西銘礦微色譜氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究

王春明

【摘 要】 傳統(tǒng)的束管+色譜分析系統(tǒng)一般采用負(fù)壓進(jìn)氣，在地面對(duì)取樣點(diǎn)氣體成分進(jìn)行檢測(cè)，不能對(duì)取樣點(diǎn)氣體成分和濃度進(jìn)行快速、連續(xù)識(shí)別。因此，本文提出采用束管+微色譜氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方式，將氣體分析從地面轉(zhuǎn)移至井下取樣點(diǎn)附近，并詳細(xì)對(duì)微色譜氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、回采工作面束管布置以及采空區(qū)束管安裝等進(jìn)行闡述?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，采用束管+微色譜氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以較好地反映井下取樣點(diǎn)真實(shí)氣體成分，應(yīng)用效果明顯。

【關(guān)鍵詞】 微色譜;煤層自燃;束管監(jiān)測(cè);氣體成分

【中圖分類號(hào)】 TD75+2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2019）05-0016-03

煤礦井下煤炭發(fā)生自燃，會(huì)在早期氧化階段生成CO，造成井下CO濃度升高，伴隨著煤炭氧化程度加劇，C2H2、C2H4等有害氣體也開始產(chǎn)生，濃度逐漸增加。對(duì)礦井內(nèi)這些氣體進(jìn)行快速檢測(cè)，是確保礦井生產(chǎn)安全的前提。現(xiàn)階段井下常用束管+色譜分析系統(tǒng)，不能對(duì)這些有害氣體成分和濃度進(jìn)行快速、連續(xù)識(shí)別。

針對(duì)上述問(wèn)題，西銘礦試采用微色譜氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)井下氣體成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，取得較好應(yīng)用效果。

1工程概況

49405回采工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1805m，傾向長(zhǎng)度153m開采9號(hào)煤層，煤層厚度在2.75m，底板標(biāo)高+1058m～+1147m，對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高+1270m～+1475m，埋藏深度在240～380m。49405采面與8號(hào)煤層（平均煤厚2.88m）采空區(qū)間距1.3～4.8m。8、9號(hào)煤層為自燃煤層（Ⅱ類）。具體的9號(hào)煤層工業(yè)成分分析結(jié)果如表1所示。從表1可以看到，9號(hào)煤層水分較低，灰分及硫含量均中等，屬于中硫分及灰分，是一種高變質(zhì)煙煤，發(fā)熱量較高。

2微色譜監(jiān)控系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)簡(jiǎn)述

微色譜監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備均布置在井下，通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸至地面監(jiān)控中心。系統(tǒng)構(gòu)成由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、采集系統(tǒng)等兩部分組成。其中采集系統(tǒng)支持正壓、負(fù)壓兩種氣體傳輸方式。

檢測(cè)分析部分主要部件安裝在礦用隔爆兼本安控制箱內(nèi)，控制箱布置于井下，由防爆箱與防護(hù)箱組成，上部為防爆箱，內(nèi)部裝有微色譜、控制板、通訊板、本安電源、載氣進(jìn)氣電磁閥、標(biāo)氣進(jìn)氣電磁閥。下部為防護(hù)箱，內(nèi)部為標(biāo)氣瓶、載氣瓶、干燥過(guò)濾器、電磁閥組等設(shè)備。

具體微色譜氣體分析系統(tǒng)如圖1所示。

2.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

微色譜系統(tǒng)主體設(shè)備布置于井下，設(shè)備組成包括礦用多組份氣體分析主站（KQF8-Z）1臺(tái)，輸氣泵站（KZS-20X2）1臺(tái)，礦用防爆網(wǎng)絡(luò)控制開關(guān)（QBZ-30/1140）1臺(tái)，地面化驗(yàn)室設(shè)置工控機(jī)1臺(tái)，工作面敷設(shè)5根Φ12芯單管與輸氣泵站連通，輸氣泵站由1路Φ8×8芯束管與多組份氣體分析主站連通，該系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)與地面監(jiān)控主機(jī)連通，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控功能。具體系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。

本系統(tǒng)使用中存在以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)、高精度在線監(jiān)測(cè);

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守;

（3）突破色譜儀下井屏障，解決了色譜儀不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的難題，快速（2min）對(duì)氣體成分進(jìn)行監(jiān)測(cè);

（4）解決了以往監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸線路遠(yuǎn)、耗時(shí)長(zhǎng)、精度低，僅能負(fù)壓取樣等缺點(diǎn);

（5）監(jiān)測(cè)范圍廣，可以同時(shí)對(duì)八個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)取樣監(jiān)測(cè);

（6）發(fā)現(xiàn)井下氣體異常時(shí)，可立即啟動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)異常監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行抽樣分析。

3應(yīng)用實(shí)施情況

3.1系統(tǒng)布置

西銘礦于2019年7月開始安裝使用微色譜氣體分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于瓦斯質(zhì)量輕，易于在回風(fēng)巷上隅角位置出現(xiàn)集聚，因此，在回風(fēng)巷內(nèi)以及回風(fēng)上隅角處分別布置束管采樣點(diǎn)?；仫L(fēng)巷內(nèi)束管采樣點(diǎn)安裝在距離運(yùn)輸上山35m左右位置處，用采面瓦斯及采空區(qū)漏風(fēng)溢出的氣體成分監(jiān)測(cè)，取樣點(diǎn)懸掛煤壁之上;由于9號(hào)煤層與上覆8號(hào)煤層采空區(qū)平均距離在2.88m，且49405采面采空區(qū)及上覆8號(hào)煤層采空區(qū)內(nèi)均有浮煤，容易出現(xiàn)自燃，因此在采空區(qū)內(nèi)布置3個(gè)束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距在50m左右，深入到采空區(qū)內(nèi)部約150m，在采面采空區(qū)進(jìn)風(fēng)巷及回風(fēng)巷內(nèi)部各布置3個(gè)束管取樣點(diǎn)。

具體安裝方案如下：微色譜分析儀安裝在變電所，旁邊安裝正壓泵站、防爆開關(guān)各兩臺(tái)、8路分路箱1個(gè)。從8路分路箱敷設(shè)1路Φ8×8芯束管沿巷道敷設(shè)至距49405工作面軌道巷與南4軌道巷交叉口處，安裝一個(gè)8路分路箱。在軌道巷風(fēng)門口安裝正壓泵站及防爆開關(guān)各2臺(tái)，從8路分路箱分出Φ8×4芯束管至49405工作面軌道巷風(fēng)門口正壓泵站處。從正壓泵站處沿49405工作面軌道巷敷設(shè)5根Φ12單管分別至49405回風(fēng)上采樣點(diǎn)、回風(fēng)上隅角、采空區(qū)1～3號(hào)測(cè)點(diǎn)，在測(cè)點(diǎn)末端安裝粉塵過(guò)濾器。

從8路分路箱處敷設(shè)Φ8×4芯束管沿南4軌道巷至49405工作面運(yùn)輸巷交叉口，在交叉口安裝正壓泵站及防爆開關(guān)各2臺(tái)，從8路分路箱分出Φ8×4芯束管至49405工作面運(yùn)輸巷正壓泵站處。從正壓泵站處沿49405工作面運(yùn)輸巷敷設(shè)3根Φ12單管分別至49405工作面采空區(qū)1號(hào)測(cè)點(diǎn)、采空區(qū)2號(hào)測(cè)點(diǎn)、采空區(qū)3號(hào)測(cè)點(diǎn)，如圖2所示。

3.2采空區(qū)內(nèi)束管取樣點(diǎn)安裝

采空區(qū)內(nèi)管布置采用埋管法，埋管材質(zhì)鍍鋅鋼管（長(zhǎng)度150m，直徑26.9mm），并在鍍鋅鋼管中穿入3根不同束管（直徑為8mm）。束管負(fù)責(zé)50m、100m、150m位置氣樣采集。為了避免采空區(qū)內(nèi)部積水對(duì)束管造成堵塞，將每個(gè)測(cè)點(diǎn)提升600mm，并采用束管連接，在測(cè)點(diǎn)頭部位置使用花管并填充濾塵材料或者加濾塵器，具體如圖3所示。

3.3應(yīng)用效果

由于文章篇幅有限，現(xiàn)僅給出采面上隅角在2019.8.3～2019.8.20期間采用微色譜氣體分檢測(cè)結(jié)果，具體如表3所示。從表中可以看出，隨著煤炭的不斷開采，上隅角處CO2、CH4等氣體成分含量有不斷增高趨勢(shì)，而O2含量則有所降低，且在8月21日檢測(cè)到有CO。根據(jù)微色譜系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果，礦井在增加檢測(cè)頻率的同時(shí)，采取采空區(qū)注氮、注漿，漏風(fēng)處封堵以及采面噴灑阻燃劑等技術(shù)措施，以便確保礦井生產(chǎn)安全。應(yīng)用效果表明采用微色譜分析系統(tǒng)，可以快速、精準(zhǔn)對(duì)采面取樣點(diǎn)氣體成分分析，為礦井后續(xù)工作開展提供重要支撐。

4結(jié)論

（1）采用井下微色譜分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)的束管取樣+色譜分析系統(tǒng)取樣距離長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果慢，數(shù)據(jù)不能共享，僅能使用負(fù)壓監(jiān)測(cè)造成測(cè)量結(jié)果偏差大等問(wèn)題;

（2）微色譜氣體分析系統(tǒng)可以對(duì)取樣點(diǎn)氣體成分進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍廣，可以同時(shí)對(duì)八個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)取樣監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)精度小于0.1ppm。

（3）微色譜氣體分析系統(tǒng)同時(shí)可以通過(guò)四方圖、爆炸三角形等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)自燃火災(zāi)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，將火災(zāi)隱患消除在萌芽階段，為煤礦的生產(chǎn)安全提供科學(xué)依據(jù)，具有良好應(yīng)用前景。

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