Project case

有毒有害气体分为可燃气体与有毒气体两大类。有毒气体又根据他们对人体不同的作用机理分为刺激性气体、窒息性气体和急性中毒的有机气体三大类。

窒息性气体包括一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等气体。这些化合物进入机体后导致的组织细胞缺氧各不相同。一氧化碳进入体内后主要与红细胞的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，以致使红细胞失去携氧能力，从而组织细胞得不到足够的氧气。硫化氢进入机体后的作用是多方面的。硫化氢与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合，抑制细胞呼吸酶的活性，导致组织细胞缺氧硫化氢可与谷胱甘肽的巯基结合，使谷胱甘肽失活，加重了组织细胞的缺氧另外，高浓度硫化氢通过对嗅神经、呼吸道黏膜神经及颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的强烈刺激，导致呼吸麻痹，甚至猝死。

二、 隧道中的有害气体

隧道中的常见有害气体表

序号有害气体名称 极限浓度

1瓦斯（CH4） 1％

2一氧化碳（CO） 0.0024％

3硫化氢(H2S) 0.00066％

三、 隧道有毒有害气体监控系统设计原则及依据

本方案组织专家在隧道进行了检测，钻孔探及现场观测表明：在隧道各个掌子面内岩石颜色逐渐变成深灰色，臭味加重，经检测该气体组成为硫化氢（H2S)、一氧化碳（CO)等有毒有害气体混合，为此我检测公司为该隧道设计本方案。在设计过程中始终遵循系统应具备高可靠性、先进性、实用性、可扩展性及开放性原则，以满足高产、高效的现代化矿井对监测、监控等管理信息有效获得的需要。

设计依据为

《煤矿安全规程》

《矿井通风安全监测装备使用管理规定》

《煤矿安全监控系统通用技术要求(AQ6201-2006)》

《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(AQ1029-2007)》

四 、如何选择有毒有害气体 监控监控设备

在我国，由于历史和认识上的原因，我们在选用各类监控设备 时存在的问题还比较多，具体有：

A）对可燃气体的监控重于对有毒气体的 监控 。

B）对可能引起急性中毒气体的 监控 重于对可能引起慢性中毒的气体的 监控 。

对于各类不同的生产场合和 监控 要求，选择合适的气体 监测监控设备 是每一个从事安全和生产工作的人员都必须十分注意的。

1、 确定所要 监控 气体种类和浓度范围

如果甲烷和其它毒性较小的烷烃类居多，选择 甲烷监控 仪无疑是最为合适的。这不仅是因为 甲烷监控 仪原理简单，应用较广，同时它还具有维修、校准方便的特点。如果存在一氧化碳、有毒气体，就要优先选择一个特定气体 监控 仪才能保证工作人员的安全。

如果气体种类覆盖了以上几类气体，选择一个复合 便携 式气体 监控 仪可能会达到事半功倍的效果。

2、固定式气体 监控系统

矿井监控系统具有鲜为人知的领先技术、简单新颖的系统结构、高可靠高标准的技术性能、广泛的兼容方法、丰富而适用的功能、充满创新意识的软件这 几 大主要特点。

① 鲜为人知的领先技术

各种传感器独创耐高浓冲击技术, 监控 元件在任何瓦斯浓度环境下不受损伤。矿井监控系统的诸多技术,突破了当今世界先进水平,特别在甲烷传感技术,多路复用技术等方面走到了世界前列。各种传感器独创的稳零技术,可使传感器零点与精度三个月以上不必调校,仪器在全量程下只有一个软件调零，由红外线遥控操作,使用之初一次调校,几乎终身不必再调试。目前国内的监控系统结构大都采用分站+电源箱+断电器+后备电池+传感器模式，系统设有沿袭这种机构，它将以上5部份设计成一体，每个采面只需一台监控仪即可实现全部参数的监控，可靠性好，易维护，安装使用方便。矿井监控系统的所有部件都采用防水，防振，防尘，防腐的高可靠设计和积木结构，各部件的组合与分解非常方便,如甲烷传感器，监控仪，遥控分路器，高压断电器等设备，控制逻辑全部集中在一块插板或模板上，机内无连线，维修更换简单，非专职维修人员也能应急修理。

②高可靠高标准的技术性能

监控系统许多技术指标超越了传统产品，典型参数如下：

宽适应范围输入电压： 660v/380v/127v/36v × ±25%(-25%)

高电压大电流断电等级： 1140v/30A

大容量后备电源：>6小时

超长的零点，精度调校周期：>100天

长寿命 监控 元件：>1.5年

宽量程连续 监控 范围：0.00-100%CH4

地面组网半径：50km

传感器接线距离：2km

井下传输距离：20km

多信号制式：标准FSK/高频调相/基带双流码

③广泛的兼容方式

矿井监控系统不受分站模式的束缚 ， 本系统监控仪的输入端口开关量与模拟量通用，并且可以兼容各种制式的频率量、不连续脉冲、串行码和本系统特有的二线制叠加码，系统自动识别无须定义，几乎可以配接国内外所有厂家的传感器。监控仪传感器电源各路独立，稳压18v,限流200-300mA(可调)，无论恒流型还是恒压型传感器都可以直接配接，无须更改电路。本系统的传感器兼有多种输出制式：如：各种标准的频率量5-15;0-300;0-5000;200-1000;200-400-960等，模拟量1-5mA；4-20A；还有ADJ-2和串行码方式。

④充满创新意识的软件

矿井监控系统软件与它的硬件风格一样充满创新意识，系统运行平台为windows，操作灵活简便。追求开放式软件设计理念。数据存储采用数据库模式，为用户的二次开发和组网奠定了良好的基础，各功能模块采用积木式结构，根据用户需要可以很方便的随意挂接扩展。系统设计有广播式远程终端，局域网终端和互联网超远程终端，用户可以很方便的自行扩展，可将终端延伸到地球上任一角落，为偏远矿区特别是离矿距离远而分散的用户提供了一种新颖快捷的组网方案，用户只需很小的投资即可迅速组网。本软件集各类监控系统的优点于一身，功能齐全，可靠实用，符合行业规范要求。

五、系统特点及功能

1) 整个综合控制网采用工业级的设备，实现井下高温、高湿等恶劣环境的稳定运行；

2) 系统采用485传输工作模式，接节故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短（300ms），通信更加可靠；

3) 矿井工业网传输平台运行稳定、可靠性好、线路机械强度高的矿井485传输协议；

4) 平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力加强。为整个网管系统可对所有的网络设备进行实时监控，出现故障实时报警。

5) 采用先进的多主并发通讯模式，系统监控速度快，实时性强。

6) 整个宽带传输网彻底突破了低速总线下的技术瓶颈，系统节点容量大大增加，稳定性提高；

7) 监控系统增加UPS电源保护，在市电停电后，可运行两个小时以上。

六、隧道有毒有害气体监控系统设计及传感器布置

1 地面设备

监控机房：监控主机1台、矿用数据接口1台、激光打印机1台、监控软件1套、UPS电源1台、声光报警器1套。

2 洞内分站及传感器

洞内巷道中部（二衬）：

设备布置：八模分站1台、瓦斯传感器1台（顶部）、瓦斯传感器2台（左右侧距各一个）、硫化氢传感器1台（左或右侧一个）、风速传感器1台（顶部）、一氧化碳传感器1台（顶部）。

监测内容：连续监测各个隧道掌子面回风的瓦斯、硫化氢和一氧化碳的浓度、风速参数，当超限时实现自动声光报警。

隧道掘进工作面：

设备布置：八模分站1台、瓦斯传感器1台（顶部）、瓦斯传感器1台（风筒末端对侧）、硫化氢传感器1台（风筒末端对侧）。

监测内容：连续监测掌子面的瓦斯、硫化氢的浓度，当超限时实现自动声光报警。

隧道洞口： （总回风）

设备布置：八模分站1台，瓦斯传感器1台（距洞口15米处顶部）、风速传感器1台（距洞口15米顶部）。

监测内容：连续监测掌子面的瓦斯浓度、风速参数，当超限时实现自动声光报警。

七、主要传感器布置原则;

隧道瓦斯监测布置示意图：

8、隧道中的有害气体仪器的主要参数

我国煤矿的有害气体监控技术发展较快，目前部分煤矿已采用全自动电脑监控。隧道中有害气体监控仪器参照选用表如下：

功能特征

防爆认证，Exd IIC T6 Gb（可燃气体） Ex d ib IIC T6 Gb（有毒气体）；

四位高亮数码管LED显示；

智能传感器，模块化设计，方便维护；

多点校准+温度补偿，数据更准确；

一键恢复出厂设置，防止误操作；

三重防水设计；

4～20mA、RS485输出信号可选；

一组无源继电器输出；

电源、故障、报警三种指示灯；

红外遥控器操作，危险场合避免开盖操作；

电气特征

供电电源：24VDC（正常工作电压范围：10～30VDC）

功 耗：＜1.5W(有毒气体)

＜2.5W(可燃气体)

输出信号： 三线制:4～20mA或四线制RS485（二选一）

一组无源继电器（24VDC 2A）

结构特征

主体材质：铝合金

重 量：约1.6kg

尺 寸：185*137.2*90.7mm（L*W*H）

安装方式：壁挂式、横管、竖管

电气使用环境

防护等级：IP66

温度范围：-20℃～50℃(有毒气体)

-40℃～70℃(可燃气体)

湿度范围：10～95%RH（无凝露）

压力范围：86～106Kpa

认证

防爆认证：Exd IIC T6 Gb（可燃气体），Ex d ib IIC T6 Gb（有毒气体）

计量认证：CPA

消防认证：CCCF

执行标准：GB15322.1-2003，GB3836.1-2010，GB3836.2-2010，GB3836.4-2010，GB12358-2006

九、有害气体监控管理

1、人员配置

应成立专业监控组，所有监控人员经专业技术培训， 24 h 值班,做到分工明确，责任明确，保证仪器精确度，一切情况直接向指挥或管理系统人员汇报。

所有管理人员进洞检查要携带便携式监控仪器。所有施工人员应经常注意洞内固定监控仪器位置、气体浓度情况等，以此形成所有洞内施工人员全员监控有害气体。

2、培训

专职监控员进行专业技术培训，取得资格证后方可上岗，所有进洞施工人员要经过有关知识培训，合格后方可进洞施工。

3 、监控

按有关规定对有害气体进行监控，并对煤系地层和高含气段地层，实行重点监控，增加监控断面的密度。

4 、监控数据整理分析

在洞内监控的同时，做好各种有害气体浓度变化的记录，并及时汇总到组织指挥系统。

对有害气体监控数据的整理分析，是指导隧道施工、协调各工序间关系，确保施工生产在安全的前提下，能有序地进行。

5 、管理措施

①、监控仪器专人保管、充电。应随时保证测试的准确性，按各种仪器说明书要求，定期送地区级以上检查站鉴定，日常每10天校正一次，对仪器大修送国家认定机构进行修复。

②、每个监控点应设置明显的记录牌，每次监控应及时填写在瓦斯记录本上，并定期逐级上报。

十、针对瓦斯气体涌出特点制定以下防治措施：

1、加强通风，保证风量满足，用通风稀释的方法将瓦斯气体浓度冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全标准以下。

2、加强对有害气体的检查。通防部、安质部、防突队管理人员应经常观测气体变化情况，对出现的情况进行分析、预测预报，及时采取有效措施进行处理。瓦检员应每隔两小时检测一次并汇报调度室，瓦检员或其它测定人员应站在上风侧、头部不应低于巷道底板500mm以下的地方测定，以防测定人员中毒。测定结果同时告知现场工作人员和带班工长，当整个巷道回风流中瓦斯浓度达到1%时，应立即撤离现场至进风巷。每班由带班工长或安监员携带一台便携式多参数检测仪进行测定，仪器吊挂在瓦斯积存区距巷道底板400mm处，采取防水措施防止仪器进水。

3、巷道要保持经常性的排水，不应长期积水，及时把巷道积水排干，以防气体溶于水而产生隐患。

4、加强日常通风管理工作。生产工作人员、安全管理人员要加强局部通风的管理，迎头停风后，掌子面施工人员要及时撤出，在掌子面送风10min后，经监测硫化氢及其它有毒有害气体不超标的情况下，方可进入。在未送风前严禁所有人员进入迎头，严格执行风电、瓦斯电闭锁，同时风筒口距迎头硫化氢异常区不得超过5m。对临时停风的巷道恢复通风前，必须先检查硫化氢。

5、对瓦斯应进行定期检测、动态监控管理，并严格执行瓦斯检查制度。

7、瓦斯浓度超限时（达到0.1%及以上）严禁作业，撤出人员，加强通风，待瓦斯浓度降到安全浓度以下时方可恢复生产。

8、瓦斯检测仪宜采用便携式检测仪，必须悬挂在人员工作地点5米范围内，悬挂高度1.5m左右；使用机械的作业地点在司机处固定一台便携式瓦斯检测仪。

9、保证职工的健康。工作人员应注意不要长时间停留在瓦斯积存范围内进行作业。

10、当整个巷道回风流中瓦斯浓度达到1%时，应立即撤人。

11、在瓦斯积存区域设置警示牌。

12、对地质资料提供有水或断层、裂隙多预计有瓦斯气体积聚的地段，打超前钻孔，提前释放、抽放或封堵瓦斯气体。矿井出水都会伴随大量瓦斯气体溢出，因此对有出水可能的地段进行超前钻探，避免瓦斯突然溢出。

13井上下应配备必要的氧气呼吸器和自救器，防止瓦斯中毒救援过程中事故范围扩大。

十一、矿井硫化氢（H2S）的预防治理