王尚彬， 袭 奇， 张 微

（1.铁法煤业（集团）有限责任公司， 辽宁 铁岭 112799； 2.辽北技师学院， 辽宁 调兵山 112700）

引言

通过对近几年来的煤矿安全生产事故分析可以发现，全国发生的煤矿特大事故大部分是由于瓦斯引起的。因此，瓦斯的治理防治是煤炭安全主要的、根本的工作。加强瓦斯监控，积极应用先进的矿井瓦斯治理新技术，可有效地保障矿井的安全。因此，通过对催化燃烧式甲烷测定器的检定原理进行介绍，结合JJG 678—2006《催化燃烧式甲烷测定器》中要求，对可调节式多路甲烷测定器检定装置设计及实际应用效果进行阐述。

1 催化燃烧式甲烷测定器的检定

催化式甲烷测定器是煤矿监测井下生产环境，保障安全生产的必备仪器之一，是国家实行强制检定的计量器具。催化燃烧式甲烷测定器是应用载体热催化原理，迅速且准确地测定煤矿井下甲烷气体浓度的精密电子仪器，它的准确与否关系到煤矿井下生产环境监测数据的准确程度，进而关系到煤矿井下安全生产[1]。因此，对催化燃烧式甲烷测定器的计量检定具有重要意义。

2 现有检定设备存在的不足

2.1 报警仪检定流程

报警仪检定之前，首先应对仪器进行零点及示值的校准：接通电源，让仪器预热稳定后用清洁空气调准仪器零点；然后将气体标准物质管路与仪器进气部位相接，通入φ（CH4）=1.1%的气体标准物质，将仪器示值调到与标准值一致，重复操作，直至示值稳定。其次，由于仪器不是采用统一标准生产的，对仪器的基本误差检定时，应按照仪器的使用说明书要求，在规定的气体流量下进行，且流量要稳定均匀。第三，要得到稳定的检定数据，对于仪器的检定应先通入低浓度气体，再逐渐通入高浓度气体，即依次用φ（CH4）=0.5%、φ（CH4）=1.5%、φ（CH4）=3.0%的标准气体进行检定。第四，计算基本误差，判断被检仪器是否合格[2]。

2.2 现用检定设备存在的不足

现有检定设备原理如图1 所示。每一支流量计对应一种浓度的甲烷标准气体，检定一台便携需要用到4 种浓度的甲烷气体，所以在检定过程中需频繁拔插被检仪器的进气口接头，操作过程繁琐且影响工作效率，每天检定量为28 台左右。

图1 现用检定设备原理图

3 可调节式多路甲烷测定器检定装置设计原理

3.1 多路甲烷测定器检定装置设计原理

针对上述检定设备在实际工作过程中存在的问题，经分析，现用的检定装置主要由4 支转子流量计和导管构成，每个浓度的甲烷气体经导管连接一个转子流量计，再经转子流量计通入被检定仪器内，从上述的检定过程来看，4 种浓度的甲烷气体对应4 支转子流量计，若增加工作效率，必须增加流量计数量，才能提高检定数量。增加4 支转子流量计并利用三通把每种浓度的甲烷气体一分为二，这样就实现8支转子流量计每2 支是同一种浓度的甲烷气体，在检定的时候就可以同时检定2 台报警仪，从而达到工作效率翻倍的目的，设计如下页图2 所示。

3.2 气体分流箱设计原理

图2 多路甲烷测定器检定装置设计原理原理图

用导管连接气瓶的减压阀门和多路甲烷测定器检定装置后面的三通接头就可以开始检定了，虽然可以同时检定2 台报警仪，工作效率翻了一倍，但在实际的测试中发现在检定过程中需要频繁的换气、插入拔出进气口的接头，增加了工作量，并且在检定过程中需要用到4 种不同浓度的甲烷气体，这样操作和记录时容易混乱，基于此又设计出“气体分流箱”来解决上述问题。具体设计如图3 所示。

图3 气体分流箱设计原理图

检定用到的四种浓度的甲烷气体分别对应图中进气端口的 φ（CH4）=0.5%、φ（CH4）=1.1%、φ（CH4）=1.5%、φ（CH4）=3.0%，出气端口则连接“多路甲烷测定器检定装置”后面的三通接头。当打开φ（CH4）=0.5%的甲烷气体关闭其他3 个浓度的甲烷气体时，φ（CH4）=0.5%的甲烷气体经导管连接到阀门F1、F2、F3、F4，这样当打开F1 阀门时则同时检定两台报警仪，打开F1、F2 时则同时检定4 台报警仪，以此类推当打开 F1、F2、F3、F4 时则同时检定 8 台报警仪并且都是同一种浓度的甲烷气体，同样原理当打开其他浓度的甲烷气体关闭另外三种甲烷气体时效果一样，这样就实现了设计之初同时检定8 台报警仪且不需要频繁的拔插进气管的目的，只需要连接一次插头就可以完成所有浓度甲烷气体的检定。气体分流箱与多路甲烷测定器检定装置的配合使用，即实现了本文研制的“可调节式多路甲烷测定器检定装置”，如图 4 所示。

3.3 设备的定型制作

图4 所示为最初定型设备图。但是该定型图存在设备布局不合理、占用空间大等缺点，中心主任王森林、中心总工程师贾守武及技质室主任李宏达对新设备的设计、布局及最后定型给予了建设性指导意见。按照指导意见要求，将分流箱置于多路甲烷测定器检定装置上面板上，管路连接于箱内，这样不仅造型更加美观，而且大大缩小了该设备的体积。使最后整体设计比初设计外形体积减少了50%，使用更方便，更适合现场检定工作。成品如图5 所示。

图4 可调节式多路甲烷测定器检定装置

图5 可调节式多路甲烷测定器检定装置完成图

4 可调节式多路甲烷测定器检定装置应用及数据对比分析

按照上述设计原理完成了设计与组装，为验证该设备是否满足检定要求，按照JJG 678—2007《催化燃烧式甲烷测定器》检定规程要求，由同一名检定人员在相同的检定环境条件下，用原有和新设计设备对各生产矿井送检的共计375 台便携式甲烷测定器进行了设备间比对分析。通过数学统计的方式，对φ（CH4）=0.5%、φ（CH4）=1.5%、φ（CH4）=3.0%三个检定浓度点数据分析对比，以上三点用原有和新设计设备所测结果样本方差分别为0.002 7，0.003 0 和0.003 2，远小于该项企业最高标准最小不确定度，满足检定要求。

5 结论

1）用新设备检定报警仪，可由原来每天最多检定28 台增加到每天可以检定60 余台报警仪，工作效率提升了1 倍多；从经济投入方面来看，整个箱体最终造价为780 元，实现了小投入、大提高的理念；新设备可以不改变现有的检定环境，也不需要额外提供配套设施，便可直接投入到检定工作中；新设备不局限于只检定测量甲烷气体的报警仪，也可以检定测量其他气体的报警仪，例如一氧化碳、氧气报警仪等。

2）经过一个多月的试用，可调节式多路甲烷测定器检定装置达到了JJG 678—2007《催化燃烧式甲烷测定器》检定规程中对检定设备要求，在缩短了被检仪表送检所用时间的同时，保证各矿井下及时使用便携式甲烷测定器，为各矿通风、瓦斯管理提供了准确可靠的测量数据，预防瓦斯和人身事故的发生，确保实现安全生产。