煤矿瓦斯可燃性气体及井下环境参数的检测
李文峰
(西安科技大学通信学院,陕西西安710054)
摘 要:国内对瓦斯的检测以CH4检测为主,毒气的检测以CO检测为主;国外用可燃性气体的检测代替单一CH4气体的测量,毒气包括H2S的测量。文章讨论了井下环境参数检测的种类和必要性。
关键词:瓦斯;可燃性气体;井下环境参数;检测
中图分类号:TD71 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)01 -0049-02
为保障煤矿安全生产和职工人身安全,防止煤矿事故,制定了《煤矿安全规程》。煤矿井下空气成分、环境温度等环境参数必须满足规程要求。国内对瓦斯的检测以CH4检测为主,毒气的检测以CO检测为主;而国外用可燃性气体的检测代替单一CH4气体的测量,毒气包括H2S的测量。环境参数主要指可燃性气体、CO、O2和环境温度。
1 瓦斯的检测
瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以CH4为主的有害气体,有时单独指CH4。CH4无色、无臭、沸点
2 可燃性气体检测煤层气除含CH4气体外,还含有少量的CO、NO、SO2、H2S、NH3等有害或易燃气体。所以国外用可燃性气体(combustible gases)的测量代替单一CH4气体的测量。
各种可燃性气体的爆炸门限(flammable limits)不尽相同,又分为爆炸下限(lower explosive level)和爆炸上限(upper explosive level)。其中LEL的单位通常是相对百分比(0~100%LEL)。在低于LEL的环境中因可燃气体太少而无法燃烧,当环境中的可燃气体的浓度高于UEL,那么会由于气体太多也不能燃烧。常见可燃性气体的燃点和混和气体的爆炸范围见表1。
目前可燃性气体的检测主要采用催化燃烧传感器。可燃气在有催化剂的小室中氧化燃烧放热,铂金丝的温度加热后升高,电阻改变,通过惠更斯电桥测出电流大小。在可燃气体爆炸极限下限以下的范围内,电桥的响应输出和气体的浓度成线性关系〔3〕。
3 井下环境参数的检测爆炸性混合物的爆炸,即所有的可燃性气体、蒸气及粉尘与空气所形成的爆炸性混合物的爆炸需要同时具备3个条件才可能发生:第一,必须存在爆炸性物质或可燃性物质;第二,要有助燃性物质,主要是空气中的O2;第三,就是还要存在引燃源(如火花、电弧和危险温度等),它提供点燃混合物所必需的能量。只有这3个条件同时存在,才有发生爆炸的可能性,其中任何一个条件不具备,就不会产生燃烧和爆炸〔1〕。在煤矿井下的新鲜风流中,O2的含量应与新鲜空气中的一样,为20.9%。由于煤层中可燃性气体、毒性气体的混入,巷道风流中的O2浓度就会下降。当空气中的O2浓度在18.0%以上时,人们能正常呼吸;当O2浓度在18%~16.0%时,人员呼吸会感到困难;当O2浓度低于16.0%时,人员就会窒息〔1〕。因此,采掘工作面的进风流中,《煤矿安全规程》规定O2浓度不低于20%,井下环境参数的测量应包括氧气参数的测量。此外,在多种气体同时存在的状态下,测量O2浓度可以间接测定爆炸气体浓度。
对于煤层气中少量的有害气体,《煤矿安全规程》同时规定有害气体的浓度不超过表2规定〔5〕。
CO是无色、无嗅、无味的气体。CO经呼吸道吸入,通过肺泡进入血液,立即与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白(HbCO)。急性CO中毒是吸入高浓度CO后引起以中枢神经系统损害为主的全身性疾病。轻、中度中毒主要表现为头痛、头昏、心悸、恶心、呕吐、四肢乏力、意识模糊,甚至昏迷。重度中毒者意识障碍程度达深昏迷或去大脑皮质状态,往往出现牙关紧闭、强直性全身痉挛、大小便失禁。部分患者可并发脑水肿、肺水肿、严重的心肌损害、休克、呼吸衰竭、上消化道出、皮肤水泡或成片的皮肤红肿、肌肉肿胀坏死、肝、肾损害等〔8〕。因此,井下有害气体的测量至少应包括CO的测量。CO的测量往往采用电化学传感器原理,将两个电极插入到电解质中,CO分子与水在一个电极上发生反应,并产生二氧化碳、氢离子和电子,氢离子在另一电极与氧气发生反应产生水分子。由此在两个电极间产生电子流。电化式CO传感器正是靠输出正比于CO扩散气体浓度的电流探测到环境的CO扩散浓度。
综上所述,煤矿井下环境参数的检测至少应包括以下4个参数:可燃性气体、O2、CO和温度。
4 结 语
煤层气除含CH4气体外,还含有少量的CO、NO、SO2、H2S、NH3等有害或易燃气体,用可燃性气体的测量代替单一CH4气体的测量更具科学性。煤矿井下环境参数的检测至少应包括可燃性气体、O2、CO和温度的测量。
作者简介:李文峰(1969-),男,河南襄城人,博士后,副教授,主要从事应急通信技术研究。
