蘇 鋒

（山西陽(yáng)泉盂縣東坪煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

瓦斯被稱(chēng)為“礦工殺手”，爆炸極限為5%～16%，根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求：采煤工作面回風(fēng)巷和掘進(jìn)頭瓦斯?jié)舛炔辉试S超過(guò)1%，否則必須采取措施。因此，礦井瓦斯?jié)舛葴y(cè)定精度對(duì)于準(zhǔn)確把握現(xiàn)場(chǎng)瓦斯情況、確保安全生產(chǎn)具有重要作用[1-2]。

盂縣東坪煤礦15428工作面回采過(guò)程中，對(duì)上隅角瓦斯進(jìn)行測(cè)定時(shí)，分別對(duì)光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、甲烷傳感器檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)偏差較大。本文針對(duì)以上情況展開(kāi)了系統(tǒng)研究，分別在上隅角、回風(fēng)巷兩個(gè)測(cè)點(diǎn)每隔6 h進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)依舊存在光干涉瓦斯檢定儀偏大的現(xiàn)象，對(duì)該情況結(jié)合不同儀器設(shè)備進(jìn)行了研究分析并提出解決方案。研究成果對(duì)于礦井瓦斯檢查準(zhǔn)確度把握具有一定的指導(dǎo)意義。

1 礦井概況

盂縣東坪煤礦主要開(kāi)采15號(hào)煤層，其井田面積為16.242 km2，為沁水煤田北部陽(yáng)泉礦區(qū)的一部分，地質(zhì)儲(chǔ)量1.43億t，保有儲(chǔ)量約5 500萬(wàn)t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a；通風(fēng)方法為抽出式，主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBCDZ-8-NO.25（2×220kW）型兩臺(tái)，系統(tǒng)總進(jìn)風(fēng)量為Q＝6 900 m3/min，總回風(fēng)量為Q＝7 200 m3/min，總回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?.08%左右?；夭晒ぷ髅媾滹L(fēng)量為700 m3/min，掘進(jìn)工作面配風(fēng)量為460 m3/min。

礦井配備光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、甲烷傳感器三種瓦斯檢測(cè)設(shè)備。

2 瓦斯檢測(cè)偏差

2019年9月，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)15428工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，出現(xiàn)不同設(shè)備瓦斯檢測(cè)結(jié)果偏差較大的現(xiàn)象，為探究出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題原因，分別對(duì)該區(qū)域及回風(fēng)巷不同點(diǎn)每間隔6 h進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，分別使用光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、甲烷傳感器進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示，各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖2、下頁(yè)圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，光干涉瓦斯檢定儀檢測(cè)結(jié)果普遍比便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、甲烷傳感器數(shù)據(jù)高，偏差比較大。

圖2 上隅角位置點(diǎn)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)曲線圖

3 不同設(shè)備工作原理

為研究數(shù)據(jù)偏差較大的原因，分別對(duì)不同設(shè)備檢測(cè)原理進(jìn)行分析。

3.1 光干涉瓦斯檢定儀

光學(xué)瓦檢儀制造原理是基于光干涉理論，由于不同氣體介質(zhì)密度不同，導(dǎo)致光線通過(guò)不同氣體介質(zhì)產(chǎn)生的折射率不同。

圖3 測(cè)點(diǎn)1瓦斯?jié)舛葯z測(cè)曲線圖

圖4 測(cè)點(diǎn)2瓦斯?jié)舛葯z測(cè)曲線圖

設(shè)備內(nèi)設(shè)置一個(gè)氣室，以新鮮空氣在氣室內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋為0點(diǎn)，當(dāng)氣室內(nèi)吸入含有瓦斯的氣體時(shí)，干涉條紋會(huì)偏移。

通過(guò)氣球?qū)F(xiàn)場(chǎng)混有瓦斯的氣體引入氣室內(nèi)，由此引起光干條紋的移動(dòng)，根據(jù)光干條紋移動(dòng)的距離讀取瓦斯?jié)舛萚3-5]。設(shè)備如圖5所示。

圖5 光干涉瓦斯檢定儀實(shí)物圖

3.2 便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、甲烷傳感器

便攜瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀和甲烷傳感器制造原理相同，都是利用熱催化機(jī)理制造的。由于一定濃度的瓦斯在傳感元件里面會(huì)產(chǎn)生無(wú)焰燃燒，不同濃度瓦斯進(jìn)行無(wú)焰燃燒時(shí)產(chǎn)生的的熱量不同。便攜瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀和甲烷傳感器通過(guò)檢測(cè)不同濃度瓦斯氣體無(wú)焰燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)間接檢測(cè)瓦斯含量[6-7]，實(shí)物圖如圖6、圖7所示。

4 偏差分析

根據(jù)不同設(shè)備分析出現(xiàn)較大偏差原因如下：

圖6 便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀實(shí)物圖

圖7 甲烷傳感器實(shí)物圖

1）由于光學(xué)瓦檢儀檢測(cè)氣體時(shí)運(yùn)用的是光干涉原理，混合氣體中存在瓦斯、CO2等其他氣體，甚至還有部分水分。儀器內(nèi)的過(guò)濾藥劑SiO2和鈉石灰不能有效過(guò)濾水分和CO2，導(dǎo)致儀器讀取的數(shù)值偏高。所讀取的數(shù)值為瓦斯和二氧化碳等氣體的混合值。

2）瓦斯傳感器和便攜瓦檢儀是通過(guò)無(wú)焰燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，二氧化碳是不能燃燒的，因此檢測(cè)的氣體濃度基本為可燃的瓦斯產(chǎn)生的熱量，所以讀取的數(shù)值普遍偏低；有些區(qū)域氧氣濃度較低也會(huì)對(duì)讀取的數(shù)值有一定影響；所以以上兩種儀器的讀數(shù)均偏低。

3）檢測(cè)點(diǎn)空氣流動(dòng)性也會(huì)影響到結(jié)果讀取的偏差。檢測(cè)點(diǎn)空氣流動(dòng)性越大，氧氣濃度越高，瓦斯傳感器和便攜瓦檢儀的催化元件上面的氣體燃燒越充分，讀取的數(shù)值也會(huì)越大。反之則會(huì)出現(xiàn)讀書(shū)偏小的現(xiàn)象。

5 檢驗(yàn)對(duì)策

通過(guò)以上分析結(jié)果可知，光學(xué)瓦檢儀、瓦斯傳感器及便攜瓦檢儀在檢測(cè)瓦斯?jié)舛冗^(guò)程中存在差異的原因是由于本身結(jié)構(gòu)原理不同產(chǎn)生的，因此為了保證以后工作中瓦斯檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，特制定以下安全措施：

1）根據(jù)瓦斯傳感器和便攜瓦檢儀的使用說(shuō)明以及現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，定期對(duì)以上設(shè)備進(jìn)行靈敏度、報(bào)警點(diǎn)等參數(shù)的調(diào)校，保證電子設(shè)備的靈敏度；

2）為保證光學(xué)瓦檢儀檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，必須定期對(duì)設(shè)備內(nèi)添加二氧化碳吸附劑，更換水分吸附劑等藥劑，到專(zhuān)業(yè)部門(mén)對(duì)設(shè)備靈敏度、清晰度等進(jìn)行調(diào)校；

3）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)空氣溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)量等氣體基本參數(shù)的測(cè)定，為現(xiàn)場(chǎng)所檢測(cè)的瓦斯數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性綜合分析提供依據(jù)；

4）定期進(jìn)行礦井瓦斯和二氧化碳等級(jí)鑒定工作，借助于第三方的專(zhuān)業(yè)技術(shù)解決以上問(wèn)題；

5）做好礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化工作，保證工作面風(fēng)量供給充足，保證現(xiàn)場(chǎng)空氣有足夠的新鮮風(fēng)流流入。

6 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)東坪煤礦現(xiàn)場(chǎng)瓦斯檢測(cè)中偏差較大的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)光干涉瓦檢儀檢測(cè)數(shù)據(jù)偏大。

2）結(jié)合光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、甲烷傳感器對(duì)檢測(cè)基本原理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)光學(xué)瓦檢儀出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏大的原因是該儀器檢測(cè)的結(jié)果為多氣體參數(shù)，并由此制定相應(yīng)的預(yù)防的解決措施。