光学瓦斯检定器的使用

光学瓦斯检定器的使用

2010.3.25主要内容瓦斯基本概念及性质瓦斯爆炸条件及机理光学瓦斯检定器的构造与原理光学瓦斯检定器的操作1.瓦斯基本概念及性质1.1瓦斯的基本概念概念：“井下以甲烷（CH4）为主的有毒、有害气体的总称，有时单独指甲烷”。来源：主要来源于煤层及围岩内涌出到矿井中的气体。此外，矿井生产中产生的气体如放炮产生的炮烟等，井下空气与煤、岩、矿用材料等反应生成的气体以及井下人员呼吸生成的气体也是矿井瓦斯的重要来源。1.2瓦斯的性质无色、无味、无嗅的气体，标准状态下密度0.716kg/m3，为空气密度的0.554倍，无风时会首先积聚在巷道上部。它是极难溶于水的可燃性气体，闪点为-188℃，引燃温度为650℃，扩散性。瓦斯在空气中具有较强的扩散性，局部地点较高浓度的瓦斯会自动向低浓度的区域扩散。涌出的瓦斯会挤占空间，使空气中氧气浓度下降，从而具有窒息性。当混合气体中瓦斯的浓度达25%-30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、失调；达到43％时，氧的浓度降低到12%，人在此环境下会感到呼吸短促，时间稍长就会昏迷并有死亡危险。煤层气的温室效应约为CO2的21倍。逸散在空气中的煤层气，破坏了臭氧层，加剧了温室效应。1.2瓦斯的性质燃烧性、爆炸性。瓦斯是一种可燃性气体，按瓦斯在空气中发生燃烧的性状不同，可以将它分为三个区间：①助燃区间：浓度小于爆炸下限，不能形成持续的火焰，只能起到助燃的作用。②爆炸区间：遇一定能量的点火源会形成可自动加速的燃烧锋面，从而形成强烈的爆炸。③扩散燃烧区：浓度大于爆炸上限。该区域内瓦斯空气的混合气体无法直接被点燃，但当其与新鲜空气混合时，可以在混合界面上被点燃并形成稳定的火焰。煤层气发热量高，每立方米达31.4～34.4MJ（7536～8200大卡以上），每1000m3煤层气相当于1吨燃油或1.25吨标准煤。可用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料。1.3瓦斯的赋存状态瓦斯在一定的压力下以游离和吸附两种状态赋存在煤体中：游离瓦斯存在于煤的孔隙和裂隙中，吸附瓦斯积聚在孔隙壁面上，游离瓦斯和吸附瓦斯处于动态平衡状态。煤矿开采过程中，游离的瓦斯首先放散到开采空间，使邻近煤层中瓦斯压力降低、游离瓦斯量减少，这时，煤中吸附的瓦斯就解析出来，成为新的游离态瓦斯。这一过程不断重复，从而使煤层中的瓦斯源源不断地涌出到开采空间。

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ort游离状态瓦斯吸附状态瓦斯两种状态的瓦斯在一定温度和压力条件下处于一种动平衡状态。条件变化，平衡随之变化。其中吸附瓦斯占煤层瓦斯总量的80％~90％。2.瓦斯爆炸条件及机理1.1瓦斯爆炸的基本条件瓦斯爆炸的发生必须具备三个基本条件，即：①瓦斯浓度在爆炸界限内，一般为5%～16%。②混合气体中氧的浓度不低于12%。③有足够能量的点火源。瓦斯爆炸下限5%，上限16%是指瓦斯空气混合气体爆炸的大致范围，随着其它可燃气体的混入，瓦斯爆炸范围会发生变化，而环境温度、压力及点燃源的能量等都对瓦斯爆炸限有影响，因此，瓦斯爆炸的界限并不是一个固定不变的常数。1.2瓦斯爆炸机理瓦斯爆炸发生的过程：处于爆炸限内的瓦斯空气混合气体首先在点火源处被引燃，形成厚度仅有0.01～0.1mm的火焰层面。该火焰锋面向未燃的混合气体中传播，传播的速度称为燃烧速度。瓦斯燃烧产生的热使燃烧锋面前方的气体受到压缩，产生一个超前于燃烧锋面的压缩波，压缩波作用于未燃气体使其温度升高，从而使火焰的传播速度进一步增大，这样就产生压力更高的压缩波，从而获得更高的火焰传播速度。层层产生的压缩波产生叠加，形成具有强烈破坏作用的冲击波，这就是爆炸。可燃混合气体的燃烧爆炸分为爆燃和爆轰两种状态，爆燃的传播速度为每秒几米至几百米。爆轰的传播速度超过音速（334m/s），最高可达2000m/s。呼和浩特本溪大连3.光学瓦斯检定器的构造与原理3.1光学瓦斯检定器的构造

1—目镜；2—主调螺旋；3—微调螺旋；4—吸气孔；5—进气孔；6—微读数观察窗；7—微读数电门；8—光源电门；9—水分吸收管；10—吸气橡皮球；11—二氧化碳吸收管；12—干电池；13—光源盖；14—目镜盖；15—主调螺旋盖。16—灯泡；17—光栅；18—聚光镜；19—光屏；20—平行平面镜；21—平面玻璃；22—气室；23—反射棱镜；24—折射棱镜；25—物镜；26—测微玻璃；27—分划板；28—场镜；29—目镜保护盖；30—毛细管

瓦斯检定器由气路、光路和电路三大系统组成：气路系统。由吸气管、进气管、水分吸收管、二氧化碳吸收管、吸气橡皮球、气室（包括瓦斯室和空气室）和毛细管等组成。其主要部件的作用是：气室用于分别存贮新鲜空气和含有瓦斯或二氧化碳的气体；水分吸收管内装有氯化钙（或硅胶），用于吸收混合气体中的水分，使之不进入瓦斯室，以使测定准确；毛细管，其外端连通大气，其作用是使测定时的空气室内的空气温度和绝对压力与被测地点（或瓦斯室内）的温度和绝对压力相同，同时又使含瓦斯的气体不能进入空气室；二氧化碳吸收管内装有颗粒直径为的钠石灰，用于吸收混合气体中的二氧化碳，以便准确地测定瓦斯浓度。电路系统。其功能和作用是为光路供给电源。由电池、灯泡0、光源盖、光源电门和微读数电门组成。3.2光学瓦斯检定器的原理

光学瓦斯检定器是根据光干涉原理制成的。它的光路系统如图所示。其工作原理如下：由光源发出的光，经聚光镜到达平面镜。并经其反射与折射形成两束光，分别通过空气室和瓦斯室，再经折光棱镜折射到反射棱镜，再反射给望远镜系统。由于光程差的结果，在物镜的焦平面上将产生干涉条纹。由于光的折射率与气体介质的密度有直接关系，如果以空气室和瓦斯室都充入新鲜空气产生的条纹为基准（对零），那么，当含有瓦斯的空气充入瓦斯室时，由于空气室中的新鲜空气与瓦斯室中的含有瓦斯的空气的密度不同，他们的折射率即不同，因而光程也就不同，于是干涉条纹产生位移，从目镜中可以看到干涉条纹移动的距离。由于干涉条纹的位移大小与瓦斯浓度的高低成正比关系，所以，根据干涉条纹的移动距离就可以测知瓦斯的浓度。我们在分划板上读出位移的大小，其数值就是测定的瓦斯浓度。4.光学瓦斯检定器的操作

4.1使用光学瓦斯检定器之前的准备工作

必须对瓦斯检定器进行以下检查工作：检查药品性能。检查水分吸收管中的氯化钙（或硅胶）和外接的二氧化碳吸收管中的钠石灰是否变色，若变色则失效，应打开吸收管更换新药剂，新药剂的颗粒直径要在3-5mm之间，不可过大或过小。因为颗粒过大不能充分吸收通过气体中的水分或二氧化碳；颗粒过小又容易堵塞甚至其粉末被吸入气室内。颗粒直径不合要求会影响测定的精度。检查气路系统。首先检查吸气球是否漏气：用手捏扁吸气球，另一手掐住胶管，然后放松气球，若气球不胀起，则表明不漏气；其次，检查仪器是否漏气：将吸气胶皮管同检定器吸气孔连接，堵住进气孔，捏扁吸气球，松手后球不胀起为好；最后，检查气路是否畅通，即放开进气孔，捏放吸气球，以气球瘪起自如为好。检查光路系统。按下光源电门，由目镜观察，并旋转目镜筒，调整到分划板清晰为止，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰，可取下光源盖，拧松灯泡后盖，调整灯泡后端小柄，同时观察目镜内条纹，直到条纹清晰为止。然后拧紧灯泡后盖，装好仪器。4.2使用光学瓦斯检定器测定瓦斯浓度

调零。在地面或井下新鲜空气中，手捏气球5～6次。对零。按下微读数盘的零位刻度与指标线重合；旋下主调螺旋盖，再按下光源电门，调动主调螺旋，同时观看目镜，在干涉条纹中选定一条黑基线与分划板的零位相重合，并记住这条黑基线；然后，一边观看目镜一边盖好主调螺旋盖。测定。将连接在二氧化碳吸收管进气口的胶皮管伸向待测位置，然后捏放气球5～6次，将待测气体吸入瓦斯室。读数。按下光源电门、由目镜中观察黑基线的位置。如其恰与某整数刻度重合，读出该处刻度数值，即为瓦斯浓度；如果黑基线位于两个整数之间，则应顺时针转动微调螺旋，使黑基线退到较小的整数位置上，然后，从微读数盘上读出小数位，整数与小数相加就是测定出的瓦斯浓度，例如，若从整数位读出的数值为20，微读数为0.8，则测定的瓦斯浓度20.8%。目镜观测窗微读数观测窗4.3光学瓦斯检定器的使用保养注意事项携带和使用时，防止和其他硬物碰撞，以免损坏仪器内部零件和光学镜片。光干涉条纹不清晰，往往是由于空气湿度过大，光学玻璃上有雾粒或灰尘附在上面以至光学系统有毛病造成的。如果调动光源灯泡后不能达到目的，就要由修理人员拆开进行擦拭，或调整光路系统。测定时，如果空气中含有一氧化碳、硫化氢等其他气体时，因为没有这些气体的吸收剂，将使瓦斯测定结果偏高。为消除这一影响，应再加一个辅助吸收管、管内装有颗粒活性碳可消除硫化氢影响，装有40％氧化铜和60％二氧化锰的混合物，可消除一氧化碳的影响。高原地区的空气密度小、气压低，使用时应对仪器进行相应调整，或根据当地实测的空气温度和大