兩種瓦斯檢測(cè)儀器在觀(guān)音堂煤業(yè)上隅角測(cè)定數(shù)值不一致的原因分析

張偉 翟海燕 楊帥

【摘 ?要】觀(guān)音堂煤業(yè)有限公司25050工作面使用甲烷傳感器報(bào)警儀和光學(xué)瓦斯檢測(cè)儀測(cè)定的數(shù)值不一致，數(shù)據(jù)相差最大值時(shí)超出0.4%。通過(guò)對(duì)比兩種檢測(cè)儀器的原理、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室氣體取樣分析，排除了儀器本身、井下環(huán)境、其他氣體成分對(duì)測(cè)定數(shù)值的影響，得出兩種檢測(cè)儀器測(cè)定數(shù)據(jù)不一致的原因是由于25050工作面上隅角CO2濃度偏高加上CO2過(guò)濾不完全導(dǎo)致光學(xué)瓦斯檢測(cè)儀測(cè)定數(shù)值偏大，并有針對(duì)性地提出光學(xué)瓦斯檢測(cè)儀改裝和加大工作面通風(fēng)等措施以解決類(lèi)似的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】上隅角;甲烷傳感器報(bào)警儀;光學(xué)瓦斯檢測(cè)儀;測(cè)定誤差;二氧化碳濃度

礦井瓦斯檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性是保證礦井安全生產(chǎn)的前提，直接影響著礦井的安全生產(chǎn)、災(zāi)害防治和經(jīng)濟(jì)效益。礦井瓦斯檢測(cè)有人工檢測(cè)和瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)兩種方式，其中人工檢測(cè)采用的儀器光學(xué)瓦斯檢測(cè)儀（簡(jiǎn)稱(chēng)“光瓦”）和在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)兩種的精度直接關(guān)系到測(cè)量瓦斯數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，影響技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛惹闆r的準(zhǔn)確把握，進(jìn)而影響礦井的安全生產(chǎn)，因此開(kāi)展瓦斯檢測(cè)儀器數(shù)據(jù)分析研究有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性。

瓦斯主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。

1 問(wèn)題的提出

觀(guān)音堂煤業(yè)有限公司，核定生產(chǎn)能力年產(chǎn)45萬(wàn)噸，25050工作面設(shè)計(jì)開(kāi)采的煤層為二1煤層，呈層狀分布。采面內(nèi)煤層厚度平均在3.4m左右，屬于中厚煤層。采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，工作面配風(fēng)量為580M3。礦井瓦斯絕對(duì)涌出量4.89m3∕min，相對(duì)涌出量5.67m3∕t;屬瓦斯礦井，無(wú)煤、瓦斯及二氧化碳突出現(xiàn)象。礦井在回采25050工作面過(guò)程中，出現(xiàn)了工作面上隅角處甲烷傳感器與“光瓦”測(cè)定數(shù)據(jù)不一致的情況，數(shù)據(jù)差超0.4%。通過(guò)對(duì)井下回采工作面進(jìn)行逐一排查，發(fā)現(xiàn)井下“光瓦”和甲烷傳感器數(shù)據(jù)不一致僅存在于25050工作面上隅角，其他地點(diǎn)（包括25050工作面進(jìn)風(fēng)流、回風(fēng)流、煤倉(cāng)、平臺(tái)等）所測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，數(shù)據(jù)差小于0.1%。

2 甲烷傳感器與“光瓦”測(cè)定數(shù)據(jù)不一致的原因分析

影響檢測(cè)儀器精確度的因素主要包括設(shè)備本身的精度、井下環(huán)境因素（包括濕度、溫度、大氣壓等）、其他有害氣體濃度的影響及空氣成分變化。因此，有必要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行逐項(xiàng)排除，以確定影響甲烷傳感器和“光瓦”數(shù)據(jù)存在誤差的準(zhǔn)確原因。

3.甲烷傳感器及“光瓦”測(cè)量誤差分析

3.1.溫度、濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)變化的影響

通過(guò)井下實(shí)測(cè)試驗(yàn)，排除了“光瓦”和“便攜式甲烷報(bào)警儀”本身故障因素導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不一致的可能性。而在25050工作面上隅角特殊環(huán)境下使用上述兩種儀器進(jìn)行測(cè)定時(shí)，測(cè)定結(jié)果卻存在較大的差距。經(jīng)分析，最可能導(dǎo)致測(cè)定數(shù)據(jù)不一致的原因是環(huán)境因素影響，如濕度、溫度、大氣壓、其他氣體成分等。因此，對(duì)25050工作面上隅角的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，重點(diǎn)對(duì)圖1中1、2、3號(hào)點(diǎn)附近位置的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

氣樣分析結(jié)果顯示：25050工作面上隅角02濃度20.02%～21.14%，N2濃度78.55%～79.27%，CO2濃度0.27%～0.65%，CH4濃度0.031%～0.057%。通過(guò)氣樣分析可知，氣樣中瓦斯?jié)舛扰c“便攜式甲烷報(bào)警儀”測(cè)定結(jié)果相似（不同廠(chǎng)家的“便攜式甲烷報(bào)警儀”測(cè)量出的25050上隅角甲烷濃度區(qū)間為0.00～0.06），其次與瓦斯傳感器測(cè)量數(shù)值比較接近（江蘇三恒甲烷傳感器測(cè)量出的25050上隅角甲烷濃度區(qū)間為0.06～0.07），氣樣中瓦斯?jié)舛扰c“光瓦”測(cè)定結(jié)果差距較大（陜西思達(dá)的“光瓦”測(cè)量出的25050上隅角甲烷濃度區(qū)間為0.28～0.34）。綜合分析初步認(rèn)為“光瓦”測(cè)定結(jié)果存在問(wèn)題。

3.2.1 影響“光瓦”測(cè)定結(jié)果的客觀(guān)因素分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：觀(guān)音堂煤業(yè)25050工作面上隅角HS、CO、C2H6等其他微量氣體含量極少，N2、O2氣體含量正常，排除了微量氣體混入及O2、N2濃度失衡對(duì)“光瓦”精確度的影響;用“光瓦”檢測(cè)瓦斯?jié)舛葧r(shí)，其影響測(cè)量數(shù)值的主要因素為CH4及CO2的氣體含量。通過(guò)分析確定：“光瓦”測(cè)量井下氣體時(shí)，混合氣體進(jìn)入“光瓦”氣室測(cè)量時(shí)需要氯化鈣過(guò)濾CO2，“光瓦”實(shí)際過(guò)濾井下混合氣體中的CO2只能達(dá)到20%～50%的過(guò)濾率。因此，瓦檢員在測(cè)量井下瓦斯氣體時(shí)受到CO2的干擾（前面已經(jīng)排除HS、CO、C2H6等微量氣體對(duì)“光瓦”測(cè)量值的影響），我公司“光瓦”測(cè)量的瓦斯氣體實(shí)為井下甲烷和二氧化碳混合氣體濃度的數(shù)值，從而造成“光瓦”測(cè)定數(shù)據(jù)偏大。通過(guò)上述分析出，我公司“光瓦”測(cè)量瓦斯氣體濃度區(qū)間為：

2*CH4%+[1-（20%～50%）]*CO2%

=2*（0.031%～0.57%）+[1-（20%～50%）]*（0.27%～0.65%）

=0.192%～0.634% ?即為我公司8月4日、5日的“光瓦”測(cè)量井下瓦斯氣體的有效區(qū)間。這就解釋了表1中瓦檢員對(duì)25050上隅角用“光瓦”進(jìn)行測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)最大達(dá)到0.60%、最小值達(dá)到0.18%的這一情況。

3.2.2 影響“光瓦”測(cè)定結(jié)果的主觀(guān)因素分析

使用“光瓦”測(cè)量井下瓦斯氣體濃度產(chǎn)生誤差的主觀(guān)因素：首先是“光瓦”的日常維護(hù)、保養(yǎng)，保證儀器完整性、清潔性、電池供電穩(wěn)定;其次是“光瓦”使用操作前要在進(jìn)風(fēng)巷中使用新鮮空氣中對(duì)“光瓦基線(xiàn)對(duì)零”;第三是“光瓦”的周期性校驗(yàn)工作要按照《煤礦安全規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)室氣樣采樣分析中瓦斯?jié)舛龋怏w采樣分析值0.062%～0.114%）與瓦斯傳感器測(cè)量數(shù)值（氣體采樣時(shí)測(cè)量值0.16）相近，與“便攜式甲烷報(bào)警儀”測(cè)定結(jié)果接近（氣體采樣時(shí)測(cè)量值0.00%～0.06%）。

4 解決難題的技術(shù)措施

4.1 加強(qiáng)工作面回采管理，上拐及時(shí)回撤、上安全出口位置超前一排，杜絕工作面上拐形成銳角形狀，造成混合氣體聚集，影響“光瓦”測(cè)量。

4.2 加強(qiáng)“光瓦”的使用管理。“光瓦”必須在井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地點(diǎn)附近全風(fēng)壓新鮮風(fēng)流中重新“對(duì)零”，定期檢查、維修、保養(yǎng)確保其靈敏、準(zhǔn)確、可靠。

4.3 對(duì)“光瓦”進(jìn)行改造，加長(zhǎng)過(guò)濾管、增加過(guò)濾藥品及減小過(guò)濾藥品顆粒直徑從而提高過(guò)濾藥品密度，用于降低“光瓦”測(cè)量氣室內(nèi)的CO2和水蒸氣濃度，以提高測(cè)量甲烷氣體的準(zhǔn)確性。

4.4 加強(qiáng)甲烷傳感器的使用管理。對(duì)工作面?zhèn)鞲衅鞫ㄆ诟鼡Q、校驗(yàn)、強(qiáng)制檢定，做好傳感器日常維護(hù)及與“便攜式甲烷報(bào)警儀”、“光瓦”數(shù)值對(duì)比分析工作。制訂《安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)管理防止誤報(bào)警的規(guī)定及防范措施》，強(qiáng)化區(qū)隊(duì)跟班班長(zhǎng)對(duì)傳感器的安全防護(hù)意識(shí)及傳感器異常匯報(bào)工作。加強(qiáng)我公司安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用管理工作，嚴(yán)格按照《AQ1029-2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范》、《煤礦安全規(guī)程》及河南能源〔2014〕443、河南能源〔2014〕658號(hào)文件要求開(kāi)展監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作，確保安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。

4.5 每周對(duì)井下各類(lèi)監(jiān)測(cè)氣體數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)變動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，定期對(duì)井下氣體采樣分析化驗(yàn)，為井下瓦斯防治工作提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

4.6 井下工作面上隅角采用“光瓦”測(cè)定的瓦斯?jié)舛葧r(shí)，需要用多功能便攜對(duì)該處相對(duì)穩(wěn)定的CO2氣體濃度進(jìn)行測(cè)定，用CO2濃度對(duì)“光瓦”測(cè)定的瓦斯?jié)舛戎颠M(jìn)行修正，由已知混合氣體濃度X及瓦斯?jié)舛萗測(cè)量二氧化碳濃度Z公式Z=（X-Y）*0.95得出“光瓦”測(cè)量瓦斯?jié)舛葧r(shí)的修正公式為Y=（19X-20Z）/19。

4.7 加強(qiáng)工作面通風(fēng)管理，風(fēng)量達(dá)到要求，確保上隅角風(fēng)路暢通，杜絕無(wú)風(fēng)、微風(fēng)等現(xiàn)象。

（作者單位：三門(mén)峽觀(guān)音堂煤業(yè)有限公司）