兩種瓦斯檢測儀器在觀音堂煤業上隅角測定數值不一致的原因分析

張偉 翟海燕 楊帥

【摘 ?要】觀音堂煤業有限公司25050工作面使用甲烷傳感器報警儀和光學瓦斯檢測儀測定的數值不一致，數據相差最大值時超出0.4%。通過對比兩種檢測儀器的原理、現場試驗以及實驗室氣體取樣分析，排除了儀器本身、井下環境、其他氣體成分對測定數值的影響，得出兩種檢測儀器測定數據不一致的原因是由于25050工作面上隅角CO2濃度偏高加上CO2過濾不完全導致光學瓦斯檢測儀測定數值偏大，并有針對性地提出光學瓦斯檢測儀改裝和加大工作面通風等措施以解決類似的現場實際問題。

【關鍵詞】上隅角;甲烷傳感器報警儀;光學瓦斯檢測儀;測定誤差;二氧化碳濃度

礦井瓦斯檢測工作的準確性是保證礦井安全生產的前提，直接影響著礦井的安全生產、災害防治和經濟效益。礦井瓦斯檢測有人工檢測和瓦斯監控系統在線監測兩種方式，其中人工檢測采用的儀器光學瓦斯檢測儀（簡稱“光瓦”）和在線監控系統監測兩種的精度直接關系到測量瓦斯數據的準確性，影響技術人員對現場瓦斯濃度情況的準確把握，進而影響礦井的安全生產，因此開展瓦斯檢測儀器數據分析研究有較強的現場實用性。

瓦斯主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。

1 問題的提出

觀音堂煤業有限公司，核定生產能力年產45萬噸，25050工作面設計開采的煤層為二1煤層，呈層狀分布。采面內煤層厚度平均在3.4m左右，屬于中厚煤層。采用走向長壁后退式采煤方法，工作面配風量為580M3。礦井瓦斯絕對涌出量4.89m3∕min，相對涌出量5.67m3∕t;屬瓦斯礦井，無煤、瓦斯及二氧化碳突出現象。礦井在回采25050工作面過程中，出現了工作面上隅角處甲烷傳感器與“光瓦”測定數據不一致的情況，數據差超0.4%。通過對井下回采工作面進行逐一排查，發現井下“光瓦”和甲烷傳感器數據不一致僅存在于25050工作面上隅角，其他地點（包括25050工作面進風流、回風流、煤倉、平臺等）所測數據基本一致，數據差小于0.1%。

2 甲烷傳感器與“光瓦”測定數據不一致的原因分析

影響檢測儀器精確度的因素主要包括設備本身的精度、井下環境因素（包括濕度、溫度、大氣壓等）、其他有害氣體濃度的影響及空氣成分變化。因此，有必要通過試驗進行逐項排除，以確定影響甲烷傳感器和“光瓦”數據存在誤差的準確原因。

3.甲烷傳感器及“光瓦”測量誤差分析

3.1.溫度、濕度、氣壓等環境參數變化的影響

通過井下實測試驗，排除了“光瓦”和“便攜式甲烷報警儀”本身故障因素導致測試結果不一致的可能性。而在25050工作面上隅角特殊環境下使用上述兩種儀器進行測定時，測定結果卻存在較大的差距。經分析，最可能導致測定數據不一致的原因是環境因素影響，如濕度、溫度、大氣壓、其他氣體成分等。因此，對25050工作面上隅角的環境參數進行觀測，重點對圖1中1、2、3號點附近位置的環境參數進行了測試，結果見表3。

氣樣分析結果顯示：25050工作面上隅角02濃度20.02%～21.14%，N2濃度78.55%～79.27%，CO2濃度0.27%～0.65%，CH4濃度0.031%～0.057%。通過氣樣分析可知，氣樣中瓦斯濃度與“便攜式甲烷報警儀”測定結果相似（不同廠家的“便攜式甲烷報警儀”測量出的25050上隅角甲烷濃度區間為0.00～0.06），其次與瓦斯傳感器測量數值比較接近（江蘇三恒甲烷傳感器測量出的25050上隅角甲烷濃度區間為0.06～0.07），氣樣中瓦斯濃度與“光瓦”測定結果差距較大（陜西思達的“光瓦”測量出的25050上隅角甲烷濃度區間為0.28～0.34）。綜合分析初步認為“光瓦”測定結果存在問題。

3.2.1 影響“光瓦”測定結果的客觀因素分析

實驗數據表明：觀音堂煤業25050工作面上隅角HS、CO、C2H6等其他微量氣體含量極少，N2、O2氣體含量正常，排除了微量氣體混入及O2、N2濃度失衡對“光瓦”精確度的影響;用“光瓦”檢測瓦斯濃度時，其影響測量數值的主要因素為CH4及CO2的氣體含量。通過分析確定：“光瓦”測量井下氣體時，混合氣體進入“光瓦”氣室測量時需要氯化鈣過濾CO2，“光瓦”實際過濾井下混合氣體中的CO2只能達到20%～50%的過濾率。因此，瓦檢員在測量井下瓦斯氣體時受到CO2的干擾（前面已經排除HS、CO、C2H6等微量氣體對“光瓦”測量值的影響），我公司“光瓦”測量的瓦斯氣體實為井下甲烷和二氧化碳混合氣體濃度的數值，從而造成“光瓦”測定數據偏大。通過上述分析出，我公司“光瓦”測量瓦斯氣體濃度區間為：

2*CH4%+[1-（20%～50%）]*CO2%

=2*（0.031%～0.57%）+[1-（20%～50%）]*（0.27%～0.65%）

=0.192%～0.634% ?即為我公司8月4日、5日的“光瓦”測量井下瓦斯氣體的有效區間。這就解釋了表1中瓦檢員對25050上隅角用“光瓦”進行測量時，數據最大達到0.60%、最小值達到0.18%的這一情況。

3.2.2 影響“光瓦”測定結果的主觀因素分析

使用“光瓦”測量井下瓦斯氣體濃度產生誤差的主觀因素：首先是“光瓦”的日常維護、保養，保證儀器完整性、清潔性、電池供電穩定;其次是“光瓦”使用操作前要在進風巷中使用新鮮空氣中對“光瓦基線對零”;第三是“光瓦”的周期性校驗工作要按照《煤礦安全規程》標準嚴格執行。

綜上所述，實驗室氣樣采樣分析中瓦斯濃度（氣體采樣分析值0.062%～0.114%）與瓦斯傳感器測量數值（氣體采樣時測量值0.16）相近，與“便攜式甲烷報警儀”測定結果接近（氣體采樣時測量值0.00%～0.06%）。

4 解決難題的技術措施

4.1 加強工作面回采管理，上拐及時回撤、上安全出口位置超前一排，杜絕工作面上拐形成銳角形狀，造成混合氣體聚集，影響“光瓦”測量。

4.2 加強“光瓦”的使用管理。“光瓦”必須在井下現場實測地點附近全風壓新鮮風流中重新“對零”，定期檢查、維修、保養確保其靈敏、準確、可靠。

4.3 對“光瓦”進行改造，加長過濾管、增加過濾藥品及減小過濾藥品顆粒直徑從而提高過濾藥品密度，用于降低“光瓦”測量氣室內的CO2和水蒸氣濃度，以提高測量甲烷氣體的準確性。

4.4 加強甲烷傳感器的使用管理。對工作面傳感器定期更換、校驗、強制檢定，做好傳感器日常維護及與“便攜式甲烷報警儀”、“光瓦”數值對比分析工作。制訂《安全監控系統現場管理防止誤報警的規定及防范措施》，強化區隊跟班班長對傳感器的安全防護意識及傳感器異常匯報工作。加強我公司安全監測系統使用管理工作，嚴格按照《AQ1029-2007煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》、《煤礦安全規程》及河南能源〔2014〕443、河南能源〔2014〕658號文件要求開展監測監控工作，確保安全監測系統準確可靠。

4.5 每周對井下各類監測氣體數據、開關變動狀態進行分析，定期對井下氣體采樣分析化驗，為井下瓦斯防治工作提供準確數據。

4.6 井下工作面上隅角采用“光瓦”測定的瓦斯濃度時，需要用多功能便攜對該處相對穩定的CO2氣體濃度進行測定，用CO2濃度對“光瓦”測定的瓦斯濃度值進行修正，由已知混合氣體濃度X及瓦斯濃度Y測量二氧化碳濃度Z公式Z=（X-Y）*0.95得出“光瓦”測量瓦斯濃度時的修正公式為Y=（19X-20Z）/19。

4.7 加強工作面通風管理，風量達到要求，確保上隅角風路暢通，杜絕無風、微風等現象。

（作者單位：三門峽觀音堂煤業有限公司）