紅外傳感技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用

　　我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，目前煤炭在我國(guó)的一次能源消費(fèi)中約占70%左右，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有極其重要的地位。.然而我國(guó)煤礦死亡人數(shù)總量是世界上其他產(chǎn)煤國(guó)家死亡總數(shù)的3倍。面對(duì)這樣嚴(yán)峻的安全形勢(shì)，我們有必要采取任何可能的措施來(lái)保障礦工的生命安全。

　　隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的提高，以及國(guó)家對(duì)煤炭安全事故的強(qiáng)烈關(guān)注，越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用到礦井中，以預(yù)防安全事故的發(fā)生，其中發(fā)展迅速的是紅外傳感技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用。

　　一、紅外傳感技術(shù)原理

　　紅外探測(cè)波段在0.76--1000μm之間。根據(jù)波長(zhǎng)又可進(jìn)一步劃分為近紅外(0.76～3μm)、中紅外(3～6μm) 、遠(yuǎn)紅外(6～l5 m)和超遠(yuǎn)紅外 (15—1000μm)。紅外線在應(yīng)用上主要有以下特性：

　　(1)任何物體，只要其溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)向外輻射電磁波，大部分是紅外輻射。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，輻射的能量越強(qiáng)。

　　(2)分子振動(dòng)和晶格振動(dòng)也會(huì)向外輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場(chǎng)。

　　(3)不同氣體對(duì)紅外光有著不同的吸收光譜，氣體的特征光譜吸收強(qiáng)度與該氣體的濃度相關(guān)。

　　根據(jù)以上特性，應(yīng)用紅外傳感器可以制成的熱成像儀、紅外探測(cè)器、紅外探傷儀和紅外氣體分析儀等。

　　二、紅外成像技術(shù)在煤炭安全中的應(yīng)用

　　1、紅外成像儀探測(cè)井下隱蔽危險(xiǎn)源

　　在某些情況下，煤礦井下的溫度會(huì)出現(xiàn)異常，甚至?xí)鹈禾康淖匀棘F(xiàn)象，而井下存在瓦斯、煤塵等可燃物，這對(duì)于礦工來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的。因此，有必要快速、準(zhǔn)確的確定煤礦溫度異常的區(qū)域。采用紅外成像儀能夠?qū)崿F(xiàn)紅外能量場(chǎng)的二維監(jiān)測(cè)，較迅速地探測(cè)溫度異常區(qū)域區(qū)的位置、范圍和煤柱自燃溫度。

　　紅外成像技術(shù)探測(cè)井下危險(xiǎn)源的過(guò)程如下：通過(guò)紅外探測(cè)器將煤層的異常紅外輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，成像裝置的輸出信號(hào)就可以完全一一對(duì)應(yīng)地模擬掃描區(qū)域表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與檢測(cè)區(qū)域表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。運(yùn)用這一方法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)成像和測(cè)溫，并對(duì)被測(cè)區(qū)域的狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，快速、準(zhǔn)確的確定煤礦溫度異常的區(qū)域。

　　2、紅外溫度探測(cè)技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用

　　紅外熱探測(cè)器是基于光輻射與物質(zhì)相互作用的熱效應(yīng)制成的器件。熱探測(cè)器探測(cè)光輻射包括兩個(gè)過(guò)程，一是吸收光輻射能量后，探測(cè)器的溫度升高;二是把溫度升高所引起的物理特性的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，響應(yīng)范圍可以擴(kuò)展到整個(gè)紅外區(qū)域，可以在常溫下工作，使用方便。下面介紹紅外溫度探測(cè)技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用。

　　2.1用于探測(cè)機(jī)械部件的表面溫度

　　煤礦膠帶輸送機(jī)為連續(xù)工作制,運(yùn)行中容易出現(xiàn)溫度升高的情況,尤其膠帶輸送機(jī)機(jī)頭部位，甚至可能導(dǎo)致火災(zāi)。為提高膠帶運(yùn)輸設(shè)備工作的安全可靠性，利用紅外溫度檢測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸設(shè)備的表面溫度，以便在必要的情況下采取斷電和灑水等保護(hù)措施。紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量,視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。

　　2.2用于在機(jī)械作業(yè)過(guò)程中對(duì)人體的感應(yīng)

　　煤礦綜掘機(jī)在工作過(guò)程中，截割頭即“炮頭”可以左右移動(dòng)旋轉(zhuǎn) ，且經(jīng)常處于前進(jìn) 、后退狀態(tài) ，快速旋轉(zhuǎn)的“炮頭”存在著較大的安全隱患，可能誤傷現(xiàn)場(chǎng)的工作人員。通過(guò)利用紅外溫度探測(cè)技術(shù)探測(cè)綜掘機(jī)附近是否有人體的紅外輻射，使綜掘機(jī)的啟動(dòng)、工作受到人體熱源的控制

　　3、 紅外探傷技術(shù)在煤礦安全中的應(yīng)用

　　煤礦滲水往往會(huì)導(dǎo)致礦井的塌方，造成嚴(yán)重的后果。將紅外探傷技術(shù)應(yīng)用于煤礦中對(duì)積水區(qū)域的探測(cè)，可以有效的對(duì)滲水進(jìn)行提前預(yù)防。我們知道，巖層或煤層由于分子振動(dòng)和晶格振動(dòng)，每時(shí)每刻都會(huì)向外輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場(chǎng)。而紅外探測(cè)儀的作用就是沿巷道探測(cè)紅外輻射場(chǎng)的變化，確定隱伏目標(biāo)是否存在及其性質(zhì)。對(duì)一條掘進(jìn)巷道而言，如果掘進(jìn)前方或巷道外圍存在采空區(qū)老空水或隱伏含水構(gòu)造，局部地段的介質(zhì)成分和密度發(fā)生變化會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常場(chǎng) ，并迭加于正常場(chǎng)之上，使正常場(chǎng)發(fā)生畸變。由于紅外輻射場(chǎng)所占的空間總是大于實(shí)體，故可通過(guò)場(chǎng)的變換提前發(fā)現(xiàn)含水區(qū)或含水構(gòu)造。