煤礦井下不同甲烷測定儀器的應(yīng)用分析

仝宗好

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云草垛溝煤業(yè)有限公司，山西大同037102）

煤礦井下不同甲烷測定儀器的應(yīng)用分析

仝宗好

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云草垛溝煤業(yè)有限公司，山西大同037102）

為了更加準(zhǔn)確地測定井下瓦斯含量，針對井下掘進(jìn)工作面過舊巷、老空區(qū)時，因存在的二氧化碳濃度范圍的不同，使用光干涉式甲烷測定器與便攜式甲烷檢測報警儀所測定的瓦斯氣體濃度存在較大差別這一現(xiàn)象，通過現(xiàn)場多次實測驗證和數(shù)據(jù)對比，分別從這兩種儀器的構(gòu)造、工作原理等方面分析了存在差別的具體原因以及給出了在二氧化碳不同濃度范圍所應(yīng)當(dāng)正確選用的測定儀器，從而達(dá)到精確測定過舊巷、老空區(qū)時瓦斯含量的目的，便于采取有效的瓦斯防治措施，避免瓦斯事故的發(fā)生。

光干涉式甲烷測定器；便攜式甲烷報警儀；工作原理；實用范圍；誤差原因

光干涉式甲烷測定器與便攜式甲烷檢測報警儀是煤礦生產(chǎn)、建設(shè)中井下瓦斯測定的重要工具，如果這兩種儀器對同一時間、地點的瓦斯氣體測定結(jié)果差別較大，往往會導(dǎo)致對瓦斯超限的數(shù)值不能做出準(zhǔn)確的判斷，尤其在過舊巷、老空區(qū)等時，兩種儀器由于構(gòu)造原理不同，測定結(jié)果不一致，會導(dǎo)致不能及時采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，易造成惡性瓦斯事故。所以，在不同條件下選用適用的儀器才能更加準(zhǔn)確地測定瓦斯含量，從而采取有效的防治措施，防止事故的發(fā)生。

理解不同甲烷測定儀器的實用范圍就必須了解這兩種測定儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理及測定對象的性質(zhì)。

1 兩種甲烷測定儀器的作用及特點

1.1 光干涉式甲烷測定儀器的特點

光干涉式甲烷測定器采用光路、電路、氣路系統(tǒng)，在適用范圍內(nèi)可迅速而準(zhǔn)確地測定空氣中的甲烷（或二氧化碳）濃度。該儀器屬本質(zhì)安全型防爆產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于礦山、化工、石油、鋼鐵、環(huán)保等行業(yè)具有爆炸危險性氣體的環(huán)境中。

1.2 便攜式甲烷檢測報警儀的特點

便攜式甲烷檢測報警儀是一種以熱催化敏感元件為探頭、智能單片機(jī)及多功能外圍電路為核心的智能化、數(shù)字化礦用便攜式安全檢測儀器。它便于攜帶、使用方便，能夠較迅速而準(zhǔn)確地測定空氣中的甲烷氣體濃度。

2 兩種甲烷測定儀器的基本工作原理

2.1 光干涉式甲烷測定器的基本工作原理

不同密度介質(zhì)的折射率不同，使光源燈泡發(fā)出的光線經(jīng)棱鏡折射、反射后干涉條紋在目鏡上產(chǎn)生的位移量不同，導(dǎo)致測定甲烷或二氧化碳濃度。

2.2 便攜式甲烷檢測報警儀基本工作原理

利用熱催化原理，檢測空氣中甲烷濃度。工作時，空氣中甲烷以自然擴(kuò)散的方式進(jìn)入傳感器氣室。采樣電路將檢測到的甲烷濃度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，再經(jīng)前置電路放大、處理后送入智能單片機(jī)進(jìn)行運算、分析、判斷，并根據(jù)分析、判斷結(jié)果適時啟動各功能電路，通過顯示窗實時顯示出被測的甲烷濃度。

3 兩種甲烷測定儀器的測量范圍及失真原因

光干涉式甲烷測定器目前在煤礦行業(yè)被廣泛使用，已是一種成熟的甲烷（或二氧化碳）檢測儀器，但它檢測的精準(zhǔn)度不但受自身質(zhì)量影響，而且還受外部環(huán)境條件，如溫度、壓力、濕度和被檢測對象如瓦斯、二氧化碳濃度的影響。

光干涉式甲烷測定器是利用光線穿過不同密度的氣體時，因折射率不同光線會發(fā)生偏折的原理進(jìn)行測定。煤炭行業(yè)主要用此儀器檢查瓦斯和二氧化碳?？諝獾钠骄肿恿渴?9、瓦斯的分子量是16、二氧化碳的分子量是44。

所以，在使用前需在空氣中調(diào)校到一個基準(zhǔn)點，檢查時當(dāng)儀器內(nèi)空氣室和氣樣室均充以空氣時干涉條紋位置不變。當(dāng)改變氣樣室中的氣體成分（如通入甲烷或二氧化碳等與空氣密度不同的氣體）、溫度或壓力時，因氣體密度發(fā)生了變化，使光線發(fā)生偏折，目鏡上的干涉條紋相對原位置產(chǎn)生了移動，操作人員就會通過位移來讀出被檢查氣體相對空氣的體積比。

通過了解光干涉式甲烷測定器的工作原理，可以發(fā)現(xiàn)，只要被測氣體與儀器內(nèi)基準(zhǔn)氣樣密度不同就會有讀數(shù)，但這個讀數(shù)到底代表什么，還不能盲目下結(jié)論。使用此儀器檢測時要把有干擾的其它因素盡量排除，才能達(dá)到準(zhǔn)確。在檢測甲烷濃度時，如果吸收管中的鈉石灰未能對被檢氣體中的二氧化碳進(jìn)行充分過濾，那么測量結(jié)果就會產(chǎn)生偏差，影響測量準(zhǔn)確度。尤其是在二氧化碳濃度較大的情況下不能充分過濾，即使沒有甲烷氣體測量時也會有讀數(shù)，此讀數(shù)很容易被誤讀為甲烷氣體量，在此情況下，二氧化碳濃度太大，鈉石灰不能允分過濾二氧化碳就不適用光干涉式甲烷測定器測定。

便攜式甲烷檢測報警儀是采用熱催化原理來進(jìn)行測定，只要被檢氣樣中含有能夠使催化元件發(fā)生反應(yīng)的氣體，便攜式甲烷檢測報警儀就會根據(jù)反應(yīng)的劇烈程度顯示相應(yīng)的讀數(shù)，但反應(yīng)的條件是必須有充分的氧氣。在實際使用中，如果檢測環(huán)境中氧氣濃度在18%以上此儀器會較準(zhǔn)確地反應(yīng)瓦斯?jié)舛?；氧氣濃度?8%～15%時因催化元件燃燒不夠充分，測量值比實際偏小；當(dāng)在氧氣濃度15%的環(huán)境測量時，會出現(xiàn)較大的誤差。同時該儀器使用時常會出現(xiàn)3～5 s的延遲，即用該儀器檢測瓦斯不會馬上有準(zhǔn)確讀數(shù)，經(jīng)3～5 s后被測氣體充分進(jìn)入儀器內(nèi)與催化元件有效反應(yīng)才有準(zhǔn)確讀數(shù)。

4 實際使用中的驗證情況

4.1 二氧化碳濃度在2%以上時的情況

掘進(jìn)工作面在過舊巷、老空區(qū)，二氧化碳濃度在2%以上時，用光干涉式甲烷測定器檢測甲烷氣體濃度容易出現(xiàn)失真的現(xiàn)象，而且二氧濃度越大偏差越大。草垛溝煤業(yè)井下8#層水平軌道巷過舊巷甲烷、二氧化碳濃度測定統(tǒng)計對比表見表1。

表1 過舊巷甲烷、二氧化碳濃度測定統(tǒng)計對比表

4.2 二氧化碳濃度在2%以下時的情況

井下二氧化碳濃度在2%以下時使用光干涉式甲烷測定器測定甲烷氣體時二氧化碳能夠得到充分過濾，測定結(jié)果較為準(zhǔn)確。

5 結(jié)論

在煤礦實際工作中，針對過舊巷、老空區(qū)的情況檢查瓦斯用光干涉式甲烷測定器和便攜式甲烷檢測報警儀配合使用。

當(dāng)甲烷濃度在0%～5%、二氧化碳在2%以下時，以光干涉式甲烷測定器數(shù)據(jù)為準(zhǔn)、便攜式甲烷檢測報警儀數(shù)據(jù)為參考；當(dāng)二氧化碳濃度在2%以上時，以便攜式甲烷檢測報警儀測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，光干涉式甲烷測定器測量數(shù)據(jù)為參考。如有條件最好取氣樣進(jìn)行光譜分析，便能準(zhǔn)確測出各種氣體成分。

總之，在煤礦生產(chǎn)建設(shè)過程中瓦斯造成的事故往往是重大事故，對瓦斯的檢查、治理是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要工作。

在瓦斯檢測過程中要根據(jù)被檢測環(huán)境甲烷、二氧化碳濃度的大小，結(jié)合檢測儀器的使用范圍對甲烷測定儀器的應(yīng)用進(jìn)行準(zhǔn)確制定，才能夠更有效地進(jìn)行氣體的測定，從而進(jìn)行有效治理。

Applied Analysis of Different Methane Measurement Instrument in Coal Mine Underground

Tong Zong-hao

In order to measure the underground methane concentration more precisely，when tunnelling face meet passing old lane and goaf，because the difference of CO2concentration range lead to the disparity of methane concentration that measured by optical interferometric methane detector and portable methanophone.Through several times validation and data contrast in site，the cause of the difference is analyzed from the structure and principle of the two instruments.It is put forward that how rightly to choose instrument in different carbon dioxide concentration range.So as to achieve the purpose of which precisely measure the methane concentration when tunnelling face meet passing old lane and goaf.It is convenient to take the effective gas prevention and control measures.The methane accidents can be prohibited.

Optical interferometric methane detector；Portable methanophone；Operating principle；Utility scope；Source of error

TD723

B

1672-0652（2014）11-0027-02

2014-10-26

仝宗好（1964—），男，山西大同人，1984年畢業(yè)于大同煤校，助理工程師，主要從事礦井通風(fēng)管理工作（E-mail）1961215534@qq.com