煤礦井下瓦斯濃度檢測方法探討

摘要：本文主要針對煤礦井下瓦斯濃度的檢測方法進行分析，較為常見的檢測方法有光學分析法與非光學分析法，詳見下述。

關鍵詞：煤礦井下;瓦斯濃度;檢測方法

眾所周知，我國地大物博、自然資源豐富，特別是煤炭資源，煤炭資源作為國家基礎性能源，開采技術條件對于煤炭行業的發展具有極大的影響，在煤炭開采過程中面臨著各類的安全隱患，煤炭開采事故時有發生，而引發安全事故的最終誘因無疑是開采環境內的瓦斯濃度過高，引發瓦斯爆炸，造成重大安全事故。因此，煤炭開采過程中必須重視煤礦井下瓦斯濃度的檢測，檢測達標后方可進行開采，而本文則主要針對瓦斯濃度的檢測方法進行探討。分別從非光學分析法與光學分析法角度兩個方面入手進行分析。

一、光學分析法

第一，干涉式光學分析法。光干涉式測量技術的應用，主要結合光在瓦斯與空氣中的傳播速度，對相關數值進行分析，從而確定瓦斯濃度。此方法利用光學系統，對光進行分解，而后經過標準氣室與瓦斯氣室后，過程中將會出現光程差，造成光干涉，進一步確定瓦斯濃度與干涉條紋移動量兩者間的關系，最終明確瓦斯濃度。

光干涉測量法的優勢較為顯著，比如，可操作性強、較為便捷、占用體積小、測量速度快等等。但是，它的應用過程中也會存在不足，比如，在實際測量過程中會受溫度、壓力以及濕度等各類因素的影響，從而產生誤差，不僅如此，由于甲烷與二氧化碳兩者的折射率相似，如若干燥管內鈉石灰完全失效，那么就會導致檢測結果出現誤差，測量值過高，進而出現誤判的問題^[1-2]。

第二，紅外光譜吸收式測量法。光透過介質會受氣體分子性質的影響，氣體分子具有吸收譜的屬性，所以，氣體吸收譜與光的發射光譜兩者處于重疊狀態，那么此部分將會被吸收，而剩余部分則會被透射。運用紅外光譜吸收式檢測法主要運用以上原理，在利用此檢測方法的過程中，需要事先構建紅外吸收光譜檢測瓦斯濃度技術模型，而后再控制激光器的溫度與波長，同時把控信號電路，再將激光對準氣體池，如遇障礙那么激光將向其他方向反射，借助光電探測器進行轉換，轉換為電信號，最后輸送至計算機，分析并對比信號，進一步確定檢測結果。

第三，散射式檢測法。此檢測方式主要運用激光將其直接照射于透明物質、氣體或液體上，而后產生非彈射散射與彈性散射效應。值得一提的是，拉曼散射主要涉及反斯托克斯散射與斯托克斯散射。拉曼散射檢測技術的優勢較為明顯，檢測過程時間短，檢測手段簡單，靈敏度強，同時不會給氣體分子濃度結果帶來不利影響。反斯托克斯散射主要指的是頻率大于激光頻率的散射光。以此類推，頻率小于激發光頻率的散射光被稱作斯托克斯散射。需要注意的是，浪漫散射檢測技術的應用過程中容易受信號強弱的影響，很多時候信號處于較弱的狀態，無法保證檢測結果的精準度，也很難與多個設備協同運作，所以，煤礦井下瓦斯濃度的檢測過程中運用磁檢測技術具有極大的難度^[3]。

二、非光學分析法

第一，半導體氣敏法。半導體氣敏法的應用主要是借助氣敏傳感器，并對煤礦井下瓦斯濃度進行有效檢測，檢測所運用的基本原理是根據氧化物半導體在不同濃度環境與氣體環境下所產生的變化規律，進一步檢測瓦斯氣體濃度，保證檢測結果的準確性。半導體氣敏所運用的氧化物半導體材料相對較多，比如，氧化鈦以及氧化錫等等，都可有效利用。基本元件的敏感功能及元件性能受材料制作工藝、類型及結構等各類因素的影響，同時也制約著瓦斯氣體濃度檢測的準確性。氣敏傳感器的應用過程中體現了反應速度的優勢，但其反應速度也受外界環境的影響，如若環境不理想那么最終的反應速度也會減緩。

第二，超聲波檢測技術。在煤礦井下瓦斯氣體濃度檢測過程中應用超聲波檢測技術，超聲波在不同氣體傳播的過程中，會受介質種類的影響而發生變化，應用此原理完成瓦斯氣體濃度檢測工作，超聲波在瓦斯中的傳播速度與空氣中的傳播速度具有較大的差異，如若傳播距離相同，那么所用時長卻會體現較大區別，通過兩者間的差異反映瓦斯濃度。但是，在煤礦井下兩者間的差異卻相對較小，很多時候很難達到精度上的要求^[4-5]。

第三，載體催化法。此方法在煤礦井下瓦斯濃度檢測過程中應用較為廣泛，其基本原理主要是將瓦斯在某元件表面進行充分燃燒，而后再根據元件溫度的變化，進一步確定煤礦井下的實際瓦斯濃度。載體催化法的應用已較為成熟，同時應用范圍較廣。但是，需要注意的是，在應用此檢測技術的過程中，元件的長期利用容易出現劣化現象，導致檢測結果不準。針對這一問題，現階段已具有對應的解決方案，通過甲烷檢測法恢復催化劑活性，進而提高傳感器的實際靈敏，從而解決催化劑長期應用所產生的劣化問題。

三、結束語

綜上所述，現階段教育常見的礦井下瓦斯濃度檢測方法有非光學檢測法與光學檢測法，經筆者分析非光學瓦斯濃度檢測方式的應用體現了壽命短、檢測要求高等多項缺陷，應用此方法進行檢測的過程中，容易受煤礦井下環境的影響，導致最終的檢測結果不準確。而光學檢測方法的應用范圍卻較為廣泛，它的檢測結果準確性較高，可應用于現場實時監測，與此同時，此檢測方法的應用過程中優勢同樣顯著，比如，成本低、靈敏度高等等。在煤礦井下瓦斯濃度檢測過程中，選擇光學分析法亦或是非光學分析法，必須結合實際情況，選擇最為適宜的檢測方式，盡可能確保檢測結果的準確性與真實性，從而為相關技術人員所借鑒，體現檢測數據的價值。

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作者簡介：

喬雙雙，河南省工業和信息化高級技工學校，助理講師，本科學歷。