JSG4火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、JSG4火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)郄志懷 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 JSG4火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由北京中才華源公司自主研發(fā)的一套連續(xù)在線的礦井專用系統(tǒng)，系統(tǒng)采用進(jìn)口紅外傳感器及先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CO，CO2，CH4，O2的連續(xù)自動(dòng)快速的在線檢測(cè)。1 系統(tǒng)概述1.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 系統(tǒng)由兩大部分組成即束管束管和分站分站。束管束管包括抽氣泵，分路箱，濾塵器，濾水器；分站分站由采集模塊，分析模塊，顯示模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊組成1.21.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 通過(guò)抽氣泵把監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣體抽到分站，然后由分站的采集模塊采集氣樣，通過(guò)分析模塊對(duì)氣樣進(jìn)行化驗(yàn)，化驗(yàn)的結(jié)果由顯示模塊以數(shù)字的形式顯示出來(lái)，最后由數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)

2、傳送的地面主機(jī)系統(tǒng)。1.31.3系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn) 1）因?yàn)榉终臼欠旁诰碌模源蟠罂s短了束管的距離。好處有三點(diǎn)，首先大大地節(jié)約了成本，減少了工程量，降低了施工難度；其次束管距離縮短了，抽氣時(shí)間相應(yīng)變短，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性就會(huì)更好；最后，后期系統(tǒng)維護(hù)量也相應(yīng)降低。2）束管可以監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)不到的地方，比如，采空區(qū)。監(jiān)測(cè)采空區(qū)這正是束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)采空區(qū)的監(jiān)測(cè)可以隨時(shí)觀測(cè)到采空區(qū)的氣體變化情況。在注氮的時(shí)候通過(guò)對(duì)氮?dú)獾臋z測(cè)還可以觀測(cè)注氮的效果。3）分站采用進(jìn)口紅外傳感器和低功耗嵌入式微處理器，壽命長(zhǎng)，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短，穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)處理速度快。4）簡(jiǎn)易的操作，良好的人機(jī)界面，簡(jiǎn)單的

3、校準(zhǔn)，一般一個(gè)星期只需要校準(zhǔn)一次。5）分站采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，更換方便，所有的模塊都封裝在防暴殼里，防暴殼采用螺紋式封裝，拆卸方便。紅外線氣體分析儀 紅外線是一種看不見(jiàn)的光，其波長(zhǎng)范圍在0.781000m，它在紅外線光外，所以稱其為紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)我為0.751.5m之間；中紅外線，波長(zhǎng)在1.5-6.0m之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為6.0-1000m之間。在紅外線氣體分析儀器中實(shí)際使用的紅外線波長(zhǎng)大約在150m。紅外線氣體分析儀工作原理工作原理工作原理 其工作原理是基于某些氣體對(duì)紅外線的選擇性吸收。紅外線常用的波長(zhǎng)為2-12m。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將待測(cè)氣體連續(xù)不斷的通過(guò)一定長(zhǎng)

4、度和容積的容器，從容器可以透光的兩個(gè)端面中的一個(gè)端面一側(cè)入射一束紅外光，然后在另一個(gè)端面測(cè)紅外線的定輻射強(qiáng)度，然后依據(jù)紅外線的吸收與吸光物質(zhì)的的濃度成正比就知道被測(cè)氣體的濃度。朗伯朗伯-比爾定律比爾定律其物理含義是當(dāng)一束平行單色光垂直透過(guò)某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí)，其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。這就是紅外分析儀的測(cè)量依據(jù)。紅外氣體分析儀特點(diǎn)1能測(cè)量多種氣體能測(cè)量多種氣體除單原子的惰性氣體和具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的無(wú)極性雙原子分子氣體外，CO，CO2，NO等無(wú)機(jī)物，CH4等有機(jī)物都可以用紅外線分析儀進(jìn)行測(cè)量。2測(cè)量范圍寬測(cè)量范圍寬可分析氣體的濃度上限達(dá)100%，下限達(dá)幾個(gè)PPM的濃度，進(jìn)行精

5、細(xì)化處理后，可以進(jìn)行痕量分析。3靈敏度高靈敏度高具有很高的監(jiān)測(cè)靈敏度，氣體濃度有微小變化都能分辨出來(lái)。4測(cè)量精度高測(cè)量精度高 一般在+-%2FS，與其他分析手段相比，它的進(jìn)度較高且比較穩(wěn)定。5 反應(yīng)快反應(yīng)快相應(yīng)時(shí)間一般在10S以內(nèi)。6具有良好的選擇性具有良好的選擇性紅外分析儀有很高的選擇性系數(shù)，因此特別適合于對(duì)多組分氣體中的某一待測(cè)氣體進(jìn)行測(cè)量，而且當(dāng)混合氣體中一種或幾種組分濃度發(fā)生變化時(shí)，并不影響對(duì)待分析組分的測(cè)量。紅外分析儀基本結(jié)構(gòu)和主要部件 紅外分析儀一般由氣路和電路兩部分組成，它的氣路和電路的聯(lián)系部件也是核心部分是發(fā)送器，發(fā)送器是紅外分析儀的心臟，它將被測(cè)氣體組分的濃度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N

6、電參數(shù)的變化，并通過(guò)相應(yīng)的電路轉(zhuǎn)變成電流或電壓信號(hào)輸出。發(fā)送器由光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器兩部分組成。主要構(gòu)成部件有如下一些，紅外輻射光源，氣室和濾光原件，檢測(cè)器。紅外氣體分析測(cè)量原理 分析儀有兩個(gè)氣室，一個(gè)是測(cè)量室，一個(gè)是參比室。兩個(gè)氣室通過(guò)切光片以一定周期同時(shí)或交替開(kāi)閉光路。在測(cè)量室中導(dǎo)入被測(cè)氣體后，具有被測(cè)氣體特有波長(zhǎng)的光被吸收，從而使透過(guò)測(cè)量室這一光路而進(jìn)入紅外接收室的光通量減少。氣體濃度越高進(jìn)入紅外接收氣室的光通量就越少；而透過(guò)參比室的光通量是一定的，進(jìn)入到紅外接收氣室的光通量也是一定的，因而，被測(cè)氣體的濃度越高，透過(guò)測(cè)量室和參比室的光通量差值就越大。這個(gè)光通量差值是以一定周期振動(dòng)的振幅投射到

7、紅外接收氣室。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔成兩半部，氣室內(nèi)封有較大濃度的被測(cè)氣體組分，在吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動(dòng)光通量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兓?，再根?jù)氣態(tài)方程使溫度的變化轉(zhuǎn)成壓力變化，然后用電容式傳感器來(lái)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)放大處理后指示出被測(cè)氣體的濃度光源和調(diào)制器光源的任務(wù)：產(chǎn)生具有一定調(diào)制頻率（212HZ）、兩束能量相等且穩(wěn)定的平行紅外光束 1-反光鏡；反光鏡；2-光源；光源；3-切光片；切光片；4-同步電機(jī)同步電機(jī) 氣室和濾光器 氣室包括測(cè)量氣室、參比氣室和濾光氣室。結(jié)構(gòu)圓筒形，除測(cè)量氣室有氣樣進(jìn)出口之外，參比氣室和過(guò)濾氣室都是密封的，所有氣室內(nèi)壁非常光潔，要求不吸收紅外線

8、，不能吸附氣體，對(duì)氣體不起任何化學(xué)作用。測(cè)量氣室長(zhǎng)度與濃度成反比。 濾光氣室封入一定濃度的干擾組分，它的長(zhǎng)度由封入干擾組分的濃度決定，有的分析儀不采用濾光氣室，而用濾光片將干擾組分特征吸收波長(zhǎng)全部濾去，這種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。氣室兩端用透光材料密封，它既保證氣室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各種透光材料允許透過(guò)光波長(zhǎng)的不同，又起到了濾光作用，常用的透光材料有藍(lán)寶石（Al2O3）、氟化鋰（LiF）等。檢測(cè)器1窗口的光學(xué)玻璃，窗口的光學(xué)玻璃，2殼體，殼體，3薄膜，其下部帶有薄膜，其下部帶有 電容傳感器的動(dòng)片，電容傳感器的動(dòng)片，4電容傳感器的定片電容傳感器的定片5絕緣體絕緣體6支架支架7和和8 兩個(gè)氣

9、室兩個(gè)氣室9后蓋后蓋10密封墊圈密封墊圈 煤自然火災(zāi)指標(biāo)氣體指標(biāo)的概述指標(biāo)氣體極其選擇指標(biāo)氣體靈敏度的提高指標(biāo)氣體檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)氣體概述煤在氧化升溫過(guò)程中，會(huì)釋放出CO、CO2、烷烴、烯烴以及炔烴等指性氣體。這些氣體的產(chǎn)生率隨煤溫上升而發(fā)生規(guī)律性的變化，能預(yù)測(cè)和反映煤自然發(fā)火狀態(tài)。CO貫穿于整個(gè)煤自然發(fā)火過(guò)程中，一般在50以上就可測(cè)定出來(lái)，出現(xiàn)時(shí)濃度較高；烷烴（乙烷、丙烷）出現(xiàn)的時(shí)間幾乎與CO同步，貫穿于全過(guò)程，但其濃度低于CO，而且在不同煤種中有不同的顯現(xiàn)規(guī)律；烯烴較CO和烷烴出現(xiàn)得晚，乙烯在110左右能被測(cè)出，是煤自然發(fā)火進(jìn)程加速氧化階段的標(biāo)志氣體，在開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)，濃度略高于炔烴氣體；炔烴出現(xiàn)

10、的時(shí)間最晚，只有在較高溫度段才出現(xiàn)，與前兩者之間有一個(gè)明顯的溫度差和時(shí)間差，是煤自然發(fā)火步入激烈氧化階段（也即燃燒階段）的產(chǎn)物。因此，在這一系列氣體中，選擇一些氣體作為指標(biāo)氣體，以及準(zhǔn)確檢測(cè)，就能可靠判斷自然發(fā)火的征兆和狀態(tài)。指標(biāo)氣體及其選擇 目前，國(guó)內(nèi)外可作為煤自然發(fā)指標(biāo)氣體主要有CO、C2H6、CH4、C2H4、C2H2、O2（O2為氧氣消耗量）等及其生成的輔助性指標(biāo)。早在“七五”期間，國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目各煤種自然發(fā)火標(biāo)志氣體指標(biāo)研究的研究中，對(duì)我國(guó)各礦區(qū)有代表性的煤種進(jìn)行了自然發(fā)火氣體產(chǎn)物的模擬試驗(yàn)，得出了指標(biāo)氣體與煤種及煤巖之間的關(guān)系。1）隨著煤種的不同，煤自然發(fā)火氧化階段（緩慢氧化階段、加

11、速氧化階段、激烈氧化階段）的溫度范圍、氣體產(chǎn)物和特性都不同；2）各煤種從緩慢氧化階段的氣體產(chǎn)物優(yōu)選為靈敏指標(biāo)的為：褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤以烯烴或烷比為首選，以CO及其派生的指標(biāo)為輔，而焦煤、貧煤和瘦煤則以CO及其派生的指標(biāo)為首選，C2H4或烯烷比為輔；無(wú)煙煤和高硫煤唯一依據(jù)是CO及其派生指標(biāo)；3）C2H4可用于氣體分析法中表征低變質(zhì)程度煤著火征兆的靈敏指標(biāo)，同時(shí)也可以作為判斷煤自然發(fā)火熄滅程度的指標(biāo)；C2H4/ C2H2比值可以更準(zhǔn)確地表征煤著火溫度的最高溫度點(diǎn)，結(jié)合其他參數(shù)可用于判斷著火前的時(shí)間。 因此，必須充分認(rèn)識(shí)到CO并非唯一的煤自然發(fā)火氣體指標(biāo)。它還有許多不足：檢測(cè)溫度范圍極寬；CO產(chǎn)生量同煤溫之間的關(guān)系不明確，特別是在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件下，受風(fēng)流、煤體原生氣體組分、測(cè)點(diǎn)選擇及生產(chǎn)過(guò)程等因素影響，難以確定煤氧化自燃的發(fā)展階段，使預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率和精度降低。采空區(qū)三帶的劃分 采空區(qū)煤的可能自燃情況一般劃分為三個(gè)帶：不自燃帶（氧化帶）；自燃帶 ；窒息帶 。目前劃分“三帶”有三種方法，按采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)風(fēng)速劃分、氧濃度劃分和溫度劃分（1）按采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)風(fēng)速劃分，根據(jù)目前的劃分標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為： 散熱帶：采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速大于0.24m/min的區(qū)域； 氧化帶：漏風(fēng)風(fēng)速在0.10.24m/min的區(qū)域； 窒