引言
为准确测定井工开采煤矿通风系统甲烷排放量，为井工开采煤矿通风系统甲烷排放量核算提供技术支持，本文通过对井工开采煤矿甲烷监测技术进行分析，形成了风硐精准测风方法和甲烷浓度准确测定技术，集成了风硐甲烷排放量监测系统，实现了井工开采煤矿通风系统甲烷排放量的自动监测。
1 井工开采煤矿通风系统甲烷排放量监测分析
现有井工开采煤矿通风系统甲烷排放量监测有三种方式，一是人工检测，二是安全监控系统监测，三是人工检测与安全监控系统相结合的方式。这三种方式均在井工开采煤矿井下进行，检测所有与进风井筒和回风井筒相连接的所有巷道的风量、温度、湿度、大气压力和甲烷浓度值。
人工检测时利用风表测定被测巷道的风速，利用干湿温度计测定被测地点的温度、湿度，用压力测定仪测定被测地点的大气压力，用光学瓦斯检测仪测定被测地点的甲烷浓度。全监控系统监测时利用现有的安全监控系统测定被测巷道的甲烷浓度、温度和风速，由于安全监控系统无压力传感器和湿度传感器，需要对安全监控系统进行完善，或采用人工检测大气压力和湿度值进行监测。
采用人工检测或采用安全监控系统监测时，甲烷传感器和光学甲烷测定器的精度为0.01%和0.02%，对于甲烷浓度低于0.01%时无法正常进行监测。采用安全监控系统监测风速时，测定风速为被测巷道的点风速或线风速，无法真实反映被测巷道的风速值。与进风井筒与回风井筒相连接的巷道有多条，某些矿井无法安设安全监控系统设备或无法正常进行测定相关数据，导致无法全面计算通风系统的甲烷排放量。
2 风硐甲烷排放量监测系统
风硐甲烷排放量监测系统包括风硐风量精准测量系统、风硐甲烷浓度精准测定系统和风硐甲烷排放量集成系统。风硐风量精准测风系统包括在风硐内安装皮托管，在风硐墙体安装穿墙装置，在风硐外安装反冲洗阀门、气路切换装置、工业压差变送器设备等；风硐甲烷浓度精准测定系统包括在风硐内安装采样器，在风硐外安装滤水除尘装置、充气泵、高精度激光甲烷检测仪设备等；风硐甲烷排放量集成系统将风硐风量精准测风系统、风硐甲烷浓度精准测风系统、温湿度测定系统、大气压力测定系统进行集成，形成风硐甲烷排放量监测系统，对风硐甲烷排放量数据进行处理、分析，自动生成日、月、年甲烷排放量累积报表。风硐甲烷排放量监测系统如图1所示。
图1 风硐甲烷排放量监测系统图
2.1 风硐风量精准测量系统
风硐风量精准测量系统包括矩阵式动压测定系统，风量测定转换系统，反冲洗系统及风量自动计算系统组成。
2.1.1风硐风量精准测量原理
将皮托管的静压（
）和全压（
）与工业压差变送器进行连接，测定被测地点动压（
），从而反算被测地点的风速，将所有测点的风速计算平均风速，利用平均风速与被测地点断面的乘积，计算出被测地点的风量。
2.1.2 矩阵式皮托管监测位置设计
矩阵式皮托管监测位置根据风硐的实际结构按照《工业通风机 现场性能试验》GB/T 10178-2006具体要求通过计算得出。矩阵横线的数目和每条横线上测点数目均不少于5个，如果风硐矩形截面的纵横比（高宽比）与1相差甚远，则将横线增加到5个以上。皮托管安装时，静压管头部轴线与风硐风流方向的夹角应在±5°内；测量期间，所使用的皮托管保持固定。
2.1.3 工业压差变送器设计
利用束管将矩阵排列的皮托管的静压口与工业压差变送器的静压口进行连接，全压口与工业压差变送器的全压口进行连接。每一支皮托管对应一台工业压差变送器，确保所有皮托管的测点能够有效代表风硐的风量测点。工业压差变送器的测量精度±2Pa。
2.2风硐甲烷浓度精准测定系统
风硐甲烷浓度精确测定系统由风硐气体采样系统，高精度激光甲烷检测仪和控制系统组成。风硐气体采样系统将采集的气体传输至高精度激光甲烷检测仪，通过高精度激光甲烷检测仪分析气体中的甲烷浓度，通过485信号传输给数据处理中心，对甲烷浓度进行分析统计，实现甲烷浓度的在线自动监测。
2.2.1风硐气体采样系统
风硐气体采样系统包括采样器、传输管路、除尘滤水装置和气体采样泵组成。启动气体采样泵，气流分别通过采样器、传输管路、除尘滤水装置和气体采样泵。采样器对所采集的风流气体进行初级滤尘，除尘滤水装置对进入高精度激光甲烷检测仪的气体进行滤水除尘，确保气体符合检测要求。
2.2.2激光微量甲烷分析仪
激光微量甲烷分析仪（MSP-LGA-CH4）基于可调谐波吸收光谱原理，采用半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，简称TDLAS）测量气体吸收强度，特定波长激光光源发出的激光经过长光程多次反射传感器室内的气体时，光在气室内被吸收，光强发生变化，通过检测光强的变化，并根据Lamber-Beer定律，检测出气室内甲烷的浓度值。
该仪器在量程（0-100]ppm，误差±2ppm；在量程（100-1000]ppm，误差为±5%真值，分辨率为1ppm；采用220V供电电压，提供485通讯接口及协议，实现甲烷的自动传输。
2.3环境参数监测系统
为将工况状态的甲烷排放量换算成标准状况的甲烷排放量，在风硐内安装温湿度传感器和大气压力传感器，大气压力传感器安装在风硐垂直断面的中心位置，距离风硐壁0.5m，用于测定风硐风流的绝对压力；温湿度传感器安装在风硐顶板处，距离顶部不大于0.3m，距离风硐壁不小于0.2m，用于测定风硐风流的温度和湿度。
3.结论
对于井工开采煤矿，想要准确测定风排系统甲烷排放量，实现的原则测点位置尽量减少，避免计算误差带来的影响；其二监测方法要合理，能够满足甲烷排放量监测要求；其三监测设备的监测精度尽量提高，增加监测的准确度。
风排系统风硐甲烷排放量监测，能够满足上述三点要求，实现了风排甲烷排放量的准确监测，并能够自动生成监测的日报、月报、年报，形成风排系统自动化的管理机制，为井工开采煤矿甲烷排放量核算提供技术支持。
参考文献：
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作者简介：刘柏（1976-），男，山东章丘人，汉族，副高级工程师，大学，主要从事一通三防管理、技术研发和产品转化工作；山东省煤炭科学研究院有限公司。
