矿井自燃火灾束管监测系统应用研究.pdf

第 4 0卷 第 4期 2 0 1 4年 4月 工矿 自 动 化 I nd us t r y an d M i ne Au t oma t i o n Vo1 ． 4 0 NO ． 4 Ap r ． 2 0 1 4 文章编 号 1 6 7 1 ～ 2 5 1 X 2 0 1 4 0 4 0 1 0 2 0 3 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 2 6 薛毅 ， 邬剑明 ， 王俊峰． 矿井 自燃火灾束管监测系统应用研究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 4 1 0 2 1 0 4 ． 矿井自燃火灾束管监测系统应用研究 薛毅 ， 邬 剑 明 ， 王俊峰 太原 理工 大学 矿业 工程 学 院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 分析 了国 内外矿 井 自燃 火 灾束 管监 测 系统 的发展 历程 及特 点 ， 指 出澳大利 亚研制 的矿 井 自燃 火灾 柬 管监测 系统 能够 及 时反 映 自燃 区域 主要 气体 的变化 趋 势 ， 可为 矿 井 自燃 火 灾提 供 有 效 预 警 。该 系统 在 某 煤矿综采工作面的应用结果表 明， 随着综采工作 面的推进 ， 采空区内的 O 体积分数逐渐降低， 采 空区深部 边缘 的 O 体积 分数 为 5 ～6 ， 并逐 渐趋 于稳 定 ； 在 综采 工作 面 1 0 0 ～ 1 5 0 m 内， 采 空 区 内的 O 体积 分数 仍 然维持 在 8 以上 ， 应采 取相 应 的技 术措 施 防止采 空 区遗 煤 发 生 自燃 现 象； 在 综采 工作 面 1 5 O m 外 ， 采 空 区基 本 处 于窒息状 态。 关键 词 综采 工作 面 ；采 空 区；自燃 火灾 ；束管 ； 预 警 中图分类 号 T D 7 5 2 文 献标 志码 B 网络 出版 时 间 2 0 1 4 0 4 一 O 1 1 6 4 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d o i ／ 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 2 6 ． h t ml Ap p l i c a t i o n r e s e a r c h o f mi n e s p o n t a n e o u s c o mbu s t i o n f i r e mo n i t o r i ng s y s t e m wi t h b e a m t u be XUE Yi ． W U J i a n mi n g。 W ANG J u n f e n g Col l e ge o f M i n i ng Te c hno l o gy，Ta i y ua n Uni ve r s i t y of Te c hno l o gy，Ta i y ua n 0 3 0 0 24，Ch i na Ab s t r a c t The p a p e r a n a l y z e d d e v e l o p m e nt c o ur s e a n d c ha r a c t e r i s t i c s o f m i n e s po n t a ne ou s c o m b us t i o n f i r e mo ni t o r i n g s y s t e m wi t h b e a m t ub e a t h o m e a n d a br o a d，a n d i n di c a t e d mi ne s p on t a n e o us c o m b us t i o n f i r e mon i t o r i ng s ys t e m wi t h be a m t u be de ve l op e d by Aus t r a l i a c a n r e f l e c t c ha ng e t r e nd o f m a i n g a s i n s p on t a ne ou s c o mbus t i on a r e a s i n t i me， S O a s t o p r ov i de e f f e c t i v e pr e wa r n i ng f o r m i ne s po nt a ne ou s c o mb u s t i o n f i r e ．Th e a p p l i c a t i o n r e s u l t i n f u l l y me c h a n i z e d f a c e o f a c o a l mi n e s h o ws t h a t v o l u me f r a c t i o n of O2 o f g o a f g r a d ua l l y d e c r e a s e s wi t h a dv a nc i n g o f f ul l y me c ha ni z e d f a c e，t h e v o l u me f r a c t i on o f O2 o f d e e p e dg e of t h e go a l i s 5 ～ 6 a nd b e c ome s s t a bl e；t he v o l ume f r a c t i o n o f O2 o f t h e go a l s t i l l ke e p s a bo v e 8 ， S O i t s h ou l d t a ke c o r r e s po nd i n g t e c h no l o gy m e a s ur e s t o p r e v e nt phe no m e no n of s p o nt a n e o us c o m bu s t i o n of r e s i du a l c o a l i n t he go a f wi t hi n 1 00～ 1 5 O m o f t he f ul l y me c ha n i z e d f a c e；t he g oa l i s i n a s ph yx i a s t a t e be y o nd 1 5 0 m o f t he f ul l y me c ha n i z e d f a c e ． Ke y wo r d s f ul l y me c h a ni z e d f a c e；go a l ；s p o nt a ne o us c o m b us t i o n f i r e；be a m t ub e；pr e wa r n i ng 0 引言 随着中国煤矿开采强度的增大 、 开采深度 的增 加 ， 矿井 自燃 现 象 日趋 严 重 ， 由矿 井 自燃 火 灾 诱 发瓦斯 、 煤尘爆炸事故时有发生 ， 严重影响煤矿安全 生产。随着气相色谱 仪在煤矿 的应用， 矿井 自燃火 灾早期预测预报束管监测系统成为煤矿防灭火必不 可少的技术装备 ， 对矿井 自燃火灾的防治起到了 一 定 的作用 。 1 矿 井 自燃火 灾束 管监测 系统 的发 展历 程 国内外矿井 自燃 火灾 束管 监测 系统 的发 展过 程 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 0 4 ； 修 回日期 2 0 1 4 一 O l 一 2 7 ； 责任编辑 王晖。 基金 项目 国家 国际科技合作专项项 目 2 0 1 1 DF A7 2 3 1 0 。 作者 简介 薛毅 1 9 8 8 一 ， 男 ， 山西运城人 ， 硕士研 究生 ， 主要研究方 向为矿 山安全 ， E ma i l 1 2 4 8 9 8 9 7 5 q q ． t o m。 2 O 1 4年 第 4期 薛毅等 矿 井 自燃 火灾束 管监 测 系统应 用研 究 1 0 3 如 图 1所示 。 第 l 代束管监测 系统 理 早期的束管监 9 系统 的气体 分析 备是 红外线 气体 析仪， 利用 的是红 、波 长吸收 原理， 而 。和 、 } { ， CO， 的吸 [ 波长比较接近 特 点 限于 当时的技 术 ，混合 气体在红 外 线 气体分析 仪中造 成 交叉干扰， 影 响了 微量气体C O 分析的 准确性 。 第2 代束管监测 系统 原理 气相色谱仪配 置不 同原理 的检 测 器。分析气体品种多 对C2 H4 , C2 H6 , C 2 H2 ， C 3 H 的最 小检测量 可达0 1 l 0 ～。 点 设各操作复杂． 操作 人员的素质 求高． 设备准备时 长， 分析速度慢 。 第3 代束管 监测系统 原理 现代的红外线气体分 析仪 l 台仪 器 可 以同时 检 测cO， CO， ， CH ，O 四种气 体 气 体之间的交叉影响很 小， 大大提高了稳定性及可 靠性。把检测c， H 的仪器 安装到红 外线气体分析 仪 中 可完成 自燃火灾主要标 志气体的检测。 特 点 系统简单可靠， 可长 期连续运 行 是 真正意 义 的 “ 监测 系统 ”。 图 1 国 内外 矿 井 自燃 火 灾 束 管监 测 系 统 的 发 展 过 程 目前 ， 澳大利亚研制 的矿井 自燃火灾束管监测 煤层 厚 度为 1 2 ． 9 5 ～ 1 5 ． 8 9 m， 煤 层 平 均厚 度 为 系统 具 有 采 样 手 段 先 进、 气 体 分 析 时 间 短 1～ 1 4 ． 2 1 m， 煤层 自燃期为 6个月 。8 2 0 2综采工作面 2 rai n 、 气 体 分 析 完 整 、 气 体 分 析 精 度 高 0 ．1 为“ 一 进 两 回” 三巷 道 布 置 ， 采 用锚 杆 锚 索 塑 料 1 0 、 气 样 传输 距 离 远 等 特点 ， 能够 及 时 反 映矿 井 网支 护 ， 相对 瓦斯 涌 出量 为 2 ． 2 1 m。 ／ t ， 绝 对 瓦 斯 涌 自燃区域的主要有害气体的变化趋势 ， 为煤矿 自燃 出量为 4 4 ． 6 m。 ／ mi n 。 火 灾提 供有 效 预警 。该 系统 结构 如 图 2所 示 ， 包 括 2 ． 2 采 空 区测点 布 置 多根高 质 量 、 直 径 为 6 ～2 0 mm 的 塑料束 管 ， 位 于地8 2 0 2 综 采 工 作 面 束 管 采 样 点 布 置 方 案 采 样 面的、 用来从各个束管同时抽取气样的气泵 ， 气体进 8芯束管沿 5 2 0 2回风巷顶板并靠近巷帮悬挂 ， 从离 入气泵前的干燥 、 过滤与火焰捕获系统， 位于地面的8 2 0 2 工作面开切 眼 1 8 0 m 处开始 引出单根束管并 一 组气体分析仪。束管通常布置在煤 自燃容易发生 接上采样器作为第 1个采样点 ， 然后每隔 1 2 0 m布 的地点 工作面回风巷和采空区中 密闭墙后 面 ] 。 置 1个采样点 ， 共布置 8个采样点。当采样点进入 然后用气泵将采 空区各点的气体经过 束管抽至地 采空区时开始对该采样点进行取样分析 ， 以此类推 面， 南气体分析仪分析其组分。气体分析仪利用气 依次启用下一个采样点 ， 直至工作面回采结束。各 体的红外吸附特性测量 C H ， C O和 c O ； 利用气体 采样点具体位置如图 3所示 。 的顺磁 性 测量 。 ； 利用 束管 专用 色谱 仪快 速 分 析气 体 中的 C H 和 H 。分 析 结 果 直 接 输 入 专 门开 发 的计 算机 软件 ， 由该 软 件快 速 分 析 计 算 各 种 气体 指 标 及 变 化 趋 势 ， 如 有 异 常 或 早 期 自燃 迹 象 ， 发 出 警报 。 柬管 图 2 矿井 自燃火 灾束管监测系统结构 2 矿 井 自燃火 灾束 管监 测 系统 的应 用 2 ． 1 塔 山煤矿 8 2 0 2工作 面概 况 塔 山煤矿 8 2 0 2综采 工 作面 为二 盘 区首 采 面 ， 走 向 长为 1 3 7 5 ． 6 5 m， 倾 向长 为 2 3 0 ． 5 m。开 采 的 3 5号煤层 为 复杂 稳 定 可 采 煤 层 ， 煤 层 倾 角 为 2 ～ 6 。 ， ● 柬 管 采 样 点 图 3 束管采样点布置 2 ． 3 观 测 内容 与 方 法 1 针 对 8 2 0 2综 采 工 作 面 实 际 推 进 情 况 ， 每 2 d采 集 1 次 气样 ， 在 综采 工 作 面 推进 较 慢 时 ， 每 天 采集 1次气样 。 2 采样 时， 打开相应的预抽柬管对应 的控制 开关 ， 预抽 5 ～8 mi n 。 3 采样 完 毕 后 ， 需 要 记 录好 每 天 工 作 面 的推 进度 。 4 采集 的气样必 须 在 4 h内分 析完 毕 。 2 ． 4现 场监 测结 果分 析 根据 8 2 0 2综采 工作 面采 空 区气体 监测 日报 表 ， 1 0 4 工矿 自动化 2 0 1 4年 第 4 O卷 图 4 、 图 5分别 给 出随着综 采 工作 面 的推 进 ， 采空 区 不同测点处 的 C H C O ， C O， H 和 O 体积分数 的变化 情况 。 C H4 C O2 ／ ％ Co／ ％ CH4 CO2 ／ ％ Co／ ％ 5 ． 2 3 0 ． 0 0 3 4 I l 0 ． 0 1 5 H， ／ ％ 0√％ H2 ／ ％ o2 ／ ％ 0 0 0 5 4 ． 8 7 0 0 4 4 1 0 ．4 5 ■ ● I C H 4 C O 2／ ％ C o ／ ％ l 5 2 0 2 回 风 巷 5 ． 8 3 0 ．0 0 9 l H 2／％ o 2／％ l 歪 o ．0 0 8 4 8 6 l 圜 2 2 0 2 进 风巷 图 4 8 2 0 2综采工作面距开切眼 5 0 7 m 处 ， 采空 区不 同 测点处 的气体体积分数 的变化情况 4 综 采 工作 面 后 方 1 5 0 m 外 ， 采 空 区基 本 处 于窒息状态 ， 遗煤无 自燃危险。 3结 语 介 绍 了澳 大利亚研 制 的矿井 自燃 火灾 柬管 监测 系统 的特点 及结 构 ， 该 系统 在塔 山煤 矿 8 2 0 2综 采工 作面 的应用 结果 表 明 ， 随着 综采 工作 面 的推进 ， 采空 区 0 体积分数逐渐降低 ， 采空区深部边缘 O 体积 分数为 5 9 ／ 6 ～6 ， 并趋于稳定； 在综采工作 面后方 1 O 0 ～1 5 0 m 内， O 体积分数仍然维持在 8 ％以上 ， 应采 取相 应 的技术措 施 防止采 空 区遗煤 发生 自燃现 象 ； 综采工作面后方 1 5 0 m外 ， 采空 区基本 处于窒 息状 态 。 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] I- 3 ] 图 5 8 2 0 2综 采 工作 面距 开 切 眼 1 0 7 9 m 处 ， 采 空 区不 l司 测点处 的气体体积 分数 的变化情 况 从 图 4和图 5可看 出 1 随着 综 采 工 作 面 的 推 进 ， 采 空 区 内的 瓦 斯 体积 分数 逐渐 升 高 ， 采 空 区深 部 边 缘 的瓦 斯 体 积 分 数 为 6 左 右 。 2 随着综采工作面的推进 ， 采空区内的 0 体 积分数逐渐降低， 采 空区深部边缘 的 O 体积分数 为 5 ～6 ， 并 趋 于稳定 。 3 综 采工 作面后 方 1 O O ～ 1 5 0 m 内 ， 采 空 区 内 的瓦斯 体积 分数 为 4 左 右 ， 但 O 体 积分 数 仍然 维 持在 8 以一 L， 遗煤可能发生 自燃现象。 [ 4 ] I s ] [ 6 ] [ 7 ] E s ] 郑学 召， 王伟峰 ， 吴建斌 ． J S G一 8型束 管火灾 监测 系统 井下 布 置方 案 探 讨 [ J ] ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 1 1 ， 3 7 1 0 7O 一 73 ． 周春 山 ， 徐毅 ， 邬剑 明． 基于 C F D的采空 区氧气 流场分 析 [ J ] ． 中国煤炭 ， 2 0 0 9 ， 3 5 1 1 9 3 9 5 ． 房 文杰 ， 李长录． 矿用柬管监测 系统 工作 站的分析 比较 与发展趋势 1- J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 O 1 2 ， 3 8 4 5 5 5 7 ． 邓军 ， 张群 ， 金永 飞， 等． J S G一 8型矿井火灾束 管监测 系 统 应用 关键 技术 [ J ] ． 矿 业 安全 与 环保 ， 2 o l 3 ， 4 0 3 47 49 ． 江成玉 ， 李春辉 ， 苏恒瑜 ． 基 于 GI S的煤矿 火灾救援管 理 系统设计 [ J ] ． 中国煤炭 ， 2 0 1 0 ， 3 6 4 1 0 0 1 O 3 ． 雷 鸣 ， 侯嫒彬． 基 于虚 拟仪 器的煤层 自燃 监测 预报 系统 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 5 ， 3 1 3 1 9 2 1 ． 王俊峰 ， 邬剑 明， 靳钟 铭． 一种预 测采空 区 自燃 危险 区 域的新方法 C F D技 术的应用 F J ] ． 煤 炭学报 ， 2 0 0 9 ， 3 4 11 1 48 3 1 48 8． 李法刚 ， 王文庭 ， 张明亮． 自燃火 灾束管 监测 系统在 跃 进煤矿的应用口] ． 煤炭技术 ， 2 0 0 9 ， 2 8 4 1 0 0 1 0 3 ． 关于举办矿用产 品生产企业高管人员培训研讨班的通知 安标国家矿用产品安全标志中心将于 2 0 1 4年 4月 1 7 1 8日在江苏省常州市 、 4月 2 4 2 5日在河南省 郑州市分别举办矿用产品生产单位高管人员培训研讨班 。 培训内容 1 矿用产品管理相关法律法规 ； 2 煤矿特殊性及矿用设备基本要求 ； 3 安全标志 申办相 关 问题 ； 4 矿 用产 品现 状及 展望 。 参加 人员 生产 单位法 定代 表人 或 董事长 、 总 经理 总裁 、 副 总经理 、 总 工程 师等 高管人 员 。 联系 人 王 玫方浩 电话 0 1 0 8 4 2 6 4 2 6 6 8 9 3 ， 8 2 7 ， 8 7 2 传真 E ma i l a b p x 2 0 1 2 1 2 6 ． c o m