GJG10H型红外甲烷传感器.

2010年第 1期 No. 12010

煤炭科技

COAL SCIENCE &TECHNOLOGY MAGAZINE

文章编号 :1008-3731(2010 01-0080-02

1问题的提出

目前国内煤矿井下瓦斯检测普遍采用热催化式

甲烷传感器 , 其工作稳定性差 , 检测范围窄 , 需要经常标定 , 传感元件使用寿命短 , 对某些气体容易引起中毒成为热催化原理检测的致命缺陷 , 井下高粉尘、

高湿度环境会加速热催化式传感器的老化 , 影响传感器的性能。因此 , 开发一种新型的甲烷检测仪表是十分必要的。

2国内外红外甲烷传感器发展使用情况

国外使用红外原理检测甲烷浓度的技术已较为

成熟 , 红外甲烷传感器已广泛应用于煤矿井下 , 对安全生产发挥了重要作用。国外的红外气体传感器产品已经历了由大到小、由低浓度测量到高浓度测量的发展阶段。目前不仅有固定式检测仪表 , 还有便携式检测仪表 , 对环境的适应能力在不断提高 , 工作电流也进一步减小。其代表性产品有英国科尔康公司生产的CIRRUS 型红外传感器 , 德国德尔格 (Drager 生产的红外气体变送器 , 美国传感器技术有限公司 (IST 生产的 IR 型红外光式传感器。这些产品性能稳定 , 测量准确 , 为我国开发矿用红外甲烷传感器从技术上提供了借鉴。

通过几年的努力 , 国内先后开发出了具有自主知识产权的红外甲烷传感器 , 如 :煤炭科学研究总院重庆研究院研究开发的 GJG10H 型红外甲烷传感器 , GJG100H (B 型红外甲烷传感器和 GJG100H (B

型 (管道用红外甲烷传感器等。

3红外气体检测原理

每种极性分子结构的气体如 SO 2、 CO 2、 CH 4等 ,

都有对应的红外线特征吸收波长 , CH 4特征吸收波长为3. 3μm 。

首先由单片机通过控制电路调制红外光源发出一定频率的红外光 , 红外光通过充有待测气体的光学气室 , 到达两片波长完全不同的滤光片 , 一路探测滤光片允许目标气体特征吸收波长的光通过 , 另一路参比滤光片允许不可能被目标气体吸收的红外光通过。经过滤光片筛选的红外光最终到达红外线探测元件转换为电信号 , 由后部滤波放大电路处理后输入到快速多路 AD 转换器。由于红外线检测受温度影响很大 , 所以需要温度补偿。红外甲烷传感器检测原理如图 1所示。

图 1红外甲烷传感器整机原理

4性能优势

(1 测量准确 :与催化原理传感器相比 , 红外甲

GJG10H 型红外甲烷传感器

刘怀森 1, 程伟 1, 高修忠 2, 孙世岭 3

(1. 徐州矿务集团有限公司生产技术部 , 江苏徐州 221006; 2. 徐州矿务集团有限公司庞庄煤矿 , 江苏徐州 221141; 3.

煤炭科学研究总院重庆研究院 , 重庆 400037

摘要 :非色散红外 (NDIR 气体检测技术是近几年发展起来的一种先进的气体分析技术 , 具

有检测精度高 , 响应时间快 , 检测范围宽 , 性能稳定 , 不受检测环境中其他气体的干扰 , 寿命长等特点。随着红外甲烷传感器技术的提高和成本的降低 , 将在煤矿安全监控领域得到广泛的应用。

关键词 :红外甲烷传感器 ; 性能稳定 ; 应用中图分类号 :TD712+. 55

文献标志码 :B

红外光源

气室

双路光传感器

前置滤波放大

频率控制温度补偿

多通道 AD 转换

单片机智能系统

显示按键遥控信号输出报警

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文章编号 :1008-3731(2010 01-0081-02

烷传感器测量结果不受气体流速的影响。

(2 测量误差小 , 精度高 :与催化原理传感器相比 , 红外甲烷传感器测量误差小于 6%。

(3 反应速度快 :由于红外线检测过程中并不消耗被检测气体 , 从原理上来说可达到实时响应的效果 , 在同为扩散环境的条件下红外线检测一般比催化式检测快7s 。

(4 标定周期长 :由于内部采用单光路双波长测量 , 既保证了测量结果的准确稳定 , 又可防止长久工作引起的测量值的衰减。所以长期稳定性好 , 标校周期一般为 6个月。

(5 不受背景气体干扰 :由于红外线检测元件接收的红外光只跟甲烷气体有关

系 , 所以无论背景气体怎么改变 , 都不影响所测甲烷气体的浓度 , 更不存在有毒有害气体中毒等现象。

(6 测量范围宽 :此红外甲烷传感器可连续精确测量 0~100%范围的甲烷气体浓度 , 更能满足煤矿井下监测甲烷气体浓度的需要。

(7 功耗低 :气体探测部分采用了目前国际上先进的非色散红外检测技术 , 整个气体检测过程中无大功率器件 , 从而使整机功率大大降低 , 可保证传感器在井下更长距离的带载能力。

5结语

GJG10H 型红外甲烷传感器的研制成功 , 是对采用热催化式甲烷传感器的超越。该传感器寿命为 3 ~5a , 完全基于我国煤矿地下的实地环境设计 , 能有效进行复杂环境下甲烷气体的监测 , 并且完全兼容煤矿现有的安全监测系统 , 同时还具有无需标定、全量程测量等诸多特点。但该传感器通电预热时间比热催化式甲烷传感器长 , 需要进行改进 , 以进一步增强安全监控系统的稳定性。

作者简介 :刘怀森 (1960—, 男 , 江苏丰县人 , 1985年毕业于徐州煤炭工业学校地下开采专业 , 2001年毕业于中共中央党校 , 徐州矿务集团有限公司生产技术部工程师。

(收稿日期 :2009-11-13

2010年第 1期 No. 12010

煤炭科技

COAL SCIENCE &TECHNOLOGY MAGAZINE

夹河煤矿开采深度已达 -1000m 以下 , 随着开采深度的增加 , 地温越来越高 , 湿度接近饱和 , 在这种高温高湿的环境下 , 工人热害疾病非常严重 , 因热害诱发其他疾病导致的死亡事故也有发生 , 安全形势十分严峻。为解决这一难题 , 夹河煤矿与中国矿业大学 (北京合作研发了 HEMS 降温系统 , 并在井下进行了一期工程建设及运行 , 取得了较好的效果。在此基础上 , 该矿又进行了二期扩容工程研究 , 对高温的“ 二面四头” 进行联合降温降湿 , 使 -1150m 水平的 7446工作面回风温度控制在 26~29℃ , 与降温前相比回风温度降低了 4~6℃ , 相对湿度降低了

5%~15%, 达到了更广区域联合降温的目的 , 保证了矿井安全生产。

1二期扩容工程的提出与降温区域的选定 1. 1HEMS 降温系统循环工艺

HEMS 系统降温二期扩容工程研究及应用赵玮

(徐州矿务集团有限公司夹河煤矿 , 江苏徐州 221167

摘要 :在 HEMS 降温系统一期工程的基础上进行二期扩容工程研究 , 对高温的“ 二面四头” 进行了联合降温降湿 , 达到更广区域联合降温的目的。应用效果表明 , 采掘头面回风温度控制在 29. 5℃以下 , 与降温前相比降低了 3~8℃ , 相对湿度降低了 5%~15%, 降温降湿效果明显 , 安全、社会及经济效益俱佳。

关键词 :深井 ; 热害 ; HEMS 降温系统 ; 二期扩容 ; 联合降温 ; 温度 ; 湿度

中图分类号 :TD727+. 2文献标志码 :B

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