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发布时间：2026-05-13
矿井火灾或瓦斯爆炸后，准确检测甲烷浓度对救灾决策至关重要。然而，火灾产生的高浓度CO2会导致光学瓦斯检定器测量偏差，严重影响救灾决策，这种偏差源于光学瓦斯检定器中钠石灰吸收剂吸收CO2性能的退化。为研究煤矿井下灾区环境中影响光学瓦斯检定器检测准确性的因素及其规律，文中搭建模拟试验系统对不同条件下钠石灰的CO2吸收特性进行试验，探讨其时效特性和失效机制，并建立了CO2气氛下的甲烷浓度修正模型。结果表明，钠石灰的CO2有效吸收次数与CO2浓度负相关，CO2体积分数分别为5 %、10 %、15 %、20.99 %、27.18 % 和32.09 % 时，有效吸收次数分别为20、18、12、8、5和3次；不同CO2浓度和流速下，钠石灰吸收CO2的时效曲线均表现出“S”型的非线性特征；CO2浓度和流速的增加会显著提高单位时间吸收量，同时缩短高吸收效率持续时间，加速饱和失效进程。改变钠石灰的使用量、优化采样流速，对提高光学瓦斯检定器在高CO2浓度环境中的检测准确性有重要的指导意义。
在煤矿开采过程中，矿井灾害始终是威胁矿工生命安全与矿井安全生产的重大挑战。其中，矿井火灾和瓦斯爆炸是2种常见且极具破坏性的灾害类型。甲烷(CH4)是矿井瓦斯的主要组分，其浓度监测直接关联瓦斯爆炸预警。快速准确的甲烷检测对预防瓦斯爆炸及重特大事故具有决定性作用，是矿井安全防控的核心环节。光学瓦斯检定器是煤矿常用的人工检测甲烷的仪器，具有灵敏度高和响应时间短的特点。
光学瓦斯检定器的测定原理是：气样通过光学系统产生干涉条纹，根据干涉条纹的偏移距离确定组分浓度的大小。此光学系统对多种气体均能产生干涉条纹，其测定结果受环境气体组分及构成的影响。薛晓音等通过折射率计算换算系数，得出在贫氧区氧含量每降低1 %，光干涉瓦斯检定器的基线向右移动0.187 %，仪器的读数比实际浓度偏大。邢玉忠等在新柳煤矿高氮气浓度区域的瓦斯检测中发现，氮气浓度增加会导致测定的CO2浓度偏大。张瑞研究了黑龙煤业2201工作面“光瓦”实际使用效果，通过分析测定误差，提出了基于氧气、一氧化碳和氮气等主要成分气体的校准公式。孙超鹏、赵坤等对俄新兴煤矿11002、霍布拉克煤矿工作面上隅角内的气体组分进行分析，发现在高浓度CO2的环境中，瓦斯的检测精度和可靠性均受到显著影响。因此，高浓度CO2环境会干扰光学瓦斯检定器对甲烷浓度的测定精度甚至产生严重偏差，给矿井安全生产和防灾救灾工作带来隐患。
火灾或瓦斯爆炸事故会导致CO2浓度急剧升高。光学瓦斯检定器对混合气体中的CH4和CO2均能产生干涉作用，因此通常情况下测定的是CH4和CO2的混合浓度。在测定混合气体中的CH4浓度时，测定前需先将气样中的CO2吸收干净，确保仅有CH4进入光学测定系统。因此，能否将CO2吸收干净是决定测定准确性的关键因素。
CO2化学吸收法包括化学溶剂吸收法和化学固体试剂吸收法。化学溶剂吸收法主要通过胺类溶液，由于溶剂携带不便且会增大气体湿度，传统光学瓦斯检定器普遍采用固体吸收剂钠石灰作为CO2吸收材料。现有研究对钠石灰的CO2吸附行为已有初步探索，但实践发现，即便使用全新钠石灰吸收管，在高浓度CO2环境中仍然存在吸收不完全现象。因此，针对光学瓦斯检定器的实际工况，亟需深入研究高浓度CO2环境下钠石灰的吸收时效特性。期望研究成果能为规范光学瓦斯检定器的采样量、采样流速和有效采样次数等操作提供理论依据。
