煤矿瓦斯检测与控制技术

煤矿瓦斯检测与控制技术

李雪琴

山西焦煤技师学院 山西省介休市 032000

摘要：煤炭资源是我国能源结构中的重要构成部分，也是一种应用较为常见的基础性能源。近年来，随着国民经济的发展，煤炭资源需求量逐年稳步提升，煤矿开采业得到蓬勃发展。但与此同时，煤矿瓦斯泄露、瓦斯爆炸等安全事故时有发生，造成了严重的经济损失。为实现我国经济的可持续稳定发展，必须把企业的安全生产放在首位，煤矿企业要不断深化体制改革，加快对煤矿瓦斯检测技术的研究，从整体上提高瓦斯检测能力，做到防患于未然。本文对煤矿瓦斯检测与控制技术的应用进行分析，希望可以有效发挥技术效能，为从业人员提供技术参考。

关键词：煤矿瓦斯；检测技术；控制技术

一、煤矿瓦斯检测与控制技术应用必要性

在煤矿开采过程中，煤层中储存着大量的高浓度瓦斯气体，气体主要成分为甲烷，主要积聚于煤矿巷道上部与高顶区域中。在煤矿开采不当、或是出现各类生产问题时，有可能引发瓦斯泄露问题的出现。作为一种易爆炸气体，如若所泄露瓦斯气体体积达到空气总体积5%以上时，瓦斯气体在接触明火时会出现爆炸现象。而在瓦斯浓度超过一定标准时，煤矿开采现场作业人员将出现缺氧窒息现象。根据相关统计报告结果显示，瓦斯泄露问题是绝大多数煤矿事故的主要诱因。例如，根据我国2019年度煤矿事故统计报告显示，2019年1月5日，重庆大足倪家湾煤矿出现瓦斯窒息事故，造成3人死亡、多人受伤。在1月20日贵州毕节金坡煤矿瓦斯爆炸事故中，造成7人死亡。在2月24日河南三门峡铁洞山煤矿瓦斯爆炸事故中，造成4人死亡、3人受伤。

煤矿瓦斯检测与控制技术通过采取光干涉、红外光谱、甲烷检测等多项技术手段，对煤矿井下作业现场的实时瓦斯浓度、空气成分进行检测。在检测到瓦斯浓度异常升高、或是临近超过安全阀值后，将向管理人员反馈问题信息，及时发现瓦斯泄露等安全问题。管理人员可以快速采取应急处理措施、组织人员退场，以此来预防瓦斯窒息、瓦斯爆炸等安全事故出现，将事故所造成损失降低到最小程度。简单来讲，则是通过采取技术措施，来营造相对较为安全的煤矿井下作业环境，尽可量将煤矿内瓦斯含量控制在安全范围内。

二、煤矿瓦斯检测与控制技术的具体应用

1.甲烷检测技术

甲烷检测是通过在煤矿井下作业环境中配置催化燃烧式瓦斯传感器，对井下作业环境的瓦斯浓度进行检测。当出现瓦斯泄露问题、瓦斯浓度升高时，传感器在通电条件下，工作电流会持续通过铂丝材质的元件，元件表面保持恒定工作温度。在空气中瓦斯浓度超过一定指标时，探测元件表面与空气接触过程中会产生催化燃烧现象，所释放热量使得元件工作温度提高、元件电阻值加大、短时间内电桥将处于失衡状态、输出电压。如此，传感器将对电桥实时输出电压值进行测量，根据测量结果来准确评估周边环境空气中瓦斯浓度，起到瓦斯检测作用。甲烷检测技术的检测精度高，通过测量电桥电压值而持续评估瓦斯浓度，避免检测值产生大幅变化时无法提供可靠数据。新型传感器具有信号转换处理功能，可以直接由模拟信号转换至数字信号。

2.光干涉法

光干涉法是配置光干涉检测仪，基于光折射原理，通过检查光线在空气中的折射率变化情况，来评估煤矿井下环境中的瓦斯浓度。在出现瓦斯泄露问题后，光干涉检测仪中的干涉条纹将会出现移动现象，实际移动量与周边环境空气中的瓦斯浓度呈正比关系。干涉条纹移动量越大，瓦斯浓度越高。

3.红外光谱法

红外光谱法是根据光谱作用对不同类型化合物产生的振动旋转变化来评估瓦斯浓度。由于不同类型气体均具有独属吸收光谱，不同吸收光谱之间存在明显差异。因此，可选择在传感器中设置吸收峰，根据吸收强度的测量结果，来判定空气中瓦斯气体浓度。

4.有线传感器监测系统

有线传感器监测系统是将单片机作为下位机，在煤矿井下作业现场中设置若干数量传感器，通过上位机的有线方式来传输传感器所采集监测信息，工作人员根据主控室所接收监测信息处理结果来掌握煤矿井下现场环境、瓦斯浓度。在监测到异常数据时，采取相应控制措施，在必要情况下组织人员退场。目前来看，有线传感器监测系统普遍采取RS-485或是RS-232通信方式，具有信息传输稳定、外界干扰系数小的优势。但是，在多数煤矿工程中，需要将主控室设置在地面，井下巷道与主控室的间隔距离较远，不利于线路运行维护工作的开展。同时，煤矿瓦斯检测信息时效性较差，煤矿瓦斯事故的应急处理能力有待提升。

5.无线传感器监测系统

无线传感器监测系统是采取GSM短信息远程输送方式，无需在煤矿现场铺设线路，即可实时向主控室传输监测数据、下达各项控制指令，解决了传统有线传感监测技术所存在的信息时效性差、线路铺设维护难度大等问题。在检测到煤矿瓦斯泄露等安全事故后，可以采取单对多、多对单等方式发送报警信息。

在实际应用过程中，无线传感器监测系统的主要使用功能包括：（1）数据采集处理。煤矿井下环境中所配置传感器可以持续对周边环境的瓦斯浓度、电机设备运行状态加以检测，实时将监测数据反馈至主控室，或是输送至单片机内完成数据处理作业；（2）超限报警。工作人员提前在系统中设置额定值。系统在运行期间，持续将所采集瓦斯浓度、负压值等数据与额定值进行对照分析，如测量值超过额定值，系统采取短信息方式自动向作业人员、相关责任人发送报警信息。

三、煤矿瓦斯检测与控制技术的未来发展趋势

1.微型化与集成化

煤矿瓦斯检测工作存在传感器适用性不足、使用功能单一的问题。例如，当前多数型号传感器体积较大，很难在复杂的煤矿井下作业环境中进行有效安装，因此在煤矿井下形成瓦斯检测盲区。针对这一问题，应推动各类瓦斯传感器的微型化与集成化发展。其中，微型化发展指，在传感器中配置微型执行器，负责开展信号转换处理、电路控制等一系列操作，形成微型瓦斯监测系统，在缩小瓦斯传感器体积的同时，全面提高传感器使用性能，增设实时信息处理等功能。集成化发展指，优化传感器与监测系统中不同单元模块之间的关系，应用MEMS技术对IC电路与传感元件进行集成化处理。

2.智能化

在当前瓦斯监测系统运行中，主控室与中央处理器的运行负担较大，需要在短时间内处理大量数据信息，才能全面掌握煤矿井下作业情况、控制瓦斯浓度，瓦斯检测与控制方式较为单一。在出现瓦斯泄露等安全事故时，应急处理能力欠缺。因此，应将智能化技术对瓦斯检测与控制技术进行结合，分担部分中央处理器的处理任务，替代人工开展自补偿、自动化数据处理、自我故障诊断等工作，根据实时瓦斯浓度来科学制定控制方案，执行各项控制措施。

结语：

综上所述，为营造安全稳定的煤矿井下作业环境，预防瓦斯泄露、瓦斯窒息、瓦斯爆炸等安全事故的出现，企业必须做到对瓦斯检测与控制技术应用作用的有效发挥，明确技术的具体应用方向，不断优化创新技术体系，全面提高煤矿瓦斯控制力度。

参考文献：

[1]陈伟,段亚东.煤矿瓦斯检测与控制技术简析[J].淮北职业技术学院学报,2011,10(01).

[2]洪卫东.煤矿瓦斯检测方法的技术分析[J].淮南职业技术学院学报,2010,10(04).

[3]周成明.有关煤矿瓦斯检测技术应用的浅析[J].广东科技,2012,21(02).