CN101782507A - 一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，涉及一种煤矿井下用的极性气体定性、定量分析新方法，该分析方法过程如下：真空泵将矿井掘进、开采过程中或是灾变后混合气体抽入到采气室，经过除尘干燥处理，稳定流量后通入仪器防腐蚀气体池，并不断排空，光源发出的红外光经干涉仪调制得到干涉光，干涉光通过样品达到检测器变成电信号，绘出干涉图，由光谱分析工作站进行傅立叶变换得到样品的红外光谱图。该方法基于傅立叶变换红外光谱分析方法对煤矿多组分极性气体进行定性、定量分析，实现了对煤矿常见的有毒有害气体和爆炸性气体C1-C4、CO、CO2、SF6等多种气体定量检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下用的极性气体定性、定量分析新方法，特别是涉及一种能够应用到煤矿井下爆炸环境现场应用和在线式检测的新方法。
背景技术
在煤矿开采过程中随着煤岩剥离开采工作的进行，地面空气进入井下以后，由于井下有机物的腐烂、煤炭氧化、爆破作业以及煤层赋存的有害气体解吸附等因素的影响，井下空气成分发生了重大变化。尤其是井下发生灾变事故以后，产生了大量有毒有害气体，严重影响着矿工生命。根据《煤矿安全规程》要求，为了保障工人身心健康和生命安全，应该对井下气体成分进行严格控制，同时根据检测出的井下气体种类和含量，能够预测出煤炭自燃氧化程度防止煤炭自燃、判别灾变时期爆炸危险程度。因此，必须对煤矿空气成分和灾变时期混合气体进行气体分析和检测，能有效遏制矿井火灾、瓦斯爆炸事故的发生。
对有毒有害化学气体的定量分析常采用气相色谱法、电化学检测法和红外光谱法等。电化学方法由于采用液体电解质，因此现场使用不方便；气相色谱法经过一个世纪的发展，因其灵敏度高、分离度好、定量分析的精度高，已经成为一种广泛使用的分析方法。但是，色谱分离需要较长的时间，氢火焰柱不能应用于爆炸环境等缺点，不适用于煤矿日常气体分析和事故时期抢险救灾现场应用。
光谱法是仪器分析领域的一种重要分析方法，随着仪器生产技术提高、计算机技术的快速发展，尤其是傅立叶变换红外光谱仪具有信噪比高、稳定性好、分辨率高、波长精度高、扫描速度快、非破坏性等诸多优点，利用红外光谱法进行定量分析已经成为热门，广泛应用于食品、医药、材料等领域。但是目前常用的光谱仪对待测气体和工作环境要求苛刻，操作复杂，气体吸收谱线重叠，定量检测浓度范围窄，检测的气体种类少等都限制了光谱仪在煤炭领域的应用，目前国内外煤矿现在还没有应用光谱技术实现在线式多组分气体分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，该方法基于傅立叶变换红外光谱分析方法对煤矿多组分极性气体进行定性、定量分析，实现了对煤矿常见的有毒有害气体和爆炸性气体C1-C4、CO、CO2、SF6等多种气体定量检测。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，该分析方法过程如下：真空泵将矿井掘进、开采过程中或是灾变后混合气体抽入到采气室，经过除尘干燥处理，稳定流量后通入仪器防腐蚀气体池，并不断排空，光源发出的红外光经干涉仪调制得到干涉光，干涉光通过样品达到检测器变成电信号，绘出干涉图，由光谱分析工作站进行傅立叶变换得到样品的红外光谱图。
所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，所述的光谱分析工作站包括数据采集处理模块、定性定量分析模块、危险性识别评价模块、数据存储显示模块。
所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，数据采集处理模块控制仪器采集气体光谱数据，然后对所采集的数据进行预处理，减少干扰因素对光谱信息提取的影响。
所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，定性定量分析模块对被测气体进行定性定量分析，并给出分析结果。
所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，危险性识别评价模块根据定性定量分析结果，对待测混合气体的危险性进行识别评价，对超过《煤矿安全规程》规定有毒有害气体最高允许浓度的，发出声光报警信号；对不同种类煤炭的自然发火标志性气体进行监测，在仪器中选定所要监测的煤炭种类，根据不同煤质调用不同辨别公式和指标；对爆炸性混合气体监测时，首先判别各爆炸性气体的单一爆炸危险性，然后再计算混合爆炸气体爆炸界限。
所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，数据存储显示模块显示上诉定性定量分析结果及各种评价结论，以及打印和存储各种数据。
本发明的优点与效果是：
1、利用傅立叶变换红外光谱方法对井下气体测试具有传统测试方法无法比拟的优势，响应快、测试时间短，能为矿井救灾争取宝贵时间；
2、测试灾变环境下混合气体时，整机防爆的傅立叶红外光谱仪能实现现场测试；
3、可实现连续采样、在线式测试，不破坏待测气体成分；
4、具有井下常规气体监测和灾变时期多种混合气体共存下的爆炸性危险性判定功能；
5、防腐蚀的气体池，多项抗震功能设置，延长了仪器使用寿命，能实现便携式操作；
附图说明
本发明的附图为工作原理示意图。
具体实施方式
真空泵1将煤矿开采过程中或灾变后气体经由A口抽入，经过样品处理系统2除尘干燥处理，引入稳流装置3，稳定流量的气体经过傅立叶变换红外气体光谱仪4的防腐蚀气体池4-2，然后由B口排出，光源4-1发出的红外光经干涉仪4-2变成干涉光，干涉光照射气体池4-3内的待测气体，检测器4-4获得干涉图，数据采集处理模块4-5控制仪器采集气体光谱数据，然后对所采集的数据进行预处理，减少各干扰因素对光谱信息提取的影响。定性定量分析模块4-6对被测气体进行定性定量分析，并给出分析结果。危险性识别评价模块4-7根据定性定量分析结果，对待测混合气体的危险性进行识别评价，对超过《煤矿安全规程》规定有毒有害气体最高允许浓度的，发出声光报警信号；对不同种类煤炭的自然发火标志性气体进行监测，可在仪器中选定所要监测的煤炭种类，根据不同煤质调用不同辨别公式和指标；对爆炸性混合气体监测时，首先判别各爆炸性气体的单一爆炸危险性，然后再计算混合爆炸气体爆炸界限。数据存储显示模块4-8主要用来显示上诉定性定量分析结果及各种评价结论，以及打印和存储各种数据。
Claims (6)
1.一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，其特征在于该分析方法过程如下：真空泵将矿井掘进、开采过程中或是灾变后混合气体抽入到采气室，经过除尘干燥处理，稳定流量后通入仪器防腐蚀气体池，并不断排空，光源发出的红外光经干涉仪调制得到干涉光，干涉光通过样品达到检测器变成电信号，绘出干涉图，由光谱分析工作站进行傅立叶变换得到样品的红外光谱图。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，其特征在于，所述的光谱分析工作站包括数据采集处理模块、定性定量分析模块、危险性识别评价模块、数据存储显示模块。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，其特征在于，数据采集处理模块控制仪器采集气体光谱数据，然后对所采集的数据进行预处理，减少干扰因素对光谱信息提取的影响。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，其特征在于，定性定量分析模块对被测气体进行定性定量分析，并给出分析结果。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，其特征在于，危险性识别评价模块根据定性定量分析结果，对待测混合气体的危险性进行识别评价，对超过《煤矿安全规程》规定有毒有害气体最高允许浓度的，发出声光报警信号；对不同种类煤炭的自然发火标志性气体进行监测，在仪器中选定所要监测的煤炭种类，根据不同煤质调用不同辨别公式和指标；对爆炸性混合气体监测时，首先判别各爆炸性气体的单一爆炸危险性，然后再计算混合爆炸气体爆炸界限。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下极性混合气体光谱分析方法，其特征在于，数据存储显示模块显示上诉定性定量分析结果及各种评价结论，以及打印和存储各种数据。
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