煤与瓦斯突出报警方法.pdf

第 4 O卷第 1 1 期 2 0 1 4年 1 1 月工矿自动化 I n dus t r y a nd M i ne Aut o m a t i o n Vo 1 ． 4 0 N0 ． 1 1 NO V ．2 0 1 4 。 ’ ；科研成果 ⋯ l ⋯ ’ 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 4 1 1 0 0 0 1 0 5 DO 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 ． 1 1 ． 0 0 1 孙继平．煤与瓦斯突出报警方法E J - 1 ．工矿自动化， 2 0 1 4 ， 4 0 1 1 1 5 ．燥与瓦斯突出报警方法孙继平中国矿业大学北京，北京1 0 0 0 8 3 摘要分析得出近 1 O年煤矿重特大瓦斯事故起数和死亡人数分别占煤矿重特大事故起数和死亡人数的 6 2 ． 3 和 6 6 ． 5 。提出了用于煤与瓦斯突出报警的甲烷、风速、风向等传感器布置方法。提出了基于煤矿安全监控系统的煤与瓦斯突出报警方法，即监测和分析甲烷浓度、风向、风速、传感器故障等，在出现以下情况时发出声光报警信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，撤出煤矿井下作业人员甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度，且风速不低于正常值；甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度，进风巷风流逆转；进风巷甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度等。关键词煤与瓦斯突出；报警；传感器；甲烷；风速；风向中图分类号 TD 7 1 3 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 4 1 l O 4 1 4 1 4 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 ． 1 1 ． 0 0 1 ． h t ml Al a r m me t h o ds o f c o a l a n d g a s o u t b ur s t S UN J i p i n g Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be i j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Co l l i e r y g a s a c c i d e nt s i n r e c e nt 1 0 ye a r s we r e a n a l y z e d，a nd nu m be r s o f a c c i d e n t s a n d d e a t hs a c c o un t e d f o r 6 2．3 a nd 6 6．5 r e s p e c t i v e l y． The p l ac e m e nt me t ho ds o f c o a l a n d ga s o ut bu r s t a l a r m s e ns or s o f me t h a ne，wi nd s p e e d，wi nd d i r e c t i o n we r e pu t f or wa r d．Co a l a n d g a s ou t b ur s t a l a r m me t h od s we r e p r o p o s e d b a s e d o n c o a l mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g s y s t e m ，n a me l y mo n i t o r i n g a n d a n a l y z i n g me t h a n e ， wi n d d i r e c t i o n，wi n d s p e e d a n d s e n s o r f a u l t ，s p e c i f i c a l l y，s e n d i n g o u t s o u n d a n d l i g h t a l a r m s i g n a l ，c u t t i n g o f f a l l po we r s up pl y f o r i n t r i ns i c a l l y s a f e e l e c t r i c a l e qu i p m e nt i n c o a l m i n e，a nd pu l l i ng o u t of c o a l m i ne wo r ke r s i n t he f ol l o wi n g c a s e swi nd s pe e d i s no r m a l a n d me t ha ne c on c e n t r a t i on i nc r e a s e s r a p i dl y or e x c e e ds a l a r m c o nc e n t r a t i o n；wi nd di r e c t i on r e v e r s e s i n i nt a k e a i r w a y a nd m e t ha n e c o nc e n t r a t i o n i n c r e a s e s r a pi d l y o r e x c e e d s a l a r m c o nc e nt r a t i o n；a nd m e t ha ne c o nc e nt r a t i o ns i n i n t a ke a i r wa y i nc r e a s e s q ui c kl y or e x c e e ds a l a r m c o nc e n t r a t i o n． Ke y wo r ds c o a 1 a nd ga s o u t bur s t ；a l a r m ；s e n s o r s；m e t ha n e；wi nd s pe e d；wi nd d i r e c t i on 收稿日期 2 0 1 4 1 0 1 7 ；修回日期 2 0 1 4 1 0 2 1 ；责任编辑胡娴。基金项目国家自然科学基金重点项目 5 1 1 3 4 0 2 4 ；国家高技术研究发展计划 8 6 3计划项目 2 0 1 2 AA0 6 2 2 0 3 。作者简介孙继平 1 9 5 8 一，男，山西翼城人，教授，博士，博士研究生导师，中国矿业大学北京副校长；获国家科技进步二等奖 3项其中作为第 l完成人 2项、第 2完成人 1项；作为第 1完成人获省部级科技进步一等奖 7项；作为第 1完成人主持制定中华人民共和国煤炭行业和安全生产行业标准 2 6项；主持制定煤矿安全规程第三章“ 通风安全监控” ；作为第 1作者或独立完成著作 l 1部，发表论文 1 0 0余篇其中被 S C I 和 E I 检索的第 1 作者论文 7 0余篇；作为第 1 发明人获国家专利权 4 0余项；作为国务院煤矿事故调查专家组组长参加了 1 O起煤矿特别重大事故调查工作； E ma i l s j r c u mt b ． e d u ． c n 。 2 工矿自动化 2 0 1 4年第 4 0卷 O 引言煤炭是我国主要能源，约占一次能源总量的 7 o N。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。2 0 0 4 --2 0 1 3 这 1 O年期间，我国煤矿共发生重特大事故 3 0 0起，死亡 6 6 8 0人。其中，重特大瓦斯事故 1 8 7起，死亡 4 4 4 5人，分别占 6 2 ． 3 ％和 6 6 ． 5 ％，见表 1 c 。因此，瓦斯事故防治十分重要。表 l 2 0 0 4年-- 2 0 1 3年全国煤矿重特大事故和重特大瓦斯事故年份重特大事故／起重特大事故死亡人数／人重特大瓦斯事故／起重特大瓦斯事故死亡人数／人重特大瓦斯事故占比／重特大瓦斯事故死亡人数占比／ V o 累计 3 0 0 瓦斯事故包括瓦斯爆炸、煤岩与瓦斯突出、瓦斯窒息、瓦斯燃烧等。为避免或减少煤岩与瓦斯突出事故发生，人们提出了多种煤岩与瓦斯突出防治方法，在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。但现有煤岩与瓦斯突出实时监测与预报方法包括微震、声发射、电磁辐射、红外辐射等误报率和漏报率还较高，难以满足煤矿安全生产的需要。为避免煤岩与瓦斯突出引发瓦斯爆炸等事故，避免或减少由于瓦斯窒息和瓦斯爆炸造成人员伤亡，本文提出了煤与瓦斯突出报警方法。通过监测和分析甲烷浓度、风向、风速、传感器故障含传感器及其电缆损坏等，以下同等，及时发现煤岩与瓦斯突出并报警，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，避免瓦斯爆炸事故发生；及时将煤矿井下作业人员撤至地面 l 2 。 ” ] 。本文提出的煤岩与瓦斯突出报警方法，也可用于瓦斯异常涌出和通风系统故障报警。 1 传感器设置为实现煤岩与瓦斯突出监测与报警，煤岩与瓦斯突出矿井需设置甲烷、风速、风向、风压、风筒传感器。 1 ． 1 甲烷传感器设置采煤工作面及掘进工作面甲烷传感器位置设置如图 1和图 2 所示。图 1 采煤工作面传感器位置设置～、图 2 掘进工作面传感器位置设置煤岩与瓦斯突出矿井必须在以下地点设置全量程或高低浓甲烷传感器；当甲烷浓度达到报警浓度时，发出声光报警信号；当甲烷浓度达到断电浓度时，切断相关区域电源。 O 7 4 3 2 5 4 1 2 4 船 ∞ ∞ 蛐 ” 蛆码 2 0 l 6 7 O 8 1 8 4 ∞ 他 “ 即鸺订 7 O 2 O 4 4 0 7 9 2 舶盯 ∞ “ 加 8 9 4 3 7 9 2 0 3 5 ∞ 他加印孔娼曲嬲髂 H ∞ ∞ ∞ n 加加肋加加 2 0 1 4年第 1 1 期孙继平煤与瓦斯突出报警方法 3 1 采煤工作面图 1中 T 及其上隅角图 1 中 T。、回风巷图 1中 T 、进风巷靠近工作面处图 1中 T 。、进风巷靠近分风口处图 1中 T ；回风巷长度大于 1 0 0 0 m时回风巷中部。 2 煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面图 2中 T 及其回风流中图 2中 T z ；掘进巷道长度大于 1 0 0 0 IT I 时掘进巷道中部。 3 采区进、回风巷，一翼进、回风巷，总进、回风巷。 1 ． 2风速、风向、风压、风筒传感器设置采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷的测风站，煤岩与瓦斯突出矿井采煤工作面回风巷图 1中 T。和掘进巷道回风流图 2中 T 必须设置风速传感器，当风速异常时，发出声光报警信号。煤岩与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷图 1中 T 、掘进工作面进风的分风口以下简称掘进工作面进风，图 2中 T 。、采区进风巷、一翼进风巷、总进风巷必须设置风向传感器，当发生风流逆转时，发出声光报警信号。主要通风机的风硐内必须设置风压传感器。主要通风机、局部通风机必须设置设备开停传感器。矿井和采区主要进回风巷道中的主要风门必须设置风门开关传感器。当两道风门同时打开时，发出声光报警信号。掘进工作面局部通风机的风筒末端必须设置风筒传感器。甲烷电闭锁和风电闭锁的被控开关的负荷侧必须设置馈电传感器。 2 掘进工作面煤岩与瓦斯突出报警在相关分站和电源工作正常可以通过煤矿安全监控系统实时监测分站和电源是否正常工作，以下同且传感器位置设置正确的情况下，当发生下述情况之一时，可发出煤岩与瓦斯突出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，撤出煤矿井下作业人员。 1 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；掘进巷道回风流甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ，掘进巷道回风流风速传感器监测到的风速不低于正常值。 2 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 c H ；采区回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ，采区回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 3 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 9 ／ 6 CH ；一翼回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 7 C H ，一翼回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 4 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；总回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 7 C H ，总回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 5 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 C H ；采区回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；一翼回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 7 ％C H ；总回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 7 ％CH 。 6 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 9 ／ 5 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；掘进工作面进风风向传感器监测到风流逆转。 7 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；采区进风巷风向传感器监测到风流逆转。 8 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；掘进 4 工矿自动化 2 0 1 4年第 4 0卷巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 ％C H ；一翼进风巷风向传感器监测到风流逆转。 9 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；总进风巷风向传感器监测到风流逆转。 I o 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 9 ／ 6 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 V o C H ；采区进风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 CH 。 1 1 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 ％C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 C H ；一翼进风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 ％CH 。 1 2 掘进工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；掘进巷道回风流甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ， O C H ；总进风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 CH 。 3 采煤工作面煤岩与瓦斯突出报警在相关分站和电源工作正常，传感器位置设置正确的情况下，当发生下述情况之一时，可发出煤岩与瓦斯突出报警和断电闭锁信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，撤出煤矿井下作业人员。由于采煤工作面已有进风巷、回风巷和工作面，所以，采煤工作面发生高强度煤与瓦斯突出的概率较低，造成进风巷靠近分风口处和回风巷传感器损坏的概率也较低。 1 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 9 ／ 6 C H ；回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 ％CH ，回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 2 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；采区回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 ％CH ，采区回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 3 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 ％C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；一翼回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 7 CH ，一翼回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 4 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 ％CH ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 C H ；总回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 7 CH ，总回风巷风速传感器监测到的风速不低于正常值。 5 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；采区回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 C H ；一翼回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 7 CH ；总回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 7 C H 。 6 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；进风巷风向传感器监测到风流逆转。 7 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；进风巷靠近工作面甲烷传 2 0 1 4年第 1 1 期孙继平煤与瓦斯突出报警方法 5 感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 o ． 5 C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；采区进风巷风向传感器监测到风流逆转。 8 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 C H ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 ％C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；一翼进风巷风向传感器监测到风流逆转。 9 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 ％CH ；回风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；总进风巷风向传感器监测到风流逆转。 1 0 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 i ． o ZCH ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 ％C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；进风巷靠近分风口甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 ％C H 。 1 1 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 I ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；采区进风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 9 ／ 6 C H 。 1 2 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 9 ／ 6 C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；一翼进风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 C H 。 1 3 工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 C H ；上隅角甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． 0 CH ；进风巷靠近工作面甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 O ． 5 C H ；回风巷甲烷传感器故障，或监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 1 ． o C H ；总进风巷甲烷传感器监测到的甲烷浓度迅速增高或达到报警值 0 ． 5 C H 。 4 结语虽然在当今技术条件下，人们还不能准确预报煤岩与瓦斯突出，但可以通过监测和分析煤岩与瓦斯突出造成的传感器故障、环境中瓦斯浓度迅速增高、进风巷风流逆转等进行煤与瓦斯突出报警，撤出煤矿井下作业人员，避免或减少人员伤亡；同时，切断煤矿井下电源，避免或减少瓦斯爆炸事故发生。参考文献 [ 1 ] 国家煤矿安全监察局．全国煤矿事故分析报告 [ R ] ． 2 0O 4 2 O1 3． [ 2 ] 孙继平．煤矿安全规程监控、通信与监视修订意见 [ J ] ．工矿自动化， 2 O 1 4 ， 4 O 3 卜6 ． [ 3 1 孙继平．煤矿安全规程安全监控与人员位置监测修订意见L J ] ．工矿自动化， 2 o l 4 ， 4 0 6 1 7 ． [ 4 3 孙继平．煤矿安全规程传感器设置修订意见[ J ] ．工矿自动化， 2 O 1 4 ， 4 0 5 i - 5 ． [ 5 ] A Q 1 0 2 9 --2 0 0 7煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范I S ] ．