本课题来自山东理工大学校企融合项目。矿井瓦斯气体检测是矿井安全生产的重要组成部分,矿井气体是产生爆炸的危险源,矿井气体浓度的高精度检测严重影响矿井的生产与发展,矿井气体不能有效处理也严重影响着生态环境。甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、乙炔等13气体是矿井开采过程中产生的主要爆炸气体和有毒有害气体,当这些气体浓度到达一定程度而没有及时发现,进而会导致矿井爆炸事故或工人发生窒息等情况发生。因此,准确、高效、实时检测矿井气体浓度对矿井安全生产具有重要的意义。甲烷作为爆炸的主要来源,如何提高甲烷的检测精度一直是重要的研究课题,同时其他矿井内12组分也对甲烷的爆炸范围产生重要影响。因此,本文根据实际情况提出基于光腔衰荡光谱技术的甲烷检测系统和基于色谱法的矿井内其余气体检测系统对矿井内的13种气体进行实时检测。主要研究内容包括:1.研究了基于红外激光吸收光谱技术的原理,分析了甲烷气体在1650nm附近的光谱吸收带、衰荡腔的谐振模式和光场稳定条件,对光学器件进行分析和选取,采用可调谐二极管吸收光谱技术和腔衰荡吸收光谱技术搭建甲烷光学检测系统,过光谱叠加反演矩阵,得到甲烷气体浓度,实验表明积分时间为1s时,系统的检测下限为2.76 ppm;积分时间增加到50s时,检测下限降低为0.580ppm。2.研究了气相色谱法检测原理,分析色谱仪工作原理和定量定性分析方法,设计12组分矿井气体检测系统,针对色谱柱检测过程需要对温度严格控制问题,提出一种基于粒子群-PID控制的升温方式,实验验证在实际检测过程中大大提高了检测精度。3.为增加对矿井气体预测的精确度,利用支持向量机实现吸收光谱与气体浓度之间的非线性映射,在不建立数学模型的前提下,通过训练学习,不断完善的向量机模型,可以实现气体浓度的高精度预测。为使支持向量机发挥良好的效果,找到合适的参数,提出一种入侵杂草算法改进的粒子群算法用于支持向量机算法用来快速实时检测混合气体浓度,该算法既具有粒子群的搜索深度又具有入侵杂草算法的搜索广度,达到增强算法全局搜索能力和种群多样性的目的。4.依据检测任务,充分结合Lab VIEW的图形显示优势与MATLAB强大的数据处理功能,开发一套全新的矿井气体检测系统,实现全自动数据采集和实时检测,上位机具有数据存储、分析、预警等功能,为很好的对矿井气体采样,设计32路矿井气体抽取子系统,对矿井下32个采样点24小时不间断采样。