光谱吸收式甲烷传感器在义安矿的应用.pdf

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1、13O能源技术与管理2012年第2期doi：10．39690．issn．1672—9943．2012．02．054光谱吸收式甲烷传感器在义安矿的应用王红霞，徐守仁，兀帅东1(1．义煤集团公司，河南义马472300；2．义煤集团公司新义煤矿，河南新安472400)[摘要]光谱吸收式甲烷传感器使用的是目前较有前途的一种气体传感技术，通过在义煤集团义安矿井下现场和地面与催化燃烧式传感器进行对比试验，得出光谱吸收式甲烷传感器在井下环境适应性强、长期稳定性好、使用与维护简单方便及兼容性好等特性。[关键词]光谱吸收；甲烷：传感器[中图分类号]TD76[文献标识码]B[文

2、章编号]1672_9943(2012)021302安光机所等在光学杂志上介绍了差分光谱光纤气0引言体传感器的基本原理，列举了一些具体应用实例。到目前为止，广泛应用于煤矿瓦斯监测的传1997年山东矿业学院的曹茂永等对吸收光谱式感器基本上全部是黑白催化元件和热导元件。黑光纤瓦斯传感器的参数设计进行了探索，提出根白元件的量程在4％以下，每隔两周必须标定一据传感器的技术指标确定其基本参数的方法。次；热导元件误差比较大；催化元件和热导元件组2001年，吉林大学的王一丁等基于朗伯一比尔吸成的混合型传感器尽管可以实现大量程，但是对收定律，设计了具有新型光路和电路结构的便携

3、瓦斯的突出响应不够迅速[。特别对于监测易燃式红外甲烷气体检测仪。这些甲烷气体的光纤传易爆的瓦斯气体来说，基于气体吸收谱测量的吸感器的研制在实际工程中的应用价值非常大。收性传感技术具有相当高的测量灵敏度、极高的2矿井概况气体鉴别能力、快速的响应能力、对温度湿度等干扰的抵抗力、简单可靠的气体传感探头以及易于义煤集团义安煤矿正村井田距新安县约15km。形成网络等优点，因而是目前最有前途的气体传陇海铁路和郑州一潼关公路都在井田以南15km感技术。处通过。新安煤矿铁路专用线距本井田约5km。由新安县城至正村乡往北至北冶的公路由井田内1光谱吸收式甲烷传感器研究现状通过，

4、正村乡至石寺、仓头的乡级公路从井田西北国外发达国家对吸收式光纤气体传感技术的部通过。矿井通风方式为中央并列式，主、副立井研究起步较早_2]。最早用光谱吸收式光纤传感技进风，回风立井回风，通风方法为抽出式。2005年术进行气体浓度测试研究的是日本Tohoku大学3月该矿投入使用常州三恒自动化仪表有限公司的H．Inaba和K．Chan等人，在光纤透射窗口波段生产的KJ70N监控系统。2006年12月对矿井安范围内做了一些气体传感的基本研究。1990年，全监控系统进行了升级改造，改造为KJ70N型安H．Tai和K．Yamamoto等利用1．66m单模分布全监控系统

5、。反馈式半导体激光器，采用了波长调制的谐波检3试验过程测方法，室温下检测甲烷气体浓度，最小可探测灵敏度可达20X10。目前国外使用吸收式光谱原通过在煤矿井下安装布设“光谱吸收式甲烷理已经成功制作了光学甲烷传感器，例如，瑞典传感器”，达到同时测定不同位置处瓦斯浓度的目OPSIS公司、美国TE公司、法国OLDHAM以及法的；并通过长期监控运行，考核该装置对矿井恶劣国ESA公司的研制基于差分光谱法原理的设备。环境f高粉尘、高湿度、冲击、振动、电磁干扰等)的我国吸收型光纤气体传感方面的研究起步较晚口]，适应性，考察该装置与煤矿现有安全监测系统的始于20世纪8O年代末

6、，国内吸收式光纤气体传兼容性。光纤瓦斯传感检测仪可分别被安装在采感器的研究主要还是以LED作光源。1989年西掘工作面、回风巷道、机电峒室等位置，采用悬挂2012年第2期王红霞，等光谱吸收式甲烷传感器在义安矿的应用131方式安装，光纤瓦斯传感检测仪与井下监测分站表2光谱吸收式甲烷传感器基本误差之间通过四芯防爆电缆连接。2009年9月12日cH4浓度测量范围／％基本误差／％在义安矿井下11区11061胶顺回风流实验、O．O0～1．0O土0．0611061胶顺工作面实验各安装1台光谱吸收式甲1．00～4．OO真值的±6烷传感器。2009年12月底，经过3个月的井

7、下试由表1、2可以看出，光谱吸收式甲烷传感器验，为了更好地体现光谱吸收式甲烷传感器的性测量数据的精度要优于现用的甲烷检测标准。能，做出了以下改进：电源模块，降低耗电量(实测光谱吸收式甲烷传感器在义安矿井下使用后改进前探头无报警状态下整机工作电流≥35OmA与催化燃烧式甲烷传感器井上维修室标校数据对偏大，实测改进后探头无报警状态下整机工作电比如表3所示。流≤105mA；兼容性，传感器断电输出信号(高电表3标校数据对比平断电)与义安矿使用的模式(低电平断电)不相符，后经改进，问题已经得到解决，可以使用遥控器设定断电电平，不仅能够跟该矿的模式兼容，也能够遥控设定为

8、跟其他监控系统的断电模式兼容；响应时间，去掉过滤铜网