光纤传感器在井下瓦斯安全监控中的应用

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1、第18卷煤矿开采V0Ll82013年第5期CoalminingTechnology2013Nn5光纤传感器在井下瓦斯安全监控中的应用朱伟骅(黑龙江大学。黑龙江哈尔滨150080)[摘要]煤炭业作为我国国民经济的支柱性产业之一，它在促进我国国民经济快速稳定发展方面起到了重要作用。但是受矿井瓦斯爆炸的影响，极大的制约了我国煤炭业的发展，为保证我国煤炭业的快速健康发展，必须消除矿井瓦斯爆炸隐患。本文主要介绍光纤传感器在矿井瓦斯监测中的应用。希望本文的提出，能为改善我国煤矿开采状况提供帮助。[关键词]光纤传感器；瓦斯；监

2、测；应用引言追求利益的最大化，随便做一下植被恢复工作，有的企业甚至不对破坏的植被采取任何恢复措施。为了近年来，我国煤炭开采业得到了快速的发展，但我国煤炭产业的可持续发展，呼应广大煤矿开采企是瓦斯爆炸隐患在一定程度上制约了煤矿开采业的业做好环境保护措施。快速稳步发展。因此做好矿井瓦斯含量监测具有重1．3水资源问题要意义。瓦斯作为一种易燃易爆的气体，当空气中瓦我们都知道，煤矿开采过程中，不可避免的会对斯的含量在5．0—16．0％范围内，极易引起瓦斯爆炸，水资源造成浪费甚至污染，但是只要我们做好相关当空气中的瓦斯浓度在

3、10．0％时，瓦斯爆炸的威力最防护措施的话，还是能够将污染程度限制在可接收大，矿井中一旦发生瓦斯爆炸，将对矿山开采造成重范围内的。目前，我国很多煤矿开采企业缺少水资大危害。我国煤矿安全规程明确规定，当矿井空气中源保护观念，在煤矿开采过程中，随意破坏地下含水的瓦斯含量超过2．0％时，就必须追查事故原因。近年层的原始流经，不仅造成了成宝贵水资源的流失，而来，我国加大了对瓦斯监测的研究力度。目前，我国且污染了水资源。已经成功研制出多种瓦斯浓度监测元件，如热电阻瓦斯传感器、湿式气敏元件以及半导体气敏元件等。2光纤瓦斯传感

4、器的原理及特点光纤传感器作为近年来兴起的一项技术，它具有其2．1光纤瓦斯传感器的原理他传感器无可比拟的优点，为此，在矿井瓦斯监测中目前，光纤瓦斯传感器的原理有两种，一种是利得到了广泛的应用。用瓦斯浓度与折射率之间的关系来检测瓦斯的浓1我国煤矿开采中主要存在的问题度，另一种是利用瓦斯的光谱吸收峰来检测瓦斯的1．1安全问题浓度。第二种方法应用的更广，本文就以第二种方安全问题是煤矿开采过程中最为突出的问题，法(吸收法)来阐述光纤瓦斯传感器的检测原理。它对人们的生命健康构成了巨大威胁，因此是我国当一束平行光射向瓦斯及空气

5、的混合气体时，现代化煤矿建设中最为棘手的问题之一。为此，党和这束平行光会发生一定程度的衰减，根据朗格比尔中央积极推出了一系列的煤矿安全应对措施，但是定律，现假设这束光的起始强度为I。，光线穿过混合都收不到很好的效果。造成这种后果的主要原因是气体后的强度为I，那么起始光强、输出光强以及瓦“上有政策、下有对策”，政府制定的各项应对政策本斯气体浓度之间的关系可以用下式来表示：来是很好的，但是政策很难得到贯彻落实，多数政策显得苍白无力，形同虚设。c=去1．2地表植被破坏问题上式中：C为气体的浓度；我国很多煤矿在开采的过程

6、中，容易忽视开采L为气体同光之间的有效作用长度；活动对周围环境的破坏问题，例如煤矿周围地表植a气体摩尔分子吸收系数；被的破坏，严重的影响到当地的生态环境，进而给当I为光穿过混合气体时的光强。地人们的生活带了的巨大影响。目前，我国普遍存在入射光强与瓦斯气体的浓度关系可以用图1来只开采不恢复的不良现象，很多煤矿开采企业为了表示，从上述公式中可以看出，L和a。是已知的常量，第l8卷煤矿开采V0L182013年第5期CoalminingTechnology2013No．5因此，只需要通过分别检测平行光的起始光强I。以五个

7、监测点的数据进行分析，这五个监测点的瓦斯及输出光强I就可以求出瓦斯气体的浓度C。浓度都不同，表1中的数据是三次平行测量的平均值。真实数据与监测数据问的比较见表2，其中，监测数据是光纤瓦斯传感器的监测值，真实值是山西省环保及提供的瓦斯浓度数据。图1入射光强度与瓦斯浓度的关系表1收集到的监测数据2．2光纤瓦斯传感器的特点瓦斯监测点不开采时的数据，％开采时的数据，％因为光纤瓦斯传感器同时应用光谱吸收原理以10．1270．246及光的折射原理来检测瓦斯气体的浓度，利用到的是光纤传递信号，因此具有其他传感器无法比拟的20．

8、1450．205优点。例如光纤瓦斯传感器的灵敏度高、响应速度30．2250．310快、防电磁干扰能力强、动态范围广、绝缘性强、体积40．2450315小、防燃防爆等，能够很好的应用于恶劣危险的环境中。5O．3l50．380表2真实值与监测值之间的比较3光纤瓦斯传感器在井下瓦斯监测中的应用瓦斯监测点不开采时的数据／％开采时的数据，％3．1矿井概述10．1270．246山西某