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1、光 干 涉 瓦 斯 测 定 器,上节课内容回顾,一：什么是矿井瓦斯 二：瓦斯的性质 三：瓦斯的危害 四：瓦斯的赋存,一：什么是矿井瓦斯,矿井瓦斯是成煤过程中的一种伴生气体，是指煤矿井下以甲烷（CH4）为主的有毒、有害气体的总称，有时也单指甲烷。,二：瓦斯的性质,瓦斯通常指甲烷：分子式为CH4。它是一种无色、无味的气体，在标准状态下（气温为0，大气压力为1.01105Pa），1m3甲烷的质量为0.7618kg，而1m3的空气质量为1.293kg，因此，瓦斯比空气轻，其相对密度为0.554，瓦斯具有很强的扩散性，扩散速度是空气的1.34倍。瓦斯具有燃烧性和爆炸性。,三：瓦斯的危害,（1）瓦斯窒息。
2、瓦斯本身无毒，但空气中甲烷浓度较高时，就会相对降低空气中的氧气浓度，在压力不变的情况下，当甲烷浓度达到43%时，氧气浓度就会冲淡到12%，人会感到呼吸困难：当甲烷浓度达到57%时，氧气浓度会降到9%，这时，人若误入其中，短时间内就会缺氧死亡。 （2）瓦斯的燃烧和爆炸。当瓦斯与空气混合达到一定的浓度，遇到高温火源就能燃烧或者爆炸，一旦形成灾害事故，会造成大量井下作业人员的伤亡，严重影响和威胁井下安全成产。瓦斯爆炸是矿井五大自然灾害之首。,四：瓦斯的赋存,瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态有两种： （1）游离状态：这种状态的瓦斯以自由气体的状态存在于煤层或围岩的孔洞中，其分子可以自由运动，处于承压状态。
3、 （2）吸附状态：按结合形式的不同又分为吸着状态和吸收状态。吸着状态是指瓦斯被吸着在煤体或岩体微孔表面，在表面形成瓦斯薄膜：吸收状态指瓦斯被溶解于煤体中，与煤的分子相结合，类似于气体溶解于液体中。,要 点:一：什么是光干涉二：光学瓦斯检定器的特点及构造三：光学瓦斯检定器的工作原理四：光学瓦斯检定器的操作,一：什么是光干涉,光的干涉的定义： 两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在某些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布现象。 产生条件： 只有两列光波的频率相同，位相差恒定，振动方向一致的相干光源才能产生光的干涉。 对于普通的光源，保证相位差恒定，成为实现干涉的关键，为了解决发光
4、机制中初相位的无规则迅速变化和干涉条纹的形成，要求初相位差恒定的矛盾，可把同一光源所发出的光波分解成两列或几列，使各分光束经过不同的光程（即光线通过的路程于其介质折射率的乘积）然后相遇，这样不管原始光源的初相位频率变化，分光束之间仍有可能有恒定的相位差，因此产生干涉现象。,二：光学瓦斯检定器的特点及构造,光学瓦斯检定器是用来测定瓦斯浓度，也可测定其他气体（如二氧化碳）的浓度的一种仪器。按其测量瓦斯浓度的范围分为010%（精度0.01%）和0100%（精度0.1）两种。 这种仪器的特点是携带方便，操作简单，安全可靠，且有足够的精度：但构造复杂，维修不便。,（1）光学瓦斯检定器的功能和特点,(2)
5、光学瓦斯检定器的构造,光学瓦斯检定器有很多种类。我国生产的主要有AQG和AWJ，其外形和内部构造基本相同，现以AQG1型为例说明其构造如下： AQG1型瓦斯检定器外形是个矩形盒子，其由气路、光路和电路三大系统组成。 见P145如图4-1所示：,（1）气路系统,由吸气孔4、进气管5、水分吸收管9、二氧化碳吸收管11、吸气橡皮球10、气室（包括瓦斯室和空气室）22和毛细管30等组成。 其主要部件的作用是：气室用于分别存储新鲜空气和含有瓦斯或者二氧化碳的气体：水分吸收管内装有氯化钙（或硅胶），用于吸收混合气体中的水分，使之不进入瓦斯室，以使测定准确：毛细管其外端连通大气，其作用是使测定时的空气室内的
6、空气温度和绝对压力与被测地点（或瓦斯室内）的温度和绝对压力相同，同时又使含瓦斯的气体不能进入空气室；二氧化碳吸收管内装有颗粒直径为25mm的钠石灰，用于吸收混合气体中的二氧化碳，以便准确的测定瓦斯浓度。,（2）光路系统,由 物镜25、 聚光镜18、平行平面镜20、 平面玻璃21、 气室22、折射棱镜24、 反射棱镜23、聚光镜18等 组成,（3）电路系统,其功能和作用是为光路供给电源。 由干电池12、灯泡16、光源盖13、光源电门8和微读数电门7组成。,三：光学瓦斯检定器的工作原理,瓦斯检定器是根据光干涉原理制成的。它的光路系统见P146图4-2。灯泡1发出一束白光，经过光栅2和透镜3（起聚光
7、作用）射到平行平面镜使光束分成两路：一路自平面镜a点反射，经右空气室，大三棱镜和左空气室回到平行平面镜底，经镜底反射、镜面折射、往返通过瓦斯室也达到平面镜， 于b点反射后与第一束光一同进入三棱镜，再经90反射后进入望远镜，这两束光由于光程不同，在望远镜7的焦平面上产生了白色特有的干涉条纹（通常称为光谱），条纹中有两条黑纹和若干条彩纹。条纹经过测微玻璃8、分化板9、场镜10到达目镜11.,由于光通过的气体介质的折射率与气体的密度有关，如果以空气室和瓦斯室都充入同密度新鲜空气时产生的条纹为基准（对零），那么，当瓦斯室充入含有瓦斯的空气时（抽气测定），由于空气室中的新鲜空气和瓦斯室中的含瓦斯气体之间
8、密度不同，引起折射率的变化，光程也随之发生变化，于是干涉条纹位移（移动），从目镜可以看到干涉条纹的移动距离。由于干涉条纹的位移量的大小于瓦斯浓度的高低呈正比关系，所以根据干涉条纹的移动距离就可以测知瓦斯的浓度。,光学瓦斯检定器的操作,（1）使用前的准备工作 须对瓦斯检定器井下以下检查工作： 检查药品性能。检查水分吸收管9中的氯化钙（或硅胶）和外加的二氧化碳吸收管11中钠石灰是否变色，若变色失效则应打开吸收管更换新药剂，新药剂的颗粒直径要在25mm之间，不可过大或过小。 检查气路系统。首先检查吸气橡皮球是否漏气；用手捏扁吸气球，另一手掐住胶管，然后放松气球，若气球不涨起，则表明不漏气，其次检查仪
9、器是否漏气；将吸气橡皮球胶管通检定器的吸气孔连接，堵住进气孔，捏扁吸气球，气球在1分钟不涨起说明仪器不漏气。松开进气孔后，气球憋起自如，说明仪器气路畅通。,检查光路系统按下光源电门，由目镜观察，并旋转目镜筒，调整到分化板清晰为止，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰取下光源盖，拧松灯泡后盖，调整灯泡后端小柄，同时观察目镜内条纹，直到清晰为止。然后拧紧灯泡后盖，装好仪器。 对仪器进行校正;国产光学瓦斯检定器的简单校正办法是将光谱的第一条黑纹对在0上，如果第五条纹整在7%的数值上，表明条文宽窄适当，可以使用。否则应调整光学系统。 这时候一台合格的仪器便可以携带使用了。,使用光学瓦斯检定器测定瓦斯浓度,1
10、对零。在到达距离待测工作面附近的进风巷道中，捏放气球数次，然后检查微读数盘的零位刻度与指标线是否重合，选定的黑基线与分化板的零位是否重合。若有移动，则按照对零的操作方法进行调零，使光瓦处在零位状态。 2测定。将连接在二氧化碳吸收管进气口的胶皮管伸向待测位置，然后捏放气球510次，将待测气体吸入瓦斯室 3读数。按下光源电门8，由目镜1中观察黑基线的位置。如其恰好于某整数刻度相重合，读出刻度数值，即为瓦斯浓度；如果黑基线位于两整数之间，则应顺时针转东微调螺旋，使黑基线退到较小的整数位置上，然后从微读数盘上读出小数位，整数与小数相加则位所测瓦斯浓度 。,使用光学瓦斯检定器测定二氧化碳浓度,用光学瓦斯
11、鉴定器首先测得瓦斯浓度，然后取下二氧化碳吸收管，再测得瓦斯和二氧化碳混合气体的浓度，后者减去前者，再乘以0.955的校正系数。即为所要测的二氧化碳浓度。由于二氧化碳的折射率与瓦斯的折射率相差不大，一般测定时也可不校正。,思考练习题,一：为什么二氧化碳吸收管内装有的钠石灰颗粒直径为25mm？答：因为颗粒过大不能充分吸收通过气体中水分或者二氧化碳：颗粒过小又容易堵塞甚至其粉末被吸入气室内。 颗粒直径的不符合要求会影响测定的准确度。,二： 使用光学瓦斯检定器测瓦斯浓度时候， 对零，为什么要在到达距离待测工作面附近的进风巷道中，捏放气球？,答：为了测定的准确性，要到于待测地点温度和绝对压力相近的地点进
12、行对零。这样可以防止出现因温度和空气压力变化较大测定时出现的零点漂移的现象。,瓦检员操作规程 第一条 1入井前未按要求检查所携带的各类安全仪器、仪表；仪器、仪表不完好。 2进入工作地点未对周边环境进行检查（顶、帮及运行设备）。 3空班、脱岗、睡岗、假检、漏检及记录不完善。 4瓦斯浓度超限未及时断电、撤人，未及时设置栅栏、揭示警标；恢复通风时未检查局部通风机及供电设备附近瓦斯、二氧化碳浓度。,第2条 具备矿井安全知识和采掘经验，熟悉矿井通风系统和所管辖范围内的通风、瓦斯、防尘、防灭火设施。 第3条 熟悉瓦斯-氧气两用仪、瓦斯及CO便携仪、光干涉瓦斯测定器、多种气体检定器的使用方法。 三、安全规定
13、 第4条 在作业前必须进行危险源辨识，作业过程中必须执行“手指口述”。 第5条 本规程适用于瓦斯检查工、火区检查工。,第6条 遵守矿用工制度、劳动纪律及“一通三防”规章制度，严格执行现场交接班制度“一炮三检”制度。 第7条 需要测定瓦斯的地点如下： 1采煤工作面需测定甲烷和二氧化碳的地点有: (1)工作面进风流。 (2)工作面风流。 (3)上隅角。 (4)工作面回风流。 2掘进工作面需测定甲烷及二氧化碳的地点有: (1)掘进工作面风流。,(2)掘进工作面回风流。 3矿井总回风或一翼回风流中的甲烷和二氧化碳的测定在各测风站内进行。 4采区回风流中的甲烷和二氧化碳的测定在该采区各分区风流汇合后的测
14、风站内进行。 (3)局部通风机前、后各10m内的风流。 5硐室的甲烷、二氧化碳及其它有害气体的测定在各硐室内进行。 6设置有电动机(如小绞车、水泵、采煤机、掘进机移动变电所等)的采掘工作面进风流中的甲烷和二氧化碳的检查应在以电动机为中心的进回风两端各20m范围内的巷道内进行。 7放炮地点检查瓦斯的部位有：,(1)采煤工作面放炮地点的瓦斯检查应在沿工作面煤壁上下各20m范围内的风流中进行； (2)掘进工作面放炮地点的瓦斯检查应在该点向外20m范围内的巷道风流中及本范围内局部瓦斯积聚处进行。 第8条 检查瓦斯顺序: 1瓦斯检查次数按煤矿安全规程有关规定执行。 2循环检查瓦斯的顺序和有关规定如下:
15、(1)采煤工作面是从进风巷开始，经采煤工作面下部、中部、上部、上下隅角、回风巷等为一次循环检查；,(2)采掘工作面检查瓦斯的间隔时间要均匀，在正常情况下，每班检查2次，其相隔时间不允许过大或过小。 第9条 每次检查瓦斯后，必须先填写瓦斯记录手册，然后填写瓦斯检查记录牌板，并及时向通风调度汇报。 四、操作准备 第10条 应携带瓦检仪、检查棍、胶皮管、温度计、瓦斯检查手册，并携带便携式CO、瓦斯报警仪或瓦斯氧气两用仪。 第11条 在领取仪器、仪表时应检查其是否符合要求，必须检查瓦检仪的电路、气路、光路和药品是否符合要求。,五、正常操作 第12条 使用瓦斯检定器检查甲烷和二氧化碳浓度的方法如下: 1
16、在待测瓦斯地点的进风流中清洗瓦斯室，将微读数回零位，基线对零 2在检测地点、带辅助管挤压气球57次，观测检定器，读出甲烷浓度。 3在检测地点检查二氧化碳浓度时，先按上述方法测出甲烷浓度；再将辅助管拔掉，用检查甲烷的方法测出混合气体浓度；混合气体浓度减去甲烷浓度即得二氧化碳浓度。 第13条 测定一氧化碳浓度的操作方法：,1在待测地点先推拉活塞35次，以清洗取样唧气筒；然后再抽取气样，并迅速将锥形阀杆打到关闭位置，离开取样地点到安全地方；破开检定管两端，将其低浓度端插入唧筒胶座，将阀杆打到垂直位置，然后按检定管说明书规定的时间推动活塞，使气体均匀地通过检定管。根据变色环的位置直接读出一氧化碳的浓度
17、。 2根据被测气体浓度选取合适的检定管。如果被测气体浓度高于检定管上限，可以先稀释气体，然后再将结果扩大同样倍数，即为被测气体的真实浓度；如果被测气体浓度低于检定管的下限，则可增加送气体数，或用一支检定管连续测几次，将,结果按送气次数缩小相同的倍数或除以测量次数，即为被测气体中的真浓度。测量时，要尽量避开放炮时间，防止炮烟中一氧化碳干扰。 第14条 局部瓦斯积聚或临时停风的盲巷内积聚瓦斯时，必须及时向矿调度室汇报，由通风队制定措施，经矿总工程师审定后进行排放。 第15条 瓦斯检查牌板的吊挂位置应符合以下要求： 1回采工作面上（下）隅角牌板应挂在工作面上（下）口；工作面牌板应挂在距工作面煤壁不超过10m处；回风流牌板应悬挂在距全风压风流混合处10-15m处。,
