提高光干涉式甲烷测定器维修率的应用研究

2022-06-17崔晓荣

煤炭与化工 2022年5期

崔晓荣，李晓

（平顶山天安煤业股份有限公司一矿，河南平顶山 467000）

0 引言

平顶山天安煤业股份有限公司一矿位于平顶山矿区中部，1957 年动工兴建，1959 年投产。是全国煤炭系统首批建成的“现代化矿井”和“高产高效矿井”，曾获得全国文明煤矿、全国煤炭系统企业示范矿等多项荣誉。该矿目前使用的光干涉式甲烷测定器俗称理研（以下简称光干）型号为AQJ-1型，共200 余台，是抚顺和鹤壁生产的。

光干是瓦检员下井必带的仪器之一，该矿的部分光干已使用二十多年，由于服务年限时间长，入井时会出现分划板脏、大数和小数不亮、或有彩光等问题。针对这类仪器对光干的分划板、镜头和各组镜片可进行简单擦拭和转动灯泡调整光谱，或者检查电路和开关，对小数的弹簧片进行调整等。

近年来随着井下条件日趋复杂，温度高，湿度大，造成瓦斯室进水，零部件松动。井下防突头面水钻打孔，更易造成瓦斯室进水、瓦斯室镜片内壁进入煤尘。瓦斯室是光干的核心部件，如瓦斯室有煤尘、进水和零部件松动则会改变光线的位置，影响光干条纹的形成，最终导致仪器报废。针对此类光干展开了光干维修利用的研究应用。

2 工作原理

光干主要有光源组、聚光镜组、平面镜组、折光棱镜组、物镜组、测微组、目镜组、吸收管组、气室组和按钮组等部分组成，分为光路、电路和气路系统。AQJ-1 光干涉式甲烷测定器光学系统图如图1 所示。

图1 AQJ- 1 光干涉式甲烷测定器光学系统图Fig.1 Optical system diagram of aqj-1 optical interferometric methane detector

由图1 可以看出，光源1 发出的光经过聚光镜2 后，到达平面镜3，并在0 点分为两部分：第Ⅰ束光（实线）在平面镜3 表面反射出来，第二束光（虚线）透过表面折射到平面镜底面反射到镜面后再折射出来。第Ⅰ光束在表面反射出来穿过气室5的一个侧室，进入折光棱镜6，将其折回再穿过气室5 的另一侧室，回到平面镜3 上，折射进入平面镜后在其镜底表面反射到0’点穿出平面镜，经过反射棱镜7 反射使光束进入望远镜8；第Ⅱ光束折射入平面镜后在其后表面反射，然后穿过气室5 的中央部分，经折光棱镜6 改变方向后，再穿过气室回到平面镜0’点，在其表面反射出来和第Ⅰ光束汇合，经反射棱镜7 同进入望远镜8。两束光在望远镜8 的物镜的焦平面上产生特有的干涉现象，通过目镜可观测到干涉条纹中央为白纹，两旁为彩纹。

3 实验过程

3.1 粘瓦斯室

拆开瓦斯室的包角及挡片，拆开瓦斯室两端的镜片（可用酒精灯稍微烤一下），先用小棒卷脱脂棉浸少许酒精，轻轻擦拭镜片至明亮无杂质，备用。然后用事先配置好的胶进行粘合。如瓦斯室漏气、串气均不符合气路系统的要求，故对胶的要求比较高。在配置气室玻璃粘合剂上需要做进一步的试验。在仅知道原料是松香和凡士林油的前提下，首先把松香和凡士林油进行1∶1 的配置，然后放在容器里加热，并不断搅拌，使其充分融合，待自然冷却后，胶有些发软，在粘的过程中不能马上冷却（如胶不能马上冷却，在粘瓦斯室容易出现漏气、串气）。

松香质硬而脆，加入松香，胶变硬了，但还达不到马上冷却的效果，因此加大松香的比例，经过反复试验发现，按照松香和凡士林的配比7∶3 熬制出来的气室胶，软硬适中，遇到空气可以马上冷却，符合粘瓦斯室的条件。

胶配置好后，擦洗干净气室的两端面并烤热，均匀的涂上薄薄的一层粘合剂，认准两平行玻璃板原来的安装位置，垂直地把它装在气室的端面上，安装后不能再去推动，以避免粘合剂粘到玻璃板的其它地方影响光线投射和干涉条纹的形成。装上固定平行玻璃板的包角和挡片，螺钉拧紧后再把两端稍微加热使粘合剂融化，压紧玻璃面，再次拧紧螺钉。注意动作要轻缓，以免压碎玻璃。放置1～2 h，后做气密性检查，直到完全符合要求，再进行下一步操作。

3.2 寻找干涉条纹

引起干涉条纹消失的情况很多，如灯泡烧坏、线路损坏、灯泡位置移动及放大镜松动等，但大多是光路系统的故障，因此，在寻找干涉条纹前应先检查开关和线路是否正常，灯泡是否良好，其位置是否适当。如灯泡和线路完好，检查光源底座与固定灯泡的旋钮上紧后，灯泡是否松动，如出现松动，说明底座和旋钮不匹配，需更换底座，直至灯泡卡紧但又不限制灯泡能自由活动，以便转动灯泡快速找到光干条纹。当瓦斯室松动或者转动灯泡找不到光谱时，需要把瓦斯室拆下来，转动灯泡，调整各镜片位置，直至找到干涉条纹后再安装瓦斯室。按说明书找光干条纹不易操作，经操作试验，总结出一套可快速、准确找光干条纹的方法。

准备一张宽10 mm，长50 mm 的洁白硬纸条（俗称找光片），把找光片放在平面镜的右边，观察从光源投射过来的光是否正对找光片，如光的位置偏高或者偏低，应调整灯泡，如没有光线，应转动粗动手轮，稍调整平面镜的位置，直至出现光线。

把找光片放在折光棱镜前中线左侧（面向瓦斯室位置），掐腰亮图形应出现在与中线相切的位置，如不出现光亮，则检查折光棱镜是否安装在凹槽内，如光线偏左或者偏右，应转动灯泡位置，调整粗动手轮，稍挪一下聚光镜的位置，直至掐腰亮图形出现在中线相切的位置。把找光片放在物镜前，出现正方亮图形，光线偏左或者偏右时，用螺丝刀轻微别动反射棱镜组，使光线出现在正中央。把找光片放在测微镜前出现右侧半圆亮图形，在目镜前出现月牙亮图形，使光线正好照射在目镜内侧的边缘上。如月牙亮偏高或者偏低，则调整粗动手轮。通过目镜来观察光干条纹。

如调整好的光干条纹不清晰，则用2 种方法来解决：（1）用小棒卷脱脂棉，蘸少许酒精轻轻擦拭各个镜片组；（2）先移动物镜，至光干条纹清晰、明亮，以条纹的第5 条线与刻度线7 重合为准，如此时条纹过宽（窄），则剪一个约1.5 mm 宽10 mm 长的小窄纸条，垫在折光棱镜的前（后）面，然后再调整物镜就可得到清晰的干涉条纹。操作完毕后，检查大小数是否一致，用标准气样进行调校，合格后方可上架使用。