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1、光干读数与氧气浓度关系分析与研究申贵堂 (河北金牛能源股份有限公司 河北 邢台 054026)摘 要:通过对光学瓦斯检定器原理的分析，提出合理假设，进一步列出混合气体的分子量等式。根据各种气体的分子量大小，推导出光学瓦斯检定器读数和混合气体中氧气浓度的换算关系式，解决低氧条件下闭墙里和火区内的瓦斯浓度的准确计算问题。关键词：分子量等式；换算关系式、概述：目前，瓦斯检测仪器中应用最广、安全可靠、操作简便的仪器是光学瓦斯检定器。当空气中氧含量大于18时，该仪器读数较为准确；然而，随空气中氧浓度逐步降低，该仪器读数随之偏高且误差越来越大。尤其是火区内气体更是如此，光学瓦斯检定器读取瓦斯浓度达到56，
2、可是化验瓦斯含量仅有0.10.2。即便使用现有的误差对照表进行修正，读数误差依然在5倍以上。、原因分析和关系式推导： 误差原因分析：光学瓦斯检定器是利用相干光源经过长度相等而介质不同的两个气室产生光程差，引起干涉条纹偏移，从而读取相应数据的仪器。产生光程差的原因是两个气室中的介质不同，就是介质密度不同，也就是介质的混合分子量不同。空气中氧浓度降低，光学瓦斯检定器读数偏高，就是把氧气浓度降低造成混合分子量减小，误认为瓦斯增加所致。 关系式推导：新鲜空气主要有氮气、氧气组成，其他气体忽略不计。实际混合气体成分主要包括氮气、氧气、瓦斯、二氧化碳，其他气体（包括烷烃类）忽略不计。假设体积不变时，空气中
3、混入瓦斯等气体所排出的空气量是按照空气原有比例排出的（一些测量数据已证实假设成立）且井下实际混合气体分子量和光学瓦斯检定器测量的测定混合气体分子量相等。另外，井下实际混合气体中氧气浓度采用比长式检定管测量，二氧化碳浓度则是光学瓦斯检定器所测量混合气体浓度和测量的瓦斯浓度之差，具有误差补偿作用。因此，测得测定混合气体的氧气和二氧化碳浓度可以代表实际混合气体中相应成分的实际数值。新鲜空气中，氮气占79%，氧气占21%且氮气、氧气、瓦斯、二氧化碳的分子量P分别是28、32、16、44。假设实际混合气体中氧气、瓦斯、二氧化碳的含量分别是O2、CH4、CO2，测定混合气体中氧气、瓦斯、二氧化碳的含量分别
4、是O2测、CH4测、CO2测，则有等式成立，即：P O2O2+P CH4CH4+P CO2CO2+P N2（100 -O2 -CO2 -CH4）= P O2（21- 0.21CH4测 - 0.21CO2）+P N2（79 - 0.79CH4测 - 0.79CO2）+ P CH4CH4测 + P CO2CO232O2 + 16CH4 + 28（100 -O2 -CO2 -CH4）= 32（21- 0.21CH4测 -0.21CO2）+28（79- 0.79CH4测 -0.79CO2）+16CH4测CH4 = 0. 33O2 + 0.07CO2 + 1.07CH4测 - 7 ，（%）23 验证数据
5、：收集7712风巷闭墙里2005年12月24日至2006年元月18日早班六次的原始检查数据和其平均值。（见表1和表2）7712风巷闭墙里检测基础数据表 （表1）次数122412251226CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)12.581.22113.41.4282.81.62922.640.94113.621.1272.71.81032.70.993.621.172.681.91042.741.183.71.1292.81.82952.90.94123.541.182.781.791062.941.183.51.292.821.
6、7610AV2.751.039.833.561.188.002.761.789.67次数122712281229CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)12.721.8692.661.92102.861.84923.121.5492.742.22931.421032.841.7692.861.7293.11.241043.261.42102.741.821031.64952.641.62102.782.0893.221.4962.71.892.720.96931.529AV2.881.679.332.751.799.333.031.
7、519.337712风巷闭墙里检测基础数据表 （表2）次数1230123111CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)12.921.8493.11.9293.61.5922.861.78102.961.8893.561.458331.6293.31.6493.51.2843.21.4893.141.5293.441.66853.121.4693.121.5493.741.23862.941.7293.321.693.671.48AV3.011.659.173.161.6893.561.418.17次数121314CH4(%)CO2(
8、%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)141.4484.071.5574.261.58724.11.48841.3473.981.326341.3884174.31.5644.081.484.11.11741.44654.121.4784.181.5274.51.56641.3784.281.574.391.536AV4.051.428.004.111.347.004.241.486.1715113118CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)14.761.5465.062.1154.89
9、1.97424.621.664.982.0654.981.82434.61.6295.12.0364.812.06544.51.565.021.8955.041.79454.621.6465.072.0854.921.86464.561.765.131.9555.11.934AV4.611.66.55.062.025.174.961.914.17计算结果与化验结果对照表 （表3）地 点测 量 数 据计算结果修正结果化验结果CH4(%)CO2(%)O2(%)CH4(%)CO2(%)O2(%)时间七七一二风巷闭墙里12.751.039.83-0.740.80 0.31.511.3122423.56
10、1.188.00-0.461.28 0.22.09.4122532.761.789.67-0.730.78 0.41.99.4122642.881.679.33-0.720.820.21.89.2122752.751.799.33-0.850.690.22.08.6122863.031.519.33-0.570.970.11.88.3122973.011.659.17-0.640.920.21.89.7123083.161.689-0.531.060.12.17.6123193.591.418.17-0.371.330.12.07.511104.051.428.000.071.770.12.4
11、9.312114.111.347.00-0.201.660.12.45.313124.241.486.17-0.331.640.12.55.314134.611.66.50.192.070.22.85.415145.062.025.170.262.2802.81.4113154.961.914.17-0.192.0003.10.9118注：测量数据为每天早班所测数据的平均值；计算结果为推倒公式计算的数据；修正结果为经误差对照表修正后的数据；化验结果为早8点取样的化验数据。24 结果分析：（1）表3中计算结果出现负值，可能是测量误差所致。（2）表3中计算结果与修正结果相比，计算结果更接近于化验结果。3、结论：（1） 从公式上看，一定条件下光学瓦斯检定器的读数误差可达到7%，而不是误差对照表中的3.5%；当氧气浓度为21%时，正好抵消公式中的常数，即：氧气浓度高时，测量数值较准确，反之偏差较大；（2） 验证数据有限，难免有疏漏之处，需要更多数据和实验进行校验；（3） 换算关系式推导过程未考虑其他惰性气体影响。参考文献: 赵以惠: 矿井通风与空气调节，中国矿业大学出版社，1990。 宁廷全等：瓦斯检查员，煤炭工业出版社，2003。作者简介：申贵堂（1970），男，河北邢台人，高级工程师，毕业于西安矿业学院，现在邢台矿通风科工作。
