甲烷传感器在煤矿瓦斯检测报警中的应用

煤矿行业提供的能源主要用作电厂、化工、钢铁、运输、锅炉等行业，随着经济的快速发展，虽然在能源应用的占比有所下降，但是需求总量确实逐年増长。可以说煤炭行业已经深入我们的国家队各行各业。为 保证生产、加工、运输、使用环节的安全，需要对各个环节的瓦斯爆炸、毒性气体泄漏防爆等危险气体进行检测、监控。

瓦斯其实是吸附在煤层中的一种非常规天然气，又称为煤层气，其主要成分和天然气一样，均为甲烷 (CH4),是一种非常洁净、高效、优质、安全的能源。

煤矿瓦斯爆炸的三要素是足够的瓦斯浓度、氧含量和火源。瓦斯爆炸及随之而来的燃烧大量消耗氧气、 瓦斯等气体，形成空气负压区。此时，外界的空气、煤层中的瓦斯大量向负压区补充，只要井下有火源，到 一定浓度就会再次爆炸。越爆炸，新鲜空气、瓦斯的补充速度越快；气体补充速度越快，越容易形成新的爆炸条件。理论上说，只要煤矿井下火源不灭，就存在连续发生很多次爆炸的可能。淮南一家煤矿就曾经连续爆炸1000多次。

瓦斯排放到空气中则造成严重的大气污染。煤层气的温室效应是二氧化碳的22倍，对臭氧层的破坏是一氧化碳的7倍。我国每年因采煤向大气排放的煤层气高达194亿立方米，煤炭行业每年因此耗去的排污费超 过10亿元人民币。然而，如果在煤矿开采前开发煤层气，可降低70%的瓦斯浓度。这就大大提高了煤矿生 产的安全性，减小了生产成本。同时国家相关单位制定了相应的监控标准，并有国家煤矿安标办及相应的检 测机构逬行相应标准的宣贯、和产品验收和检验。

甲烷传感器是一种矿用仪器仪表，必须首先满足井下安全生产的规程，但较其他普通传感器又必须有如 下主要特点：具有自动调零功能；标校可靠性更高，性能更稳定，使用更简单方便；采用高分辨率的单片 机，测量的数值均准确可靠；机并具有自动稳零功能；可选择的调试菜单结构，方便调试，操作简单。现有 的甲烷传感器普遍存在着功耗较大、功能单一、精确度不高的缺点，而且采用模拟电路技术，造成系统的抗 干扰能力和智能化程度都很低。因此，研制便于携带、多功能、高精度和抗干扰能力强的高可靠性甲烷检测 仪具有很大的应用价值。

甲烷传感器在煤矿安全检测系统中用于煤矿井巷，采掘工作面、采空区、回风巷道、机电响室等处连续 监测甲烷浓度，当甲烷浓度超限时，能自动发出声、光报警，可供煤矿井下作业人员，甲烷检测人员，井下 管理人员等随身携带使用，也可供上述场所固定使用。

甲烷传感器的工作原理是一般采用载体催化元件为检测元件。产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信 号，经过多级放大电路放大后产生一个输出信号，送入单片机片内A/D转换输入口，将此模拟量信号转换为 数字信号。然后单片机对此信号进行处理，并实现显示，报警等功能。

煤矿井中常用的甲烷气体传感器有半导体的、催化燃烧的、红外的、电化学的，而半导体鉴于它的高性 价比、高灵敏度、高响应速度等优点，依然占据工业和民用在甲烷检测和报警系统上的很大一块市场。

不过需要注意的是，气体传感器，特别是催化燃烧式气体传感器，都有一定的有效期。需要定期合理的 对传感器或模块进行校准与维护，才能让它的效果达到最大，另外合理的安装设置传感器或模块也能提高的 监测效果。所以，矿井下的传感器安装设置的合理性很重要，定期校验和检定也必须严格按照有关的计量检 定规程严格进行。