專利名稱：一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下用的極性氣體定性、定量分析新方法，特別是涉及一種
能夠應(yīng)用到煤礦井下爆炸環(huán)境現(xiàn)場應(yīng)用和在線式檢測的新方法。
背景技術(shù)：
在煤礦開采過程中隨著煤巖剝離開采工作的進(jìn)行，地面空氣進(jìn)入井下以后，由于 井下有機(jī)物的腐爛、煤炭氧化、爆破作業(yè)以及煤層賦存的有害氣體解吸附等因素的影響，井 下空氣成分發(fā)生了重大變化。尤其是井下發(fā)生災(zāi)變事故以后，產(chǎn)生了大量有毒有害氣體，嚴(yán) 重影響著礦工生命。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，為了保障工人身心健康和生命安全，應(yīng)該 對(duì)井下氣體成分進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)根據(jù)檢測出的井下氣體種類和含量，能夠預(yù)測出煤炭 自燃氧化程度防止煤炭自燃、判別災(zāi)變時(shí)期爆炸危險(xiǎn)程度。因此，必須對(duì)煤礦空氣成分和災(zāi) 變時(shí)期混合氣體進(jìn)行氣體分析和檢測，能有效遏制礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸事故的發(fā)生。
對(duì)有毒有害化學(xué)氣體的定量分析常采用氣相色譜法、電化學(xué)檢測法和紅外光譜法 等。電化學(xué)方法由于采用液體電解質(zhì)，因此現(xiàn)場使用不方便；氣相色譜法經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的 發(fā)展，因其靈敏度高、分離度好、定量分析的精度高，已經(jīng)成為一種廣泛使用的分析方法。但 是，色譜分離需要較長的時(shí)間，氫火焰柱不能應(yīng)用于爆炸環(huán)境等缺點(diǎn)，不適用于煤礦日常氣 體分析和事故時(shí)期搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場應(yīng)用。 光譜法是儀器分析領(lǐng)域的一種重要分析方法，隨著儀器生產(chǎn)技術(shù)提高、計(jì)算機(jī)技 術(shù)的快速發(fā)展，尤其是傅立葉變換紅外光譜儀具有信噪比高、穩(wěn)定性好、分辨率高、波長精 度高、掃描速度快、非破壞性等諸多優(yōu)點(diǎn)，利用紅外光譜法進(jìn)行定量分析已經(jīng)成為熱門，廣 泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域。但是目前常用的光譜儀對(duì)待測氣體和工作環(huán)境要求苛 刻，操作復(fù)雜，氣體吸收譜線重疊，定量檢測濃度范圍窄，檢測的氣體種類少等都限制了光 譜儀在煤炭領(lǐng)域的應(yīng)用，目前國內(nèi)外煤礦現(xiàn)在還沒有應(yīng)用光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線式多組分氣體 分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，該方法基于傅 立葉變換紅外光譜分析方法對(duì)煤礦多組分極性氣體進(jìn)行定性、定量分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦常 見的有毒有害氣體和爆炸性氣體Cl-C4、 C0、 C02、 SF6等多種氣體定量檢測。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，該分析方法過程如下真空泵將礦井 掘進(jìn)、開采過程中或是災(zāi)變后混合氣體抽入到采氣室，經(jīng)過除塵干燥處理，穩(wěn)定流量后通入 儀器防腐蝕氣體池，并不斷排空，光源發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀調(diào)制得到干涉光，干涉光通過 樣品達(dá)到檢測器變成電信號(hào)，繪出干涉圖，由光譜分析工作站進(jìn)行傅立葉變換得到樣品的 紅外光譜圖。 所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，所述的光譜分析工作站包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、定性定量分析模塊、危險(xiǎn)性識(shí)別評(píng)價(jià)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊。 所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，數(shù)據(jù)采集處理模塊控制儀器采
集氣體光譜數(shù)據(jù)，然后對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減少干擾因素對(duì)光譜信息提取的影響。 所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，定性定量分析模塊對(duì)被測氣體
進(jìn)行定性定量分析，并給出分析結(jié)果。 所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，危險(xiǎn)性識(shí)別評(píng)價(jià)模塊根據(jù)定性 定量分析結(jié)果，對(duì)待測混合氣體的危險(xiǎn)性進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià)，對(duì)超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定有毒 有害氣體最高允許濃度的，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；對(duì)不同種類煤炭的自然發(fā)火標(biāo)志性氣體進(jìn) 行監(jiān)測，在儀器中選定所要監(jiān)測的煤炭種類，根據(jù)不同煤質(zhì)調(diào)用不同辨別公式和指標(biāo)；對(duì)爆 炸性混合氣體監(jiān)測時(shí)，首先判別各爆炸性氣體的單一爆炸危險(xiǎn)性，然后再計(jì)算混合爆炸氣 體爆炸界限。 所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊顯示上訴定 性定量分析結(jié)果及各種評(píng)價(jià)結(jié)論，以及打印和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是 1、利用傅立葉變換紅外光譜方法對(duì)井下氣體測試具有傳統(tǒng)測試方法無法比擬的 優(yōu)勢，響應(yīng)快、測試時(shí)間短，能為礦井救災(zāi)爭取寶貴時(shí)間； 2、測試災(zāi)變環(huán)境下混合氣體時(shí)，整機(jī)防爆的傅立葉紅外光譜儀能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測試；
3、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采樣、在線式測試，不破壞待測氣體成分； 4、具有井下常規(guī)氣體監(jiān)測和災(zāi)變時(shí)期多種混合氣體共存下的爆炸性危險(xiǎn)性判定 功能； 5、防腐蝕的氣體池，多項(xiàng)抗震功能設(shè)置，延長了儀器使用壽命，能實(shí)現(xiàn)便攜式操 作；


本發(fā)明的附圖為工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
真空泵1將煤礦開采過程中或?yàn)?zāi)變后氣體經(jīng)由A 口抽入，經(jīng)過樣品處理系統(tǒng)2除 塵干燥處理，引入穩(wěn)流裝置3，穩(wěn)定流量的氣體經(jīng)過傅立葉變換紅外氣體光譜儀4的防腐蝕 氣體池4-2，然后由B 口排出，光源4-1發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀4-2變成干涉光，干涉光照射 氣體池4-3內(nèi)的待測氣體，檢測器4-4獲得干涉圖，數(shù)據(jù)采集處理模塊4-5控制儀器采集氣 體光譜數(shù)據(jù)，然后對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減少各干擾因素對(duì)光譜信息提取的影響。定 性定量分析模塊4-6對(duì)被測氣體進(jìn)行定性定量分析，并給出分析結(jié)果。危險(xiǎn)性識(shí)別評(píng)價(jià)模 塊4-7根據(jù)定性定量分析結(jié)果，對(duì)待測混合氣體的危險(xiǎn)性進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià)，對(duì)超過《煤礦安全 規(guī)程》規(guī)定有毒有害氣體最高允許濃度的，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；對(duì)不同種類煤炭的自然發(fā)火 標(biāo)志性氣體進(jìn)行監(jiān)測，可在儀器中選定所要監(jiān)測的煤炭種類，根據(jù)不同煤質(zhì)調(diào)用不同辨別 公式和指標(biāo)；對(duì)爆炸性混合氣體監(jiān)測時(shí)，首先判別各爆炸性氣體的單一爆炸危險(xiǎn)性，然后再 計(jì)算混合爆炸氣體爆炸界限。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊4-8主要用來顯示上訴定性定量分析結(jié)果 及各種評(píng)價(jià)結(jié)論，以及打印和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，其特征在于該分析方法過程如下真空泵將礦井掘進(jìn)、開采過程中或是災(zāi)變后混合氣體抽入到采氣室，經(jīng)過除塵干燥處理，穩(wěn)定流量后通入儀器防腐蝕氣體池，并不斷排空，光源發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀調(diào)制得到干涉光，干涉光通過樣品達(dá)到檢測器變成電信號(hào)，繪出干涉圖，由光譜分析工作站進(jìn)行傅立葉變換得到樣品的紅外光譜圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，其特征在于，所 述的光譜分析工作站包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、定性定量分析模塊、危險(xiǎn)性識(shí)別評(píng)價(jià)模塊、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，其特征在于，數(shù) 據(jù)采集處理模塊控制儀器采集氣體光譜數(shù)據(jù)，然后對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減少干擾 因素對(duì)光譜信息提取的影響。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，其特征在于，定 性定量分析模塊對(duì)被測氣體進(jìn)行定性定量分析，并給出分析結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，其特征在于，危 險(xiǎn)性識(shí)別評(píng)價(jià)模塊根據(jù)定性定量分析結(jié)果，對(duì)待測混合氣體的危險(xiǎn)性進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià)，對(duì)超 過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定有毒有害氣體最高允許濃度的，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；對(duì)不同種類煤 炭的自然發(fā)火標(biāo)志性氣體進(jìn)行監(jiān)測，在儀器中選定所要監(jiān)測的煤炭種類，根據(jù)不同煤質(zhì)調(diào) 用不同辨別公式和指標(biāo)；對(duì)爆炸性混合氣體監(jiān)測時(shí)，首先判別各爆炸性氣體的單一爆炸危 險(xiǎn)性，然后再計(jì)算混合爆炸氣體爆炸界限。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，其特征在于，數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊顯示上訴定性定量分析結(jié)果及各種評(píng)價(jià)結(jié)論，以及打印和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種煤礦井下極性混合氣體光譜分析方法，涉及一種煤礦井下用的極性氣體定性、定量分析新方法，該分析方法過程如下真空泵將礦井掘進(jìn)、開采過程中或是災(zāi)變后混合氣體抽入到采氣室，經(jīng)過除塵干燥處理，穩(wěn)定流量后通入儀器防腐蝕氣體池，并不斷排空，光源發(fā)出的紅外光經(jīng)干涉儀調(diào)制得到干涉光，干涉光通過樣品達(dá)到檢測器變成電信號(hào)，繪出干涉圖，由光譜分析工作站進(jìn)行傅立葉變換得到樣品的紅外光譜圖。該方法基于傅立葉變換紅外光譜分析方法對(duì)煤礦多組分極性氣體進(jìn)行定性、定量分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦常見的有毒有害氣體和爆炸性氣體C1-C4、CO、CO2、SF6等多種氣體定量檢測。
文檔編號(hào)G01N21/27GK101782507SQ201010116598
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者孫勇, 梁運(yùn)濤, 王剛, 王連聰, 羅海珠 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院