瓦斯防治 第12讲

1、矿井瓦斯检测(jin c)及监测检测瓦斯浓度是预防瓦斯事故的前提(qint)，也是研究瓦斯涌出规律和评价预防瓦斯措施效果的基本依据。煤矿检测瓦斯的方法有以下三种方式：1）实验室分析2）便携式仪器分析3）瓦斯监测共五十四页一、传感器简介(jin ji) 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。 随着(su zhe)测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好。而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。传统的传感器已不能满足这样的要求了。 共五十四页 矿

2、井瓦斯监测监控技术(jsh)是伴随着煤炭工业的发展而逐步发展起来的。1815年，英国发明了世界上第一种瓦斯检测仪器，即瓦斯检定灯，利用火焰的高度来检测瓦斯浓度。20世纪30年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，一直沿用至今。20世纪40年代，美国研制了检测瓦斯气体的敏感元件-铂丝催化元件。1954年，英国采矿安全研究所制成了最早的载体催化元件。共五十四页 20世纪80年代后，世界主要产煤国家都把发展载体催化元件作为瓦斯检测仪器的主攻方向。电子技术的进步推动了瓦斯监测监控装置的进一步发展，首先(shuxin)是研制小型化个人携带式仪器，以后是矿井监控系统，如20世纪70年代后期法国研制的CCT63/

3、40U矿井监控系统、英国的MINOS系统、美国的SCA-DA系统等等。共五十四页 我国煤矿监测监控技术应用较晚，经历了由简单到复杂、从低水平到高技术的发展过程。从新中国建立初期到20世纪70年代，煤矿井下人员主要(zhyo)使用瓦斯检定灯、光学瓦斯检定器等便携式仪器检测井下瓦斯浓度。共五十四页 20世纪60年代，我国开始研制载体催化元件，1974年研制出了第一种达到使用水平的载体催化元件；接着抚顺煤矿安全仪器厂研制出了以该元件为传感器的AQ-1瓦斯测量仪。 80年代初，我国从波兰、法国、德国、英国和美国等国家(guji)引进了一批安全监控系统（如DAN6400、TF200、MINOS和Sent

4、urion-200），装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，开始了自行研制监测系统的历程。 共五十四页我国监控系统(xtng)的主要技术参数a.最大巡检周期：应不大于30s，并应满足监控要求；b.模拟量传输处理误差（输入、输出、累计）：应不大于1.0%； c. 误码率：不应大于10-8；d.控制执行(zhxng)时间：不应大于系统最大巡检周期，异地控制时间应不大于2倍系统最大巡检周期，甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的控制执行时间不应大于2s； e.最大传输距离：传感器及执行器之间的传输距离应不小于2km，分站至传输接口、分站至分站之间的最大传输距离应不小于10km；

5、共五十四页f.最大监控容量：系统允许接入的分站数量(shling)宜在8、16、32、64、128中选取，分站所能接入传感器、执行器的数量宜在2、4、8、16、32、64、128中选取； g.系统工作稳定性：系统应进行工作稳定性试验，通电试验时间不小于7d，系统软件死机率小于1次/720h；h.系统可靠性：系统平均无故障工作时间应不小于800h；i. 存储时间：甲烷、温度、风速、负压、一氧化碳等重要测点的实时监测值存盘记录应保存7天以上共五十四页双机切换时间： 从工作主机故障到备用(biyng)主机投入正常工作时间应不大于5min。备用电源工作时间 ： 在电网停电后，备用电源应能保持系统连续监

6、控时间不小于2小时。共五十四页1、甲烷(ji wn)传感器原理甲烷传感器执行的国家标准和相关煤炭行业标准： 煤矿安全规程（2001年版）、爆炸性环境用防爆电气设备(GB3836-83)、煤矿甲烷检测用载体催化元件（MT281-94）、煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器技术条件(MT444-1995)、煤矿井下环境监测用传感器通用技术条件（MT443-1995）以及 MT209-90、MT282-94、MT283-94、MT631-1996等相关的煤炭行业标准、煤矿安全监控系统(xtng)通用技术要求（AQ6201-2006）共五十四页对瓦斯传感器的技术要求(yoqi) (1)检测范围及基本误差(

7、CH4。) 01.00 士0.1; 1.002.00 士0.2 ; 2.004.00 士0.3 (2)报警范围及基本误差(CH4) 0.501.50 士0.1 (3)声光报警 1m处85dB，能见度20m。 (4)响应时间30s (5)稳定性15d 共五十四页2.瓦斯传感器分类： 按检测原理分：光学式、催化燃烧式、热导式、气敏半导体式2.1催化燃烧式 催化燃烧式气体检测原理：利用敏感元件对可燃气体（如CH4）的催化作用，使可燃气体在元件表面上发生无焰燃烧，放出热量，使元件温度上升，检测元件可随自身(zshn)温度变化量测定气体浓度。有铂丝催化和载体催化两种。共五十四页共五十四页共五十四页催化元

8、件技术性能要求及影响因素（1）灵敏度：指某一浓度的甲烷在敏感元件上反应时，电桥输出(shch)电压值与甲烷浓度之比值。 影响元件灵敏度的主要因素： 催化剂衰老：活性粒子变大、补偿元件 催化层形态构造变化：碳粒子沉积 载体表面积减小：高温导致载体变小 催化剂中毒：S等物质 水蒸汽的影响共五十四页（2）基本误差：线形度（3）稳定性：指工作条件保持不变时，在规定的时间内元件输出信号(xnho)保持不变的能力 固定使用的瓦斯传感器中的催化元件称为连续式元件，连续工作时间为7天；携带仪表中使用的元件为间断式元件，工作时间为7*8H。激活（4）响应时间：指瓦斯浓度发生阶跃变化时，电桥输出信号值达到稳定值9

9、0%的时间。共五十四页 响应(xingyng)时间的长短与元件尺寸、制作工作、气室设计、通气方式有关注意的问题：（1）元件激活及校准：高浓度瓦斯造成（2）缺氧影响（3）仪器校准：流量与仪器在井下安放地点的风速相吻合（4）抗中毒措施共五十四页CH4指示(zhsh)%空气(kngq)中CH4%共五十四页2.2光干涉式 光是以波的形式传播，相临两波峰间距离称为波长。所谓干涉是指波长相同的两束光波相遇时产生(chnshng)波峰增长和抵消现象。两束光分别在不同介质中传播则光程不同，就会产生(chnshng)光程差，有光程差的两束光相遇时，就会叠加产生(chnshng)亮暗相间的干涉条纹。两波峰相遇加强

10、将产生(chnshng)亮条纹，波峰与波谷相遇削弱将产生(chnshng)暗条纹。共五十四页共五十四页1.光学瓦斯(w s)检定器1）结构 共五十四页 如果有两束光，其中一束光通过路程中的介质发生变化，其产生的干涉条纹将发生偏移，偏移程度与介质的折射率成正比。 Nm、Ng、Na分别为被测气体、甲烷、空气折射率。 在检测非甲烷气体时，将仪器(yq)指示值乘以1/m，即为所测气体的真实浓度。共五十四页使用(shyng)时注意事项： （1）关于选择性（2）缺氧影响（3）温度和气压对测值的影响。共五十四页优点：1是寿命长，除去电池和灯泡以外(ywi)，没有损耗部件；2是可以用水柱压力法代替标准气样来校

11、正仪器，免除配气的麻烦；3是测量范围宽。缺点：选择性比较差；读数不直观、不能报警、体积大、笨重等问题。共五十四页2瓦斯检定(jindng)灯1815年发明瓦斯检定灯，直到本世纪四十年代它一直是煤矿主要使用的瓦斯检测装置，它还可以显示出空气中CO2浓度和氧浓度降低的情况。1)构造：如图所示。 共五十四页2) 原理 当空气中的瓦斯浓度低于爆炸下限时，进入检定灯内的瓦斯就在灯焰上燃烧，形成淡兰色的第二火焰(一般称为焰冠)。瓦斯浓度越大(但不能大于爆炸下限)，淡兰色的火焰越高，因此，根据火焰高度能判断瓦斯浓度的大小。瓦斯检定灯的火焰是在双层金属网内燃烧的，即使网内发生瓦斯爆炸，由于金属网的良好散热作用

12、，以及链式反应的活化中心与密集的网丝碰撞而失去能量，就不会引起(ynq)网外瓦斯的爆炸，所以它是安全的。但如网罩破损、烧红、网罩将失去隔爆炸用，故使用时要特别小心谨慎。共五十四页3） 使用方法(1)检查瓦斯时，必须先用正常火焰(焰长约25mm)进行。如若出现火焰发暗、伸长(shn chn)、摆动等现象，表明瓦斯浓度超过4%，必须立即停止检查。如果正常火焰无变化或变化很小，则将灯芯慢慢拧低到黄色火焰消失，根据淡兰色火焰的高度确定瓦斯的浓度。(2)检查二氧化碳时，必须用正常火焰，将灯由上向下移动。二氧化碳浓度为1时，火焰开始发暗，34%时，火焰逐渐缩小而熄灭。当空气中的氧浓度降低到19%时，灯焰减

13、为原来的三分之一，17%时，灯即熄灭，应立即撤出人员。瓦斯检定灯构造简单，使用方便，但测量范围小，精度较低。共五十四页2.3热导式 利用被测气体与纯净空气的热导率差异及混合气体热导率与浓度的关系，把气体浓度变化量转变为相应电信号，可构成热导式检测器，用热导式检测器可以分析多种气体。 当检测元件（固体(gt)热导元件）接触到瓦斯时，由于吸附瓦斯作用，使半导体材料热导率增加，半导体材料温度降低，电阻阻值发生改变，通过检测电路，可测出瓦斯浓度。共五十四页共五十四页使用时注意事项：1.选择性差：预先去除水和二氧化碳2.环境温度变化的影响：一方面，气体(qt)导热率随温度增加而增加；另一方面，气室壁也影

14、响热丝电阻变化3.流速变化的影响。共五十四页2.4其他(qt)甲烷传感器 半导体气敏元件（目前煤矿很少采用） 光纤式：甲烷在3.3um波长及其谐波1.67um波长红外区有较强的吸收作用。 电化学式共五十四页瓦斯自动监测监控系统(瓦斯遥测警报仪)瓦斯遥测警报仪是沼气警报器的进步发展。如重庆煤矿安全仪器厂产的AYJ一1型瓦斯遥测警报仪是国内应用较广的产品。它可以长期、连续对井下五个测点的瓦斯浓度(nngd)进行集中遥测和监视。当测点的瓦斯浓度(nngd)超过规定值时，仪器分别在井下和井上发出声和光的警报信号。如果需要也可以切断工作面和本机的电源。地面接收机还配有自动记录仪。瓦斯自动监测监控系统是一

15、种监视井下沼气动态、研究沼气涌出规律、防治沼气灾害与实现矿井自动化的重要工具。共五十四页当瓦斯进入探头，在载体催化元件表面进行无焰燃烧时，由电桥对角电路输出直流电压(diny)信号。该信号经电缆输给主机，在主机表头上指示出相应的瓦斯浓度。同时，被放大了的直流电压(diny)信号送至主机内发送机，由电压(diny)频率转换器变成一个个低频脉冲信号，瓦斯浓度越高，低频脉冲的个数也越多。这些方波脉冲信号调制在载波上，经过功率放大器放大后，由输出电路经井下到地面的电话线传输到地面的接收机。 共五十四页共五十四页接收机收到调制波信号后，把低频脉冲信号检出，由频率/电压转换器还原成直流电压信号，在显示表头

16、上指示出对应的瓦斯浓度。当瓦斯浓度达到报警点时，报警开关电路动作，接通声光电路，井下、井上同时发出声、光报警。当瓦斯浓度达到断电点时，断电开关电路动作，切断工作面电源或本机电源。井下五台主机的信号，按不同(b tn)的载波频率经过同一条电话线传送到地面，接收机分别对其接收，可以实现五路同时传输。 AYJ一1型的供电电源为井上、井下分别供电。当井下测点或探测的参数很多(例如100200甚至1000个传感器以上)时，井下供电就很复杂，特别是瓦斯超限断电时，井下供电也中断，探头与主机不能再工作。共五十四页因此国外许多国家(法、波等)采用不受井下供电(n din)设备影响的，独立的地面集中供电(n d

17、in)系统，通过电缆把电送给井下主机与探头，该电缆还担负信号传输任务。法国CTT6340U型多参数监测系统就是集中供电系统，它可以测定瓦斯浓度、风速、温度、压力和CO浓度等参数。容量可带40个传感器。电源为220V3050Hz交流电，300VA。每个测点的检测周期4min。最大传输距离为10km。地面终端用两台长图记录仪(各记20个点)显示记录，也可以配Z一80微处理机进行即时读数，显示模拟图形，打印数据等。 共五十四页瓦斯(w s)传感器的安设要求对于便携式和机载式检测仪而言，瓦斯传感器就安在工作或机械(jxi)工作的地点，而对于监测系统来说，合理布置瓦斯传感器有着决定性的意义。根据国内外的

18、研究和工作经验，瓦斯传感器的布置取决于矿山技术条件，其总的要求是：固定在巷道上部：其距离应符合下列规定：共五十四页（1）在独头巷道：距工作面3-5m；（2）在独头巷道的回风流，距巷道口15-20m；（3）对安装在独头巷道的可移动的变电所，从变电所向工作面方向10-15m；（4）在回采(huci)工作面的回风流，距回风巷和工作面连接处10-20m；（5）在采区回风流，距回风巷和人行道、上山、下山、中间石门连接处10-20m。共五十四页（6）在回采工作面进风流，位于回采工作面和配电点之间，距工作面不超过50m（7）在下行通风的回采工作面进风流，距工作面不超过5m；（8）在井下中央(zhngyng)

19、变电所的前方，距巷道和邻区回风巷连接处不超过50m；（9）至局部通风机的距离5-10m。共五十四页瓦斯(w s)传感器布置方式1.回采(huci)工作面传感器安设要求共五十四页在低瓦斯矿井只需安装传感器T1，在高瓦斯矿井和突出(t ch)矿井，必须同时安装传感器T1和T2。报警瓦斯浓度：T1、T2为1%；断电瓦斯浓度：T1为1.5%；T2为1%。断电范围：T1为工作面中全部电气设备；T2为高瓦斯矿井为工作面及其回风巷中全部非本安型电气设备。突出矿井为工作面及其进、回巷全部非本安型电气设备。复电瓦斯浓度：T1、T21%。共五十四页回采工作面采用串联通风时，进入(jnr)串联工作面的风流中必须安装

20、瓦斯传感器，瓦斯报警、断电浓度为0.5%CH4。2.掘进工作面传感器的安设要求共五十四页在高瓦斯、突出矿井(kungjng)，T1、T2应为高低浓度组合式瓦斯传感器。低瓦斯矿井的掘进工作面可不安设T2。报警瓦斯浓度：T1、T2为1%；断电瓦斯浓度：T1为1.5%；T2为1%。断电范围：T1为掘进工作面及其附近20m内全部电气设备；T2为掘进工作面巷道中全部电气设备；复电瓦斯浓度：T1、T21%.共五十四页在回采工作面的进风流中串联有掘进工作面时，应按下图增加瓦斯传感器T3， T3的瓦斯报警(bo jng)浓度、断电浓度均为0.5%，复电浓度小于0.5%，断电范围为回采工作面及其回风巷中全部电气设备共五十四页掘进工作面与掘进工作面串联通风时，应按下图所示，在被串入的掘进工作面的局部通风机入口前3-5m处增设瓦斯传感器T3，其报警、断电浓度均为0.5%，复电浓度小于0.5%，断电范围为被串入的掘进工作面及其回风巷中的全部电气设备，掘进机上配有机载式断电仪时，工作面风流(fngli)中可不设瓦斯传感器。共五十四页共五十四页报警瓦斯浓度：T1为0.5%，T2、T3、T4为1%；断电瓦斯浓度：T1为0.5%，T2、T3、T4为1%；断电范围：T1、T2、T3、T4为机电硐室内(sh ni)全部电气设备；