光纤防自然发火在线预警系统在顾北煤矿的应用实践

刘安兵　段平平

摘 要：文章介绍了顾北矿12326回采工作面采用光纤自然发火在线预警系统防治采空区自然发火灾害的使用情况，分析总结了该系统在顾北矿的应用实践效果及所要注意的问题，为采空区自然发火防治新方法的使用提供参考。

关键词：采空区自然发火；光纤自然发火在线预警系统；应用实践

1 12326工作面概况

12326工作面东侧为设计的12426工作面；南侧为采区系统巷道；西侧为设计的12226工作面，北侧为设计的12126工作面。6-2煤层夹少量镜煤条带及线炭，属半亮型～半暗型煤。工作面总体为单斜构造，煤层倾角3～8°，煤层平均厚度2.8m，煤层厚度变化较大，由北向南煤厚逐渐增厚。12326工作面回采范围内落差大于1m的断层有7条，其中F12（H=1.3m）、F6（H=2.1m）及F14（H=1.8m）断层对回采、防火工作影响较大。经检验，6-2煤自燃倾向性等级为Ⅱ类自燃。

2 常规防火预测预报方法分析

矿井自然发火预测预报技术根据煤矿井下自然发火的早期特征，其探测和判别方法有多种，常采用以下方式进行：（1）人工鉴定管及球胆取样分析化验。为人工检测手段，自动化程度低、耗费大量人力、人为读数偏差大，不具备连续性及时效性，无法实现对井下采空区的实时监测。（2）束管远程监测。采用束管系统对采空区气体进行抽样监测，因束管抽样距离长，常常会出现束管漏气、堵塞等现象，导致色谱分析仪对气样的浓度测量偏差大，无法保证气体检测的准确性和时效性。

3 光纤防火在线监测系统

光纤防自然发火在線预警系统弥补了上述预测方法的不足，针对采空区发火实时在线监测，采用光纤分布式温度及气体传感器相结合的方法。采空区发火最直观现象是温度的变化，分布式温度传感器反映的温度，是实时在线监测并可做到早期预警。配置气体检测与温度监测相结合，可以准确地判别煤的自燃程度，采取针对性的防灭火措施。光纤系统实现了检测仪可随工作面移动，对采空区的气体浓度及温度实时在线监测，具有投资小、可重复使用、校准周期长、精度高、分辨率高、可靠性高等优点。该系统主机安设在工作面进风巷道，监测传感器具有无需供电、本质安全、不受电磁干扰、实时监测、精确定位等特点。系统的主要构成：光纤分布式测温主机、探测光缆、光纤连接器件、光纤多气体检测仪、多种气体传感器、工控机、监测软件以及相关附件组成。（1）光纤分布式测温系统。光纤温度监测采用整根光缆埋入监测地点，探测温度并向外传输信号，其探测原理为测量光纤内部喇曼（Raman）反射来探测整条光缆沿线的温度变化。（2）多种气体监测系统。系统使用分布反馈式半导体激光器（DFBLD）作为光源，光源驱动为低频锯齿波信号叠加高频正弦波信号，通过锁相放大器实现信号提取。根据采空区三带静态分布理论，给出了判断采空区自然发火危险程度的判定方法。该系统全部使用光纤进行井下信号传输和气体检测，使得检测精度更高，不带电工作，实时性更强，系统更加稳定可靠。多种气体检测仪包括6种气体探测器（CO、CO2、CH4、O2、C2H2、C2H4可选配）、探测电路、数字显示、信号传输、进气管道及过滤装置，由显示区、防爆外壳、进气管和过滤装置四个部分组成。多种气体检测仪集多种气体探测于一身，能够显示多种气体浓度信息，同时进气口处加有过滤装置，对水汽、灰尘等起到过滤的作用。

4 光纤防火在线预警系统的安装及应用

为做好北一6-2采区自然发火检测与防治工作，实现对采空区的气体浓度及温度实时在线监测，保证工作面的安全顺利的回采，在12326工作面首创使用光纤防自然发火在线预警系统。

4.1 系统安装

（1）自然发火预警系统基站安设在北一6-2采区移动泵站，并接入127V电源，保证持续运行。监测数据经基站处理后，通过光纤传输至地面服务器。（2）多气体监测系统光纤自基站接至12326工作面上隅角处，敷设长度1300m。（3）共安装3个传感器，用于回风顺槽CH4、CO气体监测。1#传感器位于上隅角处，2#传感器位于1#传感器后30m处，3#传感器安设在工作面T2瓦斯传感器附近。（4）分布式测温系统光纤自基站接至工作面上隅角处，随工作面回采全程埋入采空区。

4.2 系统应用

系统完成后，形成了一套12326工作面温度、多气体实时在线综合检测系统，对工作面的温度变化、多气体浓度等环境参数进行实时监测，对实时数据进行记录、状态异常报警，并形成数据报表，可供日、月、年等时间间隔的数据查询和打印，同时建立一套多参数综合性数据库，从而为工作面的环境监测和数据分析提供信息技术。综合回采工作面监测需求，将温度、甲烷、CO等检查数据进行综合分析，及时反应采空区温度变化情况，为分析确认采空区遗煤的自燃趋势、火灾发生范围、火灾定位及发展等情况提供关键数据信息，为煤矿安全生产提供信息保障。

5 应用成效

光纤防自然发火在线预警系统具备如下成效：（1）实现了数据的自动采集、存储、记录。（2）实现了12326工作面环境温度与多气体浓度、火区温度及火区位置的实时在线监测，具备连续性及时效性。（3）通过联网和通信功能，可实现远程控制。（4）通过多气体传感器自动收集、传输监测数据，杜绝人为读数偏差。（5）不存在气体相互之间的交叉干扰、能准确探测，不受杂气影响而误警。（6）感温探测覆盖范围为其全长100%，事故定位精度高。（7）通过设定报警值，实现工作面浓度与温度超限报警。（8）操作简单方便快捷，节省了大量人力。（9）分析数据曲线，确认工作面内温度与多气体的变化趋势，火灾发生位置及预测未来火区发展趋势。（10）系统兼备故障自检测功能，光缆发生故障时可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测与迅速维修。

6 注意问题及使用建议

光纤防自然发火在线预警系统的使用应注意如下问题：

（1）光纤敷设过程中，为防止巷道变形光纤受损，每间隔50～100m预留1～2m作为缓冲，缓冲段需盘好规范吊挂。（2）光纤吊挂过程中应敷设在管路下方或有护管保护，防止顶板吊矸砸损。（3）分布式多气体传感器挪移过程中，严禁对光纤强行拉扯或过度折曲，以防造成信号中断。（4）加强工作面回采过程中光纤、传感器的保护，规范回收挪移，提高光纤及传感器的回收利用率。（5）系统安装应兼顾其他工作面，防止光纤过长或过短，对下一步回收再利用造成不便或损失。（6）其多种气体监测的精度，特别是CO的监测精度需要进一步提高。

作者简介：刘安兵（1975-），男，安徽怀宁人，1998年毕业于华北科技学院，工程师，从事煤矿一通三防安全管理工作。