矿井气体实验室检测方法的研究与应用

　　0 引 言

　　我国是煤炭生产大国，多年来采空区煤炭自燃发火、矿井瓦斯爆炸时有发生，特别是普及高档放顶煤以来，如何控制和预防煤炭自燃，利用气相色谱对井下采空区气体样品、工作面通风气体样品进行检测来预测自燃发火倾向已成必然。但多年来，矿井空气气相色谱分析法，多为两根或三根色谱柱，采用多次进样，分别检测不同的气体成分，仪器使用较为复杂，易出现使用问题，而且检测周期长。因此如何实现一次进样检测分析全部组分，克服组分含量变化大而又不影响检测精度要求已成为必须解决的现实问题。

　　1 煤矿井下空气组成及检测的一般要求

　　煤矿井下气体一般由CH4，CO，CO2，C2H2，C2H4，C2H6，O2组分组成，且 CH4，CO，C2H2，C2H4，C2H6一般为微量检测;CO2，O2一般为常量检测，特殊情况时CH4，CO也会作为常量检测[1]。

　　2 分析原理及方法

　　本实验方法是依据矿井气体气样品组成成分不同，运用“两柱串联 +TCD+FID”的分析方法，使样品由载气带入色谱柱中进行分离，然后进入相应的检测器进行检测。产生的信号进入色谱工作站进行处理，得到相应组分的分析结果，整个分析过程自动完成[2]。

　　3 实验部分

　　3.1 仪器材料

　　美国安捷伦 7890A 气相色谱仪作为主检测设备，具体配置如下：FID，TCD，串联双毛细管柱，电子自动六通阀，柱后转化炉，配第五代电子气路控制系统(EPC);气阻是用来在阀切换时模拟柱从而避免切换时的气流扰动;柱 1 为 HP- PLOTQ4，30 m×0.53 mm×20 μm 流出组分顺序为空气 +CO，CH4，CO2，C2H4，C2H2，C2H6;柱 2 为 HP- PLOT 5A，30 m×0.53 mm×20 μm 流出组分顺序为O2，N2，CH4，CO;三个电子气动六通切换阀，具有时序控制功能;高纯氢气发生器：产气量1000mL/min;纯度 99.999%，压力>0.4 MPa;空气发生器:产气量 1 000 mL/min，进过去水分，压力>0.4 MPa;Agilent 7890GC 色谱数据处理工作站;UPS 电源。

　　3.2 色谱操作条件

　　柱箱温度 50 ℃;CAT 温度 360 ℃;阀箱温度120 ℃;FID 温度 375 ℃;TCD 温度 150 ℃。载气压力及流量：氢气压力 0.4 MPa，流量为11 mL/min，参比气流量 11 mL/min;

　　3.3 气路流程及检测过程描述

　　气路均用氢气做载气、反吹气、燃烧气，这样的设计使系统结构更加简单，气路流程如图1 所示。

　　气体样品经过阀 1(进样定量管)进入色谱柱1 进行第一次组分分离后流入柱 2，当 CH4组分全部进入柱 2 后关闭阀 2、阀 3，使后续组分经过气阻直接进入 TCD 检测 CO2组分含量，并使其通过阀 3 放空(防止 CO2组分过大影响镍转化炉(CAT)的使用寿命);放空 CO2后打开阀 3，使其余组分通过阀 3- CAT 进入 FID 检测 C2H4,C2H2,C2H6组分;结束后打开阀 2，关闭阀 3(作用是使O2组分放空，不进入 CAT，以延长 CAT 的使用寿命，防止镍中毒)，O2、N2、CH4、CO 组分经柱 2 分离进入 TCD 检测常规 O2、CH4、CO，在 O2检测完毕后打开阀 3，组分 CH4、CO 进入 CAT至 FID 检测微量 CH4、CO，从而完成整个检测过程。