智能礦井火災報警系統(tǒng)建設(shè)路徑

徐盼鋒

（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟南 250000）

礦井自燃火災束管檢測系統(tǒng)是近年來國內(nèi)礦金火災監(jiān)測系統(tǒng)最常用的技術(shù)手段，這種監(jiān)測系統(tǒng)在實際應用的過程中通常會出現(xiàn)以下幾種情況：①實施性較差，這是由于氣樣分析需要在地面進行，因此需要較長的束管管線將氣體抽出，管線越長，抽出阻力越大，因此需要的時間越多。②自動化程度相對較低，氣相色譜儀每天使用前均需標定。③對相關(guān)工作人員的技術(shù)水平要求較高，檢測人員專業(yè)技術(shù)水平以及個人素質(zhì)高低是影響監(jiān)測結(jié)果的重要因素之一，因此對相關(guān)技術(shù)人員的選拔標準比較高。④火災監(jiān)測系統(tǒng)智能關(guān)聯(lián)分析和綜合評價預警能力差。針對這些問題探索智能礦井火災報警系統(tǒng)建設(shè)路徑也就顯得極為重要。

1 智能礦井火災報警系統(tǒng)建設(shè)重要性

針對礦井火災預測問題我國普遍使用的預報方法有電阻探測法、紅外線探測法、磁探測法、能源自燃溫度探測法等等，但每種探測技術(shù)都或多或少的存在一些弊端，無法為礦井火災預警工作提供全面、高效的精準預測。礦井內(nèi)部工作量大、對機器設(shè)備以及人員操作等要求較高，一旦發(fā)生火災，會造成巨大的人身、財產(chǎn)損失，因此，必須重視礦井火災預警工作，對可疑火源及時排查，為后續(xù)的火災預防以及搶救工作提供寶貴時間，加快智能礦井火災報警系統(tǒng)的建設(shè)是保障礦井施工安全的重要手段。智能礦井火災報警系統(tǒng)主要是通過地底內(nèi)部的光纖實時監(jiān)測地下溫度，同時對可能出現(xiàn)火災故障的機器設(shè)備的溫度進行監(jiān)測，包括機電運輸及、長距離帶式輸送機等等，快速排查事故溫度點，實現(xiàn)精確定位，根據(jù)實際情況建立理想的火災預測模型，客觀有效的判斷火災發(fā)生的可能性，及時預警，減少損失。

2 智能礦井火災報警系統(tǒng)建設(shè)路徑

2.1 實施目標

（1）建立井下分布式激光火災監(jiān)測系統(tǒng)。針對井下密閉區(qū)等特殊空間的火災監(jiān)測，應當格外重視其空間內(nèi)的CH4、CO、C2H2、CO2、O2等氣體濃度以及空間內(nèi)部溫度的實時監(jiān)測，可以選擇采用分布式光纖溫度傳感技術(shù)和波長調(diào)制吸收光譜技術(shù)設(shè)計的監(jiān)測設(shè)備獲取具體的實時數(shù)據(jù)，客觀判斷井下實際情況。礦用隔爆兼本安型光纖測溫控制柜、礦用本安型激光火情監(jiān)測主機以及氣體采樣系統(tǒng)是構(gòu)成礦井火災報警檢測系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其中氣體監(jiān)測設(shè)備的主要檢測對象是CH4、CO、C2H2、CO2、O2等氣體，氣體存在于不同的束管中，監(jiān)測設(shè)備的主要作用是實時監(jiān)測這些氣體濃度是否異常，同時對于地面上發(fā)送的各種指令要快速執(zhí)行。電源系統(tǒng)和分布式光纖測溫系統(tǒng)是組成光纖測溫控制柜的主要設(shè)備，電源系統(tǒng)的主要作用是提供充足的電源以保障火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正常運行，而分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要作用是準確監(jiān)測重要區(qū)域的溫度變化情況。氣體采樣系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括輸氣泵站和氣體取樣束管兩部分。被監(jiān)測氣體通過氣體取樣束管到達采樣系統(tǒng)，由采樣系統(tǒng)對氣體濃度進行測量。

（2）構(gòu)建智能化地面火災監(jiān)測預警系統(tǒng)。智能化地面火災監(jiān)測預警系統(tǒng)的構(gòu)建有助于解決火災警報預測能力差以及火災監(jiān)測系統(tǒng)分析能力差等問題，實現(xiàn)火災預警預報快速及時、中央控制智能化、采集分析智能化等目標。智能化地面火災監(jiān)測系統(tǒng)主要包括火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集裝置、地面火災監(jiān)測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，根據(jù)實際情況制定科學合理的取氣策略，獲取準確真實的采樣分析結(jié)果，建立科學的火災監(jiān)測分析訓練模型進行深度的關(guān)聯(lián)分析，及時發(fā)現(xiàn)氣體參數(shù)變化的異常，確定具體位置，快速排查。

2.2 建設(shè)方案

我國能源開采行業(yè)相關(guān)的安全標準要求，采礦工作面以及采空區(qū)是施工作業(yè)過程中應當重視的根據(jù)火災監(jiān)測空間區(qū)域，重點提高這些空間區(qū)域的火災預警精度，實現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)，早期預防的目的。礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)的應用能夠有效避免傳統(tǒng)常用礦井自然火災束管監(jiān)測系統(tǒng)的弊端，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、礦井火災檢測參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和地面火災監(jiān)測系統(tǒng)是礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成部分，礦井火災檢測參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備一般安裝位置是在井下采礦工作面和采空區(qū)附近，因此在一定程度上會大大縮短井下使用束管的長度，減少氣體采樣花費時間，提高火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)獲取效率，方便后續(xù)數(shù)據(jù)分析工作的進行。除此之外，束管漏氣的可能性也會隨著束管長度的縮短大大降低，保證了火災監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果的可靠性。一個火災監(jiān)測單元包括多個相鄰的火災監(jiān)測區(qū)域，火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的應用能夠有效提高分布式取氣的效率，真正實現(xiàn)自動化運行，多種氣體成分分析更精準高效。

2.3 技術(shù)支撐

采礦工作面采空區(qū)、密閉區(qū)等空間是井下進行火災監(jiān)測的主要區(qū)域，為實現(xiàn)快速高效的礦井火災預警預報，應當重視地面火災監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及井下火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集等工作，提高取氣、采集分析模型訓練的效率，降低井下火災發(fā)生的概率。自燃現(xiàn)象是地下礦井中礦層常見的一種現(xiàn)象，含氧游離基是能源生成過程中容易大量生成的物質(zhì)，在低溫環(huán)境下，這些游離基容易與能源中吸收的氧氣產(chǎn)生反應，釋放大量熱。在發(fā)生此類氧化反應后，礦層溫度升高，環(huán)境溫度的升高會加速能源的這種氧化反應，進一步升高礦產(chǎn)資源的溫度，直至達到自燃的燃點，導致自燃現(xiàn)象的發(fā)生。采空區(qū)是指在礦井作業(yè)的過程中，由于礦石的開采產(chǎn)生的空洞或空腔。采空區(qū)是容易發(fā)生自燃現(xiàn)象的危險區(qū)域，漏風是影響采空區(qū)比較常見的情況，因此氧含量也會受其影響逐漸增加，環(huán)境溫度隨之升高，熱量聚集到一定程度引發(fā)自燃。自燃現(xiàn)象是影響礦井施工作業(yè)、正常生產(chǎn)的重要因素，因此，應當引起各部門的重視，為有效預防礦山生產(chǎn)作業(yè)過程中自燃現(xiàn)象的發(fā)生，應當對其重點區(qū)域布置火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時監(jiān)測不同區(qū)域的數(shù)據(jù)變化，在礦層自燃的準備期和自熱期及時發(fā)現(xiàn)并預防。采空區(qū)是礦井生產(chǎn)作業(yè)過程中最容易發(fā)生自燃現(xiàn)象的重點預防區(qū)域，國內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，國有重點礦區(qū)的自燃情況高達60%，所以在礦山采空區(qū)布置火災監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備有利于控制礦井火災的發(fā)生，確保礦井生產(chǎn)作業(yè)的順利進行，保障礦企生產(chǎn)工人的人身及財產(chǎn)安全。采礦工作面的回風側(cè)一般是設(shè)置礦井火災監(jiān)測點的主要位置，同時監(jiān)測點的位置還要靠近回風巷上幫和采空區(qū)邊緣的三角地帶，即上隅角這是因為采空區(qū)一般屬于密閉區(qū)域，與氧氣接觸容易發(fā)生自燃情況，所以監(jiān)測比較困難，而上隅角區(qū)域不易通風，溫度和濕度也會相對較高，所以采空區(qū)和采面交匯釋放的氣體更加容易聚集于此，方便采樣測量數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

礦井火災是能源開采生產(chǎn)過程中影響嚴重的重大災害之一，不僅會造成資源的浪費，而且會導致巨大的人身財產(chǎn)損失，智能礦井火災報警系統(tǒng)能夠有效預測礦井火災的發(fā)生，基于平時測量溫度的數(shù)據(jù)情況，通過分布式光纖感溫報警系統(tǒng)，對井下敏感位置以及重要機器設(shè)備的溫度變化情況進行實時測量，進行客觀合理判斷，一旦察覺溫度變化異常，立即確定火災預警區(qū)域，將其扼殺在搖籃內(nèi)，避免引發(fā)重大事故。礦井火災檢測報警系統(tǒng)操作簡單、效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化監(jiān)測分析、實時性好，而且綜合評價預警能力較強，是未來礦井火災檢測系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。