煤礦井下瓦斯?jié)舛葯z測方法探討

摘要：本文主要針對(duì)煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臋z測方法進(jìn)行分析，較為常見的檢測方法有光學(xué)分析法與非光學(xué)分析法，詳見下述。

關(guān)鍵詞：煤礦井下;瓦斯?jié)舛?檢測方法

眾所周知，我國地大物博、自然資源豐富，特別是煤炭資源，煤炭資源作為國家基礎(chǔ)性能源，開采技術(shù)條件對(duì)于煤炭行業(yè)的發(fā)展具有極大的影響，在煤炭開采過程中面臨著各類的安全隱患，煤炭開采事故時(shí)有發(fā)生，而引發(fā)安全事故的最終誘因無疑是開采環(huán)境內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗^高，引發(fā)瓦斯爆炸，造成重大安全事故。因此，煤炭開采過程中必須重視煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臋z測，檢測達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行開采，而本文則主要針對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臋z測方法進(jìn)行探討。分別從非光學(xué)分析法與光學(xué)分析法角度兩個(gè)方面入手進(jìn)行分析。

一、光學(xué)分析法

第一，干涉式光學(xué)分析法。光干涉式測量技術(shù)的應(yīng)用，主要結(jié)合光在瓦斯與空氣中的傳播速度，對(duì)相關(guān)數(shù)值進(jìn)行分析，從而確定瓦斯?jié)舛取４朔椒ɡ霉鈱W(xué)系統(tǒng)，對(duì)光進(jìn)行分解，而后經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)氣室與瓦斯氣室后，過程中將會(huì)出現(xiàn)光程差，造成光干涉，進(jìn)一步確定瓦斯?jié)舛扰c干涉條紋移動(dòng)量兩者間的關(guān)系，最終明確瓦斯?jié)舛取?/p>

光干涉測量法的優(yōu)勢較為顯著，比如，可操作性強(qiáng)、較為便捷、占用體積小、測量速度快等等。但是，它的應(yīng)用過程中也會(huì)存在不足，比如，在實(shí)際測量過程中會(huì)受溫度、壓力以及濕度等各類因素的影響，從而產(chǎn)生誤差，不僅如此，由于甲烷與二氧化碳兩者的折射率相似，如若干燥管內(nèi)鈉石灰完全失效，那么就會(huì)導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)誤差，測量值過高，進(jìn)而出現(xiàn)誤判的問題^[1-2]。

第二，紅外光譜吸收式測量法。光透過介質(zhì)會(huì)受氣體分子性質(zhì)的影響，氣體分子具有吸收譜的屬性，所以，氣體吸收譜與光的發(fā)射光譜兩者處于重疊狀態(tài)，那么此部分將會(huì)被吸收，而剩余部分則會(huì)被透射。運(yùn)用紅外光譜吸收式檢測法主要運(yùn)用以上原理，在利用此檢測方法的過程中，需要事先構(gòu)建紅外吸收光譜檢測瓦斯?jié)舛燃夹g(shù)模型，而后再控制激光器的溫度與波長，同時(shí)把控信號(hào)電路，再將激光對(duì)準(zhǔn)氣體池，如遇障礙那么激光將向其他方向反射，借助光電探測器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后輸送至計(jì)算機(jī)，分析并對(duì)比信號(hào)，進(jìn)一步確定檢測結(jié)果。

第三，散射式檢測法。此檢測方式主要運(yùn)用激光將其直接照射于透明物質(zhì)、氣體或液體上，而后產(chǎn)生非彈射散射與彈性散射效應(yīng)。值得一提的是，拉曼散射主要涉及反斯托克斯散射與斯托克斯散射。拉曼散射檢測技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，檢測過程時(shí)間短，檢測手段簡單，靈敏度強(qiáng)，同時(shí)不會(huì)給氣體分子濃度結(jié)果帶來不利影響。反斯托克斯散射主要指的是頻率大于激光頻率的散射光。以此類推，頻率小于激發(fā)光頻率的散射光被稱作斯托克斯散射。需要注意的是，浪漫散射檢測技術(shù)的應(yīng)用過程中容易受信號(hào)強(qiáng)弱的影響，很多時(shí)候信號(hào)處于較弱的狀態(tài)，無法保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度，也很難與多個(gè)設(shè)備協(xié)同運(yùn)作，所以，煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臋z測過程中運(yùn)用磁檢測技術(shù)具有極大的難度^[3]。

二、非光學(xué)分析法

第一，半導(dǎo)體氣敏法。半導(dǎo)體氣敏法的應(yīng)用主要是借助氣敏傳感器，并對(duì)煤礦井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行有效檢測，檢測所運(yùn)用的基本原理是根據(jù)氧化物半導(dǎo)體在不同濃度環(huán)境與氣體環(huán)境下所產(chǎn)生的變化規(guī)律，進(jìn)一步檢測瓦斯氣體濃度，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。半導(dǎo)體氣敏所運(yùn)用的氧化物半導(dǎo)體材料相對(duì)較多，比如，氧化鈦以及氧化錫等等，都可有效利用?；驹拿舾泄δ芗霸阅苁懿牧现谱鞴に?、類型及結(jié)構(gòu)等各類因素的影響，同時(shí)也制約著瓦斯氣體濃度檢測的準(zhǔn)確性。氣敏傳感器的應(yīng)用過程中體現(xiàn)了反應(yīng)速度的優(yōu)勢，但其反應(yīng)速度也受外界環(huán)境的影響，如若環(huán)境不理想那么最終的反應(yīng)速度也會(huì)減緩。

第二，超聲波檢測技術(shù)。在煤礦井下瓦斯氣體濃度檢測過程中應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)，超聲波在不同氣體傳播的過程中，會(huì)受介質(zhì)種類的影響而發(fā)生變化，應(yīng)用此原理完成瓦斯氣體濃度檢測工作，超聲波在瓦斯中的傳播速度與空氣中的傳播速度具有較大的差異，如若傳播距離相同，那么所用時(shí)長卻會(huì)體現(xiàn)較大區(qū)別，通過兩者間的差異反映瓦斯?jié)舛?。但是，在煤礦井下兩者間的差異卻相對(duì)較小，很多時(shí)候很難達(dá)到精度上的要求^[4-5]。

第三，載體催化法。此方法在煤礦井下瓦斯?jié)舛葯z測過程中應(yīng)用較為廣泛，其基本原理主要是將瓦斯在某元件表面進(jìn)行充分燃燒，而后再根據(jù)元件溫度的變化，進(jìn)一步確定煤礦井下的實(shí)際瓦斯?jié)舛?。載體催化法的應(yīng)用已較為成熟，同時(shí)應(yīng)用范圍較廣。但是，需要注意的是，在應(yīng)用此檢測技術(shù)的過程中，元件的長期利用容易出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)。針對(duì)這一問題，現(xiàn)階段已具有對(duì)應(yīng)的解決方案，通過甲烷檢測法恢復(fù)催化劑活性，進(jìn)而提高傳感器的實(shí)際靈敏，從而解決催化劑長期應(yīng)用所產(chǎn)生的劣化問題。

三、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段教育常見的礦井下瓦斯?jié)舛葯z測方法有非光學(xué)檢測法與光學(xué)檢測法，經(jīng)筆者分析非光學(xué)瓦斯?jié)舛葯z測方式的應(yīng)用體現(xiàn)了壽命短、檢測要求高等多項(xiàng)缺陷，應(yīng)用此方法進(jìn)行檢測的過程中，容易受煤礦井下環(huán)境的影響，導(dǎo)致最終的檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。而光學(xué)檢測方法的應(yīng)用范圍卻較為廣泛，它的檢測結(jié)果準(zhǔn)確性較高，可應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測，與此同時(shí)，此檢測方法的應(yīng)用過程中優(yōu)勢同樣顯著，比如，成本低、靈敏度高等等。在煤礦井下瓦斯?jié)舛葯z測過程中，選擇光學(xué)分析法亦或是非光學(xué)分析法，必須結(jié)合實(shí)際情況，選擇最為適宜的檢測方式，盡可能確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與真實(shí)性，從而為相關(guān)技術(shù)人員所借鑒，體現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的價(jià)值。

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作者簡介：

喬雙雙，河南省工業(yè)和信息化高級(jí)技工學(xué)校，助理講師，本科學(xué)歷。