煤矿瓦斯检测技术分析

冯岁伟　汪万里

【摘 要】 要确保我国经济的持续发展，就必须确保发展过程中的安全性。煤矿企业要持续发展，瓦斯安全是重点，因此针对于煤矿企业的瓦斯安全，本文就煤矿瓦斯检测技术加以研究，从而更好地服务煤矿安全生产，确保煤矿企业的持续发展。

【关键词】 煤矿瓦斯检测；新技术；研究

在煤矿企业生产的过程中，瓦斯安全是非常重要的，因此煤矿企业应加大瓦斯检测技术研究，确保瓦斯检测的高效性、准备性。

一、煤矿瓦斯传感器的工作原理

瓦斯就是甲烷，是一种可燃气体，因此在煤矿开采的过程中一定要注意检测瓦斯的浓度，从而确保工作人员的人身安全。当空气中的甲烷体积比例达到了百分之五以上，遇到明火就会产生爆炸，从而造成人员伤亡，所以在煤矿的工作过程中，检测瓦斯的浓度是必须的工作。煤矿企业在检测瓦斯浓度时应使用瓦斯传感器来进行检测的，所谓的瓦斯传感器是指用来检测煤矿中甲烷的浓度的仪器，当甲烷的浓度上升到一定的程度时，该仪器就会发出警告，从而警告工作人员，确保他们的人身安全。瓦斯传感器是利用电信号来发送信息，瓦斯传感器产生的电信号，在通过放大器的放大作用、转换器的转换、单片机的运算处理后才在数码管上显示出瓦斯的浓度，然后再经过转换器来将甲烷的浓度信息转换成电信号，再传输到各个关联的设备，从而更好地监控甲烷的浓度。

二、煤矿企业常用的煤矿瓦斯检测技术

煤矿企业常用的瓦斯检测技术有三种，分别有接触燃烧气敏法和半导体气敏法，以下就是对这两种方法的分别介绍。

（一）接触燃烧气敏法

所谓的接触燃烧气敏法是指将甲烷作为燃烧的气体，在催化元件的表面上进行燃烧，当催化元件表面被燃烧时，催化元件的温度就会升高，从而使得铂丝的电阻增大。甲烷的浓度越高，催化元件的表面就会燃烧得越旺，元件的温度就会越高，从而使得铂丝的电阻就越大，也就是说甲烷的浓度与铂丝的电阻是成正比。根据这种关系制定出来的瓦斯传感器的敏感度会比较高，在一定的范围内，传感器所输出的电信号是与甲烷的浓度成正比的，因此可以根据传感器所输出的电信号来测量瓦斯的浓度。但是这种传感器也具有一定的缺点，就是测量的范围比较小，而且当甲烷浓度过大时，催化元件的表面就会燃烧得很旺，所以催化元件的寿命是比较短的，每隔一段时间就要对其进行校正。而且煤矿里面的各种灰尘也会加速催化元件的老化，从而使得催化元件的寿命变得更短。

（二）半导体气敏法

半导体气敏法，顾名思义就是用半导体的变化来产生电信号，在半导体气敏法中，是利用氧化物半导体作为吸附的材料，而当甲烷被吸附在氧化物的半导体上时，半导体就会发生相应的变化，例如电导率的变化，从而检测甲烷的浓度。半导体气敏法主要利用的氧化物半导体分别有：氧化锡、氧化钛、氧化锌、氧化镁等等。比起其他的甲烷检测传感器，用氧化物半导体制成的传感器的成本更低，这就是半导体传感器的最大的优点。但是半导体又分两种，分别是电阻式和非电阻式，为了更好地提高传感器的灵敏度，确保瓦斯检测的准确性，在选择材料的时候应该选择一些稳定性比较好、能量消耗比较低、恢复时间比较短的材料，但是目前市面上还没有同时兼备这些优点的材料，因此在选择材料的时候，就要根据自己企业的要求以及特点来选择。

三、新型的煤矿瓦斯检测技术

随着科学技术的发展，煤矿瓦斯检测技术也在不断地发展更新，以下就介绍三种新型的煤矿瓦斯检测技术，分别有红外光谱法、光纤法。

（一）红外光谱法

红外光谱法是根据不同气体在光谱作用下由于分子结构以及键能不同而表现出不同的吸收峰的原理来测定甲烷的浓度，不同的气体都会有属于自己的吸收光谱，例如甲烷气体在光波波长为3.33微米的地方有一个非常大的吸收峰，但是其他的气体在这里地方就没有相应的吸收峰又或者吸收峰没有甲烷气体的厉害。根据吸收峰的原理就可以很好地制定红外光谱传感器了。利用這个原理来研究煤矿瓦斯检测传感器的国家有很多，例如欧美的一些发达国家就在2004年就研究出了煤矿用红外甲烷传感器。在利用这种技术来检测甲烷的浓度时，需要特别注意的是：如何选择光源，因为光源的选择会直接影响到传感器的灵敏度，也就是影响到甲烷浓度的检测。随着科学技术的发展，红外传感器也在不断的发展创新，例如赵海山就研究出了以室温半导体激光器为基础的便携式红外敏感器，安宇鹏研究出了以激光器为光源，并以DAS来测量甲烷浓度的检测系统，张帆就研究出了以BP神经网络为基础的红外甲烷传感器的温度校正模型。总的来说，随着科学的发展，红外光谱法也在不断地发展更新，而红外光谱法的发展也就意味着煤矿瓦斯检测技术踏入了一个全新的台阶。

（二）光纤法

光纤法，顾名思义就是以光纤信号为基础来进行检测的一项检测新技术，具体来说，就是以光信号作为瓦斯检测的载体，然后再以光纤信号来作为传输通道的一项煤矿瓦斯检测技术。光纤法主要是通过测量甲烷的吸收谱来测量甲烷的浓度，光纤法主要利用到两种技术，分别是差分吸收技术和波长调制技术。首先，差分吸收技术的工作原理是：不同的气体是由不同的分子组成的，由于分子之间的结构差异以及能量差异，从而导致了不同气体的吸收峰带是不一样，因此差分吸收技术就是根据气体的吸收峰带来检测甲烷的浓度。但是差分吸收技术在灵敏度是存在着一定的缺陷，因此为了更好地提高差分吸收技术的灵敏度，提高瓦斯检测的灵敏度，就要使用波长调制技术来进行辅助。利用光纤法来制定成的传感器拥有许多其他传感器没有的优点，例如光纤气体传感器不易受到电磁干扰，安全性高，不易受到温度、高压的影响，同时还耐腐蚀能力强，在抗爆能力上更是突出，远距离传输信号失真小，适合在极端条件下进行数据传输。光纤气体传感器可以进行多点的同时探测，具有很高的测量精度和测量范围，整个系统工作寿命长，并具有较低的成本。

四、进行瓦斯检测的注意事项

不管是利用传统的瓦斯检测技术还是沿用新型的瓦斯检测技术，在采矿的过程中，工作人员都必须确保好检测的间隔时间和次数。为了确保检测的准确性，工作人员检测瓦斯的间隔时间一定要均匀，而且还要确保检测间隔时间的合理性，例如每班要检测三次，假设轮班的时间为8个小时，那么工作人员每两到三个小时就要进行瓦斯浓度的检测。除了要确保检测间隔时间的均匀外；为了更好地确保检测人员的安全性，工作人员在进行瓦斯检测的时候，应该要小心谨慎，不能随意鲁莽，比如在检测盲巷的瓦斯浓度时，工作人员要由外向里缓慢地检测，不能直接走到巷道里面检测。而且在检测的时候，工作人员还要时刻留意周边的事物，防止意外的发生，从而伤及自己的人身安全，因此在进行瓦斯浓度检测的时候，检测人员一定要铭记各种注意事项，从而更好地规范自己的行为，更好地确保自己的人身安全。

随着经济和科学技术的不断发展，以及计算机技术的不断应用，未来瓦斯传感器将会更加的智能化以及小型化，而且也会有不同的新技术来完善和更新瓦斯传感器，因此在科学持续发展的背景下，加大煤矿瓦斯检测新技术研究，从而更好地为煤矿安全生产做出贡献。

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