第1章　绪论

1.1　瓦斯气体简介

1.2　矿井瓦斯气体的产生过程

1.2.1　矿井瓦斯的生成

1.2.2　矿井瓦斯的性质

1.2.3　矿井瓦斯的存在状态

1.2.4　矿井瓦斯的爆炸

1.3　瓦斯气体的物理性质

1.3.1　甲烷的分子结构

1.3.2　甲烷的一般性质

1.3.3　甲烷运输注意事项

1.4　瓦斯气体的化学性质

1.4.1　甲烷的稳定性

1.4.2　甲烷的取代反应

1.4.3　甲烷的氧化反应

1.4.4　甲烷的裂解

1.5　矿井瓦斯气体的利用现状

1.5.1　国外矿井瓦斯利用状况

1.5.2　国内矿井瓦斯利用现状

1.5.3　矿井瓦斯开发存在的问题

参考文献

第2章　瓦斯传感器的发展

2.1　载体催化元件的检测机理和发展现状

2.1.1　载体催化元件的检测机理

2.1.2　载体催化元件的发展现状

2.1.3　载体催化元件的缺陷

2.2　氧化物半导体气敏传感器的检测机理和发展现状

2.2.1　氧化物半导体气敏传感器的检测机理

2.2.2　氧化物半导体气敏传感器的发展现状

2.3　红外光谱法检测瓦斯传感器

2.3.1　红外瓦斯传感器的原理

2.3.2　红外瓦斯传感器的应用现状

2.4　光干涉型瓦斯传感器

2.4.1　光干涉型瓦斯传感器的原理

2.4.2　光干涉型瓦斯传感器的特点

2.5　吸收型光纤瓦斯传感器的发展现状

2.5.1　光纤瓦斯传感器概念

2.5.2　光纤瓦斯传感器分类

2.5.3　光纤瓦斯传感器的应用

2.6　模式滤光光纤瓦斯传感器

2.6.1　模式滤光光纤瓦斯传感器的原理

2.6.2　模式滤光光纤瓦斯传感器的研制

2.7　电化学瓦斯传感器

2.7.1　直接电化学瓦斯传感器

2.7.2　间接电化学瓦斯传感器

2.8　其他瓦斯传感器的发展现状

2.8.1　纳米气敏瓦斯传感器

2.8.2　纳米修饰电极瓦斯传感器

参考文献

第3章　电化学检测瓦斯新技术

第4章　模式滤光瓦斯传感器

第5章　微生物瓦斯传感器的研究

第6章　瓦斯爆炸的化学热力学预警研究

第7章　穴番类化合物与甲烷的相互作用研究

瓦斯灾害被称为煤矿安全生产的“头号杀手”。各煤矿生产管理单位对煤矿瓦斯监测非常重视，并成为煤矿是否可以生产的必要条件．研究和开发新型传感器和瓦斯监测技术日益受到广泛重视。本书主要介绍了煤矿瓦斯的产生．形成等过程和性质，重点总结了编著者在煤矿瓦斯传感技术和预警信息系统基础理论与关键技术等方面取得的最新成果和进展；同时，在撰写过程中，还参考了国内外在这一学科领域取得的新成就并进行了分析，力求能够较为全面地反映该领域的新进展。本书对于煤矿预防和治理瓦斯灾害具有积极和现实的意义。

本书可供采煤专业及煤层气开采专业方面的生产单位及相关科研部门．大专院校的研究人员，师生和管理者参考。

煤矿工业面临着矿井工作环境复杂、瓦斯安全事故频发的现状。目前，瓦斯监测技术还存在预警能力弱、智能化程度低、准确度低和系统可靠性低等缺点，严重制约着煤矿工业向安全、绿色和高效方向发展。针对煤矿工业的现实需求，本项目提出研究一种“基于柔性光栅与柔性驱动的全光型煤矿瓦斯红外吸收光谱检测”新思想。项目将研发光驱动柔性光栅变形进行光谱扫描检测、光驱动微泵等新技术，最终实现矿井下瓦斯浓度全光型、远程、快速、准确探测。该技术方案中矿井下仅有光学器件，无电源等电子器件，消除了电路短路、放电等故障对矿井安全的潜在威胁。项目将探明这种新思想的检测原理和方法、各种影响因素对检测精度的影响规律，最终建立一套远程、全光型的瓦斯实时监测系统的原型样机。该新方法具有检测精度高、系统稳定可靠、成本低等优势，适于大面积应用，将为煤矿工业等危险行业提供一种廉价、先进的检测方法和技术，具有重要的理论和实际意义。

针对煤矿开采过程中瓦斯事故频发的现状和煤矿产业绿色高效发展的需求，本项目探索研究一种“井下全光型”的瓦斯气体远程监测的新原理和新技术。项目采用基于石墨烯复合材料的光驱动柔性光栅，来作为监测系统的分光元件，用近红外光驱动复合材料薄膜，利用其变形来调谐柔性光栅，从而实现有害气体浓度的全光型、实时、远程在线测量。项目提出的采用光驱动柔性光栅作为分光元件的方案，完全避免了气体监测过程中电子电路短路断路等危险情况的发生，极大地提高了监测系统的安全性。项目研究了光驱动复合材料对近红外光响应的机理和规律，开发了光驱动复合材料薄膜的制备工艺，并理论和实验研究了预拉伸力大小、石墨烯质量百分比等因素对光驱动性能的影响规律。设计加工了光驱动柔性光栅，并研究了驱动时间等因素对光栅调谐性能的影响规律。设计了用于调谐柔性光栅的驱动结构，开发了用于瓦斯气体远程监测的光学系统、微弱光强信号检测的光强调制技术、纳瓦量级光强测量的光电检测电路、以及控制与数据分析系统。项目利用所开发的系统对不同浓度甲烷气体进行了实验测试研究，对起始波长进行了标定，并实验研究了吸光度与甲烷浓度的关系。本项目研究的原型测量系统实现了光驱动复合材料薄膜3 s内达到最大形变，柔性光栅栅距变化达到180 nm，以及0.68 nm的系统光谱分辨率等性能。所研究的系统成功实现了全光型、远程实时瓦斯浓度测量，验证了本基金所提新测量原理和方案的正确性和可行性。项目所研究的测量原理以及建立的原型系统和实验研究结果、经验，为将来的实际应用研究打下了良好基础。本项目的研究为煤矿瓦斯监测提供了一种新思路，具有全光型、远程实时监测、安全、成本低等优点，为将来进一步的实用化和工程化研究提供了理论及实践的经验和依据，具有较重要的理论和实际意义。 项目研究过程中发表了9篇学术论文（其中SCI论文7篇），申请了7项发明专利（其中已授权专利6项），获得了完全的知识产权，并培养了多名博士、硕士研究生。 2100433B

瓦斯爆炸是可以预防的，瓦斯突出（gas outburst）也是可以预测的，如经常测量巷道空气中的瓦斯含量，测量瓦斯涌出量，并采取有效通风、严禁烟火、预先抽放、开采保护层、人工突出等措施，可以保障煤矿生产的安全。重要的是应该研究解决煤矿瓦斯的综合利用问题，变害为利，专门抽放集中瓦斯用作气体燃料和制造炭黑等。根据1昼夜内每开采l吨煤涌出的平均瓦斯量和瓦斯涌出形式，分为：低瓦斯矿井，10立方米及其以下；高瓦斯矿井，10立方米以上；煤与瓦斯突出矿井，地质勘查部门应为矿井设计和建井提供资料。在采煤之前先开采煤层气能有效地减少煤矿瓦斯。