光學(xué)瓦斯檢定器的使用

光學(xué)瓦斯檢定器的使用

2010.3.25主要內(nèi)容瓦斯基本概念及性質(zhì)瓦斯爆炸條件及機(jī)理光學(xué)瓦斯檢定器的構(gòu)造與原理光學(xué)瓦斯檢定器的操作1.瓦斯基本概念及性質(zhì)1.1瓦斯的基本概念概念：“井下以甲烷（CH4）為主的有毒、有害氣體的總稱，有時(shí)單獨(dú)指甲烷”。來(lái)源：主要來(lái)源于煤層及圍巖內(nèi)涌出到礦井中的氣體。此外，礦井生產(chǎn)中產(chǎn)生的氣體如放炮產(chǎn)生的炮煙等，井下空氣與煤、巖、礦用材料等反應(yīng)生成的氣體以及井下人員呼吸生成的氣體也是礦井瓦斯的重要來(lái)源。1.2瓦斯的性質(zhì)無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅的氣體，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度0.716kg/m3，為空氣密度的0.554倍，無(wú)風(fēng)時(shí)會(huì)首先積聚在巷道上部。它是極難溶于水的可燃性氣體，閃點(diǎn)為-188℃，引燃溫度為650℃，擴(kuò)散性。瓦斯在空氣中具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性，局部地點(diǎn)較高濃度的瓦斯會(huì)自動(dòng)向低濃度的區(qū)域擴(kuò)散。涌出的瓦斯會(huì)擠占空間，使空氣中氧氣濃度下降，從而具有窒息性。當(dāng)混合氣體中瓦斯的濃度達(dá)25%-30%時(shí)，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、失調(diào)；達(dá)到43％時(shí)，氧的濃度降低到12%，人在此環(huán)境下會(huì)感到呼吸短促，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)昏迷并有死亡危險(xiǎn)。煤層氣的溫室效應(yīng)約為CO2的21倍。逸散在空氣中的煤層氣，破壞了臭氧層，加劇了溫室效應(yīng)。1.2瓦斯的性質(zhì)燃燒性、爆炸性。瓦斯是一種可燃性氣體，按瓦斯在空氣中發(fā)生燃燒的性狀不同，可以將它分為三個(gè)區(qū)間：①助燃區(qū)間：濃度小于爆炸下限，不能形成持續(xù)的火焰，只能起到助燃的作用。②爆炸區(qū)間：遇一定能量的點(diǎn)火源會(huì)形成可自動(dòng)加速的燃燒鋒面，從而形成強(qiáng)烈的爆炸。③擴(kuò)散燃燒區(qū)：濃度大于爆炸上限。該區(qū)域內(nèi)瓦斯空氣的混合氣體無(wú)法直接被點(diǎn)燃，但當(dāng)其與新鮮空氣混合時(shí)，可以在混合界面上被點(diǎn)燃并形成穩(wěn)定的火焰。煤層氣發(fā)熱量高，每立方米達(dá)31.4～34.4MJ（7536～8200大卡以上），每1000m3煤層氣相當(dāng)于1噸燃油或1.25噸標(biāo)準(zhǔn)煤?？捎米髅裼萌剂?、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車(chē)燃料和重要的化工原料。1.3瓦斯的賦存狀態(tài)瓦斯在一定的壓力下以游離和吸附兩種狀態(tài)賦存在煤體中：游離瓦斯存在于煤的孔隙和裂隙中，吸附瓦斯積聚在孔隙壁面上，游離瓦斯和吸附瓦斯處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。煤礦開(kāi)采過(guò)程中，游離的瓦斯首先放散到開(kāi)采空間，使鄰近煤層中瓦斯壓力降低、游離瓦斯量減少，這時(shí)，煤中吸附的瓦斯就解析出來(lái)，成為新的游離態(tài)瓦斯。這一過(guò)程不斷重復(fù)，從而使煤層中的瓦斯源源不斷地涌出到開(kāi)采空間。

P1PortP

ort游離狀態(tài)瓦斯吸附狀態(tài)瓦斯兩種狀態(tài)的瓦斯在一定溫度和壓力條件下處于一種動(dòng)平衡狀態(tài)。條件變化，平衡隨之變化。其中吸附瓦斯占煤層瓦斯總量的80％~90％。2.瓦斯爆炸條件及機(jī)理1.1瓦斯爆炸的基本條件瓦斯爆炸的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件，即：①瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)，一般為5%～16%。②混合氣體中氧的濃度不低于12%。③有足夠能量的點(diǎn)火源。瓦斯爆炸下限5%，上限16%是指瓦斯空氣混合氣體爆炸的大致范圍，隨著其它可燃?xì)怏w的混入，瓦斯爆炸范圍會(huì)發(fā)生變化，而環(huán)境溫度、壓力及點(diǎn)燃源的能量等都對(duì)瓦斯爆炸限有影響，因此，瓦斯爆炸的界限并不是一個(gè)固定不變的常數(shù)。1.2瓦斯爆炸機(jī)理瓦斯爆炸發(fā)生的過(guò)程：處于爆炸限內(nèi)的瓦斯空氣混合氣體首先在點(diǎn)火源處被引燃，形成厚度僅有0.01～0.1mm的火焰層面。該火焰鋒面向未燃的混合氣體中傳播，傳播的速度稱為燃燒速度。瓦斯燃燒產(chǎn)生的熱使燃燒鋒面前方的氣體受到壓縮，產(chǎn)生一個(gè)超前于燃燒鋒面的壓縮波，壓縮波作用于未燃?xì)怏w使其溫度升高，從而使火焰的傳播速度進(jìn)一步增大，這樣就產(chǎn)生壓力更高的壓縮波，從而獲得更高的火焰?zhèn)鞑ニ俣取訉赢a(chǎn)生的壓縮波產(chǎn)生疊加，形成具有強(qiáng)烈破壞作用的沖擊波，這就是爆炸。可燃混合氣體的燃燒爆炸分為爆燃和爆轟兩種狀態(tài)，爆燃的傳播速度為每秒幾米至幾百米。爆轟的傳播速度超過(guò)音速（334m/s），最高可達(dá)2000m/s。呼和浩特本溪大連3.光學(xué)瓦斯檢定器的構(gòu)造與原理3.1光學(xué)瓦斯檢定器的構(gòu)造

1—目鏡；2—主調(diào)螺旋；3—微調(diào)螺旋；4—吸氣孔；5—進(jìn)氣孔；6—微讀數(shù)觀察窗；7—微讀數(shù)電門(mén)；8—光源電門(mén)；9—水分吸收管；10—吸氣橡皮球；11—二氧化碳吸收管；12—干電池；13—光源蓋；14—目鏡蓋；15—主調(diào)螺旋蓋。16—燈泡；17—光柵；18—聚光鏡；19—光屏；20—平行平面鏡；21—平面玻璃；22—?dú)馐遥?3—反射棱鏡；24—折射棱鏡；25—物鏡；26—測(cè)微玻璃；27—分劃板；28—場(chǎng)鏡；29—目鏡保護(hù)蓋；30—毛細(xì)管

瓦斯檢定器由氣路、光路和電路三大系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)。由吸氣管、進(jìn)氣管、水分吸收管、二氧化碳吸收管、吸氣橡皮球、氣室（包括瓦斯室和空氣室）和毛細(xì)管等組成。其主要部件的作用是：氣室用于分別存貯新鮮空氣和含有瓦斯或二氧化碳的氣體；水分吸收管內(nèi)裝有氯化鈣（或硅膠），用于吸收混合氣體中的水分，使之不進(jìn)入瓦斯室，以使測(cè)定準(zhǔn)確；毛細(xì)管，其外端連通大氣，其作用是使測(cè)定時(shí)的空氣室內(nèi)的空氣溫度和絕對(duì)壓力與被測(cè)地點(diǎn)（或瓦斯室內(nèi)）的溫度和絕對(duì)壓力相同，同時(shí)又使含瓦斯的氣體不能進(jìn)入空氣室；二氧化碳吸收管內(nèi)裝有顆粒直徑為的鈉石灰，用于吸收混合氣體中的二氧化碳，以便準(zhǔn)確地測(cè)定瓦斯?jié)舛?。電路系統(tǒng)。其功能和作用是為光路供給電源。由電池、燈泡0、光源蓋、光源電門(mén)和微讀數(shù)電門(mén)組成。3.2光學(xué)瓦斯檢定器的原理

光學(xué)瓦斯檢定器是根據(jù)光干涉原理制成的。它的光路系統(tǒng)如圖所示。其工作原理如下：由光源發(fā)出的光，經(jīng)聚光鏡到達(dá)平面鏡。并經(jīng)其反射與折射形成兩束光，分別通過(guò)空氣室和瓦斯室，再經(jīng)折光棱鏡折射到反射棱鏡，再反射給望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。由于光程差的結(jié)果，在物鏡的焦平面上將產(chǎn)生干涉條紋。由于光的折射率與氣體介質(zhì)的密度有直接關(guān)系，如果以空氣室和瓦斯室都充入新鮮空氣產(chǎn)生的條紋為基準(zhǔn)（對(duì)零），那么，當(dāng)含有瓦斯的空氣充入瓦斯室時(shí)，由于空氣室中的新鮮空氣與瓦斯室中的含有瓦斯的空氣的密度不同，他們的折射率即不同，因而光程也就不同，于是干涉條紋產(chǎn)生位移，從目鏡中可以看到干涉條紋移動(dòng)的距離。由于干涉條紋的位移大小與瓦斯?jié)舛鹊母叩统烧汝P(guān)系，所以，根據(jù)干涉條紋的移動(dòng)距離就可以測(cè)知瓦斯的濃度。我們?cè)诜謩澃迳献x出位移的大小，其數(shù)值就是測(cè)定的瓦斯?jié)舛取?.光學(xué)瓦斯檢定器的操作

4.1使用光學(xué)瓦斯檢定器之前的準(zhǔn)備工作

必須對(duì)瓦斯檢定器進(jìn)行以下檢查工作：檢查藥品性能。檢查水分吸收管中的氯化鈣（或硅膠）和外接的二氧化碳吸收管中的鈉石灰是否變色，若變色則失效，應(yīng)打開(kāi)吸收管更換新藥劑，新藥劑的顆粒直徑要在3-5mm之間，不可過(guò)大或過(guò)小。因?yàn)轭w粒過(guò)大不能充分吸收通過(guò)氣體中的水分或二氧化碳；顆粒過(guò)小又容易堵塞甚至其粉末被吸入氣室內(nèi)。顆粒直徑不合要求會(huì)影響測(cè)定的精度。檢查氣路系統(tǒng)。首先檢查吸氣球是否漏氣：用手捏扁吸氣球，另一手掐住膠管，然后放松氣球，若氣球不脹起，則表明不漏氣；其次，檢查儀器是否漏氣：將吸氣膠皮管同檢定器吸氣孔連接，堵住進(jìn)氣孔，捏扁吸氣球，松手后球不脹起為好；最后，檢查氣路是否暢通，即放開(kāi)進(jìn)氣孔，捏放吸氣球，以氣球癟起自如為好。檢查光路系統(tǒng)。按下光源電門(mén)，由目鏡觀察，并旋轉(zhuǎn)目鏡筒，調(diào)整到分劃板清晰為止，再看干涉條紋是否清晰，如不清晰，可取下光源蓋，擰松燈泡后蓋，調(diào)整燈泡后端小柄，同時(shí)觀察目鏡內(nèi)條紋，直到條紋清晰為止。然后擰緊燈泡后蓋，裝好儀器。4.2使用光學(xué)瓦斯檢定器測(cè)定瓦斯?jié)舛?/p>

調(diào)零。在地面或井下新鮮空氣中，手捏氣球5～6次。對(duì)零。按下微讀數(shù)盤(pán)的零位刻度與指標(biāo)線重合；旋下主調(diào)螺旋蓋，再按下光源電門(mén)，調(diào)動(dòng)主調(diào)螺旋，同時(shí)觀看目鏡，在干涉條紋中選定一條黑基線與分劃板的零位相重合，并記住這條黑基線；然后，一邊觀看目鏡一邊蓋好主調(diào)螺旋蓋。測(cè)定。將連接在二氧化碳吸收管進(jìn)氣口的膠皮管伸向待測(cè)位置，然后捏放氣球5～6次，將待測(cè)氣體吸入瓦斯室。讀數(shù)。按下光源電門(mén)、由目鏡中觀察黑基線的位置。如其恰與某整數(shù)刻度重合，讀出該處刻度數(shù)值，即為瓦斯?jié)舛?；如果黑基線位于兩個(gè)整數(shù)之間，則應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺旋，使黑基線退到較小的整數(shù)位置上，然后，從微讀數(shù)盤(pán)上讀出小數(shù)位，整數(shù)與小數(shù)相加就是測(cè)定出的瓦斯?jié)舛?，例如，若從整?shù)位讀出的數(shù)值為20，微讀數(shù)為0.8，則測(cè)定的瓦斯?jié)舛?0.8%。目鏡觀測(cè)窗微讀數(shù)觀測(cè)窗4.3光學(xué)瓦斯檢定器的使用保養(yǎng)注意事項(xiàng)攜帶和使用時(shí)，防止和其他硬物碰撞，以免損壞儀器內(nèi)部零件和光學(xué)鏡片。光干涉條紋不清晰，往往是由于空氣濕度過(guò)大，光學(xué)玻璃上有霧?；蚧覊m附在上面以至光學(xué)系統(tǒng)有毛病造成的。如果調(diào)動(dòng)光源燈泡后不能達(dá)到目的，就要由修理人員拆開(kāi)進(jìn)行擦拭，或調(diào)整光路系統(tǒng)。測(cè)定時(shí)，如果空氣中含有一氧化碳、硫化氫等其他氣體時(shí)，因?yàn)闆](méi)有這些氣體的吸收劑，將使瓦斯測(cè)定結(jié)果偏高。為消除這一影響，應(yīng)再加一個(gè)輔助吸收管、管內(nèi)裝有顆?；钚蕴伎上蚧瘹溆绊?，裝有40％氧化銅和60％二氧化錳的混合物，可消除一氧化碳的影響。高原地區(qū)的空氣密度小、氣壓低，使用時(shí)應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，或根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)的空氣溫度和大