近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張志榮研究員團(tuán)隊(duì)在煤礦安全氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破。相關(guān)研究成果《基于混疊激光吸收光譜解調(diào)方法的復(fù)雜環(huán)境有害指標(biāo)氣體濃度原位檢測(cè)》已發(fā)表于安全科學(xué)領(lǐng)域期刊Safety Science。該研究攻克了復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中多組分氣體精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的行業(yè)難題，為煤礦自燃火災(zāi)預(yù)警提供了創(chuàng)新解決方案。

研究聚焦煤礦自燃初期產(chǎn)生的關(guān)鍵指標(biāo)氣體一氧化碳（CO）和乙烯（C?H?），這兩種氣體在煤礦、油氣、燃?xì)獾刃袠I(yè)具有重要預(yù)警價(jià)值。針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)手段的局限性——電化學(xué)傳感器易受溫濕度干擾、氣相色譜法難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地構(gòu)建了雙波段激光檢測(cè)系統(tǒng)：采用2326nm和1626nm可調(diào)諧激光器配合長(zhǎng)光程多通池，將檢測(cè)靈敏度提升至亞ppm（百萬(wàn)分之一）級(jí)別。

針對(duì)多組分氣體光譜混疊這一世界性難題，團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)光譜自適應(yīng)變換非負(fù)最小二乘算法（SAT-NNLS）。該技術(shù)通過(guò)智能校正光譜漂移，結(jié)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(shí)現(xiàn)CO檢測(cè)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(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)精準(zhǔn)捕捉到CO和C?H?隨溫度、時(shí)間變化的釋放規(guī)律，為火災(zāi)預(yù)警提供了可靠數(shù)據(jù)支撐。

目前該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，自主研發(fā)的全激光氣體監(jiān)測(cè)裝置在安徽、新疆等地十余個(gè)煤礦完成部署。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)可提前2-3天預(yù)警潛在自燃風(fēng)險(xiǎn)，顯著提升了煤礦井下安全防護(hù)水平。這項(xiàng)突破不僅推動(dòng)了激光光譜檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，更為我國(guó)礦山安全生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。

安光所博士后王前進(jìn)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省杰青項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925753525000943?dgcid=author

圖1. 本研究傳感器系統(tǒng)示意圖

圖2. 煤炭高溫氧化實(shí)驗(yàn)過(guò)程CO和C₂H₄濃度隨(a)時(shí)間和(b)溫度的變化曲線

圖3 煤礦安全監(jiān)控裝置