煤礦行業提供的能源主要用作電廠、化工、鋼鐵、運輸、鍋爐等行業,隨著經濟的快速發展,雖然在能源應用的占比有所下降,但是需求總量確實逐年增長。可以說煤炭行業已經深入我們的國家隊各行各業。為保證生產、加工、運輸、使用環節的安全,需要對各個環節的瓦斯爆炸、毒性氣體泄漏防爆等危險氣體進行檢測、監控。
瓦斯其實是吸附在煤層中的一種非常規天然氣,又稱為煤層氣,其主要成分和天然氣一樣,均為甲烷(CH4),是一種非常潔凈、高效、優質、安全的能源。
煤礦瓦斯爆炸的三要素是足夠的瓦斯濃度、氧含量和火源。瓦斯爆炸及隨之而來的燃燒大量消耗氧氣、瓦斯等氣體,形成空氣負壓區。此時,外界的空氣、煤層中的瓦斯大量向負壓區補充,只要井下有火源,到一定濃度就會再次爆炸。越爆炸,新鮮空氣、瓦斯的補充速度越快;氣體補充速度越快,越容易形成新的爆炸條件。理論上說,只要煤礦井下火源不滅,就存在連續發生很多次爆炸的可能。淮南一家煤礦就曾經連續爆炸1000多次。
瓦斯排放到空氣中則造成嚴重的大氣污染。煤層氣的溫室效應是二氧化碳的22倍,對臭氧層的破壞是一氧化碳的7倍。我國每年因采煤向大氣排放的煤層氣高達194億立方米,煤炭行業每年因此耗去的排污費超過10億元人民幣。然而,如果在煤礦開采前開發煤層氣,可降低70%的瓦斯濃度。這就大大提高了煤礦生產的安全性,減小了生產成本。同時國家相關單位制定了相應的監控標準,并有國家煤礦安標辦及相應的檢測機構進行相應標準的宣貫、和產品驗收和檢驗。
甲烷傳感器是一種礦用儀器儀表,須滿足井下安全生產的規程,但較其他普通傳感器又必須有如下主要特點:具有自動調零功能;標校可靠性高,性能穩定,使用更簡單方便;采用高分辨率的單片機,測量的數值均準確可靠;機并具有自動穩零功能;可選擇的調試菜單結構,方便調試,操作簡單。現有的甲烷傳感器普遍存在著功耗較大、功能單一、精準度不高的缺點,而且采用模擬電路技術,造成系統的抗干擾能力和智能化程度都很低。因此,研制便于攜帶、多功能、高精度和抗干擾能力強的高可靠性甲烷檢測儀具有很大的應用價值。
甲烷傳感器在煤礦安全檢測系統中用于煤礦井巷,采掘工作面、采空區、回風巷道、機電室等處連續監測甲烷濃度,當甲烷濃度超限時,能自動發出聲、光報警,可供煤礦井下作業人員,甲烷檢測人員,井下管理人員等隨身攜帶使用,也可供上述場所固定使用。
甲烷傳感器的工作原理是一般采用載體催化元件為檢測元件。產生一個與甲烷的含量成比例的微弱信號,經過多級放大電路放大后產生一個輸出信號,送入單片機片內A/D轉換輸入口,將此模擬量信號轉換為數字信號。然后單片機對此信號進行處理,并實現顯示,報警等功能。
煤礦井中常用的甲烷氣體傳感器有半導體的、催化燃燒的、紅外的、電化學的,而半導體鑒于它的高性價比、高靈敏度、高響應速度等優點,依然占據工業和民用在甲烷檢測和報警系統上的很大一塊市場。
不過需要注意的是,氣體傳感器,特別是催化燃燒式氣體傳感器,都有一定的有效期。需要定期合理的對傳感器或模塊進行校準與維護,才能讓它的效果達到預期,另外合理的安裝設置傳感器或模塊也能提高的監測效果。所以,礦井下的傳感器安裝設置的合理性很重要,定期校驗和檢定也須嚴格按照有關的計量檢定規程嚴格進行。
松柏MJC4可燃氣體傳感器,采用集成電路,實現信號處理與抗干擾,具有穩定性、抗干擾能力強等特點廣泛應用于燃氣輸送管道泄漏檢測儀器,工業現場可燃氣體檢測,智慧市政可燃氣體檢測,煤礦及井下作業環境監測等環境。