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