粉尘和甲烷的检测一直是煤矿井下安全检测的重要组成部分,在众多种类的测量仪器中光散射式粉尘仪和光谱吸收式甲烷传感器又是性价比最高和使用最广的,但却易受环境干扰、内部噪声、器件性能等因素的影响,现有的检测装置缺乏对多种干扰因素的校正,在实际煤矿井下的环境中测量时会产生很大误差,它们既有各自单独的干扰因素,且粉尘又会对甲烷测量造成干扰,因此有必要把二者放在一起研究。本文设计了一个模拟煤矿井下现场环境的粉尘、甲烷及测量干扰因素的球形实验舱,对利用光散射法检测粉尘和利用光谱吸收法检测甲烷的两种仪器在煤矿井中的干扰因素进行了分析和研究,总结出了一套减少干扰、提高精度的方案。具体研究内容如下:(1)通过Mie理论公式结合实验结果分析了颗粒粒径、形状、散射角、成分以及环境湿度、水雾、硬件器件性能和硬件电路给光散射法测量粉尘造成的影响,给出了减少干扰、提高测量精度的方法。(2)基于NDIR和TDLAS技术的光谱吸收法的甲烷浓度测量机理,采用可调谐光源和谐波检测法搭建了一套用于检测甲烷的系统,实现了矿井报警浓度以下的甲烷的精确测量。通过理论和实验结果分析了环境中温度、湿度、压强、水雾、粉尘以及系统各模块性能对光吸收法测量造成的影响,给出了提高测量精度的重要参考。(3)搭建了一个透明的球形煤矿井下粉尘、甲烷及干扰因素的环境模拟舱。它可以产生浓度均匀可控的粉尘环境、可控的报警浓度以下的甲烷环境和可控的干扰因素(如湿度、颗粒性质)环境,具备粉尘、甲烷检测系统。它主要用于研究煤矿井下粉尘和甲烷混合状态下的干扰影响的测量实验,并实现了对球舱内部环境参数的实时监测和无线传输功能,同时编写了用于控制和监测整个球舱内部环境的上位机软件。(4)仿真了气溶胶粒子在球形环境模拟舱中的浓度分布情况。使用ANSYS-Fluent流体仿真软件对球形环境模拟舱进行了粉尘浓度分布的仿真,实现了粉尘在流场中快速混匀的最优化设计。本课题将井下对光散射式粉尘仪和光谱吸收式甲烷传感器产生干扰的因素进行了研究,主要是通过搭建实验舱体模拟了煤矿井下的特征环境,对干扰因素进行了实验测量,从而得出校正方案。但由于实际情况的粉尘特性十分复杂,对于粉尘特性的校正模型还存在不足;此外,测量甲烷的整套装置成本偏高,还有待进一步研究和解决。