论红外瓦斯传感器在煤矿的推广应用

吕利刚

摘 要：煤矿的安全关系到井下工人的生命安全，对于我国经济的发展也具有重要意义，安全生产依赖于完善的监测体系。红外瓦斯传感器通过红外吸收的原理，通过多种新技术的综合使用，实现了对井下瓦斯气体浓度实时监测，是煤矿安全生产监测系统必不可少的组成和构成部分。红外瓦斯传感器还避免了其他传感器的缺点，稳定性、灵敏度和抗干扰性都较高，应当在煤矿生产中推广使用。

关键词：红外瓦斯传感器 煤矿 安全生产

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0066-01

改革开放以后，我国的经济快速发展，对能源的需求量不断上升。煤炭作为我国工业生产重要的能源之一，为我国的经济发展做出了巨大贡献。我国的煤炭储量比较丰富，煤矿的开采是我国获取煤炭的主要方式。但是煤矿开采不仅对当地的环境造成了巨大破坏，近些年频繁出现的瓦斯事故，也引起社会上的广泛关注。安全事故不仅造成了巨大的经济损失，还往往造成井下工人死亡。因此，加强对瓦斯的监控，通过有效手段来预防瓦斯事故，成为煤矿安全生产的关键所在。

1 我国煤矿检测瓦斯的主要手段和问题

目前，在我国煤矿中使用较多的传感器主要有光干涉型、气敏半导体型、热催化型、热导型和红外气体吸收型。

光干涉型使用比较方便，主要通过利用空气中的光波对瓦斯的浓度进行检测，对瓦斯气体浓度检测的灵敏度也较高。但是如果空气中的氧气和氮气比例达不到标准的时候，很容易出现检测误差，并且在长时间内的使用效果不好。

气敏半导体型使用寿命较长，灵敏度高，能耗少，近些年来发展速度较快。但是在实际应用中受环境温度、适度和材质的影响较大，并且准确度和精读方面存在着较大不足，因此在实际应用中还有待完善。

热催化型可以对煤矿中的瓦斯进行检测，但是使用寿命较短，并且在使用中需要频繁的进行校对，稳定性也较差。在目前强调安全生产的情况下，热催化型基本上处于淘汰的边缘。

热导型利用热导原理，通过对空气中所测气体之间的导率差进行测算，实现瓦斯气体的监测。热导型传感器寿命较长，使用简单，但是其对瓦斯气体监测的精度较低，并且受周围氧气和水蒸气浓度的影响较大，往往出现监测失灵的现象。

红外气体吸收型使用了目前应用较为广泛的红外瓦斯传感技术，它通过对不同气体吸收红外光谱的强度来监测瓦斯的浓度，使用寿命较长，并且在灵敏度和安全性上也具有很大的优势。我国刚引进此技术时，受制于成本高和兼容性差，推广较为困难。但是通过我国科研人员的不断努力，根据我国煤矿的环境情况，研制出了适合我国煤矿的红外瓦斯传感器，达到了国际先进水准。

2 红外瓦斯传感器的原理及优势

红外瓦斯传感器的原理是红外吸收原理，主要是为了监测管道内的气体浓度而设计出来的。此外，在红外瓦斯传感器的设计中，还运用了扩散式采样和数字式温度补偿等技术，因此，红外瓦斯传感器的稳定性和监测精度都很高，并且可以适应我国煤矿井下复杂多变的环境，使用较为广泛。红外瓦斯传感器可以广泛应用于天然气输气管道、瓦斯抽放泵站和煤矿中的瓦斯抽放管道等。当瓦斯的浓度超出设置上限时，传感器就会通过声音和二极管的闪烁发出警告信号。

红外瓦斯传感器的调校周期较长，一般大于两个月，保证其长时间工作的稳定性。其水分离装置为一体化设计，可以很好的降低管道内的水分、尘埃等杂质对检测精度的干扰；气路设计采用了特殊方法，可以很好的应对管道内的各种正压和负压；温度补偿也很精确，可以很好的应对矿井下多变的环境，不会因为环境的改变出现监测数据的大幅度变化；其兼容性也很强，提供了多种常用的数据输出接口。红外瓦斯传感器的这些优势也是其在煤矿中广泛应用的基础，但是我国还有一些矿井中并未使用红外瓦斯传感器。因此，我国煤矿中对推广使用红外瓦斯传感器，对于煤矿安全生产具有重要意义。

3 红外瓦斯传感器在煤矿中的具体应用

煤矿井下的环境多变，存在很多的不可控因素，因而经常发生各种安全事故，其中以瓦斯事故居多。因此，加强煤矿的安全意识，从技术上减少事故发生的几率，确保井下工作人员的安全，是煤矿安全生产的重要环节。红外瓦斯传感器以其具有较高的使用寿命、检测精度、抗干扰性等优势，为煤矿的安全生产做出了重要贡献。

红外瓦斯传感器通过将井下的瓦斯浓度进行监测，然后将浓度数值转换为其他关联设备可以识别的电信号，再通过补偿信号处理技术，可以直观的显示出浓度值。当瓦斯浓度超过了安全范围，报警器就开始报警。其可以固定在煤矿中的回风巷道、采掘工作面等地方，和断电仪、封锁瓦斯闭锁装置等配合使用。此外，虽然热催化型、热导型等其他监测装置存在诸多缺点，但是和红外瓦斯传感器一起使用时，可以避免某一种监测装置测量数据出现偏差和稳定性较差的情况。通过人工智能技术，将不同传感器的监测数据进行汇总，然后统一进行处理的分析，可以大幅度的提高监测效果，延长监测器的使用寿命。通过其它配套技术的使用，还可以提高红外传感器的反应速度。红外瓦斯传感器还增加了遥控调校、断电控制、故障自检等功能，便于日常的检修和维护，节约煤矿的监测成本，提高监测的效果。

以我国自行研究开发的GLG10H型红外瓦斯传感器为例，其设计原理是非色散红外技术，传感器的光源使用了安全节能的LED光源。通过特殊的算法，LED光源产生优化的辐射光谱，然后通过光敏二极管和特殊的光学系统，内置的微电子设备和温度传感器产生电子信号。电子设备和传感器均采用了UART的数字通信格式，可以检测0%～100%范围的瓦斯浓度，或者是0%～100%范围的LEL。其还具有温度补偿设计，通过数字输出，可以直接接入到上级设备，并且还能够自动保存温度补偿、浓度和其他数据。此型红外传感器的能耗较小，大约为5mW，并且经过了防爆EX认证。此型红外瓦斯传感器可以连续自动的将矿井下的瓦斯浓度转换为标准的电信号传输给其它关联设备，并且可以实时显示出井下瓦斯的浓度值，超过了设定范围时，可以在第一时间进行报警。此型的监测精度也较高，在0%～10%浓度范围时，监测分辨率达到了0.01%，大于10%时，监测分辨率为0.1%，满足我国安全生产管理局的要求。传感器在设计上使用了模块化和整体化理念，因此更加的小巧和紧凑，符合未来的发展趋势。在继承传统红外传感器较高的安全性、稳定性和抗扰性等优点的基础上，省略了传统的红外原理光学部件，降低了成本，还弥补了传统的红外传感器容易被井下灰尘覆盖后影响透光和反射强度的问题，对于降低红外瓦斯传感器的报警缺陷有重要意义。

参考文献

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