井下煤自燃預(yù)警——煤礦束管監(jiān)測系統(tǒng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國開采的煤礦中，存在自燃發(fā)火危險(xiǎn)的礦井占總礦井?dāng)?shù)的70%左右，自燃發(fā)火煤層占累計(jì)可采煤層數(shù)的80%，且自燃火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)占礦井火災(zāi)總數(shù)的94%以上。因此，自然發(fā)火事故的預(yù)防必然成為煤礦安全研究的重點(diǎn)。及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出火災(zāi)早期預(yù)報(bào)，并能及時(shí)確定火源點(diǎn)位置，不僅可以及時(shí)采取防滅火措施，將火災(zāi)事故消除于萌芽狀態(tài)，而且大大減少滅火造成的經(jīng)濟(jì)損失，防止火災(zāi)甚至爆炸事故的發(fā)生，避免因此造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

研究表明，煤的自燃發(fā)展，一般要經(jīng)過三個(gè)時(shí)期，即潛伏期、自熱期和燃燒期。在潛伏期，也稱準(zhǔn)備期，煤體溫度與周圍環(huán)境溫度基本沒有什么變化，但煤的著火溫度降低，化學(xué)活性增強(qiáng)。進(jìn)入自燃期，煤的氧化速度增加，并分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化生成熱開始使煤體溫度升高，當(dāng)煤溫超過自熱的臨界值60~80℃時(shí)，煤溫將急劇上升，氧化速度加快，并出現(xiàn)煤的干餾，生成碳?xì)浠衔顲mHn、氫H2及一氧化碳CO等可燃?xì)怏w。這時(shí)也是防火滅火最關(guān)鍵的時(shí)期。如果此時(shí)不及時(shí)采取一些防滅火措施，煤溫將繼續(xù)上升至著火溫度而進(jìn)入燃燒期。

煤在氧化自燃過程中，不僅放出一定的熱量，而且還熱解釋放出CO、C2H4和C2H6等碳?xì)浠衔铮曳纸獾臍怏w成分及其濃度與煤溫之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。因此，直接檢測煤的熱解氣體產(chǎn)物和空氣中成分變化即可判斷煤的自燃發(fā)展程度，以便進(jìn)行火災(zāi)的早期預(yù)報(bào)。

目前，煤礦礦井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)開始在煤礦中得到越來越多的普及和應(yīng)用。礦井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)是借助束管將井下各處的空氣抽取、匯總到指定的地點(diǎn)，再借助色譜檢測裝置對管束所采集的空氣樣本進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線監(jiān)測，其分析結(jié)果在以實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)告、分析日報(bào)兩種方式提供數(shù)據(jù)的同時(shí)，亦可自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫中，以便今后對某種氣體含量的變化趨勢進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)了對礦井自燃火災(zāi)的早期預(yù)測，但是因礦井面積非常大，難以找到火源點(diǎn)，有時(shí)為避免爆炸或造成大的火災(zāi)，不得不封閉礦井，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

煤礦井下一般會(huì)在采空區(qū)鋪設(shè)束管監(jiān)測系統(tǒng)并布置一定量的測點(diǎn)對采空區(qū)的氣體和溫度進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，通過對采空區(qū)指標(biāo)氣體含量及溫度的分析，判斷采空區(qū)是否發(fā)火，進(jìn)而制定采空區(qū)的防滅火措施。因此束管監(jiān)測系統(tǒng)對于保障井下工作人員生命安全具有重要意義。

目前煤礦井下煤自燃標(biāo)志性氣體檢測手段存在很多缺點(diǎn)，例如，地面束管系統(tǒng)抽氣管路長，氣樣純度無法保證，束管采樣點(diǎn)與人工采樣點(diǎn)無法準(zhǔn)確對應(yīng)，人工取樣檢測又無法實(shí)時(shí)監(jiān)控。針對上述缺點(diǎn)，徐州吉安礦業(yè)科技自主研制了ZQC3/6井下束管氣體采樣裝置及監(jiān)測系統(tǒng)。主要由井下氣體采樣裝置、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)三部分組成。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了在井下近距離采樣、即時(shí)顯著特點(diǎn)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)測、準(zhǔn)確預(yù)警的功能，為煤自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)和防治工作提供科學(xué)的依據(jù)。

束管監(jiān)測系統(tǒng)特點(diǎn)

1）體積小、安裝方便。

2）使用、維護(hù)簡單。采樣裝置把系統(tǒng)控制、氣體采樣、檢測集成在一起，便于維護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)可以在就地和遠(yuǎn)程兩種控制模式下運(yùn)行，顯示器能動(dòng)態(tài)的反映出當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通訊狀態(tài)，采樣值和采樣時(shí)間，休眠時(shí)間。

3）運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高。系統(tǒng)通過外置濾塵裝置和空氣過濾器對氣樣進(jìn)行過濾，適應(yīng)井下多塵、潮濕的環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，不易發(fā)生故障。

4）自動(dòng)化程度高，操作方便。遠(yuǎn)程自動(dòng)模式按設(shè)定時(shí)間自動(dòng)循回進(jìn)行采樣、檢測、輸出結(jié)果，直到設(shè)定的時(shí)間停止；遠(yuǎn)程手動(dòng)模式可以根據(jù)實(shí)際需要選定其中某一地點(diǎn)進(jìn)行采樣。

5）工作效率高。系統(tǒng)可24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行采樣與檢測，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)服務(wù)器，不用人工檢測、采樣，大大節(jié)省了人力、物力，降低檢測人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6）多種檢測形式，檢測結(jié)果更可靠。裝置會(huì)在顯示屏上顯示采樣點(diǎn)的氣體濃度情況，并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)或監(jiān)控室，配合手動(dòng)模式人工收集氣體氣樣帶到井上復(fù)檢，進(jìn)行井上、井下檢測數(shù)據(jù)對比分析。檢測結(jié)果更準(zhǔn)確、更可靠。