基于信息管理系统的煤层自然发火预报技术的研究＊

邬剑明 赵永芳 翟建山 戴咏军 张宏庆

(1.太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;2.山西先导科技开发有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集团潞宁煤业有限责任公司,山西省忻州市,036700)

基于信息管理系统的煤层自然发火预报技术的研究＊

邬剑明1赵永芳1翟建山1戴咏军2张宏庆3

(1.太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;2.山西先导科技开发有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集团潞宁煤业有限责任公司,山西省忻州市,036700)

在利用矿井自然发火信息管理系统对矿井火灾信息进行基本管理的基础上,通过对煤层不同温度下指标气体生成规律的研究,采用前端编程语言Java连接后台数据库SQL Server的开发方式,建立起煤层自然发火预报系统。

煤炭自燃 信息管理 指标气体

信息管理系统通过通信网络把不同地域的信息处理中心联结起来,对信息进行收集、传输、加工、存储、更新和维护,使用户共享网络中的各种资源,为管理者进行决策提供及时、准确和可靠的依据。信息管理系统20世纪60年代起源于美国,20世纪70年代末80年代初出现在中国,80年代末在中国冶金、煤矿和石油等行业得到广泛应用。

煤层自燃是我国煤矿生产过程中面临的主要自然灾害之一。大量的实践表明,在预测煤层自然发火过程中,发火信息管理系统只具备录入、编辑、查询等基本管理功能,而由人工分析大量数据信息后进行预测预报,不仅费时费力,而且会造成预报滞后或预报失误。本文研究的煤矿区煤层自然发火信息管理系统采用前端编程语言Java连接后台数据库SQL Server的开发方式,具备了对矿井自然发火信息管理的基本功能,重点研究和实现了矿井自然发火预报。为制定防灭火措施提供了科学依据。

1 系统组成

矿区自然发火信息管理系统由5个子系统组成,见图1。

煤层自然发火检测信息管理及预测预报系统旨在对矿区各个矿井的日常煤层自然发火检测信息进行管理,并能根据这些信息对检测地点的自然发火状态进行预测预报。

图1 煤矿区自然发火信息管理系统组成

2 煤层自然发火预报技术研究

目前,国内外对煤炭自燃的早期预报方法主要有指标气体分析法和温度检测法等,其中气体分析法是广泛使用的一种方法。

由于煤种的不同,煤自然发火的缓慢氧化阶段、加速氧化阶段、激烈氧化阶段的温度范围、气体产物和特性也不相同。针对不同的煤种,需通过对煤样实验室加温实验获得不同煤温产生气体的规律,优选出可以反映煤的氧化阶段的指标气体。本文以潞宁3#煤层为例,对煤层采样进行加温实验,实验原始数据见表1。

通过对实验数据分析可知如下3点。

(1)应以CO作为指标性气体,并辅以C2H6、C2H4掌握煤炭自燃情况;CO的出现说明煤已经发生氧化反应,见图2(a);C2H4出现表明煤温已经达到90℃左右,见图2(b);C2H6达到峰值时煤温已经达到180℃左右,见图2(c)。

表1 潞宁矿3#煤层指标气体原始数据

图2 各指标气体与煤温的关系

(2)在实践中,指标气体的发生量受矿井风量的影响,如选用井下空气中CO气体的绝对量为预报指标可以抵消风量的影响。井下空气中CO气体的绝对量计算方法如下:

式中:F——自然发火预报指标,m3/min;

C——观测站气样中CO浓度,%;

Q——观测站的风量,m3/min。

利用指标气体发生量进行预报,虽然可以抵消风量的影响,但还受着火范围的大小、不同煤种等因素的影响,因此在确定F临界值时要结合矿井基本概况系统、煤层自燃特性信息管理系统及矿井煤层自然发火历史记录信息管理系统中相关信息,在实验计算值的基础上进行修正,以提高其灵敏度。经求证,本例中F参考值小于0.0049 m3/min时为安全期;0.0049～0.0059 m3/min范围内为加强观测期;大于0.0059 m3/min时为剧烈氧化期。

(3)实验数据分析,煤在升温过程中释放出的C2H4量很少,易受到外界其它因素的干扰。实验证明乙烯与乙烷之比(C2H4/C2H6)与温度之间的关系具有明显的规律性,见图2(d),且可以克服通风条件的影响。当风流中检测出C2H4,煤体温度为100℃,相应发出早期预报;当烯烷比值为2/3时,煤体温度已超过140～200℃,已处于缓慢氧化阶段,必须发出中期预报;当烯烷比值大于2/3时,煤温已超过200℃,煤已处于加速氧化阶段,必须发出紧急预报。

3 预报系统的建立

经过指标气体分析建立了火灾预报系统,预报流程如下:

(1)通过实验室升温实验可知煤温达到30℃时,CO浓度值为0.0012%;当检测到CO浓度大于等于0.0012%,即可判断煤层已发生缓慢氧化反应;

(2)当CO浓度大于0.0012%后,为了排除矿井风量对井下空气中CO的影响,根据空气中CO气体的绝对量F值进行煤温氧化阶段的判断;

(3)在煤加速氧化过程中要加强观测,C2H4出现后,应用C2H4和C2H6比值进行煤温判断,当C2H4/C2H6值在0.1～0.5之间时发出中期预报;当C2H4/C2H6值大于0.5时进行紧急预报。

根据上述流程采用前端编程语言Java连接后台数据库SQL Server的方式开发了预报系统软件,软件流程见图3。

图3 火灾预报系统软件流程

4 结语

(1)煤矿区自然发火信息管理系统的煤自燃预报,首先要针对预报煤层选择适合自然发火预报的指标气体。通过分析指标气体和煤温之间的变化规律,进行煤自燃预报。

(2)CO浓度易受矿井风流等因素的影响,选用井下空气中CO气体的绝对量为预报指标可以抵消风量的影响。

(3)煤在升温过程中释放出C2H4量很少,易受到外界其它因素的干扰。利用乙烯与乙烷之比(C2H4/C2H6)可以克服通风条件的影响,更准确地预报煤温。

(4)煤矿区自然发火信息管理系统在信息相互传递的基础上,综合各影响因素确定预报程序中指标气体判断临界值,增强临界值的灵敏度,提高煤自然发火预报的可靠性。

[1] 吴玉国,邬剑明,王俊峰.煤层自燃指标气体的试验研究[J].中国煤炭,2007(4)

[2] 谢振华.矿山安全管理信息系统的研究与开发[J].工业安全与防尘,2000(10)

[3] 许延辉,许满贵,徐精彩.煤自燃火灾指标气体预测预报的几个关键问题探讨[J].矿业安全与环保,2005(1)

[4] 王永湘.利用指标气体预测预报煤矿自燃火灾[J].煤矿安全,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

国家科技部国际科技合作攻关项目“煤矿重大事故灾害防治关键技术应用研究”,项目编号:2008DFB70100

邬剑明(1964-),男,山西省河曲人,太原理工大学教授、博士、研究生导师,主要从事煤矿防灭火技术研究。

(责任编辑 梁子荣)