炮采工作面CO傳感器炮后高值原因分析及處理

摘 要：為了有效降低采煤工作面炮后CO濃度，避免CO傳感器高值假象，保證工作面安全生產(chǎn)，提高礦井決策水平，通過對CO傳感器工作原理及采煤工作面炮后氣體成分分析，得到了炮后CO傳感器顯示偏大的真實(shí)原因，并以此為基礎(chǔ)制定了綜合防治措施，通過措施的實(shí)施取得了良好的效果，為礦井安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：CO傳感器；放炮；防治措施；高值假象

國投新集公司新集三礦為急傾斜煤層，采用偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法進(jìn)行開采，在放炮落煤后回風(fēng)流內(nèi)CO傳感器常會較長時(shí)間處于報(bào)警狀態(tài)，然而炮后工作面只有極其微量甚至沒有CO，這種情況下的CO傳感器的頻繁報(bào)警讓礦井監(jiān)控部門難以判斷是否因煤層自然發(fā)火隱患引起。根據(jù)CO傳感器報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，放炮后報(bào)警次數(shù)占總報(bào)警次數(shù)的98%以上，故CO傳感器的“假報(bào)警”勢必會給礦井的安全管理和領(lǐng)導(dǎo)決策帶來許多不必要的麻煩。分析和解決CO傳感器“假報(bào)警”，指導(dǎo)礦井安全開采，提高領(lǐng)導(dǎo)決策水平是當(dāng)前礦井安全管理面臨重要的問題，在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合礦井實(shí)際就CO傳感器工作原理和炮煙成分，對CO傳感器“假報(bào)警”進(jìn)行研究，以冀提出有效的措施進(jìn)行解決[1-2]。

1 礦井概況

國投新集能源股份有限公司井田位于淮南復(fù)向斜和謝橋向斜南翼，阜鳳斷層及其分支斷層的推覆構(gòu)造斷夾塊內(nèi)，屬阜鳳逆沖斷層的上覆系統(tǒng)。受區(qū)域推覆構(gòu)造影響，礦井總體構(gòu)造呈軸向近東西的不對稱倒轉(zhuǎn)褶曲形態(tài)，上部正常翼傾向北，傾角60～90°，下部全倒轉(zhuǎn)翼傾向南，傾角多為20～30°，少數(shù)50～70°，為急傾斜煤層開采礦井。礦井開拓方式為立井多水平集中大巷分區(qū)石門開拓，采用偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法開采，放炮落煤，全部陷落法管理頂?shù)装?。偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法是指在急傾斜煤層中，沿偽傾斜布置采煤工作面，變急傾斜為偽傾斜25～30°的工作面，采用工字鋼架梁與鋼絲繩組成柔性掩護(hù)支架將采空區(qū)和工作空間隔開，沿走向推進(jìn)的采煤方法。礦井通風(fēng)方式為中央分列式單翼通風(fēng)，礦井絕對瓦斯涌出量為3.15～3.23m3/t，相對瓦斯涌出量為3.05～3.37m3/min，各主要可采煤層均有爆炸危險(xiǎn)性，自燃傾向性為自燃。采煤工作面日產(chǎn)量約為550t、配風(fēng)量為250m3/min。

2 工作面CO濃度偏大原因分析

2.1 炸藥爆炸后生成氣體成分情況

目前礦井使用的是安全等級為三級的煤礦許用水膠炸藥，炸藥爆破后不僅伴隨著高溫、高壓，而且還有諸多產(chǎn)物生成——CO2、CO、N2、H2O、C、H2、NO2、N2O、NO、CH4、NH3、O2等。其中有毒的物質(zhì)為CO、NO2、N2O、NO等。

每千克炸藥爆炸后生成的有毒氣體總量（按標(biāo)準(zhǔn)狀況下折算成CO計(jì)）按下式計(jì)算：

V=V1+6.5V2

式中，V為每千克炸藥爆炸后生成的有毒氣體總量，L/kg；V1為每千克炸藥爆炸后生成的CO體積，L/kg；6.5為將氮氧化物折算成CO時(shí)的毒性系數(shù)；V2為每千克炸藥爆炸后生成的氮氧化物體積L/kg。

2.2 一氧化碳傳感器工作原理

國投新集公司新集三礦安全監(jiān)控系統(tǒng)所采用的CO電化學(xué)傳感器工作原理是：CO氣體通過傳感器外殼上的氣孔經(jīng)透氣膜進(jìn)入工作電極表面，在催化作用下與水發(fā)生化學(xué)氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的氫離子在對電極上與水中氧氣發(fā)生反應(yīng)生成化學(xué)還原反應(yīng)生成水，在此過程中，氧化和還原反應(yīng)始終在工作電極和對電極間可逆發(fā)生，并在兩電極間產(chǎn)生電位差，為了維持電位差的恒定和限制CO可測濃度，加入了參比電極，由于參比電極不參加反應(yīng)，故電位的變化直接反應(yīng)CO濃度變化，且CO傳感器產(chǎn)生的輸出電流與CO濃度變化成直線正比關(guān)系。CO電化學(xué)傳感器原理簡單，生產(chǎn)成本低廉，可檢測氣體種類較多，如CO、H2S、NO、N2O，正是如此，在多種氣體情況下對CO選擇性較差，進(jìn)而會影響到CO濃度的正確檢測[3-4]。

2.3 一氧化碳傳感器顯示值偏大原因

氣相色譜分析儀只能分析O2、N2、CO2、CO、H2、C2H2、C2H4、C2H6等8種氣體成分，不能分析氮氧化物等氣體成分，氣相色譜分析儀與CO傳感器同時(shí)間測得的炮煙內(nèi)CO對比如圖1所示，二者差值即為氮氧化物濃度。采煤工作面放炮后產(chǎn)生的CO、H2S、NO、N2O等氣體，而這幾種氣體都能與CO傳感器發(fā)生反應(yīng)，故CO傳感器所測數(shù)值是“炮煙”體積分?jǐn)?shù)，如果放炮時(shí)炸藥量過大，通風(fēng)不暢等，則CO傳感器上顯示的數(shù)值就會更大。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該判斷，礦井組織專業(yè)人員對放炮后氣體情況進(jìn)行了實(shí)測，實(shí)測結(jié)果與理論分析結(jié)果一致。

圖1 CO傳感器與氣相色譜分析儀測得CO濃度關(guān)系圖

3 綜合防治措施

（1）嚴(yán)格按國家有關(guān)規(guī)定使用煤礦三級許用炸藥，堅(jiān)決不能使用超過有效期或變質(zhì)炸藥，盡量減少炸藥爆破后CO產(chǎn)生量。（2）因爆破產(chǎn)生的有毒氣體總量與炸藥用量成正比，所以必須嚴(yán)格控制一次起爆藥量，因此規(guī)定采煤工作面實(shí)行分段放炮，達(dá)到了減小炮煙產(chǎn)生量、降低炮后CO濃度及報(bào)警時(shí)間。（3）保證工作面風(fēng)量滿足規(guī)程要求，并嚴(yán)格規(guī)定炮眼間距、炮眼深度等參數(shù)，保證工作面空間滿足通風(fēng)需要，及時(shí)排走炮煙，縮短工作面CO報(bào)警時(shí)間。（4）保證炮眼封堵長度和封堵質(zhì)量，使炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，封泥破裂之前，裝藥孔內(nèi)保持高溫、高壓狀態(tài)，有利于炸藥充分反應(yīng)，減少有毒氣體生成量。（5）規(guī)范使用水炮泥及噴霧，針對三礦急傾斜采煤工作面實(shí)際情況，在架頭增設(shè)一道放炮噴霧，工作面回風(fēng)巷共設(shè)置3道噴霧，充分吸附炮煙內(nèi)氮氧化物，降低炮煙內(nèi)氮氧化物對CO傳感器的影響。（6）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，工作面炮后30分鐘內(nèi)CO完全可以恢復(fù)至報(bào)警濃度以下。規(guī)定采煤工作面放炮作業(yè)在進(jìn)風(fēng)巷操作，回風(fēng)巷內(nèi)所有作業(yè)人員全部撤至新鮮風(fēng)流內(nèi)，待工作面CO濃度降至預(yù)警值（24PPm）以下且時(shí)間不小于15min后人員方可進(jìn)入回風(fēng)巷作業(yè)。（7）加強(qiáng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)。目前，礦井使用電化學(xué)式CO傳感器由于其本身原因，存在氣敏原件有效期、氣敏電極催化活性降低、電解液散失等問題，需定期對CO傳感器校正、檢修、更換，傳感器每次超限報(bào)警，要分析原因，查找傳感器本身有無問題，并及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)束語

通過分析認(rèn)為造成工作面CO傳感器顯示值偏高的真正原因并非礦井CO含量增高導(dǎo)致，而是因放炮后部分其他氣體參與了反應(yīng)。針對CO傳感器高值假象原因提出了有針對性的措施，通過措施的實(shí)施有效地杜絕了CO超限報(bào)警假象，該研究也為其他礦井提供了一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]張?zhí)禊i.電化學(xué)一氧化碳傳感器研究[J].艦船防化，2003（1）：18-20.

[2]王鴻雷.炮后CO傳感器顯示值偏大原因與防范措施[J].煤炭技術(shù)，2007，26（12），65-66.

[3]徐金陵，梁旭.炮采工作面炮后CO超限原因分析及防治措施[J].能源技術(shù)與管理，2013，38（5），35-37.

[4]趙曉莉，王繼峰.炸藥爆炸產(chǎn)生有毒氣體的原因及其防治[J].煤礦爆破，2007，77（2），23-26.

作者簡介：王友成（1986，12-），男，江蘇盱眙人，本科，助理工程師，現(xiàn)從事煤礦一通三防工作。