在于矿井生产系统这个大环境中,是矿井生产这个大系统中的子系统。

矿井通风系统与其他子系统共同孕育发展,也是“人—机—环境”系统相互作用而构造的整体结果。矿井生产可能引起如下“环境”变化:采动影响导致顶板塌落,通风巷道变化;瓦斯气体涌入工作空间;粉尘浓度加大;地热、机电设备与地下水等热源和湿源增加了井下空气的温度与湿度。这就是矿井生产作用于环境,导致环境的变化过程。工作环境随着开采过程的动态变化,人机系统的环境不断变化,这种变化的环境又反作用于人与机,引起人—机—环境之间的信息传递不可靠,需要及时的调整以适应环境变化。有时会引起人—机—环境之间的联系中断,造成事故的发生。

矿井通风系统是以人、机与环境组成的有机系统,而人是这个系统的核心,因为人是机的控制者,同时人又是机的不安全条件和其自身不安全行为导致的事故受害者;由于人、机与环境的缺陷,而造成的事故切断系统实现

功能目标的途径,反过来又会对系统造成破9 7 3 123 4 8 :
来源:湖北安全生产信息网坏或者是对设备、人、环境条件的破坏。

2 系统可靠性的分析方法

人是安全系统中的一个子系统,要研究人的因素,就必然涉及所操作的机及其所处的环境,应对由人、机与环境构成的系统进行分析。在这个系统中,人是核心,人、机与环境各子系统并重。“人—机—环境”系统的分析方法的可以用图2表示。图2中大圆表示安全管理,3个相交叉的小圆分别表示人、物、环境,即构成事故的三要素。当三要素相矛盾,即重叠阴影部分为事故必然发生区域。一般先由物、环境的缺陷形成隐患,人的不安全行为触及后即发生事故。图2还表明以下3点:第一,管理可以改善人、物、环境条件和状态;第二,事故对生产任务起否决作用;第三,安全管理重点是三角形ABC危险E域。这种分析方法全面反映了系统可靠性的现象和本质。

以人为本的矿井通风系统的可靠性分析就是建立在该模型的基础上,分析引发矿井

事故的各因素及其相互关系,从而定义矿井通风“人—机—环境”系统的可靠性,为矿井可靠性评价奠定基础。

3 系统可靠性的定义

按照“人—机—环境”系统工程理论,可以将矿井通风“人—机—环境”系统可靠性定义为:由人、机、环境组成的工作系统,在规定的时间内,在规定的条件下,无差错地完成规定任务的能力。而可靠性的一个重要的定量指标为可靠度。因此,“人—机—环境”系统的可靠度可定义为:由人、机、环境组成的工作系统,在规定的时间内,在规定的条件下,无差错地完成规定任务的概率。

上述定义表述为数学公式为:

Rs=N/N0×100%

式中,Rs为系统的可靠度;N0为系统执行任务的总次数;N为系统无差错完成任务的次数。

“人—机—环境”系统可靠性的研究任务,就是试图利用理论计算或实验测试的方式,确定包含有人在内的矿井通风整个系统的可靠度。矿井通风“人—机—环境”系统的可靠度是受人、机、环境三个因素的影响,也即系统的可靠度是人、机、环境三大因素的函数,其通用表达式为:

Rs=F(Rh,Rm,Re)

式中,Rs为通风系统的可靠度;Rh为人的可靠度;Rm为机的可靠度;Re为环境的可靠度。

由于人的可靠度和机的可靠度都直接受到环境因素的影响,为了便于对系统进行定量评价,这里假定人的可靠度和机的可靠度都是环境的隐函数。这时矿井系统的可靠度可以简化为:

Rs=F(Rh,Rm

式中,Rs
为系统的可靠度;Rh为受环境因素影响的人的可靠度;Rm为受环境因素影响的机的可靠度。

由上式可以看出,矿井通风“人—机—环境”系统的可靠度可以简化成由人的可靠度和机的可靠度两部分组成。

假定某矿井通风系统,根据实测和统计分析其人的可靠度为Rh=0.78,机的可靠度Rm=0.85,则有:Rs=Rh×Rm=0.78×0.85=0.663。

为了提高系统的可靠度,若单纯只对机器进行改进,并将其可靠度提高到Rm=0.999,则系统的可靠度为0.779。由此可见,即使花费很大的投资来单纯提高机器的可靠度,而不去提高人的可靠度,那么系统的总体可靠性仍然得不到明显改善。

对由人、机与环境组成的通风系统可靠性,除了研究机的可靠性之外,还应该对人和环境的可靠性进行全面而深入的研究。只有这样,才能对系统的可靠性获得全面的了解,并运用电子技术、专家系统等方法来全面提高矿井通风系统的可靠性。

参考文献[1]
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陈9 7 3 123 4 8 : 来源:湖北安全生产信息网

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谢庆森,王秉权.安全人机工程[M].天津:天津大学出版社,1999.9 7
3 1234 8 : 来源:湖北安全生产信息网$False$$False$

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