論紅外瓦斯傳感器在煤礦的推廣應用

呂利剛

摘 要：煤礦的安全關系到井下工人的生命安全，對于我國經濟的發展也具有重要意義，安全生產依賴于完善的監測體系。紅外瓦斯傳感器通過紅外吸收的原理，通過多種新技術的綜合使用，實現了對井下瓦斯氣體濃度實時監測，是煤礦安全生產監測系統必不可少的組成和構成部分。紅外瓦斯傳感器還避免了其他傳感器的缺點，穩定性、靈敏度和抗干擾性都較高，應當在煤礦生產中推廣使用。

關鍵詞：紅外瓦斯傳感器 煤礦 安全生產

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0066-01

改革開放以后，我國的經濟快速發展，對能源的需求量不斷上升。煤炭作為我國工業生產重要的能源之一，為我國的經濟發展做出了巨大貢獻。我國的煤炭儲量比較豐富，煤礦的開采是我國獲取煤炭的主要方式。但是煤礦開采不僅對當地的環境造成了巨大破壞，近些年頻繁出現的瓦斯事故，也引起社會上的廣泛關注。安全事故不僅造成了巨大的經濟損失，還往往造成井下工人死亡。因此，加強對瓦斯的監控，通過有效手段來預防瓦斯事故，成為煤礦安全生產的關鍵所在。

1 我國煤礦檢測瓦斯的主要手段和問題

目前，在我國煤礦中使用較多的傳感器主要有光干涉型、氣敏半導體型、熱催化型、熱導型和紅外氣體吸收型。

光干涉型使用比較方便，主要通過利用空氣中的光波對瓦斯的濃度進行檢測，對瓦斯氣體濃度檢測的靈敏度也較高。但是如果空氣中的氧氣和氮氣比例達不到標準的時候，很容易出現檢測誤差，并且在長時間內的使用效果不好。

氣敏半導體型使用壽命較長，靈敏度高，能耗少，近些年來發展速度較快。但是在實際應用中受環境溫度、適度和材質的影響較大，并且準確度和精讀方面存在著較大不足，因此在實際應用中還有待完善。

熱催化型可以對煤礦中的瓦斯進行檢測，但是使用壽命較短，并且在使用中需要頻繁的進行校對，穩定性也較差。在目前強調安全生產的情況下，熱催化型基本上處于淘汰的邊緣。

熱導型利用熱導原理，通過對空氣中所測氣體之間的導率差進行測算，實現瓦斯氣體的監測。熱導型傳感器壽命較長，使用簡單，但是其對瓦斯氣體監測的精度較低，并且受周圍氧氣和水蒸氣濃度的影響較大，往往出現監測失靈的現象。

紅外氣體吸收型使用了目前應用較為廣泛的紅外瓦斯傳感技術，它通過對不同氣體吸收紅外光譜的強度來監測瓦斯的濃度，使用壽命較長，并且在靈敏度和安全性上也具有很大的優勢。我國剛引進此技術時，受制于成本高和兼容性差，推廣較為困難。但是通過我國科研人員的不斷努力，根據我國煤礦的環境情況，研制出了適合我國煤礦的紅外瓦斯傳感器，達到了國際先進水準。

2 紅外瓦斯傳感器的原理及優勢

紅外瓦斯傳感器的原理是紅外吸收原理，主要是為了監測管道內的氣體濃度而設計出來的。此外，在紅外瓦斯傳感器的設計中，還運用了擴散式采樣和數字式溫度補償等技術，因此，紅外瓦斯傳感器的穩定性和監測精度都很高，并且可以適應我國煤礦井下復雜多變的環境，使用較為廣泛。紅外瓦斯傳感器可以廣泛應用于天然氣輸氣管道、瓦斯抽放泵站和煤礦中的瓦斯抽放管道等。當瓦斯的濃度超出設置上限時，傳感器就會通過聲音和二極管的閃爍發出警告信號。

紅外瓦斯傳感器的調校周期較長，一般大于兩個月，保證其長時間工作的穩定性。其水分離裝置為一體化設計，可以很好的降低管道內的水分、塵埃等雜質對檢測精度的干擾；氣路設計采用了特殊方法，可以很好的應對管道內的各種正壓和負壓；溫度補償也很精確，可以很好的應對礦井下多變的環境，不會因為環境的改變出現監測數據的大幅度變化；其兼容性也很強，提供了多種常用的數據輸出接口。紅外瓦斯傳感器的這些優勢也是其在煤礦中廣泛應用的基礎，但是我國還有一些礦井中并未使用紅外瓦斯傳感器。因此，我國煤礦中對推廣使用紅外瓦斯傳感器，對于煤礦安全生產具有重要意義。

3 紅外瓦斯傳感器在煤礦中的具體應用

煤礦井下的環境多變，存在很多的不可控因素，因而經常發生各種安全事故，其中以瓦斯事故居多。因此，加強煤礦的安全意識，從技術上減少事故發生的幾率，確保井下工作人員的安全，是煤礦安全生產的重要環節。紅外瓦斯傳感器以其具有較高的使用壽命、檢測精度、抗干擾性等優勢，為煤礦的安全生產做出了重要貢獻。

紅外瓦斯傳感器通過將井下的瓦斯濃度進行監測，然后將濃度數值轉換為其他關聯設備可以識別的電信號，再通過補償信號處理技術，可以直觀的顯示出濃度值。當瓦斯濃度超過了安全范圍，報警器就開始報警。其可以固定在煤礦中的回風巷道、采掘工作面等地方，和斷電儀、封鎖瓦斯閉鎖裝置等配合使用。此外，雖然熱催化型、熱導型等其他監測裝置存在諸多缺點，但是和紅外瓦斯傳感器一起使用時，可以避免某一種監測裝置測量數據出現偏差和穩定性較差的情況。通過人工智能技術，將不同傳感器的監測數據進行匯總，然后統一進行處理的分析，可以大幅度的提高監測效果，延長監測器的使用壽命。通過其它配套技術的使用，還可以提高紅外傳感器的反應速度。紅外瓦斯傳感器還增加了遙控調校、斷電控制、故障自檢等功能，便于日常的檢修和維護，節約煤礦的監測成本，提高監測的效果。

以我國自行研究開發的GLG10H型紅外瓦斯傳感器為例，其設計原理是非色散紅外技術，傳感器的光源使用了安全節能的LED光源。通過特殊的算法，LED光源產生優化的輻射光譜，然后通過光敏二極管和特殊的光學系統，內置的微電子設備和溫度傳感器產生電子信號。電子設備和傳感器均采用了UART的數字通信格式，可以檢測0%～100%范圍的瓦斯濃度，或者是0%～100%范圍的LEL。其還具有溫度補償設計，通過數字輸出，可以直接接入到上級設備，并且還能夠自動保存溫度補償、濃度和其他數據。此型紅外傳感器的能耗較小，大約為5mW，并且經過了防爆EX認證。此型紅外瓦斯傳感器可以連續自動的將礦井下的瓦斯濃度轉換為標準的電信號傳輸給其它關聯設備，并且可以實時顯示出井下瓦斯的濃度值，超過了設定范圍時，可以在第一時間進行報警。此型的監測精度也較高，在0%～10%濃度范圍時，監測分辨率達到了0.01%，大于10%時，監測分辨率為0.1%，滿足我國安全生產管理局的要求。傳感器在設計上使用了模塊化和整體化理念，因此更加的小巧和緊湊，符合未來的發展趨勢。在繼承傳統紅外傳感器較高的安全性、穩定性和抗擾性等優點的基礎上，省略了傳統的紅外原理光學部件，降低了成本，還彌補了傳統的紅外傳感器容易被井下灰塵覆蓋后影響透光和反射強度的問題，對于降低紅外瓦斯傳感器的報警缺陷有重要意義。

參考文獻

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