煤矿安全监测系统中重要的组成部分

瓦斯是煤炭开采过程中产生的伴生气，是导致煤矿安全事故的五大灾害之一。据统计，每年瓦斯爆炸造成的人员伤亡占煤矿所有重大伤亡事故人数的50%以上，为此，国家提出瓦斯治理十二字方针，即“先抽后采，以风定产，监测监控”。

“先抽后采”就是在煤矿瓦斯突出的煤层开采之前，必须对煤层中的瓦斯进行抽采，消除瓦斯隐患后再开采，为安全生产创造条件，是从源头上治理瓦斯灾害的关键举措。因此，对瓦斯抽采管道的浓度在线监测是煤矿安全监测系统中重要的组成部分。

煤矿瓦斯主要成份是甲烷，浓度一般在3%-40%VOL，并且瓦斯气中带有水汽和煤粉。目前，检测甲烷气体的传感器主要包括催化燃烧式甲烷气体传感器、平面半导体气体传感器、红外/激光类型的传感器等，每种检测原理都有各自的优缺点。

针对抽采瓦斯的工况，要进行甲烷浓度实时监测是具有相当大的挑战性：水汽和煤粉对于气体传感器性能和寿命具有很大的破坏性，必须加装前端过滤系统；如此高浓度的甲烷，已经超出催化燃烧、平面半导体等传统传感器的量程。综上所述，对气体的除水除尘等预处理以及传感器种类的选择，就显得尤为重要。

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感闻环境提出的解决方案

1、系统组成

本技术方案基于防爆伴热抽取式测量来制定。系统主要由采样部分、预处理部分、气体分析部分、传输管线、正压防爆机柜等组成。系统原理图如下。

图一、系统原理图

系统分析仪表采用红外气体分析仪检测甲烷气体，能够测量多种气体浓度，具有测量范围宽、选择性好、不会中毒、使用寿命长、功耗低、便于操作与维护、与计算机技术相结合可实现在线实时监测等诸多优点；预处理部分为国内集成，有防爆采样探头，防爆采样管，旋风冷凝器，过滤器等组成。本系统可将所有监测信号以隔离的4～20mADC信号输出，或是数字信号，可以根据需求定制。

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2、适用规范和标准

检测设备满足但不限于下列标准：

大气物排放标准（GB13223）

烟气排放连续监测技术规范（HJ/T75－2007）

HJ/T76－2007固定源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法

煤矿卸压瓦斯地面钻井抽采技术方法NB/T10366-2019

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3、系统工作原理和特点

设计了三级过滤系统，确保气体分析仪能够稳定工作，测量精确；

系统高温抽取流程，取样器、取样管、抽气泵、各类管接头等均采用316L不锈钢、提高了系统防腐性，保证了系统的使用寿命；

针对易燃易爆气体我们采用旋风冷凝装置，除去样气中的水，保证分析仪的检测过程顺利进行；独特的螺旋设计保证测量数据的真实、准确性；

排水系统为渐进式蠕动泵，可以时时进行排水增加采样的有效时间，稳定性大大增强，避免了以前压缩空气的干扰；

数据采集系统高度集成在机柜中，操作界面更加合理，人性化，增加了采样等周期调节等；

全套系统安装在正压防爆机柜中；

红外分析仪精度高，稳定性能好；

具有数据比较、处理、自动校对、量程范围设定、超限报警联锁功能；

系统采用PLC控制，智能化分析仪表，具有自动化程度高、维护工作量小、数据处理快速方便。

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各子系统详细介绍

1、采样部分

图二、防爆采样探头

隔爆采样探头可为气体连续采样提供精细的过滤。在气体样品进入采样管线之前，滤除粒径大小不等的颗粒物。探头具有加热功能，能使样品气体温度在露点以上，以防止出现冷凝。

伴热管缆是将气体从采样探头运输到分析机柜的通道。因环境温度下水汽是会凝结，为避免样气中的水汽凝结而造成监测组分的流失。就需要将这个通道内的温度加热至110℃以上，同时需要有良好的保温装置。

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2、防爆伴热线

耐腐伴热采样复合管是一组由耐腐蚀高性能树脂管与自限温伴热带组成内芯，外加保温层、铝带，最后敷以阻燃聚烯烃保护外套复合而成。主要用于监测控制系统采集样气。在石油、化工、电力、冶金、焦化、环保等行业得到广泛应用。

图三、耐腐伴热采样复合管

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3、正压防爆机柜：

图四、正压防爆机柜

正压防爆机柜功能：

当气压高于1000Pa时，泄压阀自动开启排气阀，自动调整内部气压，保证产品不受高气压冲击而变形损坏；

当气压低于50Pa时，自控系统自动发出报警以及输出报警信号，需调整内部压力，补气成功时，自动恢复正常，否则必要时可设置系统自动断电（国标规定1区低压报警需切断柜体电源，2区低压报警可以不切断电源）；

只有柜体气压满足规定的气压要求时，正压吹扫控制系统会对柜体进行有效换气（1区需置换7倍柜体自由空间，2区需置换5倍柜体自由空间），当有效换气完成后提供信号给柜体送电；

柜体内的工作气压为50Pa≤P≤1000Pa。

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4、预处理部分

机柜里安装的预处理设备单元包括：旋风冷凝器、耐腐抽气泵、二级过滤器、流量计等。

预处理的作用是将样气净化、除尘、除湿，其过滤精度可达0.1µ，将符合分析仪器要求的超净、恒温、流量稳定的样气，源源不断送入分析仪器，从而确保了分析仪器的分析准确性和长期可靠性。

系统连续工作，正常无须维护。如有出错或维护要求时系统有相应的信号送往控制室，维护人员及时发现。

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5、红外气体分析仪

图五、红外甲烷气体分析仪

红外多组份分析仪测量甲烷分析仪提供自动标定功能，用周围环境气体标定零点，同时敏感性被校正。各参数通道相对独立，性能稳定可靠，智能化程度高。多组份气体分析系统，配非色散红外吸收法分析模块和电化学氧分析模块；同时监测甲烷等气体组分。

测量经吸收后红外光的强度便能计算出相应气体的浓度，这便是红外气体分析的理论根据。红外气体分析仪利用了甲烷气体具有较强的特征吸收带这一特性，通过测量气体吸收光强分析甲烷等含量。

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