光纖防自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)在顧北煤礦的應(yīng)用實(shí)踐

劉安兵　段平平

摘 要：文章介紹了顧北礦12326回采工作面采用光纖自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)防治采空區(qū)自然發(fā)火災(zāi)害的使用情況，分析總結(jié)了該系統(tǒng)在顧北礦的應(yīng)用實(shí)踐效果及所要注意的問(wèn)題，為采空區(qū)自然發(fā)火防治新方法的使用提供參考。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)自然發(fā)火；光纖自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)；應(yīng)用實(shí)踐

1 12326工作面概況

12326工作面東側(cè)為設(shè)計(jì)的12426工作面；南側(cè)為采區(qū)系統(tǒng)巷道；西側(cè)為設(shè)計(jì)的12226工作面，北側(cè)為設(shè)計(jì)的12126工作面。6-2煤層夾少量鏡煤條帶及線炭，屬半亮型～半暗型煤。工作面總體為單斜構(gòu)造，煤層傾角3～8°，煤層平均厚度2.8m，煤層厚度變化較大，由北向南煤厚逐漸增厚。12326工作面回采范圍內(nèi)落差大于1m的斷層有7條，其中F12（H=1.3m）、F6（H=2.1m）及F14（H=1.8m）斷層對(duì)回采、防火工作影響較大。經(jīng)檢驗(yàn)，6-2煤自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類自燃。

2 常規(guī)防火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法分析

礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)根據(jù)煤礦井下自然發(fā)火的早期特征，其探測(cè)和判別方法有多種，常采用以下方式進(jìn)行：（1）人工鑒定管及球膽取樣分析化驗(yàn)。為人工檢測(cè)手段，自動(dòng)化程度低、耗費(fèi)大量人力、人為讀數(shù)偏差大，不具備連續(xù)性及時(shí)效性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)井下采空區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（2）束管遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。采用束管系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)氣體進(jìn)行抽樣監(jiān)測(cè)，因束管抽樣距離長(zhǎng)，常常會(huì)出現(xiàn)束管漏氣、堵塞等現(xiàn)象，導(dǎo)致色譜分析儀對(duì)氣樣的濃度測(cè)量偏差大，無(wú)法保證氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

3 光纖防火在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

光纖防自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)彌補(bǔ)了上述預(yù)測(cè)方法的不足，針對(duì)采空區(qū)發(fā)火實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，采用光纖分布式溫度及氣體傳感器相結(jié)合的方法。采空區(qū)發(fā)火最直觀現(xiàn)象是溫度的變化，分布式溫度傳感器反映的溫度，是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)并可做到早期預(yù)警。配置氣體檢測(cè)與溫度監(jiān)測(cè)相結(jié)合，可以準(zhǔn)確地判別煤的自燃程度，采取針對(duì)性的防滅火措施。光纖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)儀可隨工作面移動(dòng)，對(duì)采空區(qū)的氣體濃度及溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，具有投資小、可重復(fù)使用、校準(zhǔn)周期長(zhǎng)、精度高、分辨率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)主機(jī)安設(shè)在工作面進(jìn)風(fēng)巷道，監(jiān)測(cè)傳感器具有無(wú)需供電、本質(zhì)安全、不受電磁干擾、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精確定位等特點(diǎn)。系統(tǒng)的主要構(gòu)成：光纖分布式測(cè)溫主機(jī)、探測(cè)光纜、光纖連接器件、光纖多氣體檢測(cè)儀、多種氣體傳感器、工控機(jī)、監(jiān)測(cè)軟件以及相關(guān)附件組成。（1）光纖分布式測(cè)溫系統(tǒng)。光纖溫度監(jiān)測(cè)采用整根光纜埋入監(jiān)測(cè)地點(diǎn)，探測(cè)溫度并向外傳輸信號(hào)，其探測(cè)原理為測(cè)量光纖內(nèi)部喇曼（Raman）反射來(lái)探測(cè)整條光纜沿線的溫度變化。（2）多種氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)使用分布反饋式半導(dǎo)體激光器（DFBLD）作為光源，光源驅(qū)動(dòng)為低頻鋸齒波信號(hào)疊加高頻正弦波信號(hào)，通過(guò)鎖相放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)提取。根據(jù)采空區(qū)三帶靜態(tài)分布理論，給出了判斷采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的判定方法。該系統(tǒng)全部使用光纖進(jìn)行井下信號(hào)傳輸和氣體檢測(cè)，使得檢測(cè)精度更高，不帶電工作，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。多種氣體檢測(cè)儀包括6種氣體探測(cè)器（CO、CO2、CH4、O2、C2H2、C2H4可選配）、探測(cè)電路、數(shù)字顯示、信號(hào)傳輸、進(jìn)氣管道及過(guò)濾裝置，由顯示區(qū)、防爆外殼、進(jìn)氣管和過(guò)濾裝置四個(gè)部分組成。多種氣體檢測(cè)儀集多種氣體探測(cè)于一身，能夠顯示多種氣體濃度信息，同時(shí)進(jìn)氣口處加有過(guò)濾裝置，對(duì)水汽、灰塵等起到過(guò)濾的作用。

4 光纖防火在線預(yù)警系統(tǒng)的安裝及應(yīng)用

為做好北一6-2采區(qū)自然發(fā)火檢測(cè)與防治工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)的氣體濃度及溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，保證工作面的安全順利的回采，在12326工作面首創(chuàng)使用光纖防自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)。

4.1 系統(tǒng)安裝

（1）自然發(fā)火預(yù)警系統(tǒng)基站安設(shè)在北一6-2采區(qū)移動(dòng)泵站，并接入127V電源，保證持續(xù)運(yùn)行。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)基站處理后，通過(guò)光纖傳輸至地面服務(wù)器。（2）多氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)光纖自基站接至12326工作面上隅角處，敷設(shè)長(zhǎng)度1300m。（3）共安裝3個(gè)傳感器，用于回風(fēng)順槽CH4、CO氣體監(jiān)測(cè)。1#傳感器位于上隅角處，2#傳感器位于1#傳感器后30m處，3#傳感器安設(shè)在工作面T2瓦斯傳感器附近。（4）分布式測(cè)溫系統(tǒng)光纖自基站接至工作面上隅角處，隨工作面回采全程埋入采空區(qū)。

4.2 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)完成后，形成了一套12326工作面溫度、多氣體實(shí)時(shí)在線綜合檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)工作面的溫度變化、多氣體濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、狀態(tài)異常報(bào)警，并形成數(shù)據(jù)報(bào)表，可供日、月、年等時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)查詢和打印，同時(shí)建立一套多參數(shù)綜合性數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為工作面的環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析提供信息技術(shù)。綜合回采工作面監(jiān)測(cè)需求，將溫度、甲烷、CO等檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，及時(shí)反應(yīng)采空區(qū)溫度變化情況，為分析確認(rèn)采空區(qū)遺煤的自燃趨勢(shì)、火災(zāi)發(fā)生范圍、火災(zāi)定位及發(fā)展等情況提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，為煤礦安全生產(chǎn)提供信息保障。

5 應(yīng)用成效

光纖防自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)具備如下成效：（1）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、記錄。（2）實(shí)現(xiàn)了12326工作面環(huán)境溫度與多氣體濃度、火區(qū)溫度及火區(qū)位置的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，具備連續(xù)性及時(shí)效性。（3）通過(guò)聯(lián)網(wǎng)和通信功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。（4）通過(guò)多氣體傳感器自動(dòng)收集、傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，杜絕人為讀數(shù)偏差。（5）不存在氣體相互之間的交叉干擾、能準(zhǔn)確探測(cè)，不受雜氣影響而誤警。（6）感溫探測(cè)覆蓋范圍為其全長(zhǎng)100%，事故定位精度高。（7）通過(guò)設(shè)定報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)工作面濃度與溫度超限報(bào)警。（8）操作簡(jiǎn)單方便快捷，節(jié)省了大量人力。（9）分析數(shù)據(jù)曲線，確認(rèn)工作面內(nèi)溫度與多氣體的變化趨勢(shì)，火災(zāi)發(fā)生位置及預(yù)測(cè)未來(lái)火區(qū)發(fā)展趨勢(shì)。（10）系統(tǒng)兼?zhèn)涔收献詸z測(cè)功能，光纜發(fā)生故障時(shí)可以在光纜全長(zhǎng)曲線上指示出斷點(diǎn)的具體位置，有利于系統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)與迅速維修。

6 注意問(wèn)題及使用建議

光纖防自然發(fā)火在線預(yù)警系統(tǒng)的使用應(yīng)注意如下問(wèn)題：

（1）光纖敷設(shè)過(guò)程中，為防止巷道變形光纖受損，每間隔50～100m預(yù)留1～2m作為緩沖，緩沖段需盤好規(guī)范吊掛。（2）光纖吊掛過(guò)程中應(yīng)敷設(shè)在管路下方或有護(hù)管保護(hù)，防止頂板吊矸砸損。（3）分布式多氣體傳感器挪移過(guò)程中，嚴(yán)禁對(duì)光纖強(qiáng)行拉扯或過(guò)度折曲，以防造成信號(hào)中斷。（4）加強(qiáng)工作面回采過(guò)程中光纖、傳感器的保護(hù)，規(guī)范回收挪移，提高光纖及傳感器的回收利用率。（5）系統(tǒng)安裝應(yīng)兼顧其他工作面，防止光纖過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，對(duì)下一步回收再利用造成不便或損失。（6）其多種氣體監(jiān)測(cè)的精度，特別是CO的監(jiān)測(cè)精度需要進(jìn)一步提高。

作者簡(jiǎn)介：劉安兵（1975-），男，安徽懷寧人，1998年畢業(yè)于華北科技學(xué)院，工程師，從事煤礦一通三防安全管理工作。