提高光干涉式甲烷測定器維修率的應用研究

崔曉榮，李 曉

（平頂山天安煤業股份有限公司 一礦，河南 平頂山 467000）

0 引言

平頂山天安煤業股份有限公司一礦位于平頂山礦區中部，1957 年動工興建，1959 年投產。是全國煤炭系統首批建成的“現代化礦井”和“高產高效礦井”，曾獲得全國文明煤礦、全國煤炭系統企業示范礦等多項榮譽。該礦目前使用的光干涉式甲烷測定器俗稱理研（以下簡稱光干） 型號為AQJ-1型，共200 余臺，是撫順和鶴壁生產的。

光干是瓦檢員下井必帶的儀器之一，該礦的部分光干已使用二十多年，由于服務年限時間長，入井時會出現分劃板臟、大數和小數不亮、或有彩光等問題。針對這類儀器對光干的分劃板、鏡頭和各組鏡片可進行簡單擦拭和轉動燈泡調整光譜，或者檢查電路和開關，對小數的彈簧片進行調整等。

近年來隨著井下條件日趨復雜，溫度高，濕度大，造成瓦斯室進水，零部件松動。井下防突頭面水鉆打孔，更易造成瓦斯室進水、瓦斯室鏡片內壁進入煤塵。瓦斯室是光干的核心部件，如瓦斯室有煤塵、進水和零部件松動則會改變光線的位置，影響光干條紋的形成，最終導致儀器報廢。針對此類光干展開了光干維修利用的研究應用。

2 工作原理

光干主要有光源組、聚光鏡組、平面鏡組、折光棱鏡組、物鏡組、測微組、目鏡組、吸收管組、氣室組和按鈕組等部分組成，分為光路、電路和氣路系統。AQJ-1 光干涉式甲烷測定器光學系統圖如圖1 所示。

圖1 AQJ- 1 光干涉式甲烷測定器光學系統圖Fig.1 Optical system diagram of aqj-1 optical interferometric methane detector

由圖1 可以看出，光源1 發出的光經過聚光鏡2 后，到達平面鏡3，并在0 點分為兩部分：第Ⅰ束光（實線） 在平面鏡3 表面反射出來，第二束光（虛線） 透過表面折射到平面鏡底面反射到鏡面后再折射出來。第Ⅰ光束在表面反射出來穿過氣室5的一個側室，進入折光棱鏡6，將其折回再穿過氣室5 的另一側室，回到平面鏡3 上，折射進入平面鏡后在其鏡底表面反射到0’點穿出平面鏡，經過反射棱鏡7 反射使光束進入望遠鏡8；第Ⅱ光束折射入平面鏡后在其后表面反射，然后穿過氣室5 的中央部分，經折光棱鏡6 改變方向后，再穿過氣室回到平面鏡0’點，在其表面反射出來和第Ⅰ光束匯合，經反射棱鏡7 同進入望遠鏡8。兩束光在望遠鏡8 的物鏡的焦平面上產生特有的干涉現象，通過目鏡可觀測到干涉條紋中央為白紋，兩旁為彩紋。

3 實驗過程

3.1 粘瓦斯室

拆開瓦斯室的包角及擋片，拆開瓦斯室兩端的鏡片（可用酒精燈稍微烤一下），先用小棒卷脫脂棉浸少許酒精，輕輕擦拭鏡片至明亮無雜質，備用。然后用事先配置好的膠進行粘合。如瓦斯室漏氣、串氣均不符合氣路系統的要求，故對膠的要求比較高。在配置氣室玻璃粘合劑上需要做進一步的試驗。在僅知道原料是松香和凡士林油的前提下，首先把松香和凡士林油進行1∶1 的配置，然后放在容器里加熱，并不斷攪拌，使其充分融合，待自然冷卻后，膠有些發軟，在粘的過程中不能馬上冷卻（如膠不能馬上冷卻，在粘瓦斯室容易出現漏氣、串氣）。

松香質硬而脆，加入松香，膠變硬了，但還達不到馬上冷卻的效果，因此加大松香的比例，經過反復試驗發現，按照松香和凡士林的配比7∶3 熬制出來的氣室膠，軟硬適中，遇到空氣可以馬上冷卻，符合粘瓦斯室的條件。

膠配置好后，擦洗干凈氣室的兩端面并烤熱，均勻的涂上薄薄的一層粘合劑，認準兩平行玻璃板原來的安裝位置，垂直地把它裝在氣室的端面上，安裝后不能再去推動，以避免粘合劑粘到玻璃板的其它地方影響光線投射和干涉條紋的形成。裝上固定平行玻璃板的包角和擋片，螺釘擰緊后再把兩端稍微加熱使粘合劑融化，壓緊玻璃面，再次擰緊螺釘。注意動作要輕緩，以免壓碎玻璃。放置1～2 h，后做氣密性檢查，直到完全符合要求，再進行下一步操作。

3.2 尋找干涉條紋

引起干涉條紋消失的情況很多，如燈泡燒壞、線路損壞、燈泡位置移動及放大鏡松動等，但大多是光路系統的故障，因此，在尋找干涉條紋前應先檢查開關和線路是否正常，燈泡是否良好，其位置是否適當。如燈泡和線路完好，檢查光源底座與固定燈泡的旋鈕上緊后，燈泡是否松動，如出現松動，說明底座和旋鈕不匹配，需更換底座，直至燈泡卡緊但又不限制燈泡能自由活動，以便轉動燈泡快速找到光干條紋。當瓦斯室松動或者轉動燈泡找不到光譜時，需要把瓦斯室拆下來，轉動燈泡，調整各鏡片位置，直至找到干涉條紋后再安裝瓦斯室。按說明書找光干條紋不易操作，經操作試驗，總結出一套可快速、準確找光干條紋的方法。

準備一張寬10 mm，長50 mm 的潔白硬紙條（俗稱找光片），把找光片放在平面鏡的右邊，觀察從光源投射過來的光是否正對找光片，如光的位置偏高或者偏低，應調整燈泡，如沒有光線，應轉動粗動手輪，稍調整平面鏡的位置，直至出現光線。

把找光片放在折光棱鏡前中線左側（面向瓦斯室位置），掐腰亮圖形應出現在與中線相切的位置，如不出現光亮，則檢查折光棱鏡是否安裝在凹槽內，如光線偏左或者偏右，應轉動燈泡位置，調整粗動手輪，稍挪一下聚光鏡的位置，直至掐腰亮圖形出現在中線相切的位置。把找光片放在物鏡前，出現正方亮圖形，光線偏左或者偏右時，用螺絲刀輕微別動反射棱鏡組，使光線出現在正中央。把找光片放在測微鏡前出現右側半圓亮圖形，在目鏡前出現月牙亮圖形，使光線正好照射在目鏡內側的邊緣上。如月牙亮偏高或者偏低，則調整粗動手輪。通過目鏡來觀察光干條紋。

如調整好的光干條紋不清晰，則用2 種方法來解決：（1） 用小棒卷脫脂棉，蘸少許酒精輕輕擦拭各個鏡片組；（2） 先移動物鏡，至光干條紋清晰、明亮，以條紋的第5 條線與刻度線7 重合為準，如此時條紋過寬（窄），則剪一個約1.5 mm 寬10 mm 長的小窄紙條，墊在折光棱鏡的前（后）面，然后再調整物鏡就可得到清晰的干涉條紋。操作完畢后，檢查大小數是否一致，用標準氣樣進行調校，合格后方可上架使用。

4 經濟效益及社會效益

該礦每月造成瓦斯室進水、瓦斯室內壁進煤塵及光干內部零部件松動的儀器約15 臺，如不對這些儀器進行瓦斯室重新粘合或重新找光干條紋，則儀器會報廢，照此計算每年將報廢約180 臺，每臺按600 元計算，共計約10.8 萬元。經過此次的研究應用，每年可直接為該礦節省約10.8 萬元。

5 結論

本次項目的實施，（1） 為該礦節約了成本，充分利用了報廢的光干，修舊利廢；（2） 緩解了該礦井下使用光干的緊張，尤其是高倍光干的使用，保證了井下打鉆時對孔內瓦斯的正常監測；（3） 膠的配置，粘合瓦斯室的方法以及找光方法的普及與推廣提高了維修人員的工作效率，節省了維修時間，提高工作效率3 倍。