煤矿井下不同甲烷测定仪器的应用分析

仝宗好

（山西煤炭进出口集团左云草垛沟煤业有限公司，山西大同037102）

煤矿井下不同甲烷测定仪器的应用分析

仝宗好

（山西煤炭进出口集团左云草垛沟煤业有限公司，山西大同037102）

为了更加准确地测定井下瓦斯含量，针对井下掘进工作面过旧巷、老空区时，因存在的二氧化碳浓度范围的不同，使用光干涉式甲烷测定器与便携式甲烷检测报警仪所测定的瓦斯气体浓度存在较大差别这一现象，通过现场多次实测验证和数据对比，分别从这两种仪器的构造、工作原理等方面分析了存在差别的具体原因以及给出了在二氧化碳不同浓度范围所应当正确选用的测定仪器，从而达到精确测定过旧巷、老空区时瓦斯含量的目的，便于采取有效的瓦斯防治措施，避免瓦斯事故的发生。

光干涉式甲烷测定器；便携式甲烷报警仪；工作原理；实用范围；误差原因

光干涉式甲烷测定器与便携式甲烷检测报警仪是煤矿生产、建设中井下瓦斯测定的重要工具，如果这两种仪器对同一时间、地点的瓦斯气体测定结果差别较大，往往会导致对瓦斯超限的数值不能做出准确的判断，尤其在过旧巷、老空区等时，两种仪器由于构造原理不同，测定结果不一致，会导致不能及时采取相应的应急措施，易造成恶性瓦斯事故。所以，在不同条件下选用适用的仪器才能更加准确地测定瓦斯含量，从而采取有效的防治措施，防止事故的发生。

理解不同甲烷测定仪器的实用范围就必须了解这两种测定仪器的结构、工作原理及测定对象的性质。

1 两种甲烷测定仪器的作用及特点

1.1 光干涉式甲烷测定仪器的特点

光干涉式甲烷测定器采用光路、电路、气路系统，在适用范围内可迅速而准确地测定空气中的甲烷（或二氧化碳）浓度。该仪器属本质安全型防爆产品，可广泛应用于矿山、化工、石油、钢铁、环保等行业具有爆炸危险性气体的环境中。

1.2 便携式甲烷检测报警仪的特点

便携式甲烷检测报警仪是一种以热催化敏感元件为探头、智能单片机及多功能外围电路为核心的智能化、数字化矿用便携式安全检测仪器。它便于携带、使用方便，能够较迅速而准确地测定空气中的甲烷气体浓度。

2 两种甲烷测定仪器的基本工作原理

2.1 光干涉式甲烷测定器的基本工作原理

不同密度介质的折射率不同，使光源灯泡发出的光线经棱镜折射、反射后干涉条纹在目镜上产生的位移量不同，导致测定甲烷或二氧化碳浓度。

2.2 便携式甲烷检测报警仪基本工作原理

利用热催化原理，检测空气中甲烷浓度。工作时，空气中甲烷以自然扩散的方式进入传感器气室。采样电路将检测到的甲烷浓度转换成相应的电信号，再经前置电路放大、处理后送入智能单片机进行运算、分析、判断，并根据分析、判断结果适时启动各功能电路，通过显示窗实时显示出被测的甲烷浓度。

3 两种甲烷测定仪器的测量范围及失真原因

光干涉式甲烷测定器目前在煤矿行业被广泛使用，已是一种成熟的甲烷（或二氧化碳）检测仪器，但它检测的精准度不但受自身质量影响，而且还受外部环境条件，如温度、压力、湿度和被检测对象如瓦斯、二氧化碳浓度的影响。

光干涉式甲烷测定器是利用光线穿过不同密度的气体时，因折射率不同光线会发生偏折的原理进行测定。煤炭行业主要用此仪器检查瓦斯和二氧化碳。空气的平均分子量是29、瓦斯的分子量是16、二氧化碳的分子量是44。

所以，在使用前需在空气中调校到一个基准点，检查时当仪器内空气室和气样室均充以空气时干涉条纹位置不变。当改变气样室中的气体成分（如通入甲烷或二氧化碳等与空气密度不同的气体）、温度或压力时，因气体密度发生了变化，使光线发生偏折，目镜上的干涉条纹相对原位置产生了移动，操作人员就会通过位移来读出被检查气体相对空气的体积比。

通过了解光干涉式甲烷测定器的工作原理，可以发现，只要被测气体与仪器内基准气样密度不同就会有读数，但这个读数到底代表什么，还不能盲目下结论。使用此仪器检测时要把有干扰的其它因素尽量排除，才能达到准确。在检测甲烷浓度时，如果吸收管中的钠石灰未能对被检气体中的二氧化碳进行充分过滤，那么测量结果就会产生偏差，影响测量准确度。尤其是在二氧化碳浓度较大的情况下不能充分过滤，即使没有甲烷气体测量时也会有读数，此读数很容易被误读为甲烷气体量，在此情况下，二氧化碳浓度太大，钠石灰不能允分过滤二氧化碳就不适用光干涉式甲烷测定器测定。

便携式甲烷检测报警仪是采用热催化原理来进行测定，只要被检气样中含有能够使催化元件发生反应的气体，便携式甲烷检测报警仪就会根据反应的剧烈程度显示相应的读数，但反应的条件是必须有充分的氧气。在实际使用中，如果检测环境中氧气浓度在18%以上此仪器会较准确地反应瓦斯浓度；氧气浓度在18%～15%时因催化元件燃烧不够充分，测量值比实际偏小；当在氧气浓度15%的环境测量时，会出现较大的误差。同时该仪器使用时常会出现3～5 s的延迟，即用该仪器检测瓦斯不会马上有准确读数，经3～5 s后被测气体充分进入仪器内与催化元件有效反应才有准确读数。

4 实际使用中的验证情况

4.1 二氧化碳浓度在2%以上时的情况

掘进工作面在过旧巷、老空区，二氧化碳浓度在2%以上时，用光干涉式甲烷测定器检测甲烷气体浓度容易出现失真的现象，而且二氧浓度越大偏差越大。草垛沟煤业井下8#层水平轨道巷过旧巷甲烷、二氧化碳浓度测定统计对比表见表1。

表1 过旧巷甲烷、二氧化碳浓度测定统计对比表

4.2 二氧化碳浓度在2%以下时的情况

井下二氧化碳浓度在2%以下时使用光干涉式甲烷测定器测定甲烷气体时二氧化碳能够得到充分过滤，测定结果较为准确。

5 结论

在煤矿实际工作中，针对过旧巷、老空区的情况检查瓦斯用光干涉式甲烷测定器和便携式甲烷检测报警仪配合使用。

当甲烷浓度在0%～5%、二氧化碳在2%以下时，以光干涉式甲烷测定器数据为准、便携式甲烷检测报警仪数据为参考；当二氧化碳浓度在2%以上时，以便携式甲烷检测报警仪测量数据为准，光干涉式甲烷测定器测量数据为参考。如有条件最好取气样进行光谱分析，便能准确测出各种气体成分。

总之，在煤矿生产建设过程中瓦斯造成的事故往往是重大事故，对瓦斯的检查、治理是保证煤矿安全生产的重要工作。

在瓦斯检测过程中要根据被检测环境甲烷、二氧化碳浓度的大小，结合检测仪器的使用范围对甲烷测定仪器的应用进行准确制定，才能够更有效地进行气体的测定，从而进行有效治理。

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年毕业于大同煤校，助理工程师，主要从事矿井通风管理工作（E-mail）1961215534@qq.com