我國煤礦氣體檢測技術研究進展

梁運濤，田富超，馮文彬，邵振魯，孟祥寧，陳成鋒

(1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司 煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 沈撫示范區 113122; 2.中國礦業大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221116; 3.中國礦業大學(北京) 應急管理與安全工程學院，北京 100083)

煤礦氣體是煤礦井下環境中各種氣體的總稱，主要包括氮氣(N2)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、正丁烷(n-C4H10)、異丁烷(i-C4H10)、丙烯(C3H6)、氫氣(H2)、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)及一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氨氣(NH3)等[1]。煤礦氣體組分復雜且具有多面性:1是必需性，2是致災性，3是預警性[2-3]。必需性是指礦井通風風流對維系井下人員作業環境所必須的職業健康保障功能，例如O2;致災性是指礦井災害氣體對煤礦安全生產的危害性，例如CH4是瓦斯爆炸過程中的主要災害氣體;預警性是指煤礦特定氣體成分和濃度變化特征與災害的發生發展存在一定的對應關系，可以預測災害發生的概率和危險程度[4-5]，例如CO是煤自然發火的主要標志氣體。

我國煤礦災害的種類較多，根據國家礦山安全監察局公布的歷年煤礦災害事故數據，2000—2020年由煤礦氣體引發或參與的火災、爆炸、突出、窒息等重特大事故起數達462起，占全國煤礦重特大事故起數的78.89%。因此，準確高效分析煤礦氣體成分和濃度，對于早期預警礦井火災、瓦斯爆炸等災害，有效防范次生事故，保障作業和救援人員的生命安全等具有重大意義[6]。

目前，煤礦氣體檢測主要包括催化燃燒式、熱導式、光干涉式、電化學式等各類傳感器技術，色譜分析技術，傅里葉變換紅外光譜(Fourier Transform Infra-Red，FTIR)、非分散紅外光譜(Non-Dispersive Infra-Red，NDIR)以及可調諧半導體激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)等各類光譜分析技術。筆者對煤礦井下典型氣體檢測技術特征、研究現狀及應用效果進行論述，總結各種檢測技術的優缺點及適用條件，提出煤礦氣體檢測技術的應用建議和發展方向，為災害預警和事故救援提供科學依據。

1 傳感器技術

1.1 催化燃燒式

催化燃燒式氣體檢測是利用可燃氣體在涂有催化劑的催化元件表面發生氧化還原反應的一種傳感技術。圖1為催化元件結構原理[7]，該元件是以氧化鋁作為載體，外表面涂有鉑等稀有金屬催化層，載體內部為鉑絲線圈，通常采用惠斯通電橋檢測電阻變化，通過測量電橋輸出電壓的大小，即可得到可燃氣體體積分數[8]。

圖1 催化元件結構[7]Fig.1 Structure of catalytic element[7]

催化燃燒式氣體傳感器主要用于煤礦中0～4%CH4氣體的檢測，具有電路可靠、結構簡單的顯著特點[9-10]。但使用壽命較短、調校周期需要15 d、貧氧環境檢測誤差大且易硫化物中毒。CH4體積分數在0～4%時，測量值與CH4體積分數呈良好的線性對應關系;當CH4體積分數超過13%時，催化反應隨著CH4體積分數上升而逐漸減弱，測量值下降出現同一個輸出電壓信號對應2個體積分數值的現象，即二值性問題(圖2)，在應用過程中存在高體積分數CH4被誤測偏低的風險[11]。此外，當環境中O2體積分數過低時，CH4催化燃燒反應不完全，導致傳感器輸出值遠遠低于實際值，不適用于煤礦井下密閉區、災害事故區域等貧氧環境CH4檢測;并且，硫中毒會使催化元件失去活性，也不適用于存在SO2，H2S等氣體的含硫煤層、廢棄采空區等地點的CH4檢測[12]。

圖2 甲烷催化燃燒傳感器的二值性問題[11]Fig.2 Two-value problem of catalytic combustion methane sensor[11]

1.2 熱導式

熱導式氣體檢測是通過對比被測氣體與空氣熱導率的差異而分析氣體體積分數的一種檢測方式。熱導式氣體檢測傳感器通常包括2個氣室(圖3)：一個是充滿干空氣的參比氣室，另一個是充滿被測氣體的測量氣室，每個氣室中都包含一個熱敏電阻，其電阻隨溫度、濕度和氣體成分而變化。當2個氣室的溫度和濕度相同時，熱敏電阻的差異將表征氣體體積分數的大小[13]。

圖3 熱導式氣體傳感器結構示意[13]Fig.3 Schematic diagram of thermal conductivity gas sensor[13]

熱導式氣體傳感器主要用于煤礦中1%～100% CH4氣體的檢測，如抽采管道瓦斯檢測。熱導式氣體傳感器結構簡單、價格便宜、檢測范圍廣、無催化劑老化問題，可在貧氧氣體環境中使用。但由于氣體的導熱系數都較小，如CH4的導熱系數為0.029 W/(m·K)，僅是空氣導熱系數的1.296倍，當CH4體積分數低于1%時，傳感器的輸出信號很弱導致測量精度不足[14]。由于煤礦井下CO2，C2H4，C2H2氣體的導熱系數差異不大，因此對混合氣體則適用性較差。此外，水蒸氣和CO2對測量結果有較大影響，分別造成正偏差與負偏差，且絕對值幾乎相等并具有相消作用，因此熱導檢測技術應用于煤礦井下時首先要通過吸收劑消除水蒸氣和CO2的影響[15]。

1.3 光干涉式

光干涉式氣體檢測是通過對比被測氣體與參比氣體折射率不同而導致的干涉條紋變化特征來分析氣體濃度的一種檢測方式。圖4為光干涉式氣體傳感器檢測原理，當測量氣室未通入氣樣，與參比氣室氣體成分相同時，兩束光光程相等，干涉條紋不移動。如測量氣室中氣體的成分、壓力或溫度等條件發生變化，會使干涉條紋移動，若氣樣化學成分已知，則可用于定量分析該氣體的體積分數。

圖4 光干涉式氣體傳感器檢測原理[16]Fig.4 Detection principle of optical interference gas sensor[16]

光干涉式檢測器是我國CH4體積分數檢測的標準便攜儀器，適用于煤礦井下全量程CH4體積分數檢測。光干涉式檢測器較催化燃燒式和熱導式傳感器有著更高的測量精度、更長的使用壽命[17]，但易受CO2交叉干擾，溫度、壓力等參數的差異也會引起折射率的變化，并且在采空區、密閉區等貧氧條件下檢測誤差較大。

近年來，梁運濤等[18]采用峰值提取和高斯擬合方法，研究了不同CH4體積分數時的零級條紋位置和干涉條紋位移量，實現了光干涉零級條紋的自動定位和光干涉條紋位移量的精準識別(圖5);并根據煤礦井下復雜的氣體環境研究了CO2，O2等環境氣體對CH4測量結果的影響，理論推導了環境氣體的測定器顯示值，研發了便攜式CJG10X型光干涉式數顯CH4測定器，基本誤差優于煤炭行業標準《MT/T 1098—2009煤礦用光干涉式甲烷氣體傳感器》的規定[19]，如CH4體積分數1.49%時，測量絕對誤差在±0.03%以內(圖6)。

圖5 峰值提取和高斯擬合曲線[18]Fig.5 Peak extraction and Gaussian fitting curve[18]

圖6 4種不同體積分數的甲烷標氣測量絕對誤差分析[18]Fig.6 Absolute error analysis of methane standard gas with four different concentrations[18]

1.4 電化學式

電化學式氣體檢測是通過測量氣體在電極處發生氧化或還原反應產生的電信號來分析氣體體積分數的一種檢測方式，電信號的強度與氣體體積分數成正比。電化學傳感器一般采用密閉結構設計，由電極、過濾器、透氣膜、電解液、管腳等組成，結構原理如圖7所示[20]。待測氣樣經過濾器和透氣膜擴散到電極-電解液中，對工作電極和對電極施加恒定電壓，電活性物質在電場作用下將會吸附在電極表面，進而發生氧化還原反應產生電流。

電化學傳感器最早用于O2體積分數測量。20世紀80年代中期，能測量多種不同有毒有害氣體體積分數的電化學傳感器已經被開發，具有良好的敏感性與選擇性。在煤礦氣體檢測領域，電化學傳感器主要用于煤礦井下O2，CO，H2S，SO2等氣體檢測，功耗低、對目標氣體具有一定的靶向性，但測量結果易受溫度影響，通常采取內部溫度補償的方式來保證測量準確度;同時電化學傳感器容易受到其他氣體的干擾，導致讀數錯誤或誤報警[21]，需要對氣樣進行過濾處理。

2 色譜分析技術

色譜分析是利用待測氣樣中不同氣體成分在固定相和流動相中擴散系數的差異性實現氣體分離的檢測技術[22-23]，根據色譜圖流出曲線的位置進行定性分析，根據峰面積或峰高進行定量分析。

20世紀70年代初，原煤炭科學研究總院撫順分院率先將色譜分析法應用于煤礦氣體分析領域[24-25]，開發了用于測定常量氣體和微量氣體的煤礦專用型色譜分析裝備系統，配置熱導檢測器、火焰離子化檢測器、電子捕獲檢測器、火焰光度檢測器，可以實現一次進樣對O2，N2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2等多組分氣體進行定性定量分析。20世紀80年代以來，我國又相繼研發了ZS32F型地面色譜束管監測系統[26]、JSG8型色譜束管監測系統[27]，通過束管系統取氣至地面色譜分析儀自動分析，最低檢測體積分數可達到0.5×10-6。色譜技術極大提高了我國煤礦氣體分析能力，全面提升了我國煤炭自然發火預測預報水平[28]。

色譜技術具有靈敏度高、分離度好、定量準確度高等優點，目前已經成為煤自然發火標志氣體和礦井環境氣體定量分析的常用技術。但現有傳統色譜分析技術的缺點也很明顯，火焰離子化檢測器反應溫度高于150 ℃，轉化爐溫度一般為360 ℃，無法直接應用到井下爆炸危險環境;此外，分析周期長、束管管路維護難，儀器操作相對復雜，氣樣真實性和時效性差，無法適應災變時期應急救援的快速分析。為解決該問題，梁運濤等[29]在國內研發了本質安全型氣相色譜儀(圖8)及井下本安型色譜束管監測系統，分析時間小于3 min，工業試驗效果良好。

3 紅外光譜分析技術

紅外光譜法是基于極性氣體分子獨有的元素種類及空間關系所對應的特定紅外譜段，分析紅外光譜圖的吸收波長位置，通過對比氣體實時光譜吸收強度與紅外譜圖庫的數據，進而檢測出待測氣體的方法。根據實現方式不同，分為色散型、非色散型，主流紅外吸收光譜氣體分析技術包括FTIR，NDIR和TDLAS等，煤礦氣體紅外吸收光譜分布如圖9所示[30]。

圖9 煤礦氣體紅外吸收光譜分布[30]Fig.9 Infrared absorption spectrogram of coal mine gas[30]

3.1 FTIR分析技術

FTIR的原理是利用氣體分子對紅外光的選擇性吸收特性，對干涉后的紅外光進行傅里葉變換，從而實現目標氣體的分析，屬于分散型紅外吸收光譜技術，適用于煤礦氣體在線分析，可同時分析CH4，CO，CO2，C2H6，C3H8，i-C4H10，n-C4H10，C2H4，C3H6，C2H2等氣體，其技術原理如圖10所示。

圖10 FTIR氣體分析技術原理[31]Fig.10 Principle of FTIR gas analysis technology[31]

國外率先將FTIR技術應用于大氣環境的檢測，GRIFFITH等[32]使用開放光程FTIR系統在外場環境下檢測氣體成分及濃度，MARZEC[33]第1次將這種方法應用于煤礦氣體檢測領域，此后，GENG等[34]認為，煤中的灰分含量與3 620 cm-1處結晶水的光譜峰面積密切相關，洪林等[35]采用管式電阻爐和傅里葉變換紅外光譜儀，分析了神東礦區煤樣在燃燒過程不同階段的C2H4,C2H2等標志氣體的紅外光譜圖。

梁運濤等[36-37]應用FTIR方法得到了8種不同變質程度的原煤樣及氧化煤樣的氣體產物實時生成規律，同時利用紅外光譜儀對CO,C2H4和C2H2等礦井典型自然發火氣體進行了體積分數預測分析，得到了煤礦井下10種極性氣體用于光譜定量分析的特征吸收峰、對應的波數區間及相關性系數，見表1;同時針對多組分混合烷烴類氣體紅外光譜定性定量分析過程中特征吸收峰譜線交疊的問題，分別找出了CH4,C2H6,C3H8,n-C4H10和i-C4H10等5種礦井烷烴類氣體的特征指紋吸收峰,如圖11所示[38-40]。指紋吸收峰作為氣體紅外光譜輔助定性定量方法，解決了礦井烷烴類氣體在特征頻率區譜圖交疊嚴重無法分離的難題，實現了烷烴類氣體的輔助定性定量分析[41]。

表1 煤礦井下10種極性氣體吸收峰與特征吸收峰[38]Table 1 Absorption peaks and characteristic absorption peaks of 10 polar gases in underground coal mines[38]

湯曉君等[42-44]采用支持向量機(SVM)算法回歸模型，實現了對7種烷烴氣體的定量分析，李玉軍等[45]利用粒子群算法(PSO)與支持向量機(SVM)算法相結合的方法建立了分析模型，對CH4,C2H6和C3H8三組分氣體主吸收峰區域的550個紅外光譜數據進行了特征變量提取，并基于本底值直接消除的紅外光譜分析方法，采集特定濃度的水蒸氣譜圖作為標尺，建立水蒸氣扣除算法得到了水蒸氣對背景功率光譜的影響及優化方法。

圖11 煤礦烷烴類氣體紅外光譜特征及指紋區吸收峰[38]Fig.11 Characteristic fingerprint absorption peaks of alkane gas in coal mine[38]

FTIR技術光譜范圍寬，可使用多種紅外光源，滿足大多數氣體分子對于其特定波段紅外光的吸收;分辨率高，在特定范圍內分辨率可達到0.100～0.005 cm-1，可檢測多組分混合氣體的復雜光譜圖;信噪比高，先通過干涉儀產生干涉圖像，再經傅里葉變換轉變為紅外光譜圖，能量耗損小，增強了探測器的信噪比，可測量微量氣體成分;掃描速度快，完成一次多組分混合氣體分析過程不超過1 min，且不需要定期調校。但紅外光譜吸收帶較寬，烷烴類氣體圖譜交疊嚴重。此外，由于該類儀器體積大、對使用環境要求高，不適用于井下高溫、高濕、高粉塵和復雜電磁環境干擾。FTIR目前主要用于煤微觀結構和氧化燃燒特性的實驗研究[46-50]。

3.2 NDIR分析技術

NDIR利用測量氣體對特定波段光具有選擇性吸收的特點，根據波長強度的變化計算出被測氣體的濃度值，可檢測多種煤礦氣體，如CH4，CO，CO2等[51-52]。NDIR氣體傳感器分析系統原理如圖12所示[53]。

NDIR氣體分析技術誕生于19世紀30年代，首先應用于工業環境單一氣體分析領域，20世紀90年代后期，隨著紅外光源、探測器技術的發展，通過改進調制裝置、光源以及嵌入式系統，趨于功耗更低、體積更小的方向發展[54-55]。國外幾種典型的NDIR多組分氣體分析儀性能參數見表2[56]。

圖12 NDIR氣體傳感器典型分析系統[53]Fig.12 Typical analysis system of NDIR gas sensor[53]

2000年后我國才開始深入研究紅外氣體檢測技術及裝備，相繼研發了Gasboard-3000在線紅外煙氣分析儀，可以同時測量SO2，CO，CO2，NO，O2五種氣體濃度。錢偉康等[57]開展了基于NDIR原理的多組分氣體監測研究，通過多窗口紅外傳感器組合實現了對大氣中常規氣體的定量檢測與分析;葉剛等[58]開展了基于NDIR原理的多組分氣體在線監測系統的設計研究;梁運濤等[59]以NDIR氣體窄帶吸收技術為基礎，提出了不同溫差下的零點校正吸光度溫度補償方法，得到了溫度補償后的礦用NDIR氣體傳感器氣體濃度計算模型，解決了環境溫度差異引起的測量誤差(圖13)，并研發了井下JSG系列紅外光譜束管在線監測系統(圖14)，實現了采空區CH4，CO，CO2，C2H4等9種氣體的在線監測，并在全國成功推廣。此外，GJG10H，GJG100H(B)等類型NDIR紅外傳感器也在煤礦井下氣體檢測方面得到了應用，提高了CH4檢測精度[60-62]。

圖13 不同溫差下的零點校正吸光度溫度補償[59]Fig.13 Temperature compensation of zero correction absorbance under different temperature difference[59]

NDIR技術具有精度高、響應快、性能穩定、壽命長的特點，但其使用的紅外光源波長位于中紅外波段(2.5～25.0 μm)，CH4氣體會吸收3.31 μm處波長從而引起光強度的減弱，而其他烷烴氣體如C2H6,C3H8也會吸收該區域的紅外光，導致吸收譜線重疊，容易增大測量誤差。

3.3 TDLAS分析技術

激光具有窄帶特性，氣體濃度能通過激光的特征吸收譜線來測定。近年來，TDLAS技術已成為研究熱點，其原理如圖15所示[63]。該技術使用激光作為光源，一般波長位于近紅外區(0.78～2.50 μm)，利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流變化特性實現氣體分子的單條或數條近距離吸收線定量分析，可同時檢測多種煤礦氣體，如CH4，CO，CO2，C2H4，C2H2，H2S等。

圖14 JSG系列紅外光譜束管監測系統應用拓撲圖[53]Fig.14 Application topology diagram of JSG-type infrared spectrum tube bundle system[53]

國外在TDLAS分析技術研究方面起步較早，KORMANN等[64]采用QCL激光器和TDLAS-WMS技術，利用CO在4.6 μm附近的吸收峰在36 m超長氣室取得了0.5×10-9的檢測下限;MOESKOPS等[65]利用NO氣體在5.4 μm處的吸收峰，采用WMS技術和76 m的氣室成功檢測了下限為0.2×10-9的NO;LATHDAVONG等[66]在高溫、高濕環境下開展了諧波技術檢測CO濃度的研究。近年來TDLAS技術逐漸在煤礦氣體檢測領域得到應用，潘衛東等[67]利用TDLAS技術，選取1 626.8 nm附近的吸收峰作為檢測譜線，結合波長調制和弱信號提取技術實現了痕量C2H4氣體10×10-6的檢測下限;于慶等[68]、馮文彬等[69-70]研發了礦用光譜設備中的多氣體譜線調制技術和礦用激光光譜多參數災害氣體分析檢測裝置，具有高精度、高靈敏度、寬量程、低誤差等特點，克服了水蒸氣、粉塵、背景氣體等因素的干擾，并在煤礦井下氣體檢測領域進行了一定的推廣;魏玉賓等[71-72]從混合氣體成分檢測和定量分析兩方面開展了基于光聲光譜技術的混合氣體實時檢測技術研究，采用可調諧CO2激光器作為光源，設計的混合氣體檢測系統對大氣環境中NH3,C2H4,SF6氣體的檢出限分別為1.65×10-6，0.6 ×10-6，0.023×10-6。倪家升等[71,73]開展了基于光纖氣體檢測技術的煤礦自然發火預測預報系統研究，利用分布反饋式半導體激光器實現了對CO體積分數10-6量級的定量分析，并研發了一種基于光纖傳感技術的煤礦CH4在線檢測系統;王偉峰等[74-75]利用TDLAS技術設計了一種煤自燃多組分指標氣體激光光譜動態監測裝置，可以實現對煤自燃過程中產生的CH4，CO，CO2，O2，C2H4和C2H2氣體的實時監測。姜萌等[76]選用美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的譜圖庫，針對TDLAS分析技術1.6 μm波段CO吸收峰被CO2，CH4，C2H2，C2H6，C2H4等烷烴氣體交疊的問題(圖16)，分析了2 330 nm波段CO和CH4吸收峰線寬、調制系數的差異(圖17)，提出一種采用二次諧波波谷寬度作為評價因子的方法，實現了CH4氣氛下CO痕量氣體的定量識別。

TDLAS技術具有檢測下限低、交叉干擾小、定量精度高、標校時間長、壽命長、可實時監測等優點。受研發和制造成本限制，主要采用1.66 μm波長激光器檢測CH4，同時由于國內DFB激光器的制造技術進展緩慢，在煤礦氣體監測領域僅開展了探索性研發，現有的JSG6N型激光束管監測系統[77]、KJ428礦用分布式激光火情監測系統，初步解決了C2H4，C2H2等痕量氣體分析精度低的問題[78-79]，但交叉干擾問題依然未有效解決。

4 技術適用性

4.1 工況環境分析

煤礦井下應用工況環境復雜，具有大氣壓力波動范圍廣、溫度及相對濕度變化范圍大、粉塵質量濃度高、電磁干擾強的特點，見表3[80-82]。同時存在煤巖垮落、機械振動、意外沖擊等其他因素，且不同應用地點的環境條件差異較大，對煤礦氣體檢測技術的應用有著不同程度的影響。

4.2 交叉干擾分析

催化燃燒式氣體檢測易受硫化物影響，不適于在高硫礦井和超過4%以上瓦斯環境使用;熱導式氣體檢測無選擇性，不適于在4%以下低瓦斯段精準測量時使用;光干涉式氣體檢測無選擇性，不適于貧氧環境使用;電化學式的強氧化性電解液不具備靶向性，氣體檢測存在著大量交叉干擾問題，表4給出了煤礦中常用的不同被測目標氣體的交叉干擾特征。FTIR，NDIR氣體檢測受濕度的影響較大，存在烴類氣體吸收峰的交叉干擾;激光的單色特性決定了激光氣體檢測抗交叉干擾能力強，但采用近紅外段激光器檢測CO，C2H4時與CH4吸收峰有交疊現象。

表4 電化學原理幾種常見氣體間的交叉干擾Table 4 Electrochemical cross interference between several common coal mine gases

4.3 技術對比分析

目前采用的傳感器、色譜分析、光譜分析技術在煤礦井下實際應用過程中均取得了一定的效果，并制定了NB/T 10162—2019《煤礦用紅外氣體分析儀通用技術條件》[83]和MT/T 757—2019《煤礦自然發火束管監測系統通用技術條件》[84]，規定了煤礦井下常見災害氣體檢測相關的測量范圍、測量誤差等技術指標。但受限于方法本身或現場環境條件，存在不同程度的局限性。表5對不同氣體檢測技術從適用氣體、優缺點、應用領域、代表儀器幾方面進行了對比分析，以便根據煤礦井下不同工況條件選擇合適的氣體檢測技術。

5 氣體檢測技術展望

5.1 單一氣體檢測

對于CH4，建議采用光干涉法、NDIR法、TDLAS法;對于O2，建議采用電化學法;對于CO，目前煤礦監控系統中以電化學法為主、TDLAS法為輔，使用電化學法在對敏感元件選型時，應避免烯烴類氣體的干擾;對于C2H4，建議采用電化學法和TDLAS法，使用電化學法需考慮CO，C2H2等背景氣的影響，選用近紅外波段激光器時需考慮交叉干擾現象，同時可參考色譜分析結果;對于C2H2，建議采用TDLAS法，選擇吸收峰1 590.2 nm，避開其他烴類氣體的交叉干擾;對于H2，建議采用電化學法，需考慮CO，C2H4，C2H2等背景氣的影響，但應考慮零點漂移現象;對于CO2，色譜法、光譜分析法均可采用。

表5 不同氣體檢測技術對比分析Table 5 Contrastive analysis of different gas detection technologies

5.2 多組分氣體監測

井上實驗室建議采用傳統色譜分析法，色譜分析法精度高，可實現對CH4，CO，CO2，O2，N2，C2H4，C2H2等煤礦氣體的定量分析，但不能做到實時監測，且操作相對復雜。此外隨著FTIR分析技術的發展，有望在煤礦實驗室多組分氣體定量分析領域得到推廣應用。

(1)對于煤礦井下氣體的原位日常監測，建議采用集成TDLAS、NDIR、電化學等多種檢測技術的在線監測系統，置于井下近工作面端，實現對CH4，CO，CO2，O2，C2H4，C2H2等煤礦氣體的在線定量分析。此外，隨著本質安全型氣相色譜儀的技術突破，為色譜束管監測系統在煤礦井下的應用奠定了基礎。

(2)對于礦山應急救援期間的有毒有害氣體原位監測，建議根據應急救災實戰方案，選用基于不同檢測技術研發的本安型便攜類多參數氣體分析儀、可移動式智能監測系統等，可監測氣體種類應涵蓋《煤礦安全規程》第135條要求檢測的有毒有害氣體范圍，并與不同應用場景救災通訊及調度系統兼容，實現礦井爆炸環境氣體的原位分析、爆炸危險性智能識別及報警等，為礦山災害救援決策提供科學依據。

5.3 展 望

我國煤礦氣體檢測在傳感器技術、色譜分析技術、光譜分析技術等方面取得了長足進步，基本滿足了井下氣體的日常檢測需求，但煤礦自燃火災、瓦斯爆炸等復合災害耦合演變過程復雜，仍缺乏復合災害災變感知與動態預警的有效技術手段，亟需在滿足高精度、寬量程條件下，集成TDLAS、時間分辨光譜和離子遷移譜等技術，重點解決痕量氣體的低檢出限、多組分混合氣體交叉干擾、特定波長激光器及高性能檢測器成本昂貴等“卡脖子”難題，實現煤礦氣體的原位定量分析和動態監測;同時圍繞礦山應急救援期間對爆炸環境信息原位分析的實戰需求，研發智能化便攜式爆炸環境有毒有害氣體分析技術。建立基于多元異構信息融合的災害預警模型與判識指標，為準確識別煤礦災害事故的發生發展狀態、指導應急救援工作提供基礎支撐。