《矿山安全检测监测技术》课程总复习Word格式.docx
《《矿山安全检测监测技术》课程总复习Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《矿山安全检测监测技术》课程总复习Word格式.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
我国的安全科学最早是从劳动保护工作中发展起来的。
长期以来，在人们的观念中，安全是一种常识，既没有科学的认识，也没有学科的地位。
我国煤矿安全科技还没有形成能够很好指导安全生产工作的理论体系，对安全生产的自然科学和社会科学属性及其规律、方法等的研究严重不足。
因此，安全理论的发展应该放到“科技兴安”的战略地位。
3危险源辨识、风险分析和风险评估整体技术落后
我国对高危行业的特种设备和一些涉及生命安全的危险装置受先天制造质量和后天维护技术水平等因素制约，存在诸多缺陷，但由于受到综合国力的制约，不可能像发达国家那样进行定期报废和更新，又由于缺乏适合于我国国情的检验检测、安全评估、寿命预测和基础数据库，造成各类潜在危险的大量存在，缺乏有效的预控手段。
4安全检测、危险源监测和灾害事故预警技术滞后和使用受限
危害检测和危险监控是事故预防的基本技术手段，现代化生产迫切需要发展在线、智能化、信息化检测监测技术和手段我国在关键装备、大型承压设备和危险装置进行在线检测，对埋地燃气管道腐蚀与泄漏实施不开挖在线检测监测方面还刚刚起步。
我国大多数企业在机械完好性保证制度，以预防性检修等方面，仍采用坏了才修的原则，现场跑冒滴漏严重，既造成环境污染，又潜存事故隐患。
对矿山等的自然灾害预测、预警和监测技术，我国普遍存在着技术相对落后、使用面不宽、传感器种类少、稳定性差、使用寿命短等问题，与发达国家存在相当大的差距。
5风险控制和灾害事故防治技术落后
在针对危害识别和风险评价提出的危险、事故隐患，采用先进的防治技术进行有效的风险控制方面和研究重大突变事故的预防措施方面的研究远远不够，要形成体系还需要相当长的时间。
目前，我国煤矿安全生产科技整体水平还不是很高，安全科技成果的数量、质量、转化率和科技工作的贡献率还不能满足煤矿安全生产事业发展的需要，长期制约煤矿安全生产的一些共性、关键性问题尚未攻克，安全生产的科研储备和预研匮乏。
如煤与瓦斯突出、冲击地压、地热等自然灾害的治理缺乏有效的技术和必要的理论支撑，煤层瓦斯抽放还缺乏有效的手段，矿井通风的可靠性也缺乏有效的保证。
6应急救援技术能力和水平低
科学的事故防范体系不仅要有预防的措施，还需要有应急的对策。
在我国矿山安全事故救援中，普遍存在着对重大突发性灾害应急预案缺乏深入的研究，很难有效实施；
全国各级各类应急救援力量缺乏有效整合，尚未建立协同作战机制。
而发达国家目前已有完整的体系。
7安全监管监察缺乏技术支撑
安全生产监管监察工作具有很强的政策性和技术性，但目前我国的安全监管监察还缺乏强有力的科技支撑，主要表现在手段落后和技术含量低，不能很好满足社会主义市场经济体制下安全生产事业发展的需要。
8事故调查分析处理及体系拯待完善
事前预防、事中应急、事后补救是安全保障的基本方法体系。
发生事故后的科学调查处理是事后补救的基础。
我国在事故调查分析的组织、目的、程序以及相关的技术手段等方面与发达国家差距很大。
重大事故发生后往往只重视责任原因，而忽视本质和预防原因的调查。
9安全技术标准体系不完善，技术水平有待提高
安全技术标准是发挥安全科技功能的支持条件。
目前安全技术标准体系、计量体系和安全生产法律法规体系的研究还需要加强，安全技术标准缺口较大、技术水平有待提高。
已有标准的科技含量低，大多缺少详细的安全技术设计要求,与发达国家的差距很大，要与国际安全技术标准接轨还有大量工作要做。
10安全信息管理技术拯待加强和提高
安全信息是科学决策和管理的基础。
要利用先进管理理论和现代信息技术，通过互联网连接各种静态、动态安全信息，资源共享，实现国家安全生产的动态监管，提高时效性、准确性。
11安全生产科技力量趋于分靛，科技工作缺乏整体性
安全生产科技工作的定位、内容、重点领域和方向等等方面部没有统一和权威的定论；
各专业领域之间缺乏必要的信息沟通和协调机制，未能充分利用国外和相关领域的最新科技成果来推动安全科技的发展；
安全生产中介服务机构尚未发挥应有的作用。
12安全生产科技投入严重不足
安全科技的投入水平既是国家经济实力的体现，同时也是社会管理者意识的表现。
安全生产科技工作作为以社会公益性为主导的事业，我国的投入水平与发达国家相比存在巨大差距，需要建立多元化的安全科学投入机制。
三、我国煤矿安全监测监控存在的问题
1通信协议不规范
由于现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，所以，很难找到两个相互兼容的系统。
目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步补套和扩充系统功能的制约因素，主要是用户在装备了某厂家的系统后，在众多型号、价格不同、功能各具特色的监控系统的软件、硬件（如分站）的补套以及服务等方面，就别无选择地依赖于这个厂家。
有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不废弃原有系统而另选择其他的系统。
因此，通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、系统补套受制于人和不能随意进行软硬件升级改造。
2井下信息传输设备物理接口协议不规范
井下信息传输设备物理接口协议不规范也是制约用户进一步补套和扩充系统功能的关键因素。
如KJF2000和KJ4/KJ2000系统，尽管两种系统均采用FSK技术，以及信息传输波特率均为1200bps或2400bps，但其传输信息的调制频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这两种系统的分站不能兼容。
3传感器等质量不过关
与监测监控系统配接的甲烷传感器已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。
据统计，国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，然而，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。
主要问题是：
（1）抗高浓冲击性能差。
在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活。
反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降，抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差的主要原因。
（2）对过分追求低功耗的元件，在矿井高湿度环境条件下,CH4在元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元件表面，降低元件使用寿命。
（3）抗中毒性能差；
（4）载体催化元件制作工艺水低，元件一致性差。
4现场管理和维护水平有待于加强
尽管国家和各省、地、市煤炭管理部门强制性要求各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统，并加大了对矿井安全生产的管理力度，但一些地方国有煤矿，特别是乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。
5市场秩序亟待规范
大大小小的系统生产厂家的不断出现，无疑存在着市场竞争条件下初级阶段的恶性竞争，其结果是不仅损坏了厂家的利益，而且由于导致生产企业的系统研发后劲不足、技术支持能力降低，最终将影响产品用户的正常使用。
此外，由于煤矿监测监控系统涉及计算机的软硬件技术和网络化管理技术、系统传输设备的软硬件技术、各种传感器技术、系统的完善和升级改造技术、技术支持和服务能力等综合性技术。
因此，在选择某种系统时必须特别强调厂家的企业规模、研发能力、系统的技术水平和技术支持能力等。
四、我国煤矿安全监测监控发展趋势
（1）系统不仅能实现监测监控，而且在软件技术上应研究开发能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家决策方案。
同时系统应用软件应向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数据。
（2）针对通信协议不规范和传输设备物理层协议不规范尽，应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径或制定相应的专业技术标准，这对促进矿井监控技术发展和系统的推广应用均具有十分重要的意义;
（3）研制高可靠性瓦斯传感器；
（4）矿井瓦斯爆炸多半是由电气火灾引起的，因此应研制智能化的高压开关柜、高压真空馈电开关、低压真空馈电开关等，依此向系统提供多参数的信息，如电流、电压、单相/三相漏电电流、开关运行状态、开关机械/电气闭锁状态等；
（5）制定科学、合理的政策法规，研究提高煤矿安全管理水平的管理技术，使我国的煤矿安全生产管理从以人治为主，发展到以法治理。
第二章安全检测的目的和内容
一、安全检测的目的
（1）能及时、正确地对设备的运行参数和运行状况做出全面检测，预防和消除事故隐患。
（2）对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的安全性、可靠性和有效性，以期把运行设备发生事故的概率降低到最低水平，将事故造成的损失减低到最低程度。
（3）通过对运行设备进行检测、隐患分析和性能评估等，为设备的结构修改、设计优化和安全运行提供数据和信息。
二、安全检测的意义
煤矿井下生产工艺流程复杂，作业环境条件特殊；
机器设备的数量、品种繁多，各生产环节需要相互衔接和紧密配合。
这些客观实际因素，使井下发生灾变事故的机率一直高于其它行业，事故发生的随机性也很强。
据统计20XX年全国工矿商贸企业共发生安全事故12826起，死亡15396人，煤矿企业发生3341起，死亡5986人，分别占26.05%和38.88%。
为确保矿井安全生产，必须全面、系统地掌握作业环境和机器设备的工作状况，以实现有效控制。
因此，矿井安全生产必须首先作好测试与监控工作。
三、安全检测方法
安全检测方法依检测项目不同而异，种类繁多。
根据检测的原理机制不同，大致可分为化学检测和物理检测两大类。
1化学检测
利用检测对象的化学性质指标，通过一定的仪器与方法，对检测对象进行定性或定量分析的一种检测方法。
它主要用于有毒有害物质的检测，如有毒有害气体、水质和各种固体、液体毒物的测定。
2物理检测
利用检测对象的物理量（热、声、光、磁、力等）进行分析，如噪声、电磁波、放射性、压力、水质物理参数（水温、浊度、电导率等）等的测定均属物理方法。
四、煤矿安全监测监控的任务
1提供信息
它为各级生产指挥和业务部门提供安全状况和工作状况动态信息，以便指挥生产。
2探测和预报灾害事故
通过被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供重要技术数据，以便提前采取防范措施。
3防治灾害事故的发生
通过对测试参数适时有效控制，及时实现自动报警、断电和闭锁，以防治事故的发生或扩大。
4设施的自动调控
通过对生产工艺活动的动态监测分析，实现各种设施的自动调控，如：
通风网络系统调控、运输系统调控等。
5为救灾提供决策信息
在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材提供决策信息。
五、安全检测及监测监控技术的发展趋势
1综合发展趋势
从安全科学的整体观点出发，现代生产工艺的过程控制和安全监控功能应融为一体，综合成一个包括过程控制、安全状态信息监测、实时仿真、应急控制、自诊断以及专家决策等各项功能在内的综合系统。
这种系统既能够对生产工艺进行比较理想的控制，从而使企业受益，又能够出现异常情况时及时给出预警信息，紧急情况下恰到好处地自动采取措施，把安全技术措施渗透到生产工艺中去，避免事故的发生或将事故危害和损失降到最低程度。
2网络化、信息化发展趋势
监控技术的发展主要表现在：
①监控网络集成化。
它是将被监控对象按功能划分为若干系统，每个系统由相应的监控系统实行监控，所有监控系统都与中心控制计算机连接，形成监控网络，从而实现对生产系统实行全方位的安全监控（或监视）。
②预测型监控。
这种监控即控制计算机根据检测结果按照一定的预测模型进行预测计算，根据计算结果发出控制指令。
这种监控技术对安全具有重要的意义。
3安全检测仪表的发展趋势
可燃性气体、压力、管道流体等安全检测技术的发展趋势是：
开发检测新技术和电子监控等先进的安全控制技术和产品，实现检测监控设备的数字化、智能化、小型化，积极推进检测监控仪器的国产化，提高安全检测敏感元件的可靠性和检测精度，重点发展新材料的研究推广使用，加强设计、制造、安装等环节的监察，提高煤矿安全检测设备本身的安全性能和安全防范能力。
4安全检测的自身安全防范技术发展趋势
网络安全检测技术基于自适应安全管理模式，这种管理模式认为任何一个网络都不可能安全防范其潜在的安全风险。
它有两个特点：
一是动态性和自适应性，这可以通过网络安全扫描软件的升级以及网络安全监控中的入侵特征库的更新来达到。
二是应用层次的广泛性，可以应用于操作系统、网络层和应用层等各个层次网络安全漏洞的检测。
网络安全自动检测系统和网络入侵监控预警系统的开发为网络信息资源的安全提供了预防和防范攻击的有效措施。
不断发现、总结，及时抽象、概括最新的攻击方法，将其纳入系统，可增强系统的识别和防范能力。
5我国煤矿安全检测的主要发展情况
21世纪我国煤矿安全检测技术发展非常迅猛，主要表现在：
（1）煤矿安全检测技术理论更加成熟，检测和监测监控技术先进更实用；
（2）煤矿安全检测设备的生产逐渐进入正规化，行业管理更加严格规范；
（3）煤矿安全检测设备操作更简便，数据处理更直观；
（4）在计算机技术的发展基础上，开发了矿井安全综合监控系统、人员定位系统、安全预警系统等；
（5）在高瓦斯矿区全部实现了矿井安全系统联网，实现了中央、地方和企业三层监管体系，并逐步在全国煤矿安全监测监控中推广应用。
第三章基础知识
一、测量方式
1直接测量
是在对被测量进行测量时，对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。
如用温度计测量温度，用万用表测量电压。
2间接测量
是测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系式计算出被测量的数值。
如功率P与电压V和电流I有关，即P=I·
V，通过测量的电压和电流，计算出功率。
二、误差基本概念
1真值
被测量的真实值称为真值。
真值也称为理论值、理论真值或定义值，
a）约定真值
由国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位就叫约定真值，利用当今最先进的科学技术复现这些实物的单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。
各地可用经过上级法定计量部门按规定定期送检、校验过的标准器或标准仪器及其修正值作为当地相应物理参量单位的约定真值。
b）相对真值
相对真值也叫实际值。
在实际的测量过程中，能够满足规定准确度的情况下，用来代替真值使用的值被称作相对真值。
如果高一级检测仪器（计量器具）的误差仅为低一级检测仪器误差的1/3～1/10，则可认为前者是后者的相对真值。
例如，高精度石英钟的计时误差通常比普通机械闹钟的计时误差小1～2个数量级以上，因此高精度的石英钟可视为普通机械闹钟的相对真值。
2标称值
计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。
例如：
天平砝码上标注的1g、精密电阻器上标注的100Ω等。
由于制造工艺的不完备或环境条件发生变化，使这些计量或测量器具的实际值与其标称值之间存在一定的误差，所以，在给出标称值的同时，也应给出它的误差范围或精度等级。
如100Ω精密电阻器标注为100±
5%Ω等等。
3示值
检测仪器（或系统）指示或显示（被测参量）的数值叫示值，也叫测量值或读数。
由于传感器不可能绝对精确，信号调理以及模—数转换等都不可避免地存在误差，加上测量时环境因素和外界干扰的存在，以及测量过程可能会影响被测对象原有状态等原因，都可能使得示值与实际值存在偏差。
三、测量误差的表示方法
1绝对误差
测量值（即示值）x与被测量的真值x0之间的代数差值Δx称为测量值的绝对误差，即：
Δx=x-x0
2相对误差
测量值（即示值）的绝对误差Δx与被测参量真值x0的比值，称为检测系统测量值（示值）的相对误差δ，该值无量纲，常用百分数表示，即：
3引用误差
测量值的绝对误差Δx与仪表的满量程L之比值，称为引用误差γ。
引用误差γ通常也以百分数表示：
4最大引用误差（或满度最大引用误差）
在规定的工作条件下，当被测量平稳增加或减少时，在仪表全量程内所测得的各示值的绝对误差值的绝对值与满量程L的比值的百分数，称为仪表的最大引用误差，用符号γmax表示：
5容许（允许）误差
容许误差是指测量仪表在规定的使用条件下，可能产生的最大误差范围，它也是衡量测量仪表的最重要的质量指标之一。
测量仪表的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。
按照有关标准规定，容许误差可用工作误差、固有误差、影响误差、稳定性误差来描述，通常直接用绝对误差表示。
四、产生误差原因
误差与检测系统的组成和各组成环节有关。
①由被测对象本身引起的误差
性质、状态、条件以及被测量的种类、状态。
②因检测理论的假定产生的误差
实际情况与假定情况不符。
③检测系统各环节所使用的材料性能和制造技术引起的误差
④组成检测系统各环节的传递特性方面产生的误差
⑤检测系统各环节动力源的变化引起的误差
电流、电压、气压、液压等。
⑥检测系统器件特性变化引起的误差——偏离设定值
⑦检测环境引起的误差
环境条件（温度、湿度、气压等）差异器件的性能。
⑧检测方法误差
检测方法、采样方法、测量重复次数、取样时间方法误差。
⑨检测人员造成的误差
人员视觉、读数误差、经验、熟练程度、精神方面原因（疲劳）。
五、误差的特性
1）有界性即各个随机误差的绝对值（幅度）均不超过一定的界限；
2）单峰性即绝对值（幅度）小的随机误差总要比绝对值（幅度）大的随机误差出现的概率大；
3）对称性（幅度）等值而符号相反的随机误差出现的概率接近相等；
4）抵偿性当等精度重复测量次数n→∞时，所有测量值的随机误差的代数和为零，即
六、有效数字的化整规则
在对数值判定应取的有效位数以后，就应当把数中的多余数字舍弃并进行化整，为了尽量缩小因舍弃多余数字所引起的误差，应当根据下述原则把数字化整。
（1）若舍去部分的数值小于保留部分末位的半个单位，则末位不变。
例如，将下列数据保留到小数点后第二位：
1.4348→1.43（因为0.0048＜0.005）。
（2）若舍去部分的数值大于保留部分末位的半个单位，则末位加1。
1.43521→1.43（因为0.00521＞0.005）。
（3）若舍去部分的数值等于保留部分末位的半个单位，则末位凑成偶数，即末位为偶数时不变，为奇数时加1。
1.2350→1.24（因为0.0050=0.005）。
由于数字舍入引起的误差称为舍入误差，按上述规则进行数字舍入所产生的舍入误差不超过保留数字最末位的半个单位。
把带有舍入误差的有效数字进行各种运算后，所得计算结果的误差可用代数关系推导出各种运算结果的误差计算公式。
七、检测仪表系统的静态特性及性能指标
静态特性：
检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系
1精确性
1）准确度
准确度说明检测仪表的指示值与被测量真值的偏离程度，准确度反映了测量结果中系统误差的影响程度。
准确度高意味着系统误差小，同样，准确度高不一定精密度高。
2）精密度
精密度说明测量仪表指示值的分散程度，即对某一稳定的被测量在相同的规定的工作条件下，由同一测量者，用同一仪表在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的不一致程度。
精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。
但必须注意，精密度与准确度是两个概念，精密度高不一定准确度高。
3）精确度
它是准确度与精密度两者的总和，即测量仪表给出接近于被测量真值的能力，精确度高表示精密度和准确度都比较高。
在最简单的情况下，可取两者的代数和。
精确度常以测量误差的相对值表示。
2稳定性
1）稳定度δs
测量仪表的稳定度是指在规定工作条件的范围内，在规定时间内仪表性能保持不变的能力。
它是由于仪表内部的随机变动的因素引起的。
例如仪表内部的某些因素做周期性变动、漂移或机械部分的摩擦力变动等引起仪表的测量值的变化，一般以重复性的数值和观测时间长短表示。
时间间隔的选择是根据仪表的使用要求决定的，差别可以很大，如从几分钟到一年不等。
有时也采用给出标定的有效期表示其稳定性，如电压波动，8小时引起示值变化1.5mV，可写成稳定度δs=1.5mV/8h。
2）影响系数（漂移）
使用仪表由于周围环境，如环境温度、大气压、振动等外部状态变化引起仪表示值的变化，以及电源电压、波形、频率等工作条件变化引起仪表示值的变化，统称为影响量。
一般仪器都有给定的标准工作条件，如环境温度20℃、相对湿度65％、大气压力101.33kPa、电源电压220V等。
由于实际工作中难以完全达到这个条件，所以规定了一个标准工作条件的允许变化范围：
环境温度（20±
5）℃、相对湿度65％±
5％、电源电压（220±
10）V等。
仪器实际工作条件偏离标准工作条件时，环境对仪器示值的
升级会员 