瓦斯報警礦燈的基本技術及應用情況

庾莉萍

一、什么是瓦斯報警礦燈

瓦斯爆炸是煤礦生產中最嚴重的災害之一，不僅造成人員大量傷亡，而且還會摧毀井下生產和安全設施。瓦斯(甲烷CH4)報警礦燈是在礦燈上附加了瓦斯報警裝置。當瓦斯超限時,以聲、光或數字顯示形式報警,以警告使用者瓦斯超限。它具有結構簡單、報警醒目、重量輕、使用方便等特點，其中主燈閃爍式瓦斯報警礦燈還具有當瓦斯超限時強制工人停止作業的功能，特別適宜于井下分散作業人員攜帶使用。

瓦斯報警器的使用，將改變井下工作人員的傳統理念。傳統的瓦斯檢測是由瓦斯檢測員檢測瓦斯濃度，一旦瓦斯濃度超標，便通知井下工作人員撤離。使用瓦斯報警后，一旦瓦斯濃度超標，礦燈主光源開始閃爍，井下工作人員無法正常作業，進而主動撤離，實現了“人機閉鎖”功能。瓦斯報警器變“個體監測”為“群測群防”，變“叫我撤退”為“我要撤退”，有助于樹立安全意識，確保人民生命和國家財產安全。

二、報警礦燈中監測儀表分類

目前，報警礦燈中瓦斯檢測儀表按工作原理大致有以下幾種:

(1)光干涉原理

光干涉原理是利用甲烷與空氣對光的折射率的差異而使由于光程差所造成的干涉條紋偏移，其偏移的大小與甲烷的濃度成比例關系，從而得以用條紋的偏移量來獲知甲烷濃度大小。

(2)催化燃燒原理

可燃性氣體在有充足的氧氣的前提下，在一定溫度的催化劑表面就能產生無焰燃燒，其產生的熱量使之轉換為電信號而指示出來。如可燃性氣體濃度在其爆炸下限的范圍內，則催化燃燒的熱量與可燃燒氣體的濃度呈線性關系。

(3)熱導原理

各種氣體都有其自身的固有熱導率，混合氣體的熱導率也隨混合的比例而相應地改變。利用甲烷與空氣的熱導率的不同而用靈敏度很高、熱容量很小的熱敏元件測定溫度的變化，從而得知被測甲烷的濃度。

(4)半導體氣敏原理

半導體氣敏傳感原理，是利用半導體材料在其吸附氣體后，其電阻率顯著變化的特點，從而檢測氣體濃度。其優點是在低濃度區域對可燃性氣體具有較高的靈敏度，但對被測氣體的選擇性差。

(5)其他檢測原理

除上述4種檢測原理以外，還有紅外吸收式、超聲波頻率變化法、吸附效應晶體管氣體傳感器、瓦斯檢定燈等。

三、報警礦燈的發展趨勢

目前報警礦燈的發展趨勢是：

1、高可靠性:為了在最大程度上減少故障率，除了電子元件必須進行老化篩選外，必須從電路上根除易損件及一切隱患，機械結構上采取必要的防護措施，做到堅固耐用、免于維修。

2、強穩定度:因為電池電壓的變化范圍大，電路工作電壓和電流的穩定度對于報警誤差就顯得至關重要。有關標準要求:穩壓輸出的電壓變化應不大于±3%，電流變化應不大于±1%。必須防止誤報、漏報以及設計欠壓保護電路。

3、智能化:由于一個報警點需用兩種標氣校驗，所以報警點多是不方便的。比較經濟實用的方法是利用單片機的強大功能對報警信號進行智能控制，通過光信號發出警示后恢復正常照明，同時維持聲信號直到瓦斯濃度降低到動作值以下，并且用不同的音響對瓦斯濃度加以區別，以便確定報警后瓦斯濃度是否繼續升高。此外還可發出故障或電池欠壓警告，以便及時處理。實現傳感器的自校正和自調節，免于維護。

4、低功耗:目前由于報警電路(主要是傳感元件)消耗電流較大，使用普通燈池容量不夠，特別是堿性電池難以選擇容量大于12Ah的，這在一定程度上影響了產品的使用效能。因此，選擇和使用低功耗的元件至關重要。

四、發展我國瓦斯報警礦燈的幾個技術環節

作為今后量大面廣又對其可靠性要求很高的瓦斯報警礦燈,在新技術層出不窮的今天,應該按照煤礦的特殊條件注意幾個技術環節:

1、燈頭部分必須使用LED。由于LED安全、長壽、省電的優點, 是礦燈今后發展的方向。隨著LED不斷地技術進步,單位功率下照度的不斷提高,今后礦燈的電源部分將越來越小?，F在國內一般采用1W的LED,工作電流在200 mA的條件下,也可達到礦燈的標準要求。我們2006年采用了0. 7W 150 mA電流的LED,即可達到標準要求,預計今到明年, 0. 5 W 100 mA的LED也會滿足礦燈的需要,到時普通礦燈的電池有1. 5 A時就夠了。其次是主、副光源的結構,筆者認為復合光源,即將兩個光源封在同一樹脂膠內不合理，其共同損壞的可能性大,還是分開的好。有了LED,燈頭部分可發展為本質安全型,這是努力方向。

2、報警器部分以放在燈頭上閃光報警比較合理。報警器與燈頭組合式便于維修,電路設計宜采用單片機編入程序,以適應MT 409新標準對線性的要求。報警器的外殼宜采用半透明、高強度的聚碳酸脂以便用遙控器自動調校報警點。

3、數字式瓦斯報警礦燈實際上是便攜瓦斯檢查儀與礦燈的組合。用上LED后,礦燈電源的減小促成了組合。按照裝備人員的不同,建議在結構設計上將報警器部分獨立,并設計獨立的電源開關。同時還可設計帶在燈線上(波蘭式)的數字顯示報警器及裝在燈頭上的超小型數字報警器。

4、關于電源。目前我國礦燈在執行GB 7957 -2003標準后,大部分設計采用了鋰電,經過一年多的使用,也存在一些問題,為此上海礦燈站重新制定了用于礦燈鋰電標準。這是發展方向,但目前還不夠成熟。其次是鎳氫,鉛酸等。筆者傾向使用鉛酸電池,其安全性、經濟性會更好一些。礦燈的特殊性、安全性應是第一要素。隨著LED技術的發展,即使用鉛酸電池也可以。據我們了解,發達國家在礦燈上也只是走到了閥控鉛酸密封式免維護電池這一步,無論何種電池,由于其能量不大,今后都有可能發展為本質安全型。綜上所述,使用瓦斯報警礦燈是大勢所趨,完善瓦斯報警礦燈的設計生產,保證以高質量的產品,服務于第一線。這項任務既光榮又沉重,它關系到國計民安,社會和諧。

五、我國瓦斯報警礦燈的使用推廣情況

我國曾在1995年頒布了MT 409標準,作了統一規范。煤炭部撤銷后,值煤炭行業處于低谷時期,瓦斯報警礦燈的推廣被擱淺。除經濟上的原因外,瓦斯報警礦燈的產品質量及相關規定的不合理減弱了該產品的推廣,例如1 % CH4的報警點過早的問題未解決,給正常生產帶來干擾,也影響了使用者對它的信任度。2002 年國家煤礦安監局有關人員到太原考察,了解了該市堅持使用瓦斯報警礦燈的情況后,在其調查報告中充分肯定了正確使用瓦斯報警礦燈是中小煤礦防治瓦斯事故的重要手段,應該積極推廣。近年,國家煤礦安全監察局在網上公布了關于《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》的AQ標準征求意見稿,其中規定井工煤礦的“采掘工、打眼工、在回風流工作人員,宜使用瓦斯報警燈”。煤礦今后如按此要求裝備,其數量很大,約占其井下人員總數的70 %左右。這就意味著我國大規模使用瓦斯報警礦燈的局面已經到來。

我國煤礦傷亡事故70 %以上來自瓦斯。近年在清理關閉管理混亂的小煤窯之后,我國逐漸步入理性和科學的治理瓦斯軌道,瓦斯報警礦燈作為煤礦防治瓦斯的重要補充手段得到肯定。但到目前為止,我國使用瓦斯報警礦燈的數量很少,絕大部分未能正常使用,未能發揮監測報警作用。按我國500萬煤礦井下工計, 2006年我國瓦斯報警礦燈的銷量約10萬盞,僅占職工總數的2 %。由于地方政策的要求,一些地方煤礦必須購買瓦斯報警礦燈,但絕大多數煤礦不購置檢測儀器和標準氣樣。因此,多數報警礦燈自購置就未調校過,有些煤礦工人在出現報警信號后用泥巴或膠布將傳感器進氣孔堵死,使其停止報警,只做一般礦燈使用。還有一點值得注意的是，我國煤礦工人中大部分并非傳統意義上的產業工人,而是農民輪換工,自我保護意識相對淡薄。在發達國家,礦燈房里就有標準氣樣(工會要求設置) ,拿到礦燈的工人自己會主動檢測報警燈的工作狀態是否正常,如不正常立即要求調換。在我國,礦主不買標準氣樣,無人問津更無人制約,實際上不少礦主不希望報警燈處在正常狀態,因為報警器的報警點是1 % CH4,而下偏差0. 9 % CH4報警點也合格,但瓦斯爆炸的界限是5 % CH4以上,所以當1 % CH4停工時,對生產影響太大。國家治理瓦斯的12字方針是“先抽后采,以風定產,監測監控?！钡@些煤礦違反“以風定產”原則,設計10萬t的礦井,他必須要出100萬t煤,“以風定產”無法掙錢。因此,中小煤礦的高沼礦井,一開工就要高產,瓦斯超限是經常的。在實際中，即使5 %CH4以上的瓦斯濃度,在無火源的條件下,也可能不會炸,因此很多煤礦存在僥幸心理。煤礦層層承包,出煤更是硬指標,那些出事的煤礦連監測系統的傳感器設置也敢上調到不報警,瓦斯報警礦燈就更談不上示警作用了。因此,加強對瓦斯報警礦燈的用后監管,加強對工人安全的防范意識的教育,才能使瓦斯報警礦燈的作用走上正路。國外在這方面的使用經驗很多,例如法國的“歐德曼”公司生產了用于在礦燈房巡回檢測瓦斯報警礦燈的小車,每次發燈之前都要測一測該燈是否正常。在國內也有一些成熟經驗,一些小型煤礦的燈房內也設置了檢測用的標準氣,對百盞以下的礦燈,一條3m長的氣管即可將一個充電架上(102盞)的礦燈檢測完畢,連車也不用。筆者希望瓦斯報警礦燈問題得到有關部門重視，也希望廣大礦工能夠提高安全意識，好好保護自己。