【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所張志榮研究員團隊在煤礦安全氣體監(jiān)測技術領域取得重要突破。相關研究成果《基于混疊激光吸收光譜解調方法的復雜環(huán)境有害指標氣體濃度原位檢測》已發(fā)表于安全科學領域頂級期刊Safety Science。該研究攻克了復雜工業(yè)環(huán)境中多組分氣體精準監(jiān)測的行業(yè)難題，為煤礦自燃火災預警提供了創(chuàng)新解決方案。
研究聚焦煤礦自燃初期產生的關鍵指標氣體一氧化碳(CO)和乙烯(C?H?)，這兩種氣體在煤礦、油氣、燃氣等行業(yè)具有重要預警價值。針對傳統檢測手段的局限性——電化學傳感器易受溫濕度干擾、氣相色譜法難以實時監(jiān)測等問題，團隊創(chuàng)新性地構建了雙波段激光檢測系統:采用2326nm和1626nm可調諧激光器配合長光程多通池，將檢測靈敏度提升至亞ppm(百萬分之一)級別。
針對多組分氣體光譜混疊這一世界性難題，團隊首創(chuàng)光譜自適應變換非負最小二乘算法(SAT-NNLS)。該技術通過智能校正光譜漂移，結合創(chuàng)新的插值降噪方法，成功突破了高濃度甲烷(CH?)背景干擾，實現CO檢測誤差≤0.1ppm、C?H?誤差≤0.61ppm的突破性精度。在烏蘭煤礦的煤樣高溫氧化實驗中，系統精準捕捉到CO和C?H?隨溫度、時間變化的釋放規(guī)律，為火災預警提供了可靠數據支撐。
目前該技術已實現產業(yè)化應用，自主研發(fā)的全激光氣體監(jiān)測裝置在安徽、新疆等地十余個煤礦完成部署。實際運行數據顯示，系統可提前2-3天預警潛在自燃風險，顯著提升了煤礦井下安全防護水平。這項突破不僅推動了激光光譜檢測技術的發(fā)展，更為我國礦山安全生產提供了重要的技術保障。
安光所博士后王前進為論文第一作者，張志榮研究員為論文通訊作者。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2023YFB3211003)、國家自然科學基金(62175105, 61875086, 11874364)、安徽省杰青項目(2408085J001)等項目的資助。
傳感器系統示意圖
煤炭高溫氧化實驗過程CO和C2H4濃度隨(a)時間和(b)溫度的變化曲線
煤礦安全監(jiān)控裝置
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