采面不同瓦斯檢測設備檢測結果偏差原因分析

蘇 鋒

（山西陽泉盂縣東坪煤業有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

瓦斯被稱為“礦工殺手”，爆炸極限為5%～16%，根據相關規定要求：采煤工作面回風巷和掘進頭瓦斯濃度不允許超過1%，否則必須采取措施。因此，礦井瓦斯濃度測定精度對于準確把握現場瓦斯情況、確保安全生產具有重要作用[1-2]。

盂縣東坪煤礦15428工作面回采過程中，對上隅角瓦斯進行測定時，分別對光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷傳感器檢測結果進行了對比，發現偏差較大。本文針對以上情況展開了系統研究，分別在上隅角、回風巷兩個測點每隔6 h進行數據測量工作，發現依舊存在光干涉瓦斯檢定儀偏大的現象，對該情況結合不同儀器設備進行了研究分析并提出解決方案。研究成果對于礦井瓦斯檢查準確度把握具有一定的指導意義。

1 礦井概況

盂縣東坪煤礦主要開采15號煤層，其井田面積為16.242 km2，為沁水煤田北部陽泉礦區的一部分，地質儲量1.43億t，保有儲量約5 500萬t，設計生產能力為120萬t/a；通風方法為抽出式，主要通風機型號為FBCDZ-8-NO.25（2×220kW）型兩臺，系統總進風量為Q＝6 900 m3/min，總回風量為Q＝7 200 m3/min，總回風巷瓦斯濃度0.08%左右。回采工作面配風量為700 m3/min，掘進工作面配風量為460 m3/min。

礦井配備光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷傳感器三種瓦斯檢測設備。

2 瓦斯檢測偏差

2019年9月，現場對15428工作面上隅角瓦斯濃度進行檢測過程中，出現不同設備瓦斯檢測結果偏差較大的現象，為探究出現此類問題原因，分別對該區域及回風巷不同點每間隔6 h進行瓦斯濃度檢測，分別使用光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷傳感器進行檢測。測點位置如圖1所示，各個檢測點檢測數據如圖2、下頁圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，光干涉瓦斯檢定儀檢測結果普遍比便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷傳感器數據高，偏差比較大。

圖2 上隅角位置點瓦斯濃度檢測曲線圖

3 不同設備工作原理

為研究數據偏差較大的原因，分別對不同設備檢測原理進行分析。

3.1 光干涉瓦斯檢定儀

光學瓦檢儀制造原理是基于光干涉理論，由于不同氣體介質密度不同，導致光線通過不同氣體介質產生的折射率不同。

圖3 測點1瓦斯濃度檢測曲線圖

圖4 測點2瓦斯濃度檢測曲線圖

設備內設置一個氣室，以新鮮空氣在氣室內產生的干涉條紋為0點，當氣室內吸入含有瓦斯的氣體時，干涉條紋會偏移。

通過氣球將現場混有瓦斯的氣體引入氣室內，由此引起光干條紋的移動，根據光干條紋移動的距離讀取瓦斯濃度[3-5]。設備如圖5所示。

圖5 光干涉瓦斯檢定儀實物圖

3.2 便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷傳感器

便攜瓦斯檢測報警儀和甲烷傳感器制造原理相同，都是利用熱催化機理制造的。由于一定濃度的瓦斯在傳感元件里面會產生無焰燃燒，不同濃度瓦斯進行無焰燃燒時產生的的熱量不同。便攜瓦斯檢測報警儀和甲烷傳感器通過檢測不同濃度瓦斯氣體無焰燃燒產生的熱量來間接檢測瓦斯含量[6-7]，實物圖如圖6、圖7所示。

4 偏差分析

根據不同設備分析出現較大偏差原因如下：

圖6 便攜式甲烷檢測報警儀實物圖

圖7 甲烷傳感器實物圖

1）由于光學瓦檢儀檢測氣體時運用的是光干涉原理，混合氣體中存在瓦斯、CO2等其他氣體，甚至還有部分水分。儀器內的過濾藥劑SiO2和鈉石灰不能有效過濾水分和CO2，導致儀器讀取的數值偏高。所讀取的數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無焰燃燒產生的熱量來檢測瓦斯濃度，二氧化碳是不能燃燒的，因此檢測的氣體濃度基本為可燃的瓦斯產生的熱量，所以讀取的數值普遍偏低；有些區域氧氣濃度較低也會對讀取的數值有一定影響；所以以上兩種儀器的讀數均偏低。

3）檢測點空氣流動性也會影響到結果讀取的偏差。檢測點空氣流動性越大，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，讀取的數值也會越大。反之則會出現讀書偏小的現象。

5 檢驗對策

通過以上分析結果可知，光學瓦檢儀、瓦斯傳感器及便攜瓦檢儀在檢測瓦斯濃度過程中存在差異的原因是由于本身結構原理不同產生的，因此為了保證以后工作中瓦斯檢測結果的準確性，特制定以下安全措施：

1）根據瓦斯傳感器和便攜瓦檢儀的使用說明以及現場工作環境，定期對以上設備進行靈敏度、報警點等參數的調校，保證電子設備的靈敏度；

2）為保證光學瓦檢儀檢測數據準確性，必須定期對設備內添加二氧化碳吸附劑，更換水分吸附劑等藥劑，到專業部門對設備靈敏度、清晰度等進行調校；

3）加強現場空氣溫度、濕度、風速、風量等氣體基本參數的測定，為現場所檢測的瓦斯數據準確性綜合分析提供依據；

4）定期進行礦井瓦斯和二氧化碳等級鑒定工作，借助于第三方的專業技術解決以上問題；

5）做好礦井通風系統優化工作，保證工作面風量供給充足，保證現場空氣有足夠的新鮮風流流入。

6 結論

1）通過對東坪煤礦現場瓦斯檢測中偏差較大的問題進行科學數據統計分析，發現光干涉瓦檢儀檢測數據偏大。

2）結合光干涉瓦斯檢定儀、便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷傳感器對檢測基本原理進行分析，發現光學瓦檢儀出現數據偏大的原因是該儀器檢測的結果為多氣體參數，并由此制定相應的預防的解決措施。