基于信息管理系統(tǒng)的煤層自然發(fā)火預(yù)報(bào)技術(shù)的研究＊

鄔劍明 趙永芳 翟建山 戴詠軍 張宏慶

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024;2.山西先導(dǎo)科技開(kāi)發(fā)有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西省忻州市,036700)

基于信息管理系統(tǒng)的煤層自然發(fā)火預(yù)報(bào)技術(shù)的研究＊

鄔劍明1趙永芳1翟建山1戴詠軍2張宏慶3

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024;2.山西先導(dǎo)科技開(kāi)發(fā)有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西省忻州市,036700)

在利用礦井自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)對(duì)礦井火災(zāi)信息進(jìn)行基本管理的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)煤層不同溫度下指標(biāo)氣體生成規(guī)律的研究,采用前端編程語(yǔ)言Java連接后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server的開(kāi)發(fā)方式,建立起煤層自然發(fā)火預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

煤炭自燃 信息管理 指標(biāo)氣體

信息管理系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)把不同地域的信息處理中心聯(lián)結(jié)起來(lái),對(duì)信息進(jìn)行收集、傳輸、加工、存儲(chǔ)、更新和維護(hù),使用戶共享網(wǎng)絡(luò)中的各種資源,為管理者進(jìn)行決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確和可靠的依據(jù)。信息管理系統(tǒng)20世紀(jì)60年代起源于美國(guó),20世紀(jì)70年代末80年代初出現(xiàn)在中國(guó),80年代末在中國(guó)冶金、煤礦和石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

煤層自燃是我國(guó)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中面臨的主要自然災(zāi)害之一。大量的實(shí)踐表明,在預(yù)測(cè)煤層自然發(fā)火過(guò)程中,發(fā)火信息管理系統(tǒng)只具備錄入、編輯、查詢等基本管理功能,而由人工分析大量數(shù)據(jù)信息后進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且會(huì)造成預(yù)報(bào)滯后或預(yù)報(bào)失誤。本文研究的煤礦區(qū)煤層自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)采用前端編程語(yǔ)言Java連接后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server的開(kāi)發(fā)方式,具備了對(duì)礦井自然發(fā)火信息管理的基本功能,重點(diǎn)研究和實(shí)現(xiàn)了礦井自然發(fā)火預(yù)報(bào)。為制定防滅火措施提供了科學(xué)依據(jù)。

1 系統(tǒng)組成

礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)由5個(gè)子系統(tǒng)組成,見(jiàn)圖1。

煤層自然發(fā)火檢測(cè)信息管理及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)旨在對(duì)礦區(qū)各個(gè)礦井的日常煤層自然發(fā)火檢測(cè)信息進(jìn)行管理,并能根據(jù)這些信息對(duì)檢測(cè)地點(diǎn)的自然發(fā)火狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

圖1 煤礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)組成

2 煤層自然發(fā)火預(yù)報(bào)技術(shù)研究

目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)煤炭自燃的早期預(yù)報(bào)方法主要有指標(biāo)氣體分析法和溫度檢測(cè)法等,其中氣體分析法是廣泛使用的一種方法。

由于煤種的不同,煤自然發(fā)火的緩慢氧化階段、加速氧化階段、激烈氧化階段的溫度范圍、氣體產(chǎn)物和特性也不相同。針對(duì)不同的煤種,需通過(guò)對(duì)煤樣實(shí)驗(yàn)室加溫實(shí)驗(yàn)獲得不同煤溫產(chǎn)生氣體的規(guī)律,優(yōu)選出可以反映煤的氧化階段的指標(biāo)氣體。本文以潞寧3#煤層為例,對(duì)煤層采樣進(jìn)行加溫實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知如下3點(diǎn)。

(1)應(yīng)以CO作為指標(biāo)性氣體,并輔以C2H6、C2H4掌握煤炭自燃情況;CO的出現(xiàn)說(shuō)明煤已經(jīng)發(fā)生氧化反應(yīng),見(jiàn)圖2(a);C2H4出現(xiàn)表明煤溫已經(jīng)達(dá)到90℃左右,見(jiàn)圖2(b);C2H6達(dá)到峰值時(shí)煤溫已經(jīng)達(dá)到180℃左右,見(jiàn)圖2(c)。

表1 潞寧礦3#煤層指標(biāo)氣體原始數(shù)據(jù)

圖2 各指標(biāo)氣體與煤溫的關(guān)系

(2)在實(shí)踐中,指標(biāo)氣體的發(fā)生量受礦井風(fēng)量的影響,如選用井下空氣中CO氣體的絕對(duì)量為預(yù)報(bào)指標(biāo)可以抵消風(fēng)量的影響。井下空氣中CO氣體的絕對(duì)量計(jì)算方法如下:

式中:F——自然發(fā)火預(yù)報(bào)指標(biāo),m3/min;

C——觀測(cè)站氣樣中CO濃度,%;

Q——觀測(cè)站的風(fēng)量,m3/min。

利用指標(biāo)氣體發(fā)生量進(jìn)行預(yù)報(bào),雖然可以抵消風(fēng)量的影響,但還受著火范圍的大小、不同煤種等因素的影響,因此在確定F臨界值時(shí)要結(jié)合礦井基本概況系統(tǒng)、煤層自燃特性信息管理系統(tǒng)及礦井煤層自然發(fā)火歷史記錄信息管理系統(tǒng)中相關(guān)信息,在實(shí)驗(yàn)計(jì)算值的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正,以提高其靈敏度。經(jīng)求證,本例中F參考值小于0.0049 m3/min時(shí)為安全期;0.0049～0.0059 m3/min范圍內(nèi)為加強(qiáng)觀測(cè)期;大于0.0059 m3/min時(shí)為劇烈氧化期。

(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,煤在升溫過(guò)程中釋放出的C2H4量很少,易受到外界其它因素的干擾。實(shí)驗(yàn)證明乙烯與乙烷之比(C2H4/C2H6)與溫度之間的關(guān)系具有明顯的規(guī)律性,見(jiàn)圖2(d),且可以克服通風(fēng)條件的影響。當(dāng)風(fēng)流中檢測(cè)出C2H4,煤體溫度為100℃,相應(yīng)發(fā)出早期預(yù)報(bào);當(dāng)烯烷比值為2/3時(shí),煤體溫度已超過(guò)140～200℃,已處于緩慢氧化階段,必須發(fā)出中期預(yù)報(bào);當(dāng)烯烷比值大于2/3時(shí),煤溫已超過(guò)200℃,煤已處于加速氧化階段,必須發(fā)出緊急預(yù)報(bào)。

3 預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建立

經(jīng)過(guò)指標(biāo)氣體分析建立了火災(zāi)預(yù)報(bào)系統(tǒng),預(yù)報(bào)流程如下:

(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室升溫實(shí)驗(yàn)可知煤溫達(dá)到30℃時(shí),CO濃度值為0.0012%;當(dāng)檢測(cè)到CO濃度大于等于0.0012%,即可判斷煤層已發(fā)生緩慢氧化反應(yīng);

(2)當(dāng)CO濃度大于0.0012%后,為了排除礦井風(fēng)量對(duì)井下空氣中CO的影響,根據(jù)空氣中CO氣體的絕對(duì)量F值進(jìn)行煤溫氧化階段的判斷;

(3)在煤加速氧化過(guò)程中要加強(qiáng)觀測(cè),C2H4出現(xiàn)后,應(yīng)用C2H4和C2H6比值進(jìn)行煤溫判斷,當(dāng)C2H4/C2H6值在0.1～0.5之間時(shí)發(fā)出中期預(yù)報(bào);當(dāng)C2H4/C2H6值大于0.5時(shí)進(jìn)行緊急預(yù)報(bào)。

根據(jù)上述流程采用前端編程語(yǔ)言Java連接后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server的方式開(kāi)發(fā)了預(yù)報(bào)系統(tǒng)軟件,軟件流程見(jiàn)圖3。

圖3 火災(zāi)預(yù)報(bào)系統(tǒng)軟件流程

4 結(jié)語(yǔ)

(1)煤礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)的煤自燃預(yù)報(bào),首先要針對(duì)預(yù)報(bào)煤層選擇適合自然發(fā)火預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體。通過(guò)分析指標(biāo)氣體和煤溫之間的變化規(guī)律,進(jìn)行煤自燃預(yù)報(bào)。

(2)CO濃度易受礦井風(fēng)流等因素的影響,選用井下空氣中CO氣體的絕對(duì)量為預(yù)報(bào)指標(biāo)可以抵消風(fēng)量的影響。

(3)煤在升溫過(guò)程中釋放出C2H4量很少,易受到外界其它因素的干擾。利用乙烯與乙烷之比(C2H4/C2H6)可以克服通風(fēng)條件的影響,更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)煤溫。

(4)煤礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)在信息相互傳遞的基礎(chǔ)上,綜合各影響因素確定預(yù)報(bào)程序中指標(biāo)氣體判斷臨界值,增強(qiáng)臨界值的靈敏度,提高煤自然發(fā)火預(yù)報(bào)的可靠性。

[1] 吳玉國(guó),鄔劍明,王俊峰.煤層自燃指標(biāo)氣體的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)煤炭,2007(4)

[2] 謝振華.礦山安全管理信息系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].工業(yè)安全與防塵,2000(10)

[3] 許延輝,許滿貴,徐精彩.煤自燃火災(zāi)指標(biāo)氣體預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題探討[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2005(1)

[4] 王永湘.利用指標(biāo)氣體預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤礦自燃火災(zāi)[J].煤礦安全,2010(6)

Research on information management system for predicting spontaneous combustion in coal mining area

Wu Jianming1,Zhao Yongfang1,Zhai Jianshan1,Dai Yongjun2,Zhang Hongqing3
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China;2.Shanxi Advanced Science and Technology Development Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China;3.Luning Coal Mine,Shanxi Lu’an Group Co.,Ltd.,Xinzhou,Shanxi 036700,China)

Based on the information management of fire disasters in mines by the information management system of coal spontaneous combustion,the generation laws of index gases were analyzed for coal samples at the different temperatures.And the information management system for predicting spontaneous combustion of coal seam was then established by using Java as foreground tool and SQL SERVER as background database.

coal spontaneous combustion,information management,index gases

TD752.2

A

國(guó)家科技部國(guó)際科技合作攻關(guān)項(xiàng)目“煤礦重大事故災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究”,項(xiàng)目編號(hào):2008DFB70100

鄔劍明(1964-),男,山西省河曲人,太原理工大學(xué)教授、博士、研究生導(dǎo)師,主要從事煤礦防滅火技術(shù)研究。

(責(zé)任編輯 梁子榮)