两种瓦斯检测仪器在观音堂煤业上隅角测定数值不一致的原因分析

张伟 翟海燕 杨帅

【摘  要】观音堂煤业有限公司25050工作面使用甲烷传感器报警仪和光学瓦斯检测仪测定的数值不一致，数据相差最大值时超出0.4%。通过对比两种检测仪器的原理、现场试验以及实验室气体取样分析，排除了仪器本身、井下环境、其他气体成分对测定数值的影响，得出两种检测仪器测定数据不一致的原因是由于25050工作面上隅角CO2浓度偏高加上CO2过滤不完全导致光学瓦斯检测仪测定数值偏大，并有针对性地提出光学瓦斯检测仪改装和加大工作面通风等措施以解决类似的现场实际问题。

【关键词】上隅角;甲烷传感器报警仪;光学瓦斯检测仪;测定误差;二氧化碳浓度

矿井瓦斯检测工作的准确性是保证矿井安全生产的前提，直接影响着矿井的安全生产、灾害防治和经济效益。矿井瓦斯检测有人工检测和瓦斯监控系统在线监测两种方式，其中人工检测采用的仪器光学瓦斯检测仪（简称“光瓦”）和在线监控系统监测两种的精度直接关系到测量瓦斯数据的准确性，影响技术人员对现场瓦斯浓度情况的准确把握，进而影响矿井的安全生产，因此开展瓦斯检测仪器数据分析研究有较强的现场实用性。

瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

1 问题的提出

观音堂煤业有限公司，核定生产能力年产45万吨，25050工作面设计开采的煤层为二1煤层，呈层状分布。采面内煤层厚度平均在3.4m左右，属于中厚煤层。采用走向长壁后退式采煤方法，工作面配风量为580M3。矿井瓦斯绝对涌出量4.89m3∕min，相对涌出量5.67m3∕t;属瓦斯矿井，无煤、瓦斯及二氧化碳突出现象。矿井在回采25050工作面过程中，出现了工作面上隅角处甲烷传感器与“光瓦”测定数据不一致的情况，数据差超0.4%。通过对井下回采工作面进行逐一排查，发现井下“光瓦”和甲烷传感器数据不一致仅存在于25050工作面上隅角，其他地点（包括25050工作面进风流、回风流、煤仓、平台等）所测数据基本一致，数据差小于0.1%。

2 甲烷传感器与“光瓦”测定数据不一致的原因分析

影响检测仪器精确度的因素主要包括设备本身的精度、井下环境因素（包括湿度、温度、大气压等）、其他有害气体浓度的影响及空气成分变化。因此，有必要通过试验进行逐项排除，以确定影响甲烷传感器和“光瓦”数据存在误差的准确原因。

3.甲烷传感器及“光瓦”测量误差分析

3.1.温度、湿度、气压等环境参数变化的影响

通过井下实测试验，排除了“光瓦”和“便携式甲烷报警仪”本身故障因素导致测试结果不一致的可能性。而在25050工作面上隅角特殊环境下使用上述两种仪器进行测定时，测定结果却存在较大的差距。经分析，最可能导致测定数据不一致的原因是环境因素影响，如湿度、温度、大气压、其他气体成分等。因此，对25050工作面上隅角的环境参数进行观测，重点对图1中1、2、3号点附近位置的环境参数进行了测试，结果见表3。

气样分析结果显示：25050工作面上隅角02浓度20.02%～21.14%，N2浓度78.55%～79.27%，CO2浓度0.27%～0.65%，CH4浓度0.031%～0.057%。通过气样分析可知，气样中瓦斯浓度与“便携式甲烷报警仪”测定结果相似（不同厂家的“便携式甲烷报警仪”测量出的25050上隅角甲烷浓度区间为0.00～0.06），其次与瓦斯传感器测量数值比较接近（江苏三恒甲烷传感器测量出的25050上隅角甲烷浓度区间为0.06～0.07），气样中瓦斯浓度与“光瓦”测定结果差距较大（陕西思达的“光瓦”测量出的25050上隅角甲烷浓度区间为0.28～0.34）。综合分析初步认为“光瓦”测定结果存在问题。

3.2.1 影响“光瓦”测定结果的客观因素分析

实验数据表明：观音堂煤业25050工作面上隅角HS、CO、C2H6等其他微量气体含量极少，N2、O2气体含量正常，排除了微量气体混入及O2、N2浓度失衡对“光瓦”精确度的影响;用“光瓦”检测瓦斯浓度时，其影响测量数值的主要因素为CH4及CO2的气体含量。通过分析确定：“光瓦”测量井下气体时，混合气体进入“光瓦”气室测量时需要氯化钙过滤CO2，“光瓦”实际过滤井下混合气体中的CO2只能达到20%～50%的过滤率。因此，瓦检员在测量井下瓦斯气体时受到CO2的干扰（前面已经排除HS、CO、C2H6等微量气体对“光瓦”测量值的影响），我公司“光瓦”测量的瓦斯气体实为井下甲烷和二氧化碳混合气体浓度的数值，从而造成“光瓦”测定数据偏大。通过上述分析出，我公司“光瓦”测量瓦斯气体浓度区间为：

2*CH4%+[1-（20%～50%）]*CO2%

=2*（0.031%～0.57%）+[1-（20%～50%）]*（0.27%～0.65%）

=0.192%～0.634%  即为我公司8月4日、5日的“光瓦”测量井下瓦斯气体的有效区间。这就解释了表1中瓦检员对25050上隅角用“光瓦”进行测量时，数据最大达到0.60%、最小值达到0.18%的这一情况。

3.2.2 影响“光瓦”测定结果的主观因素分析

使用“光瓦”测量井下瓦斯气体浓度产生误差的主观因素：首先是“光瓦”的日常维护、保养，保证仪器完整性、清洁性、电池供電稳定;其次是“光瓦”使用操作前要在进风巷中使用新鲜空气中对“光瓦基线对零”;第三是“光瓦”的周期性校验工作要按照《煤矿安全规程》标准严格执行。

综上所述，实验室气样采样分析中瓦斯浓度（气体采样分析值0.062%～0.114%）与瓦斯传感器测量数值（气体采样时测量值0.16）相近，与“便携式甲烷报警仪”测定结果接近（气体采样时测量值0.00%～0.06%）。

4 解决难题的技术措施

4.1 加强工作面回采管理，上拐及时回撤、上安全出口位置超前一排，杜绝工作面上拐形成锐角形状，造成混合气体聚集，影响“光瓦”测量。

4.2 加强“光瓦”的使用管理。“光瓦”必须在井下现场实测地点附近全风压新鲜风流中重新“对零”，定期检查、维修、保养确保其灵敏、准确、可靠。

4.3 对“光瓦”进行改造，加长过滤管、增加过滤药品及减小过滤药品颗粒直径从而提高过滤药品密度，用于降低“光瓦”测量气室内的CO2和水蒸气浓度，以提高测量甲烷气体的准确性。

4.4 加强甲烷传感器的使用管理。对工作面传感器定期更换、校验、强制检定，做好传感器日常维护及与“便携式甲烷报警仪”、“光瓦”数值对比分析工作。制订《安全监控系统现场管理防止误报警的规定及防范措施》，强化区队跟班班长对传感器的安全防护意识及传感器异常汇报工作。加强我公司安全监测系统使用管理工作，严格按照《AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》、《煤矿安全规程》及河南能源〔2014〕443、河南能源〔2014〕658号文件要求开展监测监控工作，确保安全监测系统准确可靠。

4.5 每周对井下各类监测气体数据、开关变动状态进行分析，定期对井下气体采样分析化验，为井下瓦斯防治工作提供准确数据。

4.6 井下工作面上隅角采用“光瓦”测定的瓦斯浓度时，需要用多功能便携对该处相对稳定的CO2气体浓度进行测定，用CO2浓度对“光瓦”测定的瓦斯浓度值进行修正，由已知混合气体浓度X及瓦斯浓度Y测量二氧化碳浓度Z公式Z=（X-Y）*0.95得出“光瓦”测量瓦斯浓度时的修正公式为Y=（19X-20Z）/19。

4.7 加强工作面通风管理，风量达到要求，确保上隅角风路畅通，杜绝无风、微风等现象。

（作者单位：三门峡观音堂煤业有限公司）