调谐式激光甲烷检测装置

设计了基于调谐式激光吸收光谱技术的甲烷检测装置,采用DFB作为光源,通过对光源的调制实现甲烷气体浓度的谐波检测。该装置利用一次谐波作为反馈信号对光源输出波长进行稳频,利用二次谐波和一次谐波的比值作为系统的输出,消除了光源光强波动等共模噪声的影响。设计的调谐式激光甲烷检测装置通过了实验检验,在0～5%范围内的检测相对误差小于2%,满足煤矿安全监测的要求。     

甲烷气体检测技术及其在煤矿中的应用

瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要灾害之一,而甲烷是瓦斯的主要成分,因此对甲烷浓度的准确检测对有效预防预警瓦斯灾害意义重大。基于甲烷物理化学性质的差异性特征概述了催化燃烧法、热导法、光干涉法、非分散红外光谱法和可调谐半导体激光光谱法的甲烷检测原理,探讨了不同原理的甲烷检测技术发展现状。在煤矿环境对甲烷检测技术的影响分析基础上,通过煤矿井下技术应用对比研究得出:催化燃烧法利用甲烷可燃性特征,适用于检测体积分数4%以下的甲烷,不适用于氧气浓度过低、甲烷浓度过高或存在含硫气体的井下环境;热导法利用含不同浓度甲烷的空气热导率的不同特征,适用于检测体积分数4%以上的甲烷,不适用于甲烷浓度低、二氧化碳浓度过高等井下环境;光干涉法利用含不同浓度甲烷的空气折射率的不同特征,适用于井下绝大部分环境,但不适用于二氧化碳浓度过高的井下环境;红外光谱法利用甲烷的气体选择性吸收的特征,适用于绝大部分井下环境,其中非分散红外光谱法受水蒸气、烷烃气体干扰,需进行算法优化以减小误差,而可调谐半导体激光光谱受其他气体干扰影响较小,但两者皆需采用补偿算法来减少受温湿度影响引起的误差。最后,对不同原理的甲烷检测方法进行了技术适用性综合对比分析,以期对煤矿甲烷检测技术的应用提供借鉴指导意义。     

基于光谱吸收激光式甲烷传感器

针对甲烷传感器存在的"高浓度中毒"、零点漂移、响应时间慢、受高温高湿及其他气体影响使用寿命短等缺陷,在近红外光谱控制技术日益成熟的前提下,提出了一种基于光谱吸收原理的激光式甲烷传感器,传感器能够及时、准确地检测瓦斯气体的产生源、浓度,对于煤矿安全生产有着十分重要的意义。     

基于近红外光谱差分吸收法的甲烷激光式检测系统研究

甲烷是导致煤矿爆炸事故的主因,取决于甲烷在空气中的爆炸极限。甲烷气体的浓度直接影响矿井作业的安全,这里提出一种新型的甲烷激光式检测系统,利用近红外光谱差分吸收技术,结合最小二乘拟合方法求出气体浓度。较传统的催化燃烧检测方式,提高了系统精确度、灵敏度、抗交叉干扰能力,能够实时在线检测甲烷气体浓度。将该系统应用于煤矿束管监测系统中,将有助于矿井安全作业,有广泛的工业应用前景。     

基于LabVIEW的管道甲烷气体监测系统设计

为改善管道甲烷气体浓度超标带来的安全隐患,设计基于LabVIEW的管道甲烷气体监测系统。使用下位机子系统的红外光电传感器采集管道甲烷气体信号数据,将STM8处理器处理后的信号利用网络通信模块传递到上位机子系统,其通过LabVIEW编写的串口程序,在完成串行初始化和数据接收的基础上,数据处理模块采用小波变换方法消除信号中的噪声;根据除噪后的信号,管道甲烷气体浓度检测模块运用谐波检测方法获取管道甲烷气体浓度信息,并保存至数据存储模块;用户使用数据显示模块可以查看保存的信息,以此实现管道甲烷气体监测。实验结果表明,该系统具有良好的红外光电传感器零点稳定性和甲烷气体信号去噪能力,各监测点的甲烷气体浓度检测绝对误差最大仅为1.45%。     

光谱吸收式甲烷气体浓度检测理论与方法

基于甲烷气体的近红外吸收光谱,研究了光谱吸收式甲烷气体浓度检测方法。通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用二次谐波与一次谐波的比值来消除由光源的不稳定和变化所引起的检测误差,并建立了谐波检测的数学模型,给出了甲烷气体谐波检测方案。     

基于STM32的无线激光甲烷检测报警仪的设计

针对目前煤矿使用的甲烷检测报警仪存在调校周期短、维护工作量大、易受其他气体影响的问题,设计了一种基于STM32的无线激光甲烷检测报警仪。重点介绍了仪器的构成、硬件设计、软件设计、系统低功耗设计及外壳IP65设计。该报警仪利用甲烷气体对特定波长激光的吸收原理测量甲烷浓度,不受其他气体影响、检测精度高、调校周期长,同时可与安全监控系统中的无线网关配套使用,进一步保障煤矿的安全生产。     

光纤传感器在煤矿安全监控系统中的应用

针对目前煤矿安全监控系统中传感器存在的一些检测精度低、稳定性差、可靠性差和易受电磁干扰等问题,将新颖的光纤传感技术应用于煤矿安全监控行业。重点讨论了光纤传感技术在煤矿安全监控中的几种应用方案,如井下环境温度检测,井下粉尘浓度检测,对甲烷等有害气体的监测等。研究结果表明,光纤传感本质安全、耐腐蚀、灵敏度高、使用寿命长,非常适用于煤矿生产环境参数检测,为改进煤矿安全监控系统提供了新颖的思路和切实可行的解决方案。     

基于特征吸收光谱的甲烷气体浓度静态检测方法研究

根据甲烷气体的吸收光谱设计了井下甲烷实时检测系统。在分析甲烷气体对应的特征光谱吸收波长的基础上,采用静态傅里叶变换干涉具和线阵CCD探测器,在对干涉条纹进行傅里叶变换后得到光谱信息,从而求出各波长上的光强衰减量。通过仿真实验,计算了瓦斯浓度关于光源光强、出射光强的函数关系,选择了10mW的激光器。根据比尔-朗伯定理及浓度程长积公式,给出了甲烷浓度的表达式,检测系统的最小探测浓度为0.02%,可满足井下甲烷浓度0%～5%的范围及0.10%的精度要求。实验证明,采用傅里叶变换光谱分析法求解甲烷浓度可达到井下实时监测的要求。     

矿用瓦斯检测仪滤波器设计

瓦斯检测是煤矿安全生产的重要环节。由于井下环境恶劣，存在着各种干扰源，甲烷传感器输出的微弱信号很容易受到污染。本文叙述了甲烷检测仪的硬件和软件滤波模块的设计方法，该设计使浓度检测与报警的准确度得到了提高。     

基于光谱吸收煤矿瓦斯检测技术的研究

针对目前煤矿井下瓦斯浓度检测技术存在的不足,在红外光谱差分吸收检测模型的基础上设计了单波长双光路的瓦斯浓度检测仪。在实验室环境下测量不同瓦斯浓度下检测仪输出的电压值,得到二者之间的拟合曲线,对测量结果的分析可以看出该系统的测量误差<2.5%,甲烷浓度检测能力较宽,满足煤矿瓦斯浓度检测的要求。     

碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术

"双碳"目标的提出,要求我国在强化CO2排放控制的同时加强对甲烷等非CO2温室气体的控排.在研究我国煤矿甲烷排放来源及构成的基础上,采用基于矿井实测法T3方法分析测算我国煤矿甲烷的历史排放趋势,辨识煤矿甲烷排放的影响因素,建立煤矿甲烷排放主因素分析模型(MFAME),并按照基准、发展、新政策3种情景预测到2060年的煤...     

可调谐半导体激光吸收光谱式甲烷传感器温度补偿技术

随着可调谐半导体激光吸收光谱气体传感技术的发展,基于该技术的矿用甲烷传感器成为当前煤矿瓦斯监测领域的研究热点,相关产品已陆续投入煤矿现场应用,由于煤矿应用环境的复杂性,传感器测量准确性受环境温度的影响较大。针对这一问题,提出了一种基于分段插值和重心插值的自适应融合的迭代补偿算法,该方法首先取标定温度下浓度的值,计算传感器测量温度影响率,然后求出重心拉格朗日插值的不同温度下的插值函数,在此基础上再对被测浓度甲烷值进行分段插值得到新补偿温度影响率,由该新的补偿温度影响率得到补偿后的甲烷值,依此实现自适应的迭代对激光吸收光谱气体测试数据进行补偿,并进行了大量相关实验验证,在高瓦斯情况下,测量误差减小到1%,在低浓度瓦斯情况下,测量误差减小到0.01%;工程应用结果表明该补偿技术的应用有效的减小了传感器甲烷浓度测量的误差,为激光传感器在煤矿现场的正常运行提供可靠保障。     

煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响研究

瓦斯和煤尘复合爆炸是煤矿井下爆炸灾害的主要形式之一,研究瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律,是有效防治煤矿爆炸灾害的必备条件。为研究煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响,特选用2种组分不同的煤尘(烟煤和无烟煤)。依据EN 14034标准,使用10 kJ化学点火头在标准20L球形爆炸容器中,分别对2种煤尘的最小爆炸浓度、相同试验条件下的瓦斯爆炸下限以及煤尘与瓦斯的复合爆炸下限进行了测量。试验测得烟煤和无烟煤的最小爆炸浓度分别为50 g/m^3和70 g/m^3,瓦斯爆炸下限为4%。当煤尘中分别通入1%、2%、3%、4%的瓦斯后,烟煤最小爆炸浓度分别降低至40、20、5、0 g/m^3,无烟煤最小爆炸浓度分别降低至50、20、5、0 g/m^3。基于上述测量结果,对比分析了煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律的影响,并探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等气粉复合爆炸下限预测模型对瓦斯/煤尘复合体系的适用性。结果表明:2种煤尘的最小爆炸浓度均随瓦斯浓度的增大而降低,但挥发分含量低的煤尘降幅更大,即瓦斯对低挥发分煤尘最小爆炸浓度的影响更为显著。Jiang模型预测值远远偏离实际测量值;Le Chatelier模型预测值高于实际测量值,且误差随瓦斯浓度的增大而增大;Bartknecht模型适用性相对较好,且更适用于低挥发分瓦斯/煤尘复合体系。     

废弃煤矿瓦斯资源信息管理云平台研发

针对在我国煤炭行业改革的大环境下的废弃矿井瓦斯利用与规划问题,为了能更直观、清晰地查阅管理数量庞大且繁杂的废弃矿井瓦斯赋存资源信息,更智能地对废弃矿井瓦斯资源的可抽性进行评判,建立包含废弃煤矿瓦斯含量、瓦斯资源量等多源异构信息的数据仓库,开发了具有快捷编辑、多源查询、动态更新、可视统计、空间分析、图表制作等功能为一体的...     

基于吸收光谱式瓦斯传感器的研究

煤矿中瓦斯气体的浓度是引起煤矿瓦斯爆炸事故的主要原因。本文利用吸收光谱检测技术进行甲烷传感器在线检测的研究,通过调整激光器的电流和温度达到气体特定的吸收光谱线,从而有效地避免其他气体造成的干扰,检测限可达到从ppm级到%的含量级。实验结果表明,基于吸收光谱式甲烷传感器可以方便,快速的检测煤矿中瓦斯浓度。     

国家能源集团建设瓦斯“零排放”示范矿井前景分析

为了减缓全球温室效应问题,实现我国碳中和远景目标,国家能源集团积极调整产业结构,努力实现绿色低碳转型。作为全球最大的煤炭生产商,煤矿高效生产过程中难免伴随着煤矿瓦斯的产出,为了从根本上减少煤矿安全生产事故、减少温室气体排放、增加清洁能源供应量,国家能源集团可借鉴国内瓦斯"零排放"示范矿井成功经验,在全集团高瓦斯矿井实施"井上下三区联动"综合治理方式;积极探索低瓦斯浓度发电、乏风发电、低浓度瓦斯直燃、烟气再利用等关键技术,通过建立保德煤矿瓦斯"零排放"示范矿井,逐步实现全集团矿井瓦斯"零排放",推动清洁发展机制(CDM)项目交易,实现新的利润增长点,为我国早日实现碳中和目标作出贡献。     

变压吸附法富集低体积分数含氧煤层气的研究

为了解决低体积分数含氧煤层气无法富集利用的问题,研究了甲烷体积分数为20%的煤矿抽排瓦斯的变压吸附富集过程。为了保证富集过程的安全,吸附过程中使用混合吸附剂,同时吸附甲烷和氧气,使得排放气和解吸气中甲烷和氧气体积分数都处在安全范围内。实验研究了吸附塔高径比、吸附时间、吸附剂比例、节流孔直径、反吹时间等对分离效果的影响。结果表明：在碳分子筛和活性炭作为混合吸附剂的体系中,其质量之比为3.4时可以将甲烷体积分数安全地提浓到30%以上,此时排放气中甲烷体积分数低于3%,氧气体积分数低于10%。     

煤尘和湿度对红外瓦斯传感器的影响研究

 为了建立矿井内煤尘和湿度对红外传感器影响的模型,采用嵌入式处理器LPC2129和红外传瓦斯感器MH-440V设计了瓦斯浓度实时测量系统,系统主要由上位机和瓦斯浓度检测终端组成,检测终端通过对模拟环境中的瓦斯浓度进行采集后实时发送到上位机,上位机对数据信息进行接收、处理、分析、显示和存储。根据煤尘和湿度的特性,自建了模拟的煤尘和湿度实验系统,经过对红外瓦斯传感器进行了煤尘和湿度的影响实验,得出了煤尘对红外瓦斯传感器的影响呈线性的规律和湿度在一定时间内对红外瓦斯传感器的影响也呈线性规律的重要结论,成功建立了煤尘和湿度对红外传感器的实验模型。