煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范课件.ppt
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1、煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范-AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件 甲烷气体检测的原理甲烷气体检测的原理 瓦斯是煤矿井下以甲烷(瓦斯是煤矿井下以甲烷(CHCH4 4)为主的混合性气体的总)为主的混合性气体的总称,有时简称为甲烷。甲烷是一种无色、无臭、无味、无毒称,有时简称为甲烷。甲烷是一种无色、无臭、无味、无毒气体,对空气比重为气体,对空气比重为0.5580.558。甲烷是一种可燃性气体,。甲烷是一种可燃性气体,当当甲甲烷在空气中含量为烷在空气中含量为5%5%16%16%时,具有爆炸危险性;时,具有爆炸危险性;含量为含量为9.5%9.5%时,爆炸力最强;时,爆炸力最强
2、;当含量高于当含量高于16%16%时,没有爆炸性,但时,没有爆炸性,但可以燃烧,为淡蓝色火焰,甲烷本身虽然无毒,但空气中甲可以燃烧,为淡蓝色火焰,甲烷本身虽然无毒,但空气中甲烷浓度过高时,相对降低了空气的含氧量,对人有窒息作用烷浓度过高时,相对降低了空气的含氧量,对人有窒息作用。因此,。因此,煤矿安全规程煤矿安全规程中对井下工作面或巷道中甲烷含中对井下工作面或巷道中甲烷含量有明确规定,经常检测矿井瓦斯(甲烷)浓度,防止瓦斯量有明确规定,经常检测矿井瓦斯(甲烷)浓度,防止瓦斯爆炸,对保证煤矿安全生产具有重要意义爆炸,对保证煤矿安全生产具有重要意义。煤矿常用的甲烷检测仪器,按检测原理分类有:煤矿常
3、用的甲烷检测仪器,按检测原理分类有:光学式光学式、催化燃烧式催化燃烧式、热导式热导式、气敏半导体式气敏半导体式等等。等等。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件 (1 (1)载体催化元件的结构)载体催化元件的结构 图1 载体催化元件结构 载体催化元件由一个带催化剂的敏感元件载体催化元件由一个带催化剂的敏感元件(俗称俗称黑元件黑元件)和一和一个不带催化剂的补偿元件个不带催化剂的补偿元件(俗称俗称白元件白元件)构成,两者结构和尺寸相构成,两者结构和尺寸相同同(图图1)。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件 载体催化元件最里层用载体催化元件最里层用0.020.020.0
4、5 mm0.05 mm的高性能的高性能铂丝绕制的螺旋圈,外面是由铂丝绕制的螺旋圈,外面是由AL203和催化剂组成的催化和催化剂组成的催化外壳。铂丝螺旋圈完成加热,承附载体和感测温度变化外壳。铂丝螺旋圈完成加热,承附载体和感测温度变化等功能;等功能;AL203载体有定型、传热和载附催化剂等功能载体有定型、传热和载附催化剂等功能;催化剂由氯化钯外加稳定剂钍配制而成,有降低起燃;催化剂由氯化钯外加稳定剂钍配制而成,有降低起燃温度、提高稳定性等功能。将图温度、提高稳定性等功能。将图1 1所示的载体元件点焊到所示的载体元件点焊到类似晶体管座的元件架上成为一个完整的元件类似晶体管座的元件架上成为一个完整的
5、元件(图图2)2)。图图2载体催化燃烧式气体传感器结构载体催化燃烧式气体传感器结构 把两个阻值相近的黑把两个阻值相近的黑白元件选配在一起白元件选配在一起(称为称为配对配对)。装上元件帽成对。装上元件帽成对地封装在粉末冶金气室中地封装在粉末冶金气室中经过灌封处理就成为实用经过灌封处理就成为实用的甲烷传感头。的甲烷传感头。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件 3.4 3.4 零点零点 zero point在新鲜空气中,元件工作在规定工作电压或规定工在新鲜空气中,元件工作在规定工作电压或规定工作电流时电桥的输出值。作电流时电桥的输出值。3.5 3.5 零点漂移零点漂移 zero dr
6、ift元件在新鲜空气或甲烷空气混合物中工作时,其零元件在新鲜空气或甲烷空气混合物中工作时,其零点的变化。点的变化。3.6 3.6 灵敏度灵敏度 sensitivity元件工作在规定工作电压或规定工作电流时和某一元件工作在规定工作电压或规定工作电流时和某一浓度甲烷气体起反应时,电桥的输出值与甲烷气体浓度甲烷气体起反应时,电桥的输出值与甲烷气体浓度之比。浓度之比。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件 3.7 3.7 灵敏度漂移灵敏度漂移 sensitivity drift元件在新鲜空气或甲烷空气混合物中工作时,其元件在新鲜空气或甲烷空气混合物中工作时,其灵敏度的变化。灵敏度的变化。
7、3.8 3.8 寿命寿命 life-span元件在某一浓度甲烷气体中工作时,其灵敏度下元件在某一浓度甲烷气体中工作时,其灵敏度下降到初始值某一百分率时的时间。降到初始值某一百分率时的时间。3.10 3.10 响应时间响应时间 T90 response time甲烷浓度发生阶跃变化时,电桥输出达到稳定值甲烷浓度发生阶跃变化时,电桥输出达到稳定值的的9090的时间。的时间。分 类4.1 元件按工作方式分为:a)连续式元件:能长期连续正常工作的元件。b)间断式元件:以10 h为周期能连续正常工作的元件。【说明】间断式元件的工作时间由说明】间断式元件的工作时间由8h8h改为改为10h10h,是为满,是
8、为满足煤矿现场具体需要,确保采用间断式元件的便携式足煤矿现场具体需要,确保采用间断式元件的便携式仪器在煤矿井下的使用时间。仪器在煤矿井下的使用时间。连续式元件:一般用连续式元件:一般用0.03mm0.03mm,电压,电压3v3v,电流,电流150mA150mA;间断式元件:一般用间断式元件:一般用0.02mm0.02mm,电压,电压2v2v,电流,电流120mA120mA;0.015mm0.015mm,电压,电压2.8v2.8v,电流,电流75mA75mA 0.02mm 0.02mm,电压,电压2.8v2.8v,电流,电流90mA90mAAQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件技术
9、要求技术要求 5.2 工作电源工作电源 元件应能在稳压源或恒流源的电桥中工作。元件应能在稳压源或恒流源的电桥中工作。5.3 灵敏度灵敏度 应不小于应不小于12 mV/1%CH4。5.5 响应时间响应时间 间断式元件,应不大于间断式元件,应不大于6 s;连续式元件,应不大于连续式元件,应不大于15 s。【说明】随着元件制造水平提高,连续式元件响应时间【说明】随着元件制造水平提高,连续式元件响应时间由由20s20s更改为更改为15s 15s。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件5.8 灵敏度漂移和零点漂移 5.8.1 连续式元件,连续工作15 d,应符合本标准5.7的规定。5.8.
10、2 间断式元件,间断工作1510 h,应符合本标准5.7的规定。【说明】经过【说明】经过“九五九五”攻关,元件灵敏度漂移和零点攻关,元件灵敏度漂移和零点漂移这个技术指标已可以达到漂移这个技术指标已可以达到2121天,而天,而MT 281-94MT 281-94规规定元件的灵敏度漂移和零点漂移指标仅为定元件的灵敏度漂移和零点漂移指标仅为7 7天;继续天;继续使用该指标既不能有效指导元件的生产,也不能满足使用该指标既不能有效指导元件的生产,也不能满足煤矿安全监控的需要,所以元件的灵敏度漂移和零点煤矿安全监控的需要,所以元件的灵敏度漂移和零点漂移由漂移由7d7d改为改为15d 15d AQ 6202
11、-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件5.10 抗高浓度甲烷冲击性 元件经抗高浓度甲烷冲击性试验后,灵敏度的变化量应不超过20%。5.13 防爆要求 元件防爆性能应符合GB 3836.12000中第13章和附录F以及GB 3836.22000中第15.1、第15.2、附录B11.2的要求。【说明】新增加的技术要求。工作时,元件微珠表面【说明】新增加的技术要求。工作时,元件微珠表面温度会达到温度会达到400400以上,防爆型式应采用隔爆型,并以上,防爆型式应采用隔爆型,并规定了元件的防爆试验内容,外壳耐压试验、内部点规定了元件的防爆试验内容,外壳耐压试验、内部点燃的不传爆试验、热试验。燃的不传爆
12、试验、热试验。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件试验方法试验方法 AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件图图1 试验装置线路图试验装置线路图R1、R2电桥电阻;电桥电阻;C补偿元件;补偿元件;D检测元件;检测元件;V电压表;电压表;K开关;开关;mA电流表;电流表;W1调零电位器;调零电位器;W2调压电位器;调压电位器;E电源电源【说明】随着元件制造工艺的改变,原【说明】随着元件制造工艺的改变,原MT281-94MT281-94试试验装置线路图中的补偿元件匹配电阻已无必要。验装置线路图中的补偿元件匹配电阻已无必要。6.1.1 试验装置试验装置 6.1.4 试验气
13、体流量的规定 各种试验时的气体流量由企业标准规定,并且所有通气试验的流量应保持一致且应不大于300 ml/min。【说明】因各生产厂家的气室结构不同,甲烷【说明】因各生产厂家的气室结构不同,甲烷与元件表面交换的速率、甲烷到达元件表面的与元件表面交换的速率、甲烷到达元件表面的时间就不同,所以,各生产厂家通气试验的流时间就不同,所以,各生产厂家通气试验的流量不能规定一致,但同一厂家所有通气试验的量不能规定一致,但同一厂家所有通气试验的流量必须保持一致。流量必须保持一致。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件标志、包装、使用说明书、运输和贮存标志、包装、使用说明书、运输和贮存 8.1.
14、2 8.1.2 包装标志包装标志 a)a)产品名称和型号;产品名称和型号;b)b)产品主要参数;产品主要参数;c)c)产品数量;产品数量;d)d)制造厂名称;制造厂名称;e)e)制造日期;制造日期;f)f)有效期限。有效期限。【说明】增加了防爆标志、防爆合格证号、安全标志、【说明】增加了防爆标志、防爆合格证号、安全标志、安全标志编号,便于各煤矿了解此产品的安全性。安全标志编号,便于各煤矿了解此产品的安全性。AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件AQ 6202-2019 煤矿甲烷检测用载体催化元件第三部分第三部分AQ 6203-2019 AQ 6203-2019 煤矿用低浓度载体催
15、化式甲烷传感器 前前 言言 MT 444-2019MT 444-2019标准颁布以来,对于指导低浓度标准颁布以来,对于指导低浓度甲烷传感器的生产起到了重要作用。但是,随甲烷传感器的生产起到了重要作用。但是,随着甲烷载体催化元件性能的提高和传感器技术着甲烷载体催化元件性能的提高和传感器技术的进步,本标准部分条款已相对落后,不能满的进步,本标准部分条款已相对落后,不能满足煤矿安全生产的需要。足煤矿安全生产的需要。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 如经过如经过“九五九五”攻关,攻关,低浓度甲烷传感低浓度甲烷传感器的工作稳定性已超过器的工作稳定性已超过2121天,天,而原标准规
16、定稳而原标准规定稳定性指标仅为定性指标仅为7 7天;又如,天;又如,煤矿高产高效工作面煤矿高产高效工作面的走向长度已超过的走向长度已超过2km2km,而而MT 444-2019MT 444-2019规定传规定传感器到分站的最小传输距离仅为感器到分站的最小传输距离仅为1km1km。因此急需。因此急需制定新的低浓度甲烷传感器的安全生产行业标制定新的低浓度甲烷传感器的安全生产行业标准,以提升煤矿安全装备的整体技术水平。准,以提升煤矿安全装备的整体技术水平。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 本标准在技术要求上有两个重要的变化,本标准在技术要求上有两个重要的变化,即即传感器的工作
17、稳定性应不小于传感器的工作稳定性应不小于15d15d和和传感器与传感器与关联设备的传输距离应不小于关联设备的传输距离应不小于2km2km。同时,依据。同时,依据传感器相关技术水平的进步与发展,对传感器传感器相关技术水平的进步与发展,对传感器基本误差、响应时间、工作大气压范围等技术基本误差、响应时间、工作大气压范围等技术指标作出了修订,新增了传感器示值稳定性、指标作出了修订,新增了传感器示值稳定性、遥控调校等要求及试验方法;为提高传感器的遥控调校等要求及试验方法;为提高传感器的安全性能,将绝缘电阻和介电强度试验列为出安全性能,将绝缘电阻和介电强度试验列为出厂检验项目,完善了防爆要求。厂检验项目,
18、完善了防爆要求。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 术语和定义术语和定义 3.3 标定点 calibration point传感器为满足测量准确度所选择的校准气样值。技术要求技术要求 4.1.2 传感器及与其关联的设备应经通过国家授权的防传感器及与其关联的设备应经通过国家授权的防爆检验机构联检。与传感器配套的关联设备应具有有爆检验机构联检。与传感器配套的关联设备应具有有效期内的矿用产品安全标志证书。效期内的矿用产品安全标志证书。【说明】根据国务院安全生产委员会办公室【说明】根据国务院安全生产委员会办公室20192019年年2121号文件要求,煤矿监控系统应号文件要求,煤矿
19、监控系统应“配置稳定性为配置稳定性为1515天以上的传感元件或传感器等关联设备,严禁使用未天以上的传感元件或传感器等关联设备,严禁使用未经国家授权的安全生产检测检验机构进行安全联检的经国家授权的安全生产检测检验机构进行安全联检的关联设备关联设备”。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 4.4 输出信号制式宜选用如下信号制式:a)电流型:DC(15)mA,(420)mA;b)频率型:(515)Hz,(2001000)Hz,脉冲宽度大于0.3 ms;c)数字信号型:传输速率为1200 bps,2400 bps,4800 bps,9600 bps,电平不小于3 V。4.8 在甲烷
20、浓度超过测量范围上限时,传感器应具有保护载体催化元件的功能,并应使传感器的显示值和输出信号值均维持在超限状态。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 4.9 传感器宜具有遥控调校功能。【说明】新增加的技术要求。目前传感器主流【说明】新增加的技术要求。目前传感器主流产品都具有这项功能,将此功能写入标准,一产品都具有这项功能,将此功能写入标准,一是遥控器由专人保管,避免了非专业人员违章是遥控器由专人保管,避免了非专业人员违章改变报警值、断电值而引发事故。二是解决了改变报警值、断电值而引发事故。二是解决了调校电位器的易损问题、传感器不易密封等问调校电位器的易损问题、传感器不易密封等
21、问题,延长了传感器的寿命。题,延长了传感器的寿命。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 4.10 4.10 显示值的稳定性和基本误差显示值的稳定性和基本误差4.10.1 4.10.1 显示值稳定性显示值稳定性 在在0.000.004.00%CH4.00%CH4 4范围内,当甲烷浓度保范围内,当甲烷浓度保持恒定时,传感器的显示值或输出信号值(换持恒定时,传感器的显示值或输出信号值(换算为甲烷浓度值)的变化量应不超过算为甲烷浓度值)的变化量应不超过0.04%CH0.04%CH4 4 。【说明】新增加的技术要求。避免传感器测量【说明】新增加的技术要求。避免传感器测量的不确定性,提
22、高测量精度。的不确定性,提高测量精度。AQ 6203-2019煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器 4.10.2 传感器的基本误差应符合表1的规定。测量范围测量范围%CH%CH4 4基本误差基本误差0.000.001.001.000.10%CH0.10%CH4 41.001.003.003.00真值的真值的10%10%3.003.004.004.000.30%CH0.30%CH4 4表1 传感器的基本误差【说明】在MT 444-2019中传感器基本误差要求为下表,通过对比,可以看出本标准中提高了传感器在(1.003.00)%CH4这一段的基本误差要求。以断电值1.50%CH4为例,原标准允许误差为
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