瓦斯报警矿灯的基本技术及应用情况

庾莉萍

一、什么是瓦斯报警矿灯

瓦斯爆炸是煤矿生产中最严重的灾害之一，不仅造成人员大量伤亡，而且还会摧毁井下生产和安全设施。瓦斯(甲烷CH4)报警矿灯是在矿灯上附加了瓦斯报警装置。当瓦斯超限时,以声、光或数字显示形式报警,以警告使用者瓦斯超限。它具有结构简单、报警醒目、重量轻、使用方便等特点，其中主灯闪烁式瓦斯报警矿灯还具有当瓦斯超限时强制工人停止作业的功能，特别适宜于井下分散作业人员携带使用。

瓦斯报警器的使用，将改变井下工作人员的传统理念。传统的瓦斯检测是由瓦斯检测员检测瓦斯浓度，一旦瓦斯浓度超标，便通知井下工作人员撤离。使用瓦斯报警后，一旦瓦斯浓度超标，矿灯主光源开始闪烁，井下工作人员无法正常作业，进而主动撤离，实现了“人机闭锁”功能。瓦斯报警器变“个体监测”为“群测群防”，变“叫我撤退”为“我要撤退”，有助于树立安全意识，确保人民生命和国家财产安全。

二、报警矿灯中监测仪表分类

目前，报警矿灯中瓦斯检测仪表按工作原理大致有以下几种:

(1)光干涉原理

光干涉原理是利用甲烷与空气对光的折射率的差异而使由于光程差所造成的干涉条纹偏移，其偏移的大小与甲烷的浓度成比例关系，从而得以用条纹的偏移量来获知甲烷浓度大小。

(2)催化燃烧原理

可燃性气体在有充足的氧气的前提下，在一定温度的催化剂表面就能产生无焰燃烧，其产生的热量使之转换为电信号而指示出来。如可燃性气体浓度在其爆炸下限的范围内，则催化燃烧的热量与可燃烧气体的浓度呈线性关系。

(3)热导原理

各种气体都有其自身的固有热导率，混合气体的热导率也随混合的比例而相应地改变。利用甲烷与空气的热导率的不同而用灵敏度很高、热容量很小的热敏元件测定温度的变化，从而得知被测甲烷的浓度。

(4)半导体气敏原理

半导体气敏传感原理，是利用半导体材料在其吸附气体后，其电阻率显著变化的特点，从而检测气体浓度。其优点是在低浓度区域对可燃性气体具有较高的灵敏度，但对被测气体的选择性差。

(5)其他检测原理

除上述4种检测原理以外，还有红外吸收式、超声波频率变化法、吸附效应晶体管气体传感器、瓦斯检定灯等。

三、报警矿灯的发展趋势

目前报警矿灯的发展趋势是：

1、高可靠性:为了在最大程度上减少故障率，除了电子元件必须进行老化筛选外，必须从电路上根除易损件及一切隐患，机械结构上采取必要的防护措施，做到坚固耐用、免于维修。

2、强稳定度:因为电池电压的变化范围大，电路工作电压和电流的稳定度对于报警误差就显得至关重要。有关标准要求:稳压输出的电压变化应不大于±3%，电流变化应不大于±1%。必须防止误报、漏报以及设计欠压保护电路。

3、智能化:由于一个报警点需用两种标气校验，所以报警点多是不方便的。比较经济实用的方法是利用单片机的强大功能对报警信号进行智能控制，通过光信号发出警示后恢复正常照明，同时维持声信号直到瓦斯浓度降低到动作值以下，并且用不同的音响对瓦斯浓度加以区别，以便确定报警后瓦斯浓度是否继续升高。此外还可发出故障或电池欠压警告，以便及时处理。实现传感器的自校正和自调节，免于维护。

4、低功耗:目前由于报警电路(主要是传感元件)消耗电流较大，使用普通灯池容量不够，特别是碱性电池难以选择容量大于12Ah的，这在一定程度上影响了产品的使用效能。因此，选择和使用低功耗的元件至关重要。

四、发展我国瓦斯报警矿灯的几个技术环节

作为今后量大面广又对其可靠性要求很高的瓦斯报警矿灯,在新技术层出不穷的今天,应该按照煤矿的特殊条件注意几个技术环节:

1、灯头部分必须使用LED。由于LED安全、长寿、省电的优点, 是矿灯今后发展的方向。随着LED不断地技术进步,单位功率下照度的不断提高,今后矿灯的电源部分将越来越小。现在国内一般采用1W的LED,工作电流在200 mA的条件下,也可达到矿灯的标准要求。我们2006年采用了0. 7W 150 mA电流的LED,即可达到标准要求,预计今到明年, 0. 5 W 100 mA的LED也会满足矿灯的需要,到时普通矿灯的电池有1. 5 A时就够了。其次是主、副光源的结构,笔者认为复合光源,即将两个光源封在同一树脂胶内不合理，其共同损坏的可能性大,还是分开的好。有了LED,灯头部分可发展为本质安全型,这是努力方向。

2、报警器部分以放在灯头上闪光报警比较合理。报警器与灯头组合式便于维修,电路设计宜采用单片机编入程序,以适应MT 409新标准对线性的要求。报警器的外壳宜采用半透明、高强度的聚碳酸脂以便用遥控器自动调校报警点。

3、数字式瓦斯报警矿灯实际上是便携瓦斯检查仪与矿灯的组合。用上LED后,矿灯电源的减小促成了组合。按照装备人员的不同,建议在结构设计上将报警器部分独立,并设计独立的电源开关。同时还可设计带在灯线上(波兰式)的数字显示报警器及装在灯头上的超小型数字报警器。

4、关于电源。目前我国矿灯在执行GB 7957 -2003标准后,大部分设计采用了锂电,经过一年多的使用,也存在一些问题,为此上海矿灯站重新制定了用于矿灯锂电标准。这是发展方向,但目前还不够成熟。其次是镍氢,铅酸等。笔者倾向使用铅酸电池,其安全性、经济性会更好一些。矿灯的特殊性、安全性应是第一要素。随着LED技术的发展,即使用铅酸电池也可以。据我们了解,发达国家在矿灯上也只是走到了阀控铅酸密封式免维护电池这一步,无论何种电池,由于其能量不大,今后都有可能发展为本质安全型。综上所述,使用瓦斯报警矿灯是大势所趋,完善瓦斯报警矿灯的设计生产,保证以高质量的产品,服务于第一线。这项任务既光荣又沉重,它关系到国计民安,社会和谐。

五、我国瓦斯报警矿灯的使用推广情况

我国曾在1995年颁布了MT 409标准,作了统一规范。煤炭部撤销后,值煤炭行业处于低谷时期,瓦斯报警矿灯的推广被搁浅。除经济上的原因外,瓦斯报警矿灯的产品质量及相关规定的不合理减弱了该产品的推广,例如1 % CH4的报警点过早的问题未解决,给正常生产带来干扰,也影响了使用者对它的信任度。2002 年国家煤矿安监局有关人员到太原考察,了解了该市坚持使用瓦斯报警矿灯的情况后,在其调查报告中充分肯定了正确使用瓦斯报警矿灯是中小煤矿防治瓦斯事故的重要手段,应该积极推广。近年,国家煤矿安全监察局在网上公布了关于《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》的AQ标准征求意见稿,其中规定井工煤矿的“采掘工、打眼工、在回风流工作人员,宜使用瓦斯报警灯”。煤矿今后如按此要求装备,其数量很大,约占其井下人员总数的70 %左右。这就意味着我国大规模使用瓦斯报警矿灯的局面已经到来。

我国煤矿伤亡事故70 %以上来自瓦斯。近年在清理关闭管理混乱的小煤窑之后,我国逐渐步入理性和科学的治理瓦斯轨道,瓦斯报警矿灯作为煤矿防治瓦斯的重要补充手段得到肯定。但到目前为止,我国使用瓦斯报警矿灯的数量很少,绝大部分未能正常使用,未能发挥监测报警作用。按我国500万煤矿井下工计, 2006年我国瓦斯报警矿灯的销量约10万盏,仅占职工总数的2 %。由于地方政策的要求,一些地方煤矿必须购买瓦斯报警矿灯,但绝大多数煤矿不购置检测仪器和标准气样。因此,多数报警矿灯自购置就未调校过,有些煤矿工人在出现报警信号后用泥巴或胶布将传感器进气孔堵死,使其停止报警,只做一般矿灯使用。还有一点值得注意的是，我国煤矿工人中大部分并非传统意义上的产业工人,而是农民轮换工,自我保护意识相对淡薄。在发达国家,矿灯房里就有标准气样(工会要求设置) ,拿到矿灯的工人自己会主动检测报警灯的工作状态是否正常,如不正常立即要求调换。在我国,矿主不买标准气样,无人问津更无人制约,实际上不少矿主不希望报警灯处在正常状态,因为报警器的报警点是1 % CH4,而下偏差0. 9 % CH4报警点也合格,但瓦斯爆炸的界限是5 % CH4以上,所以当1 % CH4停工时,对生产影响太大。国家治理瓦斯的12字方针是“先抽后采,以风定产,监测监控。”但这些煤矿违反“以风定产”原则,设计10万t的矿井,他必须要出100万t煤,“以风定产”无法挣钱。因此,中小煤矿的高沼矿井,一开工就要高产,瓦斯超限是经常的。在实际中，即使5 %CH4以上的瓦斯浓度,在无火源的条件下,也可能不会炸,因此很多煤矿存在侥幸心理。煤矿层层承包,出煤更是硬指标,那些出事的煤矿连监测系统的传感器设置也敢上调到不报警,瓦斯报警矿灯就更谈不上示警作用了。因此,加强对瓦斯报警矿灯的用后监管,加强对工人安全的防范意识的教育,才能使瓦斯报警矿灯的作用走上正路。国外在这方面的使用经验很多,例如法国的“欧德曼”公司生产了用于在矿灯房巡回检测瓦斯报警矿灯的小车,每次发灯之前都要测一测该灯是否正常。在国内也有一些成熟经验,一些小型煤矿的灯房内也设置了检测用的标准气,对百盏以下的矿灯,一条3m长的气管即可将一个充电架上(102盏)的矿灯检测完毕,连车也不用。笔者希望瓦斯报警矿灯问题得到有关部门重视，也希望广大矿工能够提高安全意识，好好保护自己。