煤礦瓦斯可燃性氣體及井下環境參數的檢測
李文峰
(西安科技大學通信學院,陝西西安710054)
摘 要:國內對瓦斯的檢測以CH4檢測為主,毒氣的檢測以CO檢測為主;國外用可燃性氣體的檢測代替單一CH4氣體的測量,毒氣包括H2S的測量。文章討論了井下環境參數檢測的種類和必要性。
關鍵詞:瓦斯;可燃性氣體;井下環境參數;檢測
中圖分類號:TD71 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)01 -0049-02
為保障煤礦安全生產和職工人身安全,防止煤礦02manbetx.com
,製定了《煤礦安全01manbetx
》。煤礦井下空氣成分、環境溫度等環境參數必須滿足01manbetx
要求。國內對瓦斯的檢測以CH4檢測為主,毒氣的檢測以CO檢測為主;而國外用可燃性氣體的檢測代替單一CH4氣體的測量,毒氣包括H2S的測量。環境參數主要指可燃性氣體、CO、O2和環境溫度。
1 瓦斯的檢測
瓦斯是礦井中主要由煤層氣構成的以CH4為主的有害氣體,有時單獨指CH4。CH4無色、無臭、沸點
2 可燃性氣體檢測煤層氣除含CH4氣體外,還含有少量的CO、NO、SO2、H2S、NH3等有害或易燃氣體。所以國外用可燃性氣體(combustible gases)的測量代替單一CH4氣體的測量。
各種可燃性氣體的爆炸門限(flammable limits)不盡相同,又分為爆炸下限(lower explosive level)和爆炸上限(upper explosive level)。其中LEL的單位通常是相對百分比(0~100%LEL)。在低於LEL的環境中因可燃氣體太少而無法燃燒,當環境中的可燃氣體的濃度高於UEL,那麼會由於氣體太多也不能燃燒。常見可燃性氣體的燃點和混和氣體的爆炸範圍見表1。
目前可燃性氣體的檢測主要采用催化燃燒傳感器。可燃氣在有催化劑的小室中氧化燃燒放熱,鉑金絲的溫度加熱後升高,電阻改變,通過惠更斯電橋測出電流大小。在可燃氣體爆炸極限下限以下的範圍內,電橋的響應輸出和氣體的濃度成線性關係〔3〕。
3 井下環境參數的檢測爆炸性混合物的爆炸,即所有的可燃性氣體、蒸氣及粉塵與空氣所形成的爆炸性混合物的爆炸需要同時具備3個條件才可能發生:第一,必須存在爆炸性物質或可燃性物質;第二,要有助燃性物質,主要是空氣中的O2;第三,就是還要存在引燃源(如火花、電弧和危險溫度等),它提供點燃混合物所必需的能量。隻有這3個條件同時存在,才有發生爆炸的可能性,其中任何一個條件不具備,就不會產生燃燒和爆炸〔1〕。在煤礦井下的新鮮風流中,O2的含量應與新鮮空氣中的一樣,為20.9%。由於煤層中可燃性氣體、毒性氣體的混入,巷道風流中的O2濃度就會下降。當空氣中的O2濃度在18.0%以上時,人們能正常呼吸;當O2濃度在18%~16.0%時,人員呼吸會感到困難;當O2濃度低於16.0%時,人員就會窒息〔1〕。因此,采掘工作麵的進風流中,《煤礦安全01manbetx
》規定O2濃度不低於20%,井下環境參數的測量應包括氧氣參數的測量。此外,在多種氣體同時存在的狀態下,測量O2濃度可以間接測定爆炸氣體濃度。
對於煤層氣中少量的有害氣體,《煤礦安全01manbetx 》同時規定有害氣體的濃度不超過表2規定〔5〕。
CO是無色、無嗅、無味的氣體。CO經呼吸道吸入,通過肺泡進入血液,立即與血紅蛋白結合形成碳氧血紅蛋白(HbCO)。急性CO中毒是吸入高濃度CO後引起以中樞神經係統損害為主的全身性疾病。輕、中度中毒主要表現為頭痛、頭昏、心悸、惡心、嘔吐、四肢乏力、意識模糊,甚至昏迷。重度中毒者意識障礙程度達深昏迷或去大腦皮質狀態,往往出現牙關緊閉、強直性全身痙攣、大小便失禁。部分患者可並發腦水腫、肺水腫、嚴重的心肌損害、休克、呼吸衰竭、上消化道出、皮膚水泡或成片的皮膚紅腫、肌肉腫脹壞死、肝、腎損害等〔8〕。因此,井下有害氣體的測量至少應包括CO的測量。CO的測量往往采用電化學傳感器原理,將兩個電極插入到電解質中,CO分子與水在一個電極上發生反應,並產生二氧化碳、氫離子和電子,氫離子在另一電極與氧氣發生反應產生水分子。由此在兩個電極間產生電子流。電化式CO傳感器正是靠輸出正比於CO擴散氣體濃度的電流探測到環境的CO擴散濃度。
綜上所述,煤礦井下環境參數的檢測至少應包括以下4個參數:可燃性氣體、O2、CO和溫度。
4 結 語
煤層氣除含CH4氣體外,還含有少量的CO、NO、SO2、H2S、NH3等有害或易燃氣體,用可燃性氣體的測量代替單一CH4氣體的測量更具科學性。煤礦井下環境參數的檢測至少應包括可燃性氣體、O2、CO和溫度的測量。
作者簡介:李文峰(1969-),男,河南襄城人,博士後,副教授,主要從事應急通信技術研究。
