清水营煤矿束管监测系统升级改造技术研究

文/刘 志

一、束管监测系统现状

神华宁夏煤业集团清水营煤矿现用束管监测系统为SG-2003型井下火灾束管监测系统，该系统自2008年安装使用至今已有10年，设备老化严重、稳定性差、数据分析误差大。地面部分安装在中心站内，井下束管主管路由地面管沟经一号副斜井、+1265水平车场、回风斜井敷设至采煤工作面，主要对工作面及采空区内O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 气体含量进行采样分析。随着矿井开拓延伸，束管抽气距离变长，数据采集难度大，现有束管监测系统已无法满足矿井自然发火预测预报工作需要。

二、束管监测系统升级改造的必要性研究

1. 束管监测系统现阶段存在的主要问题

（1）色谱仪部分电路板老化，运行不稳定；（2）稳压阀、稳流阀长时间未使用，漏气，无法正常工作；（3）仪器控温失常，造成色谱柱烧坏；（4）氢气发生器电解池烧坏不能正常工作、空气发生器属老产品，现已无更换配件；（5）气体分析采样柜，切换阀不能正常工作，漏气现象严重；（6）主机系统运行缓慢，出现死机现象；（7）真空泵已损坏，不能正常工作。

2.束管监测系统升级改造的必要性研究

（1）目前使用的束管监测系统需要将采煤工作面气样采集至地面进行分析，束管最远敷设距离长达10km，束管敷设路线长，抽气阻力大、时间长，束管维护工作量大，采集的气样真实性差、数据误差大。因此，急需升级改造束管监测系统。

（2）束管监测系统改造后，将现有的地面固定式负压抽气束管监测系统改造为井下移动式正压输气束管监测系统，能够提高采集气样的真实性、准确性，缩短束管采样分析周期，同时在特殊情况下还可实现连续抽气检测，便于及时准确地分析自然发火状况。

三、井下微色谱束管监测系统应用分析研究

1.使用井下微色谱束管监测系统的可行性

根据清水营煤矿火灾防治情况，检测采空区是否自然发火防治是通过检测采空区O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 指标性气体含量来判断，传统的井下红外、激光束管监测系统均无法分析C2H6气体含量，无法有效判断采空区自然发火状况，目前只有井下微色谱束管监测系统可实现O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等指标性气体的采样分析，分析气体种类齐全。

因此，束管监测系统升级改造选取井下微色谱束管监测系统。

2.清水营煤矿微束管监测系统应用

根据清水营煤矿生产接续计划，首采工作面为110206采煤工作面，接续工作面为110803采煤工作面，按照2个采煤工作面配置微色谱束管监测系统，计划在110206采煤工作面、110803采煤工作面分别布置一套井下色谱监测分站，分别用于各采煤工作面开采、收尾回收期间采空区自然发火指标性气体检测。

（1） 110206采煤工作面井下色谱监测分站应用。110206采煤工作面井下色谱监测分站安装在+965水平机电硐室内，用于110206工作面回采、收尾及回撤期间采空区气体检测分析。在110206风巷（距工作面300m）安装3台正压输气泵站（2台使用，1台备用）及除尘放水装置，每台正压输气泵站分2路4芯束管沿110206风巷铺向采煤工作面及采空区，分别检测采煤工作面、采煤工作面回风流、采煤工作面上隅角、采空区30m、60m、90m束管内气体情况，采空区气体经正压输气泵向色谱监测分站供气，预计束管敷设长度为2650m。

（2）110803采煤工作面井下色谱监测分站应用。110803采煤工作面井下色谱监测分站安装在+1172水平机电硐室内，用于110803工作面回采、收尾及回撤期间采空区气体检测分析。在110803风巷（距工作面300m）安装3台正压输气泵站（2台使用，1台备用）及除尘放水装置，每台正压输气泵站分2路4芯束管沿110803风巷铺向采煤工作面及采空区，分别检测采煤工作面、采煤工作面回风流、采煤工作面上隅角、采空区30m、60m、90m束管内气体情况，采空区气体经正压输气泵向色谱监测分站供气，预计束管敷设长度为3800m。

四、井下微色谱束管监测系统组成

井下微色谱束管监测系统主要由KQF8-Z矿用隔爆兼本安型多组份气体分析主站、井下正压输气泵站、防爆开关、束管、数据传输网络、移动客户端、系统监控平台等部分组成。

图1 正压输气泵结构图

1. 多组份气体分析主站

多组份气体分析主站由采样控制模块，电磁阀及驱动电路，微型色谱仪等组成，封装在防爆色谱监控分站的箱体内，是束管监控系统的核心，通过井上管理平台给色谱监测分站设置系统运行参数，在井上管理平台的远程控制指令下，将束管采样得到的井下气体，依次通过色谱仪进样分析，并将结果通过数据传输网络，返回给井上系统管理平台。

2.微型气相色谱仪

微型气相色谱仪是井下微色谱束管监测系统核心分析单元，色谱数据采用工业环网通信，光纤传输。微型气相色谱仪具有检测速度快，便携、检测灵敏度高，可靠性好，维护成本低，检测气体组份多，易操作等优点。同时，可以在采样地点进行快速现场分析，也可将分析数据远程传输，做到24h不停地生成井下气体分析数据。

3.束管正压输气泵站

束管正压输气泵站采用双泵头结构，双路独立工作，适应长期连续运行，可根据现场实际需要采用双路独立输出方式或双路并联为单路输出方式工作。主要由输气泵、电动机、防爆开关、旁路阀、单向阀、切换阀、自动泄压阀、自动放水阀、滤尘器、压力表等组成，是正压束管监测的重要组成部分。如图1所示。

（1）工作原理。束管输气泵站的压气构件由传动端的曲轴连杆机构的往复运动带动进行工作。压气构件在压腔内作往复运动，促使压腔压力变化，在压腔为负压时，进气阀打开，气体被吸入压腔，在气体压缩时，排气阀打开，压缩后的气体输出至冷却系统，再经滤水处理后送入输气管路。

（2）功能特点。①多功能使用，同时兼具正压输气、负压输气功能；②双泵头设计，一个泵站可以同时采集两个地点，或并联使用提高可靠性；③断电自动泄压保护，自动散热设计，延长数十倍使用寿命，满足24小时不间断工作要求；④断电旁通功能，井下断电后仍然可保持使用井上负压取气的通路，更容易配合其他各种系统的使用；⑤网络远程控制，配合专用的网络远程控制单元和系统软件，可以实现井上控制输气泵站的启停，并监控其运行状态。

五、结语

通过对现用束管监测系统进行分析，井下束管监测系统升级改造为微色谱束管监测系统后，进一步增强了矿井防灭火基础设施功能，保障了矿井安全生产。