基于无人机平台的甲烷监测技术及其在油气行业的应用

对甲烷排放的精准监测是油气行业实现温室气体减排与管控的基础和前提。无人机具有灵活、可操作性强、覆盖范围广、运行成本低等特点,以无人机为飞行平台的甲烷监测技术在油气行业区域甲烷排放监测领域具有巨大的应用潜力。详细阐述了基于无人机平台的甲烷监测技术的优势,梳理了不同的无人机类型,并根据其飞行性能及载荷能力进行了比对,归纳了无人机有效载荷类型、特点及应用场景,总结了国内外无人机甲烷监测技术在油气行业的应用,旨在为基于无人机平台的甲烷监测技术在我国油气行业的应用提供理论和技术参考。

油气行业甲烷监测、报告与核查技术进展研究

可靠完善的MRV体系(监测、报告、核查)是油气行业应对气候变化采取减排行动和进行减排绩效评估的基石,也是建立具有市场信誉及可信度的碳排放交易的质量控制手段。针对油气行业的甲烷排放特点,分别对甲烷监测技术和甲烷量化技术进行详细阐述,比对不同监测技术和量化技术的特点、适用性及局限性,结合12大类油气行业重要排放源,梳理企业甲烷MRV实施方案,并结合技术发展现状,提出油气行业的甲烷MRV技术体系发展趋势及需要进一步解决的问题,旨在为我国油气行业的MRV体系建设提供理论基础。

余吾煤业分布式光纤甲烷监测系统研究与应用

针对余吾煤业矿井甲烷监测系统灵敏度与准确性差的问题,采用分布式检测原理进行甲烷监测系统升级优化。系统采用1650 nmDFB可调谐半导体激光发生器,通过WDM环形器完成调制频率扫描光分光,经信号转化、放大、调理和AD转化运算后显示甲烷实时监测浓度值。示值对比试验验证了甲烷浓度监测精度达到设计要求,重复性试验表明系统稳定性良好,现场应用精准实现矿井多系统融合联动联控功能。

双碳目标下天然气输气生产推广智能激光甲烷监测平台研究

天然气是一种清洁、低碳、安全优势非常明显的能源,将为我国新能源规模化发展提供有力支撑,做为实现“双碳”目标的重要抓手,也不能忽视作为天然气主要成分的甲烷带来的问题,自工业化前时代以来,甲烷造成的升温高达0.5℃,仅次于二氧化碳。本文的主要研究内容是双碳目标下,做好甲烷控排,利用智能化技术手段,将激光甲烷装置运用到日常输气生产中,实现对生产过程的监控和检测,并通过实际使用验证该设备在及时发现及减少甲烷泄漏上具备重要作用。

基于光谱吸收的光纤甲烷监测系统在瓦斯抽采中的应用

研究了一种基于光谱吸收的光纤甲烷远程实时在线监测系统,分析了该系统在瓦斯抽采中的应用。该系统以1665nm波长半导体激光器作为光源,以单片机C8051F410为核心处理器,采用锯齿波信号实现了气体激光吸收光谱的波长调制,结合A/D转换电路、通讯电路和显示电路,可进行声光报警、LCD液晶显示等。利用内置参考池对激光波长漂移进行自适应调整,可以实现甲烷吸收线的锁定。该系统已在国内外建立多个示范工程,试验表明,该系统具有很好的稳定性,在0%~100%量程实现了分布式多点甲烷气体浓度的实时在线监测和显示,监测的灵敏度可达ppm量级,在煤矿瓦斯抽采领域具有广泛的应用前景。

基于甲烷监测的无线传感器网络的功率优化

针对目前甲烷监测系统可靠性不高，介绍了一种低成本、低功耗的装有甲烷传感器的无线传感器网络替代传统的有线监控系统，从而更经济更高效地监测煤矿中的甲烷突出；无线传感器网络通过井下终端节点监测甲烷浓度的变化，给地面监控中心提供早期预警信号，使煤矿安全人员能及时发出命令来快速疏散在井下高危险区域作业的矿工，减少损失；重点提出了通过使用低功耗器件、发送最优数量的采样数据以及自动切换传感器节点工作状态来实现甲烷监测系统的功率优化，试验分析发现终端节点功耗可降低至1／4～1／2，通信距离可增加3倍左右，将会有很好的市场效应。

基于甲烷监测的无线传感器网络节点的硬件设计

设计一种用于甲烷气体监测的无线传感器网络节点硬件电路,可对煤矿瓦斯、家用天然气管道泄漏进行探测。以超低功耗的MSP430F149单片机为控制核心,以射频nRF905芯片为无线传输模块,以TP-1.1A甲烷传感器及其外围电路为传感器模块,重点分析了功耗,实现了网络节点的硬件电路设计,并测试了不同条件下传感器的感知精度、节点的功耗与收发信息次数的关系。结果表明该节点具有良好的甲烷监测的能力。

基于边缘计算的采煤工作面甲烷监测模式研究

针对工作面现有甲烷监测点不足,无法满足智慧矿山建设中工作面甲烷感知、分析和预警需求的问题,结合边缘计算技术、矿山物联网环境感知技术和数据传输等相关技术,分析了甲烷微功耗感知、自组网传输、监测终端供电和传感位置服务问题。提出了集微功耗甲烷感知、自供电、自定位及自组网数据传输于一体的甲烷监测终端,配合工作面区域边缘网关、矿端边缘服务器和云端大数据分析,建立了基于云、边、端三级的甲烷边缘监测模式的系统架构,解决了工作面区域基于边缘计算的甲烷感知和传输问题。以100台液压支架、2台端头支架工作面为例,在笛卡尔二维坐标系下设计了该工作面基于边缘计算的甲烷监测方案,实现了甲烷浓度二维空间范围的大数据量监测,提出了工作面区域全覆盖的甲烷含量数字场实现方法和云图直观展示方式。在甲烷含量空间场和云图展示的基础上,提出了2种基于大数据支撑的甲烷含量分析预警模式和思路,一是对甲烷超限含量前后区域空间场进行关联分析,提取工作面甲烷含量超限对应空间场的分布特征和变化规律,利用区域含量场及早发现甲烷含量超限问题,另一种是利用大数据分析工具解决甲烷监测报警阈值以下的显现异常问题。

载体催化元件甲烷监测设备调校周期探讨

该文针对载体催化元件甲烷监测设备调校周期《煤矿安全规程》与《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》不一致,各单位执行不统一的实际,对相关标准规定进行了分析,对甲烷监测设备调校周期执行标准进行探讨。

国外天基二氧化碳和甲烷监测能力及近期计划（下）

除了前面介绍的CO2和CH2监测任务之外,其他几项任务也正处在早期规划阶段,比如日本的GOSAT-3卫星。另外,美国国家科学院在地球科学十年调查中也提议将一项温室气体监测任务作为新明确的地球科学探索计划中的一种可行概念。

综采工作面区域甲烷分布特征及关键监测位置研究

基于现阶段综采工作面甲烷浓度实时监测范围未覆盖综采“三机”所在区域,且工作面人工巡检位置难以把握的问题,在对工作面区域进行网格划分的基础上,通过改变落煤点位置及风速条件,并采用现场实测与仿真实验相结合的方法,对工作面区域甲烷扩散规律进行了研究,从而为优化工作面甲烷传感器的布置和人工巡检策略提供借鉴。首先将工作面受限空间划分为294个网格,然后使用FLUENT软件对工作面三维模型进行边界条件设置并开展仿真模拟实验,根据实验结果对甲烷在不同网格区域的扩散情况进行统计分析,并通过对比现场实测结果与实验数据验证仿真实验结果的有效性。研究结果表明:采煤作业进行至工作面中部时甲烷扩散范围最广,风速影响甲烷在不同区域的扩散范围,但落煤甲烷由于逆风流方向运输产生的扩散强度远小于沿风流方向扩散强度,且工作面区域甲烷浓度最大值位置仅与落煤点位置相关。综合不同落煤点位置和不同风速条件下的甲烷扩散规律,应重点在横-1区域与纵-2区域、纵-3区域的重合位置布置甲烷传感器或加强巡检频次。研究成果揭示了综采工作面区域甲烷扩散机理,对于确定工作面瓦斯监测的关键位置和保障作业人员的安全具有重要意义,为提高综采工作面瓦斯灾害防治能力提供了有力支持。

N1203工作面光纤甲烷浓度监测系统设计与应用

针对井下甲烷浓度监测不准,以余吾煤业N1203工作面为研究背景,基于光谱吸收原理制定光纤甲烷浓度监测方案,采用锯齿波调制半波扫描对甲烷浓度进行监测。结果表明:82.2%的甲烷气体浓度监测误差范围在±0.25%内波动,监测精度1×10^(-5),稳定性可达0.01%,说明监测方案精度高、结果可靠,可满足生产需要,保证井下安全。

大斗沟煤矿井下甲烷浓度监测系统设计研究

大斗沟煤矿KJ90型甲烷浓度监测系统智能化程度低,与煤矿其他安全控制系统联动性能差,基于窄带物联网(NB-IoT)技术构建四层监测架构甲烷浓度智能监测系统,设计了以红外光源和热释电探测器双通道检测模块配合反射式光学气室的甲烷传感器光学系统,通过主函数周期轮询调用功能程序实现系统监测、控制与联动功能。

工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律研究

针对综采工作面受限空间内,监测传感器无法满足甲烷浓度监测的需要,以及工作面人工巡检位置难以明确的现状,研究了工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律。首先将工作面受限空间划分成均匀网格,并进一步划分为3个横向区域和4个纵向区域。然后通过对工作面煤壁甲烷涌出的特征分析,结合现场数据,建立仿真模拟实验的边界条件,对不同甲烷涌出强度和风速条件下的甲烷扩散规律进行研究。实验结果表明:随着甲烷涌出强度增大,垂直煤壁方向上,靠近煤壁位置的甲烷扩散占比减少,远离煤壁位置的甲烷扩散占比增加;平行煤壁方向上,甲烷扩散占比未发生明显变化。随着工作面风速增大,垂直煤壁方向上,靠近煤壁位置的甲烷扩散占比增加,远离煤壁位置的甲烷扩散占比减少;平行煤壁方向上,回风侧区域甲烷扩散占比向进风侧区域转移。

基于Arduino的甲烷浓度监测报警系统设计

文章所设计的甲烷浓度监测报警系统主要运用Arduino单片机实现对甲烷浓度的监测和报警。运用仿真软件构建甲烷气体监测仿真模型,传感器将采集到的甲烷浓度数据经过单片机处理后发送到上位机,与单片机通信,实现实时数据显示、报警、风机控制等,通过搭建的硬件电路实现具体功能。

全球甲烷控排对我国的启示

甲烷是全球第二大温室气体,其排放量占全球温室气体排放总量的16%,仅次于二氧化碳。在全球变暖的背景下,甲烷控排对于各国达成气候目标意义重大。本文通过分析联合国气候变化框架公约(UNFCCC)附件1国家向联合国提交的国家信息通报(NC),以及中国最新的国家信息通报和两年更新报(BUR),系统总结了国内外甲烷排放现状、来源特征和政策措施(P&M)以及甲烷减排效果和目标。分领域归纳总结了主要附件1和非附件1国家在能源、农业和废弃物三个领域的主要减排政策和措施,分析了我国甲烷排放现状、控排政策措施及存在的问题,并通过对比分析国际经验提出了对我国甲烷控排的启示。研究结果显示,我国甲烷排放规律与全球基本一致。现阶段甲烷控排的关键技术和管理政策体系都需要进一步攻关健全,核算方法学及监测规范需要进一步研究。在加大控排力度的同时,应加强利用市场化手段促进甲烷减排。

基于ATmega16L单片机的矿用甲烷和温度监测仪设计

为了满足在采煤矿区恶劣环境下对甲烷浓度和温度数据进行精确测量、同步采集的需求,提出了一种以Atmega16L单片机为核心的监测仪设计方案。监测仪采用红外甲烷传感器和单总线数字式温度DS18B10传感器分别对甲烷浓度和温度进行准确测量,实现了对采煤层多点温度的精确采集,将采集的甲烷浓度和温度数据发送至地面集中监控系统,实现了对采煤层甲烷浓度和温度数据的动态显示、查询等功能。测试表明:该监测仪具有成本低、易于扩展、用户界面操作简单等优点,可以在各种复杂的采煤现场下实现对甲烷浓度和温度数据的高效而准确的采集和传输。

永定庄煤业甲烷监控系统优化设计与应用

针对永定庄煤矿KJ88S型甲烷安全监控系统存在的传感器防护等级低、信号传输精度差、无多系统融合功能等问题进行优化设计,主干传输网络优化为工业以太网,多台综合型监控分站采用星型网络架构采集数字型传感器数据,在前端数据采集与控制系统和地面监控系统配合下,通过多系统融合服务器完成甲烷浓度实时监测、数据综合管理分析、多系统应急联动等功能。

基于AADL的甲烷浓度监测报警系统可靠性验证

结构分析和设计语言AADL在嵌入式系统领域有着良好的应用。为了保障煤矿安全系统软件的质量,选取甲烷浓度监测报警系统的流延迟问题为例,提出了基于AADL的错误模型附件的形式化软件验证方法,列举了不同端口产生流延迟的方式,阐释了从模型建立、模型分析到模型修改的验证过程。为AADL在煤矿安全系统软件验证方面的应用奠定了基础。