煤矿井下安全检测仪表仪器校准管理

文/李剑峰

近年来，兖矿集团有限公司及下属单位,针对井下安全仪表仪器使用方面存在的问题进行了深入研究，在校准检测方面提出解决方案并在实践中成功地进行了应用，有效减少了生产安全事故的发生。

作为煤矿安全生产重要保障手段之一的安全仪表仪器，其运转是否正常、检测数据是否准确可靠，直接关系到矿井的安全生产。及时对安全仪表仪器进行检测，可以有效消除安全隐患。

光干涉甲烷测定仪的校准

光干涉甲烷测定仪

光干涉甲烷测定仪主要用于检测甲烷、二氧化碳及混合气体，是目前煤矿井下最常用的气体检测仪器之一，俗称光瓦，优点有稳定性高、使用寿命长、检测数据准确等。

光干涉甲烷测定仪的原理是：两束相干光线经过不同的气体时，由于其密度的不同，折射率也不同，因而便会产生光程差。当两光束相遇的时候，光程差决定了干涉条纹的移动，条纹的移动量随着气体的密度变化而改变，也就是气体折射率的差值也会随之而发生改变。对于混合气体而言，当其中的气体成分比例变化，即成分气体的浓度变化时，其密度也会发生改变，从而可以通过干涉条纹的移动来判断气体的成分（浓度）。

很多煤矿通防工作者（负责煤矿“一通三防”的工作人员，“一通三防”指矿井通风和防治瓦斯、防治煤尘、防治矿井火灾）不能将光干涉甲烷测定仪的校准和检定区分清楚，常常把它们混为一谈。检定是指依据检定规程对仪表计量性能进行判定的一系列工作，而校准是指在规定条件下，对仪表量值与对应的标准量值进行复现操作的过程。检定比校准的要求高，一般需要由有资质的计量部门进行。通常情况下，煤矿通防工作者所说对仪表的校准是指后者。在煤矿现场的实际应用中，对光干涉甲烷测定仪的日常校准采用压力校准法和标准气样校准法。

压力校准法

其原理如下：一定浓度的甲烷气体折射率对应一定温度条件下对应压力的空气折射率，利用外接加压装置对甲烷气室进行加压至相对应的压力，读出仪表示值，看是否在误差范围内来判定仪表的准确性。

在实际操作中，要注意吸气口接入钠石灰和氯化钙吸收管充分吸收水蒸气和二氧化碳，增加校准的精度。压力校准法的仪表设备可以根据煤矿的实际来进行组合，但是必须保证设备连接以后的气密性，也可以购买成套的检定装置。目前，国家矿山安全计量站的成套检定装置完全能够满足现场校准的需要，但是成本比较高。不同温度下对应的压力按照温度为20 ℃时的压力进行折算。

标准气样校准法

这是指用标准气样对光干涉甲烷测定器进行比对的校准方法。校准时特别注意，采用检测仪吸气取样完毕的时候要及时跟有压力的气体源分离，以避免因为压力存在而造成的误差，同时还要注意温度修正，以确保校准的准确性。在煤矿现场使用标准气样进行日常校准时几乎都会忽略这两点，结果造成标定的仪器示值不准确，需要特别注意。校准状态下标准气样浓度与对应仪器应得读数关系可以利用公式进行计算。

催化燃烧式甲烷检测报警仪的校准

目前，我国煤矿井下常用的便携式甲烷检测报警仪基本为利用催化燃烧的甲烷测定器。其工作原理是利用甲烷在载体催化元件上发生氧化燃烧时候产生热量并且引起电阻值的变化，然后利用转换电路实现甲烷浓度值的测量。

载体催化元件（俗称黑白元件）是便携式甲烷检测报警仪的主要部件，其具有双值性，即在一定浓度范围内，元件输出的电信号与甲烷浓度有着很好的正比例线性关系，然而到一定浓度的时候就会出现拐点，甲烷浓度和元件输出的电信号不再呈现规则的线性关系，在此之后却呈现出反比例的关系。常用的甲烷检测仪在0 ～4%范围内的读值精度非常可靠。但是，该仪器元件的寿命比较短，一般现在厂家承诺的催化元件寿命即元件活性下降到50%所需要的时间仅为1 年以上，同时元件活性受到环境的影响比较大，煤矿井下的硫化物会使得元件出现中毒，环境的湿度大也会降低元件的活性。另外，当催化元件长期工作在低浓度（1%以下）的时候，突然遇到高浓度的甲烷（5%以上）而后又恢复到低浓度的情况下工作，这时的元件活性会提高，即所谓的元件“激活”。这种情况的发生常常会使得仪表的测量结果偏高，所以需要及时地进行调校。

便携式甲烷检测报警仪的校准采用标准气样比对校准法。在实际的校准工作中特别要注意以下几点：换用不同浓度的标准气体对仪器进行校准的时候，要充分地冲洗残留气样的影响，避免人为造成误差过大；使用标准气样进行校准的时候，要严格地按照仪器的说明书控制气体进入仪器的流量，流量过大或者过小都会影响到仪表的读值；对1%报警点进行校准的时候，同时要观察声光信号，不能够报警或者报警声低也应该按照不符合要求的仪表进行管理；校准的时候要保证环境条件，避免有风流、温度剧烈变化的影响，比如空调风流、开窗风流等；煤矿现场对便携式甲烷检测报警仪的校准可以使用流量计和标准气，标准气要使用有生产资质企业提供的标准气样，对流量计也要按照规定进行送检，以确保仪表校准的可靠性。

便携式光学甲烷检测仪改进和维修检测新方法

便携式光学甲烷检测仪的盘形管（也称“毛细管”）是平衡仪器空气室气压和待检测地点气压的重要部件。盘形管的堵塞或破裂是造成仪器零位漂移（俗称“跑负跑正”）的重要原因，但是多年来却找不到有效的解决办法。

兖矿集团有限公司及下属单位试验采用瓶装高浓度二氧化碳对盘形管清洗和检漏。二氧化碳具有较特殊的物理、化学性质，在许多行业得到广泛应用。

具体做法是：制作1 个金属两通管，其一端车有色鳞纹形气嘴，便于与二氧化碳气瓶的出气管路相连接；另一端与100 ml 注射器的针头用粘结剂粘紧，盘形管的内径较细，注射器的针头可以插进去；打开二氧化碳气瓶主阀和减压器阀门，将出气压力调整为0.2 ～0.3 kg，即稍微有些压力，就可以检查盘形管是否堵塞并对之清洗。如果盘形管的另一端出气通畅，则继续通气约1 min。清洗完盘形管后，再把其另一端用橡胶死堵头堵住，通气检漏。如果盘形管有破裂的缝隙，二氧化碳就会从此处逸出。盘形管清洗检漏后，在桌子上静置10 min再组装到气室组上。

利用二氧化碳对盘形管清洗检漏，每年1 ～2 次就够了。在每年计量检定前大修时对盘形管进行清洗、检漏，不仅能保障便携式光学甲烷检测仪顺利通过计量检定，也更便于以后使用。