地底的危险气体如何检测：瓦斯

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。 瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。

煤矿井下采掘过程中从煤岩中涌出的有害气体总称为瓦斯，瓦斯的主要成分是CO、H2S、CH4等烃类化合物。 近年来，我国煤矿多次发生井下事故，伤亡人数超过全部重大事故伤亡人数的一半。常见的井下瓦斯灾害主要有三种不同的类型：瓦斯爆炸、瓦斯突出和瓦斯燃烧。为避免煤矿事故的发生，井下气体的检测非常重要。

一、煤矿中CH4的检测 煤矿事故中，瓦斯爆炸和瓦斯燃烧造成火灾占很大比例，而且二者常常伴随发生。发生瓦斯爆炸的主要原因是瓦斯在矿井中的聚集，瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），约占83-89%，它是在成煤过程中形成并储存于煤层中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。 甲烷气体无色、无味、无嗅，密度为0.7164kg/m3，它本身无毒，对人体的主要危害是超限时能引起人窒息死亡，但它具有易燃、易爆等特点，与空气混合达到一定浓度后，遇高温火源引起燃烧或爆炸，按体积计算，甲烷浓度在5.3-15.0%时具有爆炸性，甲烷气体在矿井中的积累成为困扰煤矿安全生产的重大难题。 在我国煤矿安全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡占所有重大事故伤亡人数的50%以上，给国民经济、人民的生命安全造成巨大损害。 《煤矿安全规程》规定用于井下甲烷气体检测的仪器以1%为警报限，由于甲烷气体比较轻，在矿井下经常聚集在顶棚附近或掘井工作面，这些地方又不适合安装甲烷探测器，所以研究开发远距离探测仪器来实现对甲烷浓度的监测是非常必要的，通过实时监测甲烷浓度是消除或减少瓦斯爆炸的重要措施。二、常用的CH4检测方法 检测甲烷气体浓度的测量方法有：载体催化型、光干涉型、热导型和红外光谱吸收型，几种检测方法的基本原理如下： 载体催化型：甲烷和氧气在载体催化原件表面反应，放出反应热，使得元件温度上升，电阻增加，通过测量电阻增量就可以测定甲烷气体浓度。 光干涉型：光在空气中和被测甲烷气体中的传播速度有差异，传播过程中光程差的出现引起干涉条纹的移动，根据干涉条纹的位置可以检测甲烷气体的浓度。 热导型：利用所测花完气体与空气的热导率之差来实现对气体浓度的检测。 红外光谱吸收型：不同气体对红外辐射有着不同的吸收光谱，某种气体的特征光谱吸收强度和该气体的浓度有关，利用这一原理可以测量甲烷气体浓度。三、煤矿事故中的CO 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。而且在煤矿井下，CO也是引起瓦斯爆炸的主要气体之一。可见无论是瓦斯爆炸产生的原因还是瓦斯爆炸过后的产物都和CO有关。 CO是一种无色、无味、无嗅、毒性极强的气体，比重为0.967，几乎不溶于水，在正常状态下性质不活泼，当与空气混合达到12.5%-75%时遇火能爆炸。CO是一种有剧毒性的气体，被人体吸入后会导致组织缺氧，抑制组织呼吸，危及人们的健康及安全。 《煤矿安全规程》规定在煤矿井下环境空气中，CO最高容许浓度为0.0024%。另外，煤在低温氧化阶段产生CO，且CO的涌出量变化稳定，能客观地反映煤炭的自燃基本规律，CO也是早期预测矿井火灾的敏感指标。四、利用传感器检测CO CO传感器在民用、工业应用、环境检测等方面也有着重要应用。实时、准确地测出井下CO气体的浓度，对保障煤矿工业安全生产、提高人们生活质量具有十分重要的意义。及时监测矿井空气中的一氧化碳浓度，还是早期预防井下火灾的有效办法。目前常用的CO传感器有电化学气体传感器、催化传感器、固态传感器和红外气体传感器四种不同的类型，测试原理如下： 电化学气体传感器：气体与专门研制的电极材料发生化学反应起催化作用，反应产生的电流与气体浓度成正比。由此将反应所产生的电流转换成对应的气体浓度结果。 催化型可燃气体传感器：气体分子在传感器表面燃烧，铂线圈温度升高使其电阻值改变，从而使电桥变得不平衡。铂线圈电阻改变的大小和气体浓度成比例，得到相应的与气体浓度成比例的电信号。 固态传感器：金属氧化物使气体电离成带点的离子或复合物，从而导致电子的转移。从而使置入金属氧化物中的偏置电极电导率变化，这种变化与气体浓度成比例。 红外吸收气体传感器：气体吸收特定波长的红外光，吸收红外能力的大小与浓度成比例，由吸收的强弱可测得气体浓度。

五、红外气体分析仪保障煤矿安全生产 为了有效地控制井下事故发生，最大限度地减少人员伤亡事故，应建立危险气体监控系统，加强对CH4和CO在井下环境空气中浓度的实时检测。有害气体分析仪能够实现连续在线监测，及时掌握CH4和CO浓度的变化，对预防煤矿事故的发生具有重要意义。

来源：安帕尔气体检测