JSG8 煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)在小峪礦的應(yīng)用

劉玉龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 安全督察大隊(duì)，山西 大同 037004）

1 概 況

小峪礦位于大同煤田中部的東南邊緣，地處山西省懷仁縣境內(nèi)。礦井通風(fēng)方法為抽出式，通風(fēng)方式為中央并列式，全礦共有3 個(gè)進(jìn)風(fēng)井，分別為東山村進(jìn)風(fēng)井、平硐和排矸井，分別為301 盤區(qū)、402 盤區(qū)、303 盤區(qū)和404 盤區(qū)供風(fēng)，1 個(gè)回風(fēng)井為東山村回風(fēng)井。2013 年經(jīng)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心鑒定，礦井的自燃傾向等級(jí)為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，自然發(fā)火期為6～12 個(gè)月。隨著采礦深度和寬度的增加，殘存采盤區(qū)也在逐年增加，造成全礦井的管理戰(zhàn)線長，管理跨度大，給礦井通風(fēng)帶來一定難度。為防治煤層自然發(fā)火，提高礦井煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報(bào)能力，小峪礦于2019年1 月安裝了束管火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)煤礦易發(fā)自燃區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，現(xiàn)場效果良好。

2 束管監(jiān)測系統(tǒng)的原理與組成

2.1 系統(tǒng)原理

JSG8 井下自燃火災(zāi)束管色譜檢測系統(tǒng)是在微機(jī)分析與控制、色譜高精度分析、束管負(fù)壓運(yùn)載氣體這3 項(xiàng)高新技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出來的高科技產(chǎn)品。系統(tǒng)工作時(shí)，先啟動(dòng)抽氣泵，使井下氣體被吸入束管，到達(dá)井上的電磁閥前并處于等待檢測狀態(tài)。計(jì)算機(jī)通過選擇某一路束管的電磁閥，使該路束管內(nèi)的氣體被送入色譜儀中進(jìn)行分析。色譜儀的分析結(jié)果被送到計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采樣接口板上，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬量變成數(shù)字量，再由分析軟件進(jìn)行處理，形成譜圖和分析結(jié)果，完成某一路束管氣體的檢測分析過程。在需要多路檢測的時(shí)候，由技術(shù)人員根據(jù)煤礦的生產(chǎn)需要，設(shè)定的檢測順序進(jìn)行檢測，無需人工干涉，可實(shí)現(xiàn)24 h 連續(xù)在線檢測與分析，所有分析數(shù)據(jù)均可存儲(chǔ)保留。

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由井下束管部分、采樣控制部分、氣體預(yù)處理部分、氣體分析部分、數(shù)據(jù)采樣部分、數(shù)據(jù)分析部分、打印分析部分、打印輸出部分、抽氣泵部分等組成，如圖1 所示。

圖1 JSG8 煤礦自然發(fā)火束監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structure of JSG8 coal mine spontaneous ignition beam monitoring system

該系統(tǒng)可以分析多種氣體成分，符合煤礦自燃火災(zāi)綜合多參數(shù)標(biāo)志氣體的選擇，滿足了《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定要求。

2.3 系統(tǒng)主要功能

（1） 實(shí)現(xiàn)24 h 不間斷監(jiān)測，做到無人值守。

（2） 通過系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測的氣體成分，形成自動(dòng)報(bào)警。

（3） 每一路數(shù)據(jù)分析完成后，數(shù)據(jù)可自動(dòng)發(fā)送至電腦，進(jìn)行存儲(chǔ)，需要時(shí)可隨時(shí)打印。

（4） 系統(tǒng)自動(dòng)將分析數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并可用數(shù)據(jù)庫分析某一采樣點(diǎn)的氣體含量在一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢，可用圖形方式表現(xiàn)，非常直觀。

2.4 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

（1） GC-7960 煤礦專用氣相色譜儀分析一次進(jìn) 樣O2、N2，CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO2等8 種氣體，最小檢測濃度0.1 ppm，量程：0 ~100%。

（2） 熱導(dǎo)檢測器靈敏度：S≥5 000 mv.ml/mg，氫焰檢測器檢出限M≤1.0×10～11 g/s。

（3） 系統(tǒng)監(jiān)測路數(shù)。①控制束管監(jiān)測路數(shù)：24 路；②束管傳輸流量自動(dòng)顯示為24 路（對(duì)應(yīng)監(jiān)測的路數(shù)）；③可實(shí)現(xiàn)無人職守長期運(yùn)行，24 h 連續(xù)監(jiān)測，也可根據(jù)需要進(jìn)行人工設(shè)定；④實(shí)現(xiàn)較長距離地點(diǎn)（15 km） 的采樣，最遠(yuǎn)可達(dá)30 km。

3 束管監(jiān)測系統(tǒng)在小峪礦的應(yīng)用

3.1 束管監(jiān)測系統(tǒng)的安裝

小峪礦煤層具有自燃的特點(diǎn)，需要有針對(duì)性地在采空區(qū)、密閉和采區(qū)回風(fēng)巷的位置，布設(shè)束管監(jiān)測設(shè)備，不間斷地對(duì)有可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，進(jìn)行監(jiān)測。

根據(jù)井下特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案評(píng)估，將監(jiān)測機(jī)房設(shè)在調(diào)度室，束管共有8 種，即：24 芯、13 芯、12芯、8 芯、7 芯、6 芯、4 芯和單芯，其中24 芯用于地面到進(jìn)風(fēng)井底一段，13 芯用于進(jìn)風(fēng)井底到203巷口，12 芯用于203 巷口到303 盤區(qū)口，6 芯用于303 盤區(qū)綜采工作面，6 芯用于404 盤區(qū)綜采工作面，7 芯用于402 盤區(qū)綜采工作面和密閉，301 盤區(qū)布置1 條4 芯束管（圖2）。經(jīng)計(jì)算，束管監(jiān)測最長距離為4.5 km。

在敷設(shè)束管時(shí)，需要避開高壓電纜。同時(shí)要考慮管道中積水，選擇在低洼處安裝分路箱，及時(shí)進(jìn)行濾水。

束管監(jiān)測系統(tǒng)安裝完畢后，每天對(duì)井下氣體進(jìn)行化驗(yàn)分析，對(duì)每項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比篩查，并將檢測結(jié)果上報(bào)。

3.2 束管監(jiān)測系統(tǒng)在8405 綜放工作面“三帶”劃分中的應(yīng)用

在8405 綜放工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽分別各布置3 束帶有保護(hù)套的束管，2 個(gè)束管監(jiān)測取樣點(diǎn)間距初步定為40 m，埋入采空區(qū)最遠(yuǎn)取樣點(diǎn)距工作面為120 m，即當(dāng)?shù)谝宦肥苈袢氩煽諈^(qū)120 m 后停止取樣，重新安設(shè)取樣頭（粉塵過濾器） 和護(hù)管，如此循環(huán)，直至工作面采完為止。

根據(jù)兩個(gè)多月的實(shí)測O2濃度結(jié)果和“三帶”劃分標(biāo)準(zhǔn)，得到8405 綜放工作面采空區(qū)“三帶”劃分，見表1。

表1 8405 綜放工作面采空區(qū)“三帶”劃分Table 1"Three zones"division of goaf in 8405 fully mechanized caving face

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

（1） 對(duì)井下工作面采空區(qū)氣體實(shí)時(shí)分析，為工作面采空區(qū)注氮、注阻化劑等工作提供了依據(jù)，每年可節(jié)約材料成本10 萬元。

（2） 系統(tǒng)投入使用以前，礦井重點(diǎn)古塘密閉的取樣化驗(yàn)工作需人工完成，每循環(huán)一次大約需要4 d，每天有2 個(gè)工人共同完成。同時(shí)取樣周期延長，會(huì)造成漏洞。另外，人工取樣時(shí)需采集裝置、救護(hù)設(shè)備等材料全年約需5 萬元。投入使用后，全年可節(jié)約人工及材料費(fèi)用共計(jì)15 萬元，同時(shí)縮短了化驗(yàn)周期還提高了化驗(yàn)分析的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

（1） 根據(jù)小峪礦采線長且具有自燃煤層的特點(diǎn)，井下環(huán)境復(fù)雜，該系統(tǒng)不受井下各種不安全因素及條件的干擾，可以有效地保證煤礦正常生產(chǎn)。

（2） 該系統(tǒng)工作效率高，可連續(xù)循環(huán)監(jiān)測和自動(dòng)采樣，節(jié)省了大量的人力、物力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3） 通過束管監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，提高煤礦生產(chǎn)安全系數(shù)，增加煤礦生產(chǎn)天數(shù)，為類似礦井提供了有效經(jīng)驗(yàn)。