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为什么要使用矿用气体检测仪

日期: 2019-07-31
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地下煤矿是工作的危险场所。这篇简短的文章探讨了为何部分原因。它还提供了结论,表明对所遇到的其中一种危害(即可燃气体)的研究以及所开发的相关控制措施如何有助于降低现代工人的风险。这些不一定是煤矿工人,而是在任何可能存在类似条件的封闭环境中的工人,例如隧道,狭窄空间。应该指出的是,可燃气体的存在只是煤矿中遇到的危险之一。其他重大危险与行业有关,每个危险都有自己的死亡和受伤风险。在地下煤矿中出现的天然碳氢化合物气体在历史上被命名为“沼气”,源自德语单词steam - “dampf”。其主要成分是甲烷,但其他碳氢化合物可以较低的浓度存在,使用矿用气体检测仪很是必要。

当有机物质在没有氧气的情况下衰变时产生甲烷。在煤矿中,它是在煤的形成过程中产生的,然后被困在地层中。该气体也可以存在于地下污水管道和隧道中,或者渗透或接近例如碳质地层或废物处理场所的封闭空间中。

并非所有煤层都含有大量的沼气。例如,对于较浅的工作,上覆地层中的裂缝允许气体逸出到地面。或者,通常具有更深的地雷,气体被捕获在煤的空隙中,仅在含煤岩石被隧道穿透时才被释放。在这里,它与空气中的氧气混合,为矿工提供呼吸,产生潜在的易燃气体。

煤中煤的释放速率可能因矿山之间和同一矿山之间的位置而异。有时它是如此之低,以至于只有在周围空气停滞一段时间后才会产生易燃气体。在另一个极端情况下,沼气可以在压力下保持在口袋中,导致剧烈的气体爆发和环境浓度的快速上升。

随着英国煤炭工业的扩张和更深,更广泛的煤矿的建设,17世纪下半叶报告了地下沼气的出现。经验表明,当它接触用于照亮工作场所的蜡烛的火焰时,气体可能会剧烈爆炸。据估计,到1812年,1200名或更多的英国煤矿工人被沼气爆炸炸死。

早期发现和控制沼气发现

必须成为发明之母,矿工学会通过寻找蜡烛火焰形状和颜色的变化来展示沼气的存在。例如,在接近危险时,尖端从黄色变为绿蓝色。一旦发现,18世纪早期的矿工们就会认识到,通过用空气流通风,可以使沼气的积聚变得安全。

不幸的是,直到19世纪早期在煤矿中应用的沼气控制措施并不总是有效的。例如,1812年在诺森伯兰郡的Felling Colliery发生了灾难性的爆炸,造成92名男子和男孩死亡。作为回应,当地牧师,牧师霍奇森和其他人组成了“防止煤矿事故的桑德兰社会”。顾名思义,其目的是防止将来出现类似情况。他们采取的措施之一是争取汉弗莱戴维爵士的帮助。最后,他发现由明火引起的爆炸不会通过细丝网传播。结果是大约1817年发明的戴维火焰安全灯。这是一个封闭在保护纱布护罩中的油火焰,以降低沼气的着火风险。

从大约1964年开始生产的现代火焰安全灯如图1所示。它与原始Davy灯之间的许多差异之一是玻璃观察窗。这样可以更容易地看到火焰并增加光输出。纱布位于玻璃窗上方,位于灯顶部的保护罩后面。与蜡烛一样,矿工们了解到,安全灯火焰的形状和颜色可以表明沼气的存在。20世纪70年代中期给煤矿培训学员的灯校准图如图2所示。

从1817年开始,戴维和其他类似的火焰安全灯在煤矿运营商中越来越受欢迎,并且考虑到它的工作,桑德兰社会解散了自己。不幸的是,统计数据表明这有点为时过早,应该更加彻底地评估火焰安全灯在减少煤矿爆炸次数方面的有效性。例如,后来证明火焰安全灯在暴露于高速可燃气体时会引起爆炸。此外,保护纱布容易损坏。错误使用是早期灯具的另一个问题,当纱布被移除时会发生许多事故,有时会发现轻烟管和香烟。

尽管引入了火焰安全灯,但面对煤矿工人不断增加和不可接受的事故率,从19世纪后期开始,人们越来越关注科学,技术和立法在改善煤矿安全方面的应用。不幸的是,数据表明,由此引入的任何措施都不是完全成功的。例如,在1817年至1967年间,英国煤矿发生爆炸,造成近15,000名男子和男孩死亡,其中1,400多人在四次事故中死亡!

矿用气体检测仪

虽然火焰安全灯可能被认为是降低沼气爆炸风险的一种手段,但在纱布到位的情况下,它们的光输出非常低。这导致了一种称为“矿工的眼球震颤”的致残状态,患者的眼睛不受控制地上下振动。受影响的矿工无法看到他们要去的地方,在极端情况下他们必须由他们的妻子在坑顶遇到并带回家。

作为眼球震颤的控制措施,工人们获得了电灯。虽然这减少了病情的发生率,但它也消除了以前由工人的火焰灯提供的自动发射警告功能。作为回应,为煤矿使用开发了各种非基于火焰的沼气探测器和监测器。通常,它们依赖于电加热铂丝上的可燃气体的燃烧。不幸的是,它们通常不适合常规使用,操作复杂。此外,灯丝的蒸发导致短期校准漂移,降低了精度。

1958年,英国安全矿业研究所开发出“pellistor”可燃气体传感器。与迄今使用的铂丝传感器相比,这更适合在地下使用。它由小的多孔陶瓷珠形成,催化剂沉积在其表面上以增加可燃气体的燃烧速率。使用嵌入的铂线圈对组件进行电加热,其电阻用作其温度的指示。由于存在可燃气体产生的燃烧热,这增加了。通过在胎圈内封闭加热器线圈来降低金属蒸发水平,并且催化剂促进了降低的操作温度,从而提高了传感器的稳定性。Pellistors,或pellistor类器件,随后被包括在各种固定和手持式沼气探测器和监视器中,也被称为“甲烷计”,用于煤矿井下。一些例子如图3所示。

在英国,从1970年左右开始,用于煤矿使用的固定的基于催化剂的甲烷传感器开发出来。它们被设计成安装在地下的战略位置,通常用于监测进入和离开煤层的甲烷浓度。他们提供了测量甲烷浓度的局部指示,并可以将信号传输到几公里外的地面控制室。如果测量的甲烷浓度超过预设水平,通常为1.25%v / v(爆炸下限或LEL的25%左右),则可以提高局部和/或远程警报。

还开发了便携式电池供电的矿用气体检测仪。矿山官员可以使用图3所示类型的手持设备进行天然气检查。如果小型矿工需要在可能出现沼气的地方工作,可以使用自动沼气探测器。它们连续运行,包括亮红灯,当甲烷浓度超过预设浓度时,它会自动闪烁。

不幸的是,pellistors也存在问题。例如,当暴露于常见的物质如硅氧烷时,它们可能会遭受永久性的灵敏度损失。此外,研究表明,即使在烧结的扩散罩后面屏蔽,催化剂也会受到流过它们的气流速度的影响。20世纪90年代末,当英国煤炭工业私有化时,基于Pellistor的甲烷传感器仍在使用。

后来的沼气危害

不幸的是,尽管做了尽最大努力,20世纪后期的煤炭开采业仍然无法摆脱沼气危害,由于意外事件仍在发生爆炸。例如,1982年,斯特拉斯克莱德卡多万煤矿发生爆炸,造成40名男子严重受伤。在这次事故发生之前,对部分完工的煤层进行通风布置的微小变化导致了沼气池的堵塞。然后进入相邻的工作煤面。在行进约650米后,将气塞稀释至LEL以上的浓度以用于沼气。当煤切割机上的钢镐撞击煤层下层的砂岩时产生的摩擦火花点燃了这一点。HM Inspect of Mines and Quarries写的事故报告建议紧急注意安装连续的电动设备,以便自动切断可能产生摩擦火花的设备的电力。这是英国煤矿最后一次爆炸发生爆炸,导致相对大量的伤害,这表明至少在英国吸取了教训。

结论

数千名煤矿工人死亡的遗留问题是,今天我们可以得出以下结论:

1含有碳质材料的工作也可能含有易燃气体。

2即使可燃气体的排放率非常低,未能提供通风气流来稀释它也可能导致潜在的爆炸性积聚。

3应充分评估危害控制措施,以证明它们有效并且不会引入任何新的危害。

4无论采取何种严格的控制措施,总会出现意料之外的情况。例如,工作实践或环境条件(表面和地下)的微小变化都可能使可燃气体积聚。一旦发生这种情况,大气层就有可能爆炸。

5尽管矿用气体检测仪技术及其在事故预防中的应用正在不断改进,但过去煤矿中的一些灾难性事件已经为改变提供了新的动力。

6可燃气体探测器本身不能挽救生命,它们需要伴随相关的手动和/或自动控制措施,以消除已识别的危险。



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