炮采工作面CO传感器炮后高值原因分析及处理

摘 要：为了有效降低采煤工作面炮后CO浓度，避免CO传感器高值假象，保证工作面安全生产，提高矿井决策水平，通过对CO传感器工作原理及采煤工作面炮后气体成分分析，得到了炮后CO传感器显示偏大的真实原因，并以此为基础制定了综合防治措施，通过措施的实施取得了良好的效果，为矿井安全生产奠定了坚实的基础。

关键词：CO传感器；放炮；防治措施；高值假象

国投新集公司新集三矿为急倾斜煤层，采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法进行开采，在放炮落煤后回风流内CO传感器常会较长时间处于报警状态，然而炮后工作面只有极其微量甚至没有CO，这种情况下的CO传感器的频繁报警让矿井监控部门难以判断是否因煤层自然发火隐患引起。根据CO传感器报警次数统计发现，放炮后报警次数占总报警次数的98%以上，故CO传感器的“假报警”势必会给矿井的安全管理和领导决策带来许多不必要的麻烦。分析和解决CO传感器“假报警”，指导矿井安全开采，提高领导决策水平是当前矿井安全管理面临重要的问题，在前人研究的基础上结合矿井实际就CO传感器工作原理和炮烟成分，对CO传感器“假报警”进行研究，以冀提出有效的措施进行解决[1-2]。

1 矿井概况

国投新集能源股份有限公司井田位于淮南复向斜和谢桥向斜南翼，阜凤断层及其分支断层的推覆构造断夹块内，属阜凤逆冲断层的上覆系统。受区域推覆构造影响，矿井总体构造呈轴向近东西的不对称倒转褶曲形态，上部正常翼倾向北，倾角60～90°，下部全倒转翼倾向南，倾角多为20～30°，少数50～70°，为急倾斜煤层开采矿井。矿井开拓方式为立井多水平集中大巷分区石门开拓，采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法开采，放炮落煤，全部陷落法管理顶底板。伪倾斜柔性掩护支架采煤法是指在急倾斜煤层中，沿伪倾斜布置采煤工作面，变急倾斜为伪倾斜25～30°的工作面，采用工字钢架梁与钢丝绳组成柔性掩护支架将采空区和工作空间隔开，沿走向推进的采煤方法。矿井通风方式为中央分列式单翼通风，矿井绝对瓦斯涌出量为3.15～3.23m3/t，相对瓦斯涌出量为3.05～3.37m3/min，各主要可采煤层均有爆炸危险性，自燃倾向性为自燃。采煤工作面日产量约为550t、配风量为250m3/min。

2 工作面CO浓度偏大原因分析

2.1 炸药爆炸后生成气体成分情况

目前矿井使用的是安全等级为三级的煤矿许用水胶炸药，炸药爆破后不仅伴随着高温、高压，而且还有诸多产物生成——CO2、CO、N2、H2O、C、H2、NO2、N2O、NO、CH4、NH3、O2等。其中有毒的物质为CO、NO2、N2O、NO等。

每千克炸药爆炸后生成的有毒气体总量（按标准状况下折算成CO计）按下式计算：

V=V1+6.5V2

式中，V为每千克炸药爆炸后生成的有毒气体总量，L/kg；V1为每千克炸药爆炸后生成的CO体积，L/kg；6.5为将氮氧化物折算成CO时的毒性系数；V2为每千克炸药爆炸后生成的氮氧化物体积L/kg。

2.2 一氧化碳传感器工作原理

国投新集公司新集三矿安全监控系统所采用的CO电化学传感器工作原理是：CO气体通过传感器外壳上的气孔经透气膜进入工作电极表面，在催化作用下与水发生化学氧化反应，产生的氢离子在对电极上与水中氧气发生反应生成化学还原反应生成水，在此过程中，氧化和还原反应始终在工作电极和对电极间可逆发生，并在两电极间产生电位差，为了维持电位差的恒定和限制CO可测浓度，加入了参比电极，由于参比电极不参加反应，故电位的变化直接反应CO浓度变化，且CO传感器产生的输出电流与CO浓度变化成直线正比关系。CO电化学传感器原理简单，生产成本低廉，可检测气体种类较多，如CO、H2S、NO、N2O，正是如此，在多种气体情况下对CO选择性较差，进而会影响到CO浓度的正确检测[3-4]。

2.3 一氧化碳传感器显示值偏大原因

气相色谱分析仪只能分析O2、N2、CO2、CO、H2、C2H2、C2H4、C2H6等8种气体成分，不能分析氮氧化物等气体成分，气相色谱分析仪与CO传感器同时间测得的炮烟内CO对比如图1所示，二者差值即为氮氧化物浓度。采煤工作面放炮后产生的CO、H2S、NO、N2O等气体，而这几种气体都能与CO传感器发生反应，故CO传感器所测数值是“炮烟”体积分数，如果放炮时炸药量过大，通风不畅等，则CO传感器上显示的数值就会更大。为了进一步验证该判断，矿井组织专业人员对放炮后气体情况进行了实测，实测结果与理论分析结果一致。

图1 CO传感器与气相色谱分析仪测得CO浓度关系图

3 综合防治措施

（1）严格按国家有关规定使用煤矿三级许用炸药，坚决不能使用超过有效期或变质炸药，尽量减少炸药爆破后CO产生量。（2）因爆破产生的有毒气体总量与炸药用量成正比，所以必须严格控制一次起爆药量，因此规定采煤工作面实行分段放炮，达到了减小炮烟产生量、降低炮后CO浓度及报警时间。（3）保证工作面风量满足规程要求，并严格规定炮眼间距、炮眼深度等参数，保证工作面空间满足通风需要，及时排走炮烟，缩短工作面CO报警时间。（4）保证炮眼封堵长度和封堵质量，使炸药发生爆炸时，封泥破裂之前，装药孔内保持高温、高压状态，有利于炸药充分反应，减少有毒气体生成量。（5）规范使用水炮泥及喷雾，针对三矿急倾斜采煤工作面实际情况，在架头增设一道放炮喷雾，工作面回风巷共设置3道喷雾，充分吸附炮烟内氮氧化物，降低炮烟内氮氧化物对CO传感器的影响。（6）根据现场实际情况，工作面炮后30分钟内CO完全可以恢复至报警浓度以下。规定采煤工作面放炮作业在进风巷操作，回风巷内所有作业人员全部撤至新鲜风流内，待工作面CO浓度降至预警值（24PPm）以下且时间不小于15min后人员方可进入回风巷作业。（7）加强安全监控系统的维护。目前，矿井使用电化学式CO传感器由于其本身原因，存在气敏原件有效期、气敏电极催化活性降低、电解液散失等问题，需定期对CO传感器校正、检修、更换，传感器每次超限报警，要分析原因，查找传感器本身有无问题，并及时总结经验。

4 结束语

通过分析认为造成工作面CO传感器显示值偏高的真正原因并非矿井CO含量增高导致，而是因放炮后部分其他气体参与了反应。针对CO传感器高值假象原因提出了有针对性的措施，通过措施的实施有效地杜绝了CO超限报警假象，该研究也为其他矿井提供了一定的借鉴。

参考文献

[1]张天鹏.电化学一氧化碳传感器研究[J].舰船防化，2003（1）：18-20.

[2]王鸿雷.炮后CO传感器显示值偏大原因与防范措施[J].煤炭技术，2007，26（12），65-66.

[3]徐金陵，梁旭.炮采工作面炮后CO超限原因分析及防治措施[J].能源技术与管理，2013，38（5），35-37.

[4]赵晓莉，王继峰.炸药爆炸产生有毒气体的原因及其防治[J].煤矿爆破，2007，77（2），23-26.

作者简介：王友成（1986，12-），男，江苏盱眙人，本科，助理工程师，现从事煤矿一通三防工作。