矿井瓦斯检测仪器仪表.docx
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矿井瓦斯检测仪器仪表
矿井瓦斯检测仪器仪表
平煤股份十三矿职教中心
教
案
课程名称矿井瓦斯、一氧化碳、
氧气检测仪器仪表
授课班级瓦斯检查工操作资
格培训
教师（签名）
教研组别
2011年11月
【组织教学】（2分钟）检查出勤、装束、精神状态、师生互相问候。
调动学员激情、调节课堂气氛。
（调整情绪、提起精神）
【复习旧课】（5分钟）启发式教学
【导入新课】（2分钟）
【讲授新课】（75分钟）
【课堂小结】（3分钟）
第十二章矿井瓦斯监测仪及其使用
第一节光学甲烷检测仪及其使用
一、光学甲烷检测仪的特点及其构造
1、光学甲烷检测仪的功能和特点
光学甲烷检测仪是用来测定甲烷浓度，也可测定其他气体（如二氧化碳等）浓度的一种仪器。
按其测量甲烷浓度的范围，分为0—10%（精度0.01%）和0—100%（精度0.1%）两种。
这种仪器的优点是：
携带方便，操作简单，安全可靠，且有足够的精度。
其缺点是：
构造复杂，维修不便。
2、光学甲烷检测仪的构造
光学甲烷检测仪有很多种类，我国生产的主要有AQG型和AWJ型，其外形和内部构造基本相同，现以AQG—1型为例介绍其构造。
AQG—1型光学甲烷检测仪外形是个矩形盒子，由气路、光路和电路三大系统组成。
如图所示。
⑴气路系统。
由吸气管、进气管、水分吸收管、二氧化碳吸收管、吸气像皮球、气室（包括甲烷室和空气室）和毛细管组成。
其主要部件的作用是：
气室用于分别存储新鲜空气和含有甲烷或二氧化碳的气体；水分吸收管内装有氯化钙（或硅胶），用于吸收混合气体中的水分，使之不进入甲烷室，以使测定准确；毛细管，其外端连通大气，它的作用是使测定时的空气室内的空气温度和绝对压力与北侧地点（或甲烷室内）的温度和绝对压力相同，同时又使含甲烷的气体不能进入空气室；二氧化碳吸收管内装有颗粒直径为2—5mm的钠石灰，用于吸收混合气体中的二氧化碳，以便准确地测定瓦斯浓度。
⑵光路系统。
由光源、聚光镜、平面镜、平行玻璃、气室、折光棱镜、反射棱镜、望远镜系统组成。
⑶电路系统。
其功能和作用是为光路提供电源。
该系统由电池、灯泡、光源盖、光源电门和微读数电门等组成。
二、光学甲烷检测仪的工作原理
光学甲烷检测仪是根据光干涉原理制成的。
其工作原理如下：
由光源发出的光，经聚光镜到达平面镜，并经其反射和折射形成量束光，分别通过空气室和甲烷室，再经折光棱镜折射到反射棱镜，最后反射给望远镜系统。
由于光程差的结果，在物镜的焦平面上将产生干涉条纹。
由于光的折射率与气体介质的密度有直接关系，如果以空气室和甲烷室都充入新鲜空气产生的条纹为基准（对零），那麽，当含有甲烷的空气充入甲烷室时，由于空气室中的新鲜空气与甲烷中的含有甲烷的空气的密度不同，它们的折射率即不同，因而光程也就不同，于是，干涉条纹产生位移，从目镜中可以看到干涉条纹移动的距离。
由于干涉条纹的位移大小与瓦斯浓度的高低成正比关系，所以，根据干涉条纹的移动距离就可以测知甲烷的浓度。
我们在分划板上读出位移的大小，其数值就是测定的甲烷浓度。
三、光学甲烷检测仪的使用
1、使用前的准备工作
⑴检查药品的性能。
检查水分吸收管中的氯化钙（或硅胶）和外接的二氧化碳吸收管中的纳石灰是否变色，若变色失效，应打开吸收管更换新药剂。
⑵检查气路系统。
首先检查吸气球是否漏气，即用一只手压扁吸气球，另一只手掐住胶管，然后放松气球，若气球不胀起，则表明不漏气；其次，检查仪器是否漏气，即将吸气胶皮管同检定器吸气孔连接，堵住进气孔，捏扁吸气球，松手后球不胀起为好；最后，检查气路是否畅通，即放开进气孔，捏放吸气球，以气球瘪起自如为好。
⑶检查光路系统。
按下光源电门，由目镜观察，并旋转目镜筒，调整到分划清晰为止，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰，可取下光源盖，拧紧灯泡后盖，调整灯泡后端小柄，同时观察目镜内条纹，直到条纹清晰为止，然后拧紧灯泡后盖，装好仪器。
⑷清洗甲烷室。
在地面或井下新鲜空气中，手捏气球5—10次。
⑸对零。
按下微读数盘的零位刻度与指标线重合；旋下主调螺旋盖，再按下光源电门，调动主调螺旋，同时观看目镜，在干涉条纹中选定一条黑基线与分划板的零位相重合，并记住这条黑基线，然后一边观看目镜，一边盖好主调螺旋盖。
2、使用光学甲烷检测仪测定瓦斯浓度
⑴调零。
在待测地点附近的进风巷道中，捏放气球数次，然后检查微读盘的零位刻度与指标是否重合，选定的黑基线与分划板的零位是否重合。
若有移动，则按“对零”操作方法进行调整，使光谱处在零位状态。
⑵测定。
将连接在二氧化碳吸收管进气口的胶皮管伸向待测位置，然后捏放气球5—10次，将待测气体吸入瓦斯室。
⑶读数。
按下光源电门，由目镜中观察黑基线的位置。
如其恰与某整数刻度重合，读出该处刻度数值，即为瓦斯浓度；如果黑基线位于两个整数之间，则应顺时针转动微调螺旋，使黑基线退到较小的整数位置上，然后从微读数盘上读出小数位，整数与小数相加，就是测出的甲烷浓度。
3、应用光学甲烷检测仪测定二氧化碳浓度
用光学甲烷检测仪测定二氧化碳浓度时，要首先测出甲烷浓度，然后去掉二氧化碳吸收管，再测定出甲烷和二氧化碳混合气体的浓度，后者减去前者，再乘以0.955的校正系数（由于二氧化碳的折射率与甲烷折射率相差不大，一般测定时也可不校正），即为所要测定的二氧化碳浓度。
4、光学甲烷检测仪发生零位漂移的原因和预防方法
光学甲烷检测仪发生零位漂移（俗称“跑正”或“跑负”），会造成测定结果不准或错误。
发生零位漂移的常见原因有：
1仪器空气室内不新鲜，毛细管失去作用；
②“对零”时的地点与待测地点的温度和压力相差较大；
2甲烷室气路不畅通。
防止零位漂移的方法有：
⑴经常用新鲜空气清洗空气室，不要连班使用一个检定器，以免毛细管内空气不新鲜。
⑵仪器对零时，应尽量在与待测地点温度相近、标高相同的附近进风巷内进行，以免因温差、压差过大引起零位漂移。
⑶经常检查鉴定器的气路，发现不畅通或堵塞要及时修理。
5、校准光学甲烷检测仪测得的甲烷浓度值
光学甲烷检测仪是在一个标准大气压（1.013×105Pa）和温度20℃的条件下标定刻度的。
当被测地点的大气压力超过1.013×105Pa±100Pa、温度超过20℃±2℃范围时，应进行修正。
6、光学甲烷检测仪的常见故障及排除方法
⑴检查药品时，如发现药品的颗粒变小成粉或胶结在一起，应及时更换，否则，可能使测定瓦斯数值偏高，有时甚至会阻塞进气管路。
⑵气密检查时，如果发现漏气，应想办法找出漏气的部位，及时更换吸管或吸球。
如管头漏气，在接头处应将漏气管头切下。
⑶检查光路时，如发现无光，应打开光源盖检查灯泡，若灯泡损坏应及时更换；若灯泡正常则应更换电池。
若发现灯光暗红，则说明电池用的太久，应及时更换。
⑷当发现干涉条纹无法归零，或干涉条纹和分划板的刻线不平行的，不要摔打检测仪，应找专职校对人员调校。
⑸当目镜内出现雾气时，应找专职人员修理。
四、使用和保养光学甲烷检测仪应注意的问题
⑴携带和使用光学甲烷检测仪时，防止与其它硬物碰撞，以免损坏仪器内部零件和光学镜片。
⑵光干涉条纹不清晰。
如果调整光源灯泡后不能达到目的，就要由修理人员拆开进行擦拭，调整光路系统。
⑶测定时，如果空气中含有一氧化碳、硫化氢等其他气体时，因没有这些气体的吸收剂，将使甲烷测定结果偏高。
为消除这一影响，应再加一个辅助吸收管，管内装有颗粒活性炭，可消除硫化氢的影响；若装有40%氧化铜和60%二氧化锰的混合物，则可消除一氧化碳的影响。
⑷氧气浓度的影响。
氧气每降低1%，测量结果将偏大0.2%.
⑸大气压的影响.高原地区气压低,空气密度小,测量的瓦斯数值偏小,应按修正公式校正。
⑹火区的影响。
火区内气温高,氧气浓度,对测定精度的影响偏大,甚至不能用该仪器测定火区内甲烷浓度。
⑺高浓度二氧化碳的影响。
仪器的二氧化碳吸收管的能力有限，当遇到高浓度的二氧化碳时，可将几台仪器的二氧化碳吸收管串联使用。
⑻仪器要定期由有关部门按计量检定规程进行校正。
第二节便携式甲烷检测仪及其使用
一、便携式甲烷检测仪的特点和种类
便携式甲烷检测仪是一种携带式可连续自动测定（或点测）环境中瓦斯浓度的全电子仪器，具有操作方便、读取直观、工作可靠、体积小、质量轻、维修方便等特点。
便携式甲烷检测仪按检测原理分有：
热催化（热敏）式、热导式及半导体气敏元件三大类。
便携式甲烷检测仪的测量范围一般为0—4.0%CH4或0—5.0%CH4，用于低浓度瓦斯的测定。
热导式甲烷检测仪元件寿命长，不存在催化剂中毒现象，测量范围为0—100%。
二、便携式甲烷检测仪的构造和工作原理
1、热催化式
热催化式（热效式）甲烷检测仪是由传感器、电源、放大电路、警报电路、显示电路等部分构成。
其中传感器（也称元件）是仪器的主要部分，它直接与环境中的瓦斯接触并反应，把瓦斯的浓度值变成电量，由放大电路放大后送给显示和警报电路。
热催化元件是用铂丝按一定的几何参数绕制的螺旋圈、外部涂以氧化铝浆并经煅烧而成的一定形状的耐温多孔载体。
其表面上浸渍有一层铂、钯催化剂。
因为这种检测元件表面呈黑色，所以又称黑元件。
除黑元件外，在仪器的甲烷检测室中，还有一个与检测元件构造相同，但表面没有涂催化剂的补偿元件（称白元件）。
黑、白两个元件分别接在一个电桥的两个相邻桥臂上，二电桥的另外两个桥臂分别接如适当的电阻。
他们共同组成了测量电桥。
当一定的工作电流通过检测元件（黑元件）时，其表面被加热到一定的温度，而这时当含有瓦斯的空气接触到检测元件时，便被催化燃烧，燃烧放出的热量又反过来进一步使元件的温度升高，使铂丝的电阻值明显增加，于是电桥就失去平衡，输出一定的电压。
在甲烷浓度低于4%的情况下，电桥输出的电压与瓦斯浓度基本上呈正比关系，因此可以根据测量电桥输出电压的大小测算出瓦斯的数值。
但当瓦斯浓度超过4%时，输出电压就不再与瓦斯浓度成正比关系。
因此，按这种原理做成的瓦斯检定器只能测低浓度瓦斯。
2、热导式甲烷传感器与热催化式甲烷传感器的异同
与热催化式甲烷传感器的构造基本相同，热导式甲烷传感器也是由传感器、电源、放大电路、显示及报警电路组成的。
两者区别在于它们的构造和原理不同。
热导式传感器是根据矿井空气的导热系数随瓦斯含量的不同而不同这一特性，通过测量这个变化来达到测量瓦斯含量的目的。
通常仪器是通过某种热敏元件将因混合气体中待测成分的含量变化所引起的导热系数的变化转变成为电阻值的变化，再通过平衡电桥来测定这一变化的。
热导式甲烷传感器中有两个热敏元件r1和r2，分别置于同一气室的两个小孔腔中，与它们的电阻R3、R4共同构成电桥的四个臂。
放置其中一个热敏元件r1的小孔与大气连通，称为比较室。
工作室和比较室在尺寸、形状、结构上完全相同。
在无瓦斯的情况下，由于比较室和工作室两个小孔腔中各种条件皆相同，两个热敏元件的散热状态也相同，因此电桥处于平衡状态，电表G（如图所示）上无电流通过，其指示值为零；当含有瓦斯的气体进入气室与r1接触后，由于瓦斯比空气的导热系数大、散热好，故将使其温度下降，电阻值减少，而被而被密封在比较室内的r2阻值不变，于是电桥失去平衡，电表G中便有电流通过。
瓦斯含量越高，电桥越不平衡，输出的电流就越大，根据电流的大小，便可得出矿井空气中瓦斯的含量值。
利用这种原理制成的检测仪，一般常用于检测高浓度瓦斯。
三、便携式甲烷检测仪的使用
1、使用前的要求
使用前，首先在清洁空气中打开电源，预热15分钟，观察指示是否为零；如有偏差，则要调整电位器使其归零。
2、使用的方法和步骤
测量时，用手将一器的传感器部位举至或悬挂在测量处，经十几秒钟的自然扩散，即可读取瓦斯浓度的数值；也可由工作人员随身携带，在瓦斯超限发出声、光报警时，再重点监视环境瓦斯，或采取相应措施。
3、使用时应注意的事项
⑴要保护好仪器，携带和使用中严禁摔打、碰撞，严禁被水浇淋或浸泡。
⑵当使用中发现电压不足时，仪器应立即停止作用，否则将影响仪器的正常使用，缩短电池的使用寿命。
⑶对仪器的零点测试精度及报警点，应定期（一般为一周或一旬）进行校验。
⑷当环境中瓦斯浓度和H2S含量超过规定值时，仪器应停止使用，以免损坏元件。
⑸在检查过程中，还应注意顶板支护及两帮情况，防止伤人事故的发生。
⑹当瓦斯浓度或氧气浓度超过规定限度时，应迅速撤退，并及时处理或汇报。
⑺当闻到有其他特殊的异杂气味时，也要迅速撤退，注意自身安全。
4、常见故障及排除方法
⑴当打开开关后，如无显示，则可能是线路中断，也可能是电池损坏，应维修或重换新电池。
⑵如果显示时隐时现，则可能是电池接触不良，应重新开关或装电池。
⑶如果显示不为零，调零电位仍无法归零，则应找专职人员修复调零。
六、便携式甲烷检测仪的日常维护
⑴要爱护仪器，经常保持仪器的清洁。
⑵及时进行检验，以保持其精度。
⑶应在通风干燥处保存。
⑷当发现电池无电时，应及时充电，以防损坏电池。
第三节便携式氧气检测仪及其使用
煤矿常用的测定氧气浓度的检测仪有：
瓦斯、氧气两用检测报警仪和OX—8C型矿用测氧仪两种。
一、瓦斯、氧气两用检测报警仪
瓦斯、氧气两用检测报警仪是一种集监测甲烷浓度、氧气含量两种功能于一体的便携式报警仪，可同时连续才测量环境中瓦斯浓度和氧气含量，并可任意显示一种气体的检测值当任一气体超限时，仪器便发出声、光报警信号，并显示超限气体浓度。
两用仪具有操作方便、读数准确、工作稳定、一机多用等特点，适合于煤矿有瓦斯危害的采掘工作面、回风巷等地点进行瓦斯、氧气检查。
在井下启封密闭、排放瓦斯、停风后恢复通风过程中，该仪器是十分理想的检测工具，其结构与便携式甲烷检测仪相似。
双参数检测仪的测量范围一般为：
氧0—25%、瓦斯0—4%，报警点为氧18%、瓦斯1%。
每次使用前，都必须充电，以保证仪器可靠地工作。
使用时，首先要在新鲜空气中打开电源，稳定一段时间后，看瓦斯指示是否为0.00%，氧气指示是否为20.8%，待两者皆稳定后，方可进入现场测量。
3、携带仪器进入无风区时，要缓慢行进，并时刻观察氧气和瓦斯浓度的变化情况，要在气体浓度达到危险界限前及时退出，以免发生危险。
4、使用时，除应注意使用便携式瓦斯报警检测仪要求的事项外，还要注意由于测氧电路的氧电极受环境大气压的影响而出现的偏差。
随着井深的增加，大气压随之增大，仪器的氧含量显示也随之增加，所以，在实际测量时要对因井深不同带来的误差进行修正。
其方法有以下两种：
⑴校正系数法
在地面新鲜空气中对仪器校正后，在井下读完含氧量数值后要用下式进行校正。
A=20.96B
20.96+KH
式中：
20.96—地面空气中的氧含量百分比；
H—测氧处井深；
A—测氧处氧含量实际值，%；
B—测氧处仪器读数，%；
K—井深修正系数，0.25%。
⑵利用矿内新鲜空气校正
即在井下寻找新鲜空气处校正仪器。
经校正后，在校正的同一水平内到处可测，且直接显示测氧处实际氧百分比含量，无需换算。
二、OX—8C型矿用测氧仪
特点：
外形小巧、质量轻、便于携带、使用方便、读数直观、精度高、探头寿命长，并符合工人用本安型防爆电气设备的有关规定。
测氧范围：
0—25%，基本误差为±0.5%。
使用方法：
使用时接上氧探头后，将探头置于新鲜空气中，开关拨至“ON”
处，待数字显示稳定或小数点后数字来回跳动0.1，用螺丝钉调节刀校准电位器（CAC），使数字稳定到20.9或21.0（此为大气中氧含量标准值20.95%的约数），将氧探头放入需要检测处，待数字稳定后，读数即为氧探头处的气体含氧百分比浓度。
注意事项：
①做仪器工作检查每次检测前，均应做仪器工作检查。
3尽量减少撞击碰压，以免损坏。
③如长时间不用，应取出电池，以免电池漏液而损坏仪器。
常见故障及排除（见下表）
OX—8C型数字测氧仪常见故障及排除
故障
原因
排除方法
读数不稳
探头透气膜中心部位有水珠或灰尘
打开探头护罩，在透气膜正中水珠可用药棉轻轻吸干，灰尘用蒸馏水洗净吸干
数字时隐时现
电池或开关接触不良
重新装电池或修开关
数字显示“1”或“0”，不能调校
探头连线断开，溶液干固，透气膜破裂
寄回厂家修理
显示器左上角出现“LOBAT”
电池已耗尽
打开后盖，更换新电池
第四节一氧化碳检测仪及其使用
一氧化碳又是一种无色、无味、有剧毒的气体，对人身危害极大，而煤矿发生火灾或瓦斯、煤尘爆炸事故时，都会产生大量的一氧化碳。
因此，及时监测矿井大气中的一氧化碳，是保证矿工人身安全的一种重要手段，同时也是早期预防井下火灾的有效办法。
检测矿井一氧化碳浓度的仪器很多。
按原理分为电化学、红外线吸收、气敏半导体型等；按安装方式可分为便携式和固定式。
就我国目前使用情况来看，以电化学便携式居多。
一、LTJ—300型便携式一氧化碳测量报警仪
LTJ—300型便携式一氧化碳测量报警仪是应用电化学原理，实现大气中一氧化碳气体含量测量与超限自动报警的携带式仪器。
它具有读取迅速、直观、准确及连续监测等特点。
该仪器以3位数码来显示所测一氧化碳的浓度值，显示范围为0—0.0003%CO，报警范围在0.2×10-4—1.5×10-3CO内任意可调。
报警方式为断续声光信号，仪器的反应时间小于30s。
LTJ—300型便携式一氧化碳测量报警仪的结构是：
外形为长方形，左上部为传感器。
正面板左上方为蜂鸣器，中部为三位码显示窗。
仪器的右侧中部设有电源开关，下部有一“关合”板，打开它可见调零和调报警点电位器。
仪器的中下部设有调精度电压器，而在下方则设有一节6F22型叠层方型电池。
二、一氧化碳检测仪的使用
1、准备
⑴仪器的工作电压检查。
接通仪器电源5分钟后，如果没有负压报警，说明仪器电源充足可以使用；否则，需要更换9V叠层电池。
还要检查仪器的指示值是否稳定，如果发现不稳定，则须等仪器稳定后再进行使用。
⑵零点检查。
在清洁空气中接通电源后，仪器显示应为000，如果发现超过0.5×10-5%，需要调整电位器，使其为零。
2、使用
准备检查完毕后，仪器即可进行工作，以检测人员所在位置的一氧化碳浓度。
若要检测某一点一氧化碳浓度时，可将仪器举到待测地点。
指示值稳定后所显示的数值，即是该点的一氧化碳气体浓度。
3、安全注意事项
⑴不要在含有H2S、SO2、H2、NO等气体的场合下使用，否则会产生误差。
⑵不要在高于0.0003%CO地点长时间使用，否则会影响传感器的使用寿命。
⑶在井下使用过程中，严禁拆开仪器，更不允许在含有爆炸气体的地点更换电池。
⑷应注意保养，每周用毛刷清除传感器上的灰尘，以保证仪器通风性能良好，并存放于通风干燥、无腐蚀性气体的地点。
⑸对仪器的零点、指示值、警报点每旬调试一次。
⑹仪器应定期更换电池；不使用的仪器一般每40天更换一次电池，以保证应急使用。
仪器如果长期不用，应将电池取出，以免电池产生的漏液损坏仪器。
⑺注意自身安全，防止冒顶、运输等伤人事故的发生。
⑻发现CO或其他有害气体严重超标时，应及时退出，防止中毒。
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