煤炭自然發(fā)火早期發(fā)現(xiàn)技術(shù)及分析

趙慶杰+吳士坤+扈振波+邵明育+王天樂

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)對自然發(fā)火的早期預(yù)測預(yù)報，太平煤礦在現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了一套自然發(fā)火早期預(yù)測預(yù)報的方法。通過合理布置CO報警儀，加強(qiáng)日常CO監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理，可以發(fā)現(xiàn)CO濃度的微小變化，實(shí)現(xiàn)早期預(yù)報，輔之以紅外測溫和經(jīng)驗(yàn)可以定位火源位置?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明這套方法是行之有效的。

關(guān)鍵詞：自然發(fā)火 早期發(fā)現(xiàn) 測溫法 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) CO報警儀

中圖分類號：TD71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0063-03

煤炭自然發(fā)火是煤礦的主要災(zāi)害之一。我國大中型煤礦中自燃危險程度嚴(yán)重或較嚴(yán)重的煤礦約占總數(shù)的70%，國有重點(diǎn)煤礦中具有自燃危險的煤礦約占一半[1]。煤炭自燃多發(fā)于肉眼難以直接觀測的地點(diǎn)，其分布、發(fā)展?fàn)顟B(tài)復(fù)雜多變，難以準(zhǔn)確確定火源位置有的放矢地采取有效滅火措施。所以快速、準(zhǔn)確地把握燃燒狀態(tài)和定位火源是煤炭自然發(fā)火防治研究領(lǐng)域的重要課題之一，也是世界性難題。自燃火源的早期發(fā)現(xiàn)和定位就是利用相關(guān)設(shè)備捕捉燃燒引起的地球物理特征變化，確定燃燒狀態(tài)和火區(qū)范圍。根據(jù)探測原理和技術(shù)可分為經(jīng)驗(yàn)法、物探法、化探法和鉆探法等[2-3]?；诿禾孔匀紭?biāo)志性氣體的檢測技術(shù)可以早期發(fā)現(xiàn)自燃的征兆，但通過氣體檢測發(fā)現(xiàn)自燃時燃燒已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)程度，而且易受風(fēng)流流動的影響。溫度傳感器、紅外測溫等探測方法是最直接、最有效的方法，但煤巖的熱傳導(dǎo)率極低，再加上測點(diǎn)布置和漏風(fēng)的影響，準(zhǔn)確確定隱蔽火源的位置并非易事?，F(xiàn)在主要靠探測技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法確定火源位置。

太平煤礦六復(fù)采區(qū)在復(fù)采過程中軌道上山及聯(lián)絡(luò)巷等巷壁內(nèi)多次出現(xiàn)高溫點(diǎn)。本文對六復(fù)采區(qū)歷次自然發(fā)火的預(yù)測預(yù)報進(jìn)行了分析，提出了在現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，一種煤壁自然發(fā)火早期發(fā)現(xiàn)技術(shù)。

1 六復(fù)采區(qū)自然發(fā)火概況

1.1 六復(fù)采區(qū)概況

六復(fù)采區(qū)開采原六采區(qū)3#煤層的殘煤，殘煤厚度3.13～5.03m，可采儲量107.1萬t，復(fù)采區(qū)服務(wù)年限3.1年。修復(fù)原630軌道下山和630皮帶下山作為復(fù)采區(qū)下山，在下山左側(cè)開門，沿煤層底板內(nèi)錯原上、下順槽5m掘進(jìn)復(fù)采工作面順槽，順槽沿煤層走向布置。復(fù)采區(qū)共劃分為4個工作面，采用走向長壁全部垮落采煤法。630軌道下山進(jìn)風(fēng)、630皮帶下山回風(fēng)，采煤工作面采用上順槽進(jìn)風(fēng)、下順槽回風(fēng)的“U”型通風(fēng)系統(tǒng)。瓦斯含量較小，經(jīng)國家安全生產(chǎn)重慶礦用設(shè)備檢測檢驗(yàn)中心鑒定，3#煤層屬于Ⅱ類自然發(fā)火煤層，煤塵爆炸指數(shù)為36.92%。采區(qū)內(nèi)設(shè)有KJ76N安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 六復(fù)采區(qū)自燃發(fā)火記錄

2017年六復(fù)采區(qū)發(fā)火記錄（表1）顯示，發(fā)火次數(shù)最多的地點(diǎn)是巷道交岔口，其次是密閉，采空區(qū)內(nèi)和工作面進(jìn)回風(fēng)順槽沒有出現(xiàn)高溫點(diǎn)。

2 太平煤礦自然發(fā)火早期發(fā)現(xiàn)技術(shù)

2.1 根據(jù)感官判斷

根據(jù)表1所示的2017年發(fā)火記錄，8次高溫點(diǎn)均發(fā)生在煤壁、密閉等容易發(fā)現(xiàn)的地點(diǎn)。如：在630軌道巷與6F303聯(lián)絡(luò)巷交叉點(diǎn)向上10m處靠左幫發(fā)現(xiàn)明火，6F303上順與6F303聯(lián)絡(luò)巷交叉口處靠右?guī)桶l(fā)現(xiàn)冒煙，630皮帶巷128號注膠孔處發(fā)現(xiàn)煤油味等，均是根據(jù)人體感官和經(jīng)驗(yàn)判斷自然發(fā)火。

2.2 紅外測溫

紅外測溫主要是探測紅外能量場，通過能量場綜合判斷煤自燃區(qū)域。紅外測溫法簡單、迅速、精確，是目前自然發(fā)火探測的一項(xiàng)重要技術(shù)。紅外測溫儀在太平煤礦自然發(fā)火的探測中發(fā)揮了重要作用。經(jīng)驗(yàn)表明，紅外測溫儀技術(shù)對于測量巷壁煤柱等的自然發(fā)火十分有效。

2.3 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

太平煤礦裝備有KJ76N安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，多次對自然發(fā)火做出了準(zhǔn)確預(yù)報。比如6F301上順槽回風(fēng)口處自然發(fā)火時CO傳感器報警情況如表2所示[4]。

接到報警后的現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：六復(fù)301上順槽入口處頂板噴漿體裂隙多；多處裂隙滲出CO，個別地點(diǎn)濃度最大達(dá)到1000ppm（達(dá)到儀器最大量程）；有煤油味；頂板溫度與周邊溫差不大。排除因放炮引起CO超限的可能，判斷六復(fù) 301上順周邊煤體破碎，迎頭探眼漏風(fēng)進(jìn)入上順周圍破碎煤體，形成漏風(fēng)通道，加劇了頂板浮煤的氧化。

3 早期發(fā)現(xiàn)技術(shù)分析

3.1 根據(jù)感官判斷

通過人體感覺發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火是最簡單、最直觀的方法，通過肉眼觀察可以發(fā)現(xiàn)明火、冒煙、巷壁掛汗等。但通過觀察發(fā)現(xiàn)的自燃已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)程度，很難對自然發(fā)火進(jìn)行早期預(yù)測。通過嗅覺發(fā)現(xiàn)煤油味等，但并不是所有的井下工作人員都能通過嗅覺發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火，一個切實(shí)可行的方法是對井下全體工作人員，特別是通風(fēng)員和瓦檢員等專職人員進(jìn)行訓(xùn)練和教育，提高工作人員的熱別能力和警覺，使每位工作人員都成為“嗅覺傳感器”，提高發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火的幾率。

3.2 紅外測溫法

煤自燃會在煤巖中產(chǎn)生高溫異常區(qū)，通過異常溫度的測定可以確定火源點(diǎn)的位置，這種方法干擾因素少、可靠性高[5]。采用便攜式紅外測溫可以發(fā)現(xiàn)煤壁等的高溫點(diǎn)。紅外測溫只能探測表面溫度，而且煤巖的熱傳導(dǎo)率極低，所以通過溫度探測發(fā)現(xiàn)的自然發(fā)火，火源點(diǎn)的溫度已相當(dāng)高，通過紅外測溫早期預(yù)報并準(zhǔn)確確定火源位置并非易事。但紅外測溫法簡單、便捷、實(shí)用。

3.3 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

太平煤礦裝備的KJ76N安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對自然發(fā)火預(yù)報發(fā)揮了重要作用，但難以確定自然發(fā)火的地點(diǎn)，容易產(chǎn)生誤報。針對上述具體問題進(jìn)行了如下改進(jìn)。

（1）合理布置CO報警儀。

如圖1所示，在采煤工作面的上隅角A、回風(fēng)順槽B、回風(fēng)上山C處分別設(shè)置3臺CO報警儀。當(dāng)回風(fēng)順槽B的CO濃度上升時，確認(rèn)A和C的CO濃度變化情況，如果A和C的CO濃度均呈上升趨勢，則可以確認(rèn)A的上風(fēng)側(cè)發(fā)生自然發(fā)火；如果A的CO濃度無變化，C的CO濃度呈上升趨勢，但濃度低于B，則可以確認(rèn)A、B間發(fā)生自然發(fā)火。

（2）避免CO報警儀誤報。

井下放炮作業(yè)干擾了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作，是引起CO報警儀產(chǎn)生誤報的主要原因，因此放炮時提前監(jiān)測監(jiān)控室聯(lián)系，確認(rèn)防炮地點(diǎn)。如在圖1的A點(diǎn)放炮，B出現(xiàn)CO濃度峰值的時間要早于C，而且CO濃度沒有持續(xù)變化，可以判斷是引起的CO濃度異常。

（3）強(qiáng)化日常監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理。

加強(qiáng)對日常CO監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理是通過安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)早期發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火的重要途徑，特別是加強(qiáng)對檢修班CO監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析。一般情況下，檢修班沒有放炮的影響，風(fēng)流比較穩(wěn)定。通過對一周內(nèi)檢修班CO濃度變化情況的分析，可以發(fā)現(xiàn)CO濃度的微小變化，實(shí)現(xiàn)在低溫階段早期預(yù)報。

4 結(jié)語

太平煤礦自六復(fù)采區(qū)開采以來多次出現(xiàn)高溫點(diǎn)，但都沒有引起火災(zāi)，主要?dú)w功于在多年經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出了一套自然發(fā)火早期預(yù)測預(yù)報的方法。首先是加強(qiáng)作業(yè)人員的訓(xùn)練，提高對自然發(fā)火的警覺；其次是合理布置CO報警儀，強(qiáng)化日常CO監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理，發(fā)現(xiàn)CO濃度的微小變化，在低溫階段早期預(yù)報；最后輔之以紅外測溫和經(jīng)驗(yàn)定位火源位置。做到了早發(fā)現(xiàn)、早處理，將自然發(fā)火消滅于萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹曉丹.煤為什么會自燃[N].中國能源報，2010-08-30.

[2] 武建軍，蔣衛(wèi)國，劉曉晨，等.地下煤火探測、監(jiān)測與滅火技術(shù)研究進(jìn)展[J].煤炭學(xué)報，2009，35（12）：1669-1673.

[3] 程衛(wèi)民，陳平，崔洪義.礦井煤炭自燃高溫火源點(diǎn)區(qū)域的探測實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1999，27（11）：4-7.

[4] 吳士坤，扈振波，徐偉.太平煤礦六復(fù)采區(qū)冒空區(qū)CO超限治理研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2015（6）：57-59.

[5] 王新成.煤炭自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)及其應(yīng)用[A].第3屆全國煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C].2008.endprint