束管與安全監(jiān)測系統(tǒng)在巴彥高勒煤礦中的綜合應(yīng)用

丁光輝 彭順長 王 剛

（1.內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；2.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590）

瓦斯爆炸和煤炭自燃都是礦井重要災(zāi)害形式，對財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡的威脅都是十分巨大的。瓦斯爆炸和煤炭自燃都能夠通過對瓦斯以及一氧化碳?xì)怏w的實(shí)時檢測來達(dá)到預(yù)防效果。為盡快發(fā)現(xiàn)異常及采取措施，巴彥高勒煤礦采用束管監(jiān)測系統(tǒng)與安全監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合的方式，對井下各地點(diǎn)瓦斯及一氧化碳?xì)怏w濃度進(jìn)行監(jiān)測，對瓦斯與自然發(fā)火的預(yù)防起到了重要作用[1]。

1 礦井概況

巴彥高勒煤礦位于呼吉爾特勘查區(qū)的南部，礦井年產(chǎn)量為402 萬t，主采一水平的3-1 煤，采用走向長壁綜合機(jī)械化一次采全高采煤法后退式回采，全部垮落法管理頂板。礦井為低瓦斯礦井，煤層具有爆炸危險(xiǎn)，所采煤層為容易自燃煤層，自然發(fā)火等級為Ⅰ級，自然發(fā)火期在41~92d，最短自然發(fā)火期為41d。

2 系統(tǒng)主要參數(shù)及原理

2.1 束管監(jiān)測系統(tǒng)

KSS-200 束管監(jiān)測系統(tǒng)主要由粉塵過濾器、單管、束管、分路箱、抽氣泵、氣體采樣控制柜、監(jiān)控微機(jī)、束管專用色譜儀、打印輸出設(shè)備、網(wǎng)卡、系統(tǒng)軟件等組成。 KSS-200 束管監(jiān)測系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。在微機(jī)控制下，由地面抽氣泵將氣體抽入色譜儀，色譜儀檢測出結(jié)果后，由電腦進(jìn)行分析，整個過程都在微機(jī)控制下進(jìn)行，自動化程度高。

圖1 KSS-200 束管監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

2.2 安全監(jiān)測系統(tǒng)

KJ90NB 型安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對井下各地點(diǎn)的甲烷、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、煙霧、噪聲、粉塵、風(fēng)筒壓力、設(shè)備開停、風(fēng)電、甲烷電閉鎖、風(fēng)門、通風(fēng)設(shè)備、井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測。地面中心站由主控機(jī)（備機(jī)）環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、雙機(jī)熱備組件、計(jì)算機(jī)病毒防殺組件、打印機(jī)、電源避雷器等組成；中心站安裝2 臺主機(jī)，互為熱備；中心站采用雙回路供電；井下由KJ90-F16（D）礦用分站、各種傳感器、電路分線盒、聲光報(bào)警器等組成。其原理圖如圖2 所示。

圖2 KJ90NB 型安全監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

3 系統(tǒng)在實(shí)際現(xiàn)場中的布置

巴彥高勒煤礦根據(jù)其具體情況，結(jié)合束管監(jiān)測系統(tǒng)與安全監(jiān)測系統(tǒng)各自的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，依靠安全監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)24h 不間斷監(jiān)測，依靠束管監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對重點(diǎn)位置的高精度監(jiān)測[2]。

3.1 工作面?zhèn)鞲衅鞑贾?/h3>

為了使工作面安全回采，要求工作面一旦發(fā)生瓦斯、一氧化碳超限，要第一時間發(fā)出報(bào)警信號，因此，在工作面回風(fēng)側(cè)上隅角等標(biāo)志位置放置瓦斯、CO、溫度傳感器，利用安全監(jiān)測系統(tǒng)，對工作面進(jìn)行24h 不間斷實(shí)時監(jiān)測。工作面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D如圖3 所示。

圖3 工作面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D

3.2 束管檢測系統(tǒng)的敷設(shè)

束管監(jiān)測系統(tǒng)主管路采用16 芯束管，從副井下到井底，順著3-1 煤輔運(yùn)巷到311101 工作面回風(fēng)巷口。在311101 工作面回風(fēng)巷口安裝一個16 路分路箱，從分路箱出6 芯束管，順著311101 工作面回風(fēng)巷到311101 工作面。在311101 工作面安裝兩個測點(diǎn)，分別位于采空區(qū)內(nèi)距離工作面15m 處、回風(fēng)隅角處。在311101 工作面停采線附近安裝一個總回風(fēng)測點(diǎn)。另從16 路分路箱出主管路順著3-1 煤輔運(yùn)巷鋪設(shè)為其他地點(diǎn)服務(wù)。為防止束管過快老化漏氣，束管敷設(shè)需要吊掛平直，距離巷道底部高度要在1.5m 以上。每天對采樣點(diǎn)的氣體成分進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

4 系統(tǒng)在實(shí)際現(xiàn)場中的應(yīng)用

4.1 在瓦斯防治中的應(yīng)用

在防治瓦斯過程中，要求氣體檢驗(yàn)及時，越早發(fā)現(xiàn)瓦斯異常超限，越早采取措施，能減少甚至避免災(zāi)害帶來的損失，但人工等傳統(tǒng)方法檢測往往存在一定滯后性。結(jié)合瓦斯災(zāi)害的特性，礦井采用安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為主、束管監(jiān)測系統(tǒng)為輔的方式監(jiān)測瓦斯。能夠?qū)崿F(xiàn)對井下各個監(jiān)測地點(diǎn)瓦斯?jié)舛鹊?4h 不間斷監(jiān)測，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對工作面風(fēng)流、工作面回風(fēng)流以及工作面回風(fēng)隅角處的瓦斯監(jiān)測[3]。相較瓦斯巡檢員實(shí)測的數(shù)據(jù)，其更及時，為災(zāi)害預(yù)防以及搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得了寶貴的時間。

工作面風(fēng)流瓦斯傳感器設(shè)在距工作面煤壁線10~15m 內(nèi)的回風(fēng)順槽中；工作面回風(fēng)流瓦斯傳感器設(shè)在回風(fēng)順槽，距工作面回風(fēng)出口10~15m 處；工作面回風(fēng)隅角瓦斯傳感器設(shè)在回風(fēng)隅角處，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，傳感器會第一時間發(fā)出聲光報(bào)警，并同時向地面監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警。

4.2 在防火中的應(yīng)用

巴彥高勒煤礦回采距離長，采空區(qū)范圍大，有著較為嚴(yán)峻的防滅火形勢，尤其是對于自然發(fā)火的預(yù)防，需要及時準(zhǔn)確地得到采空區(qū)內(nèi)遺煤的氧化情況，以預(yù)防其自然發(fā)火。

采空區(qū)自然發(fā)火有著較長的周期性，在自然氧化初期，氧化緩慢，氧化的煤體會釋放出CO 氣體[4]。根據(jù)其氧化特性，采用以KSS-200 束管監(jiān)測系統(tǒng)為主、以KJ90NB 安全監(jiān)測系統(tǒng)為輔的監(jiān)測方法，在回采工作面采空區(qū)預(yù)先設(shè)置束管系統(tǒng)，每天進(jìn)行人工取樣化驗(yàn)分析，確定冷卻帶、氧化帶、窒息帶的具體寬度，為對自然發(fā)火的預(yù)測和防治提供依據(jù)[5]。在工作面回風(fēng)隅角、回風(fēng)巷道布置CO、CH4、溫度傳感器，如發(fā)生超限危險(xiǎn)，能夠第一時間發(fā)出警報(bào)。

在工作面回風(fēng)隅角和回風(fēng)順槽安設(shè)束管氣體采樣器進(jìn)行束管監(jiān)測。在回風(fēng)順槽安設(shè)一氧化碳和溫度傳感器，對采煤工作面一氧化碳濃度和溫度監(jiān)測。

4.3 在注氮中的應(yīng)用

采空區(qū)注氮是常用且有效的一種防滅火措施，但注氮期間也會發(fā)生采空區(qū)有害氣體被置換排出、多余氮?dú)獬涑夤ぷ髅娼档脱鯕鉂舛鹊任ｋU(xiǎn)。通過束管監(jiān)測系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)，能夠避免這些危險(xiǎn)并使得“動態(tài)監(jiān)測、適時注氮”工藝的實(shí)施更為方便準(zhǔn)確。

利用束管色譜檢測系統(tǒng)檢測工作面回風(fēng)隅角的CO 及氧氣含量，根據(jù)檢測的CO 濃度及時進(jìn)行注氮。檢查注氮系統(tǒng)，一切正常后進(jìn)行注氮，注氮時，關(guān)注回風(fēng)隅角傳感器顯示的CO 及氧氣含量。注氮初期，CO 含量逐漸上升，這是由于氮?dú)膺M(jìn)入采空區(qū)與采空區(qū)內(nèi)的CO 氣體產(chǎn)生置換，將CO 氣體擠出采空區(qū)。注氮中期，CO 氣體保持平穩(wěn)或顯現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)CO 濃度平穩(wěn)時，代表注氮效果已經(jīng)最大，如若此時CO 氣體還超標(biāo)，就需要采用其他方法或加強(qiáng)注氮來進(jìn)行防滅火。注氮同時，為防止工作面氧氣濃度過低，當(dāng)回風(fēng)流中氧氣濃度＜18%,及時撤出回風(fēng)流中全部人員。

5 結(jié)論

KSS-200 束管監(jiān)測系統(tǒng)與KJ90NB 型安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)分別具有分析精確和報(bào)警及時的特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，束管監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足對采空區(qū)內(nèi)部、高冒區(qū)等危險(xiǎn)區(qū)域的氣體監(jiān)測需求，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對預(yù)定地點(diǎn)不間斷的觀測。充分利用兩者的優(yōu)勢以及瓦斯、自燃災(zāi)害的特點(diǎn)，能夠及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)害隱患，有效地預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生，同時也能為注氮等防災(zāi)減災(zāi)措施的實(shí)施提供指導(dǎo)。巴彥高勒煤礦311101 工作面回采的實(shí)踐證明，兩者的相互配合有效地避免了瓦斯與自然發(fā)火災(zāi)害的發(fā)生，保證了工作面安全。