李文峰

(西安科技大學(xué)通信學(xué)院,陜西西安710054)

摘　要:國內(nèi)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(huán)境參數(shù)檢測的種類和必要性。

關(guān)鍵詞:瓦斯;可燃性氣體;井下環(huán)境參數(shù);檢測

中圖分類號:TD71　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)01 -0049-02

　　為保障煤礦安全生產(chǎn)和職工人身安全,防止煤礦事故,制定了《煤礦安全規(guī)程》。煤礦井下空氣成分、環(huán)境溫度等環(huán)境參數(shù)必須滿足規(guī)程要求。國內(nèi)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(huán)境參數(shù)主要指可燃性氣體、CO、O2和環(huán)境溫度。

1　瓦斯的檢測

瓦斯是礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以CH4為主的有害氣體,有時單獨指CH4。CH4無色、無臭、沸點-161.49℃,對空氣的比重為0.554。CH4氣體與空氣的混合氣中,CH4的爆炸范圍(explosion range)是4.9%(V/V)~16%(V/V)。這里,V/V(體積百分比)是濃度測量單位,例如:混合氣中含有1%(V/V)的CH4意味著每一百單位體積的氣體中含有一個單位體積的CH4。此外,用于氣體檢測領(lǐng)域的單位還有百萬分比濃度。煤礦井下工作場合要使CH4濃度保持在安全限值以下,建立相應(yīng)的瓦斯檢查制度,CH4濃度達(dá)到2%時,工作人員應(yīng)迅速撤離現(xiàn)場〔1〕。國內(nèi)外測量瓦斯?jié)舛鹊姆椒ㄓ?光學(xué)干涉法瓦斯檢測〔1〕、催化燃燒型瓦斯檢測〔2〕以及紅外瓦斯檢測〔3〕。

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?xì)怏w。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)。在低于LEL的環(huán)境中因可燃?xì)怏w太少而無法燃燒,當(dāng)環(huán)境中的可燃?xì)怏w的濃度高于UEL,那么會由于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范圍見表1。

　　目前可燃性氣體的檢測主要采用催化燃燒傳感器?？扇?xì)庠谟写呋瘎┑男∈抑醒趸紵艧?鉑金絲的溫度加熱后升高,電阻改變,通過惠更斯電橋測出電流大小。在可燃?xì)怏w爆炸極限下限以下的范圍內(nèi),電橋的響應(yīng)輸出和氣體的濃度成線性關(guān)系〔3〕。

3　井下環(huán)境參數(shù)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(fā)生:第一,必須存在爆炸性物質(zhì)或可燃性物質(zhì);第二,要有助燃性物質(zhì),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。只有這3個條件同時存在,才有發(fā)生爆炸的可能性,其中任何一個條件不具備,就不會產(chǎn)生燃燒和爆炸〔1〕。在煤礦井下的新鮮風(fēng)流中,O2的含量應(yīng)與新鮮空氣中的一樣,為20.9%。由于煤層中可燃性氣體、毒性氣體的混入,巷道風(fēng)流中的O2濃度就會下降。當(dāng)空氣中的O2濃度在18.0%以上時,人們能正常呼吸;當(dāng)O2濃度在18%~16.0%時,人員呼吸會感到困難;當(dāng)O2濃度低于16.0%時,人員就會窒息〔1〕。因此,采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中,《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定O2濃度不低于20%,井下環(huán)境參數(shù)的測量應(yīng)包括氧氣參數(shù)的測量。此外,在多種氣體同時存在的狀態(tài)下,測量O2濃度可以間接測定爆炸氣體濃度。

對于煤層氣中少量的有害氣體,《煤礦安全規(guī)程》同時規(guī)定有害氣體的濃度不超過表2規(guī)定〔5〕。

　　CO是無色、無嗅、無味的氣體。CO經(jīng)呼吸道吸入,通過肺泡進(jìn)入血液,立即與血紅蛋白結(jié)合形成碳氧血紅蛋白(HbCO)。急性CO中毒是吸入高濃度CO后引起以中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害為主的全身性疾病。輕、中度中毒主要表現(xiàn)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(dá)深昏迷或去大腦皮質(zhì)狀態(tài),往往出現(xiàn)牙關(guān)緊閉、強(qiáng)直性全身痙攣、大小便失禁。部分患者可并發(fā)腦水腫、肺水腫、嚴(yán)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(yīng)包括CO的測量。CO的測量往往采用電化學(xué)傳感器原理,將兩個電極插入到電解質(zhì)中,CO分子與水在一個電極上發(fā)生反應(yīng),并產(chǎn)生二氧化碳、氫離子和電子,氫離子在另一電極與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生水分子。由此在兩個電極間產(chǎn)生電子流。電化式CO傳感器正是靠輸出正比于CO擴(kuò)散氣體濃度的電流探測到環(huán)境的CO擴(kuò)散濃度。

綜上所述,煤礦井下環(huán)境參數(shù)的檢測至少應(yīng)包括以下4個參數(shù):可燃性氣體、O2、CO和溫度。

4　結(jié)　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?xì)怏w,用可燃性氣體的測量代替單一CH4氣體的測量更具科學(xué)性。煤礦井下環(huán)境參數(shù)的檢測至少應(yīng)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,博士后,副教授,主要從事應(yīng)急通信技術(shù)研究。