束管监测系统在矿井防灭火工作中的应用

束管监测系统在矿井防灭火工作中的应用
发表时间：2018-05-22T16:58:37.410Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：高云[导读] 摘要：矿井束管监测系统是一种有效的专用监测技术，可对井下有自然发火危险的地点进行全面监控，通过监测系统对采集的矿井火灾标志性气体分析，可以早期预测预报煤层自然发火状况，为矿井自燃火灾和瓦斯的防治工作提供科学依据。

淮南矿业集团潘二矿安徽淮南 232087
摘要：矿井束管监测系统是一种有效的专用监测技术，可对井下有自然发火危险的地点进行全面监控，通过监测系统对采集的矿井火灾标志性气体分析，可以早期预测预报煤层自然发火状况，为矿井自燃火灾和瓦斯的防治工作提供科学依据。

基于此，本文主要对束管监测系统在矿井防灭火工作中的应用进行分析探讨。

关键词：束管监测系统；矿井防灭火工作；应用
1、前言
随着气相色谱仪在煤矿的应用，矿井束管监测系统成为煤矿防灭火必不可少的技术装备，它可以对采空区特别是密闭区域进行实时监测，通过采集分析监测区域内的指标性气体，从而达到对煤自然发火的早期预警，对矿井自燃火灾的防治起到了一定的作用。

2、束管监测系统原理及应用
2.1原理
JSG一7型煤矿自燃发火束管监测系统是在微机分析与控制、红外线连续分析、色谱高精度分析、束管负压运载气体这三项新技术基础上开发出来的新产品。

系统工作时，先启动抽气泵，使束管内形成负压，即井下外部压力大于束管内压力，使井下气体被吸如果束管，到达井上电磁阀前并处于等待检测状态，气相色谱仪达到稳定工作状态后，微机通过控制接口板输出一个开关量给驱动电路，驱动电路的继电器吸合，接通某一路束管的电磁阀，该路束管内的气体被分别送入红外线分析仪和色谱仪中，分析结果被送到微机内的数据采样接口板上，经过信号放大，模数转换，将模拟量变成数字量，然后由分析软件进行处理，形成谱图和分析结果，分别在屏幕和打印机上表现出来，完成某一路束管气体的检测分析过程。

2.2应用
束管监测系统利用氢焰燃烧的原理分析气体，可以监测到井下的O2、N2、CH4、CO、CO2、C2H6、C2H4、C2H2八种气体的浓度。

在实践中对潘二矿自燃发火的预测和防治起到了重要作用。

潘二煤矿现敷设的是12芯管路，为了测量的准确性，对井下监测地点一方面通过管路抽气测量，另一方面通过现场采样进行对比分析，并定期对其管路进行打压排查。

还对重点监测地点的各项指标进行对比分析并绘制趋势曲线图，通过趋势分析预测预报。

2.2.1煤炭自燃的判断与预报
在测量分析中，CO产生作为煤炭自然氧化的一个重要指标气体，在实践中为防止煤炭自燃起到了重要作用。

但是，由于煤温上升到70℃时，即有少量CO涌出，煤从低温氧化阶段到燃烧都会产生大量的CO，为了适时预报，必须进行大量的资料统计、分析，从而确定预报的临介值。

煤层自燃过程可以分为六个阶段：
（1）原始阶段：外部无自燃阶段，气体分析时未发现CO。

（2）低温氧化阶段：煤温开始升高，巷道内有热气，局部煤温在70℃以下，风流中含有微量CO。

（3）升温氧化阶段：局部煤温逐渐上升，巷道顶板干燥，热气增大，风流中CO浓度增高，出现乙烯，此时温度可达110～130℃。

（4）煤炭加速升温阶段：由于煤炭加速氧化，煤层和围岩的温度升高，风流中水蒸气变少，巷道顶板冷凝水消失。

风流中CO成倍增加并出现烯烃、烷烃类气体。

此时的局部煤体温度可达140～190℃，若不采取措施，在1～2个月内可能出现烟雾。

（5）煤炭急剧升温阶段：局部煤体急剧氧化，煤被干馏，有气味。

风流中的CO、烯烃、烷烃类气体的浓度较高。

此时，聚热处的温度在200℃以上，如果不及时采取措施，10天左右会出现烟雾。

（6）自燃阶段，出现烟雾和明火。

上述煤炭自燃过程的划分和各阶段特征，对适时预报具有重要的意义，为了贯彻执行预防为主的方针，潘二煤矿经过实践认为，当煤炭处于升温氧化阶段，局部煤温为110℃～130℃时做出早期预报；在加速升温阶段，局部煤温为140℃～190℃时做出中期预报；在煤炭急剧升温阶段，局部煤温在200℃以上时做出紧急预报是适时的。

2.2.2利用烷烯比判断煤温
通过几种气体的对比和煤的自燃过程分析，得出结论利用烷烯比来判断煤的温度升高效果较好，因为乙烷与乙烯的比与煤温之间有明显的规律性。

2.2.2.1具体作法
（1）当风流中检测出乙烯，说明煤体的温度为110～130℃，相应发出早期预报以便做好初期准备。

（2）当“烷烯比”为2～3时，煤温可达到140～190℃，煤已处于加速氧化阶段，必须发出中期预报，此时，就应通知有关部门，做好一切灭火准备。

（3）当“烷烯比”≤1时煤温已超过200℃，煤已处于急剧氧化阶段，必须发出紧急预报，并采取果断措施，扑灭发热源。

2.2.2.2优点
（1）判断方法直观、易于掌握。

（2）使预报工作与煤的自燃阶段和应采取的措施结合起来，工作更明确。

（3）受井下风量变化的影响较小。

（4）当煤层出现多处升温点时，能够抓住重点，逐个解决。

3、基于潘二矿束管监测系统的煤自燃预警系统
运用束管监测系统对煤的自燃进行预警预报主要依靠的是指标性气体分析法。

煤在自燃的过程中，会产生多种气体，其中一些气体和煤自燃某些阶段有着良好的对应关系，因此，将足以能够用来判断自然发火征兆的气体作为指标性气体，其主要指标有CO、C2H6、C2H4、C2H2及其演化指标（链烷比、烷烯比、火灾系数）等。

目前，关于煤炭自燃标志性气体的研究已经较为成熟，并且已经形成了AQ/T1019—2006《煤的自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法》标准。

煤炭的自燃过程中，其指标性气体的临界温度及其浓度的变化主要受煤的变质程度、性质、及地质条件等因素的影响，但煤炭自燃指标性气体一般在同一煤层、同一采区的临界温度与生成量与煤温有较好的对应关系。

根据这些指标性气体的浓度、速率、比值等，可以去判断束管监测区域的煤自燃程度。

选择好适当的指标性气体是应用好标志性气体分析法的关键，在指标性气体的选择上一般遵从以下原则：①灵敏性；②规律性；
③可测性；④唯一性；⑤单调变化性；⑥早期显现性。

根据AQ/T1019-2006《煤的自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法》标准，及其他文献，和程序升温实验所得：针对长焰煤，选用的指标性气体宜以烷烃类气体（主要是C2H4、C2H2）为主，CO为辅。

束管监测预警预报系统，主要是采集监测区域的气样，并对几种指标性气体的浓度做出判断，根据这些指标性气体的浓度、速率、比值等，去判断束管监测区域的煤自燃程度。

基于潘二的束管监测系统应用现状，以及对潘二矿所采集煤样的程序升温实验等，对现存的煤自燃预警系统做出了一定的改善，开发出针对潘二矿束管监测系统的煤自燃预警系统。

（1）无效气样的剔除
束管监测系统在实际的运用过程中难免有无效的气样产生，而特里克特比率（Tr）是一种有效的剔除无效气样的工具，用它可以避免由于无效气样而做出的错误判断。

当气样的比例出现不正常时，意味着气样本身存在着问题，这组气样就不应该做为判断的依据。

（2）预警值的设置
预警值不能用单一的量去设置，应该设置几个辅助的预警值，以便达到更好的预警效果。

例如，把C2H4的零界温度作为潘二煤自燃预警系统默认的早期预警点，预示着火点的温度达到110~120℃；但是，当束管系统没有检测到C2H4气体，而CO的浓度超过了150×10-6，此时也可作为辅助预警点，同样预示着火点的温度在120℃左右。

潘二矿采空区煤自燃预警系统预警指标信息如表1所示。

表1潘二矿煤自燃预警系统预警指标信息
（3）煤自燃预警系统的结构框架基于束管监测系统潘二矿煤自燃预警系统的结构框架图如图1所示。

图1煤自燃预警系统的结构框架图
4、结语
通过对束管监测系统检测结果的分析，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供科学依据，从而对矿井的井下瓦斯、通风系统做到最好的管理，降低了矿井火灾和瓦斯爆炸发生的几率，从而减少矿井安全事故。