井下自燃束管火灾监测设计方法

孙志凤中煤华晋公司韩咀煤矿总工程师



井下自燃束管火灾监测设计方法

孙志凤
中煤华晋公司韩咀煤矿总工程师

link

评估值65万

appraisement

行业曲线

industry

煤矿井下自燃是井下重大灾害，威胁矿井安全生产及井下作业人员的生命安全。基于现代化装备进行煤层自燃发火预测预报系统，采用束管监测技术，该技术具有测定气体组分较多、数据存储量大和分析较准确、监测连续性好、自动化程度高等特点。束管系统对井下气体组成及各种气体的含量变化能够在任何时候有效的实现监测，而且可以在地面监测中心分析预测煤自燃灾害程度及发生发展过程，能够对煤的预测预报，实现智能化和自动化，而且易于操作、方法简单易上手。

煤矿火灾是指发生在矿井井下或地面井口周围、威胁矿井安全生产、发生灾害的所有不能人为控制的燃烧。由火灾发生的原因可以将煤矿火灾分为两种，即内因火灾和外因火灾。其中内因火灾是煤矿火灾的主要组成，约占煤矿发生火灾总数的九成以上。煤矿火灾会导致大量的财产及煤炭资源的损失，产出大量高温烟流及有毒气体，其严重危害到了井下工作人员的人身安全，常常会导致瓦斯、煤尘的爆炸，其灾难性得到了更进一步的扩大。煤炭自然发火是煤炭的通性，然而煤的自然发火难易程度取决于煤质及其性质。所以我们不但要了解煤的自燃性，还要预测煤早期发生自燃火灾的可能性，这需要我们了解代表煤发生自然火灾的过程及与其有关的各项参数指标，进一步对煤自燃特性进行全面的研究。

新建矿井在煤自然火灾预测预报及安全方面，存在基础防治设施不完善、防治技术针对性不强等诸方面的问题，所以迫切需要建立一套相对完善的体系，用于火灾综合技术的防治，全面提高火灾防治技术及预测预报水平。首先要研究和掌握煤自然发火的基本规律，科学地对煤的自然发火进行预测预报，判断煤的自然发火进程，做到防患于未“燃”。从而能够明确指导矿井防灭火工作的实施，开展各项防灭火工作。结合韩咀煤业目前矿井井下实际开采技术条件和生产布局，以“预防为主、防治结合”为矿井火灾防治工作的指导方针，实施建立适用于矿井的一整套防治井下自然发火的技术体系。束管系统对井下气体组成及各种气体的含量变化能够在任何时候有效的实现监测，而且可以在地面监测中心分析预测煤自燃灾害程度及发生发展过程，能够对煤的预测预报，实现智能化和自动化，而且易于操作、方法简单易上手。

图1 矿井JSG-8束管监测系统结构原理

图2　工作面束管监测示意图

井下自燃束管火灾监测系统

井下、地面整体束管监测系统由矿用色谱仪、束管系统、采集系统组成。束管从地面铺设至井下工作面采空区，地面建立专用气体分析中心，将矿用色谱仪至于其中，应用气泵采集井下气体，进行化验。

束管监测系统的工作原理，利用真空泵和多芯（单芯）束管抽取气体，可以远距离监测需要地点的气样，利用专用气相色谱仪持续检测分析，实时测定各测点的气体成分及其各含量。束管监测系统主要由地面气体分析中心和井下束管取样系统组成，结构原理如图1所示。

井下工作面开切眼形成后，将采样器及束管铺设至井下，采样器用木垛保护起来，束管用2″无缝钢管保护，沿工作面回风巷、主回风巷、井筒铺设至地面气体分析中心，连接到气泵。气泵与色谱仪相连接，开启气泵后，经一段时间，采空区气体输送至色谱仪，即可以化验气体成分。束管详细铺设方法及采样器制作，见“三带”观测方案部分，这里不再重述。

在井下监测过程中，应每回采50m，即埋入一个监测探头，若早期埋设的监测探头所处位置为“窒息带”（名词解释见“三带”观测方案部分）时，可停止该探头取气与化验分析，否则应保持连续分析。

建立井下自然发火预测预报体系，即对井下易自然发火地点，采用人工或自动的方法定期或连续的进行取样，经过气相色谱仪器分析出气体各项组分，总结各项组分的变化规律，结合煤自然发火预测预报技术，来判断煤炭自燃的发展进程，这样可以有效地作出煤自然发火的早期预测预报。

束管铺设方案

束管取样头布置

束管单管沿工作面回风顺槽和进风顺槽顶板吊挂，共需2路束管6路，其中进风顺槽吊挂1路2芯，用于工作面进风隅角“采空区三带”检测（埋设间距为50m），其余1路4芯在回风顺槽布置，其中：1芯设置在工作面上隅角处，1芯设置于回风顺槽与采区回风巷巷口，2芯用于采空区三带检测，（埋设间距为50m），如图2所示。

图3 取样头连接示意图

取样头

束管取样头与套管必须密封连接，防止抽取到套管内气体（密封段可采用聚氨酯材料密封），周围采用大块矸石或砌晅防护，为了避免浮煤、水、泥浆沉积发生堵管现象。如图3所示。

套管

为了方便套管在井下运输，套管采用6m长的分段，两端带有滑动法兰盘，在设置取样头的位置采用三通进行连接，为方便在三通位置设置取样头，三通末端带有3个固定法兰盘，三通直线段需要剖开。所有套管都采用直径50mm的钢管进行加工。取样头的套管外面的前端口，必须封口，并在前端0.25m长范围内，钻8个直径为5mm的小孔，用来透气。

束管采样柜位置

为了方便采集气样和满足连续监测采空区气样成份，束管采样柜设置在地面束管系统控制室。

气体分析

气相色谱分析内容包括O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等气体。

采样测试完毕后，记录好每天工作面推进度，工作面采取的防灭火措施。

结语

束管系统可以将监测点气体通过束管送到地面检测中心，利用气相色谱分析仪持续分析气体组成分及其含量，通过各组成分含量的变化，对井下煤的自燃发火过程进行判断分析，可以对煤早期的自然发火进行预测预报。该系统对井下气体组成及各种气体的含量变化能够在任何时候有效的实现监测，而且可以在地面监测中心分析预测煤自燃灾害程度及发生发展过程，能够对煤的预测预报，实现智能化和自动化，而且易于操作、方法简单易上手。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.025