JSG8 煤矿自然发火束管监测系统在小峪矿的应用

刘玉龙

（晋能控股煤业集团 安全督察大队，山西 大同 037004）

1 概 况

小峪矿位于大同煤田中部的东南边缘，地处山西省怀仁县境内。矿井通风方法为抽出式，通风方式为中央并列式，全矿共有3 个进风井，分别为东山村进风井、平硐和排矸井，分别为301 盘区、402 盘区、303 盘区和404 盘区供风，1 个回风井为东山村回风井。2013 年经山西省煤炭工业局综合测试中心鉴定，矿井的自燃倾向等级为Ⅱ类，自燃倾向性为自燃，自然发火期为6～12 个月。随着采矿深度和宽度的增加，残存采盘区也在逐年增加，造成全矿井的管理战线长，管理跨度大，给矿井通风带来一定难度。为防治煤层自然发火，提高矿井煤层自然发火预测预报能力，小峪矿于2019年1 月安装了束管火灾监测系统，对煤矿易发自燃区域进行实时监控，现场效果良好。

2 束管监测系统的原理与组成

2.1 系统原理

JSG8 井下自燃火灾束管色谱检测系统是在微机分析与控制、色谱高精度分析、束管负压运载气体这3 项高新技术基础上开发出来的高科技产品。系统工作时，先启动抽气泵，使井下气体被吸入束管，到达井上的电磁阀前并处于等待检测状态。计算机通过选择某一路束管的电磁阀，使该路束管内的气体被送入色谱仪中进行分析。色谱仪的分析结果被送到计算机内的数据采样接口板上，经过模数转换，将模拟量变成数字量，再由分析软件进行处理，形成谱图和分析结果，完成某一路束管气体的检测分析过程。在需要多路检测的时候，由技术人员根据煤矿的生产需要，设定的检测顺序进行检测，无需人工干涉，可实现24 h 连续在线检测与分析，所有分析数据均可存储保留。

2.2 系统组成

系统主要由井下束管部分、采样控制部分、气体预处理部分、气体分析部分、数据采样部分、数据分析部分、打印分析部分、打印输出部分、抽气泵部分等组成，如图1 所示。

图1 JSG8 煤矿自然发火束监测系统结构示意Fig.1 Structure of JSG8 coal mine spontaneous ignition beam monitoring system

该系统可以分析多种气体成分，符合煤矿自燃火灾综合多参数标志气体的选择，满足了《煤矿安全规程》规定要求。

2.3 系统主要功能

（1） 实现24 h 不间断监测，做到无人值守。

（2） 通过系统自动监测的气体成分，形成自动报警。

（3） 每一路数据分析完成后，数据可自动发送至电脑，进行存储，需要时可随时打印。

（4） 系统自动将分析数据存入数据库，并可用数据库分析某一采样点的气体含量在一段时间内的变化趋势，可用图形方式表现，非常直观。

2.4 系统主要技术指标

（1） GC-7960 煤矿专用气相色谱仪分析一次进 样O2、N2，CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO2等8 种气体，最小检测浓度0.1 ppm，量程：0 ~100%。

（2） 热导检测器灵敏度：S≥5 000 mv.ml/mg，氢焰检测器检出限M≤1.0×10～11 g/s。

（3） 系统监测路数。①控制束管监测路数：24 路；②束管传输流量自动显示为24 路（对应监测的路数）；③可实现无人职守长期运行，24 h 连续监测，也可根据需要进行人工设定；④实现较长距离地点（15 km） 的采样，最远可达30 km。

3 束管监测系统在小峪矿的应用

3.1 束管监测系统的安装

小峪矿煤层具有自燃的特点，需要有针对性地在采空区、密闭和采区回风巷的位置，布设束管监测设备，不间断地对有可能发生火灾的区域，进行监测。

根据井下特点和设计方案评估，将监测机房设在调度室，束管共有8 种，即：24 芯、13 芯、12芯、8 芯、7 芯、6 芯、4 芯和单芯，其中24 芯用于地面到进风井底一段，13 芯用于进风井底到203巷口，12 芯用于203 巷口到303 盘区口，6 芯用于303 盘区综采工作面，6 芯用于404 盘区综采工作面，7 芯用于402 盘区综采工作面和密闭，301 盘区布置1 条4 芯束管（图2）。经计算，束管监测最长距离为4.5 km。

在敷设束管时，需要避开高压电缆。同时要考虑管道中积水，选择在低洼处安装分路箱，及时进行滤水。

束管监测系统安装完毕后，每天对井下气体进行化验分析，对每项检测数据进行对比筛查，并将检测结果上报。

3.2 束管监测系统在8405 综放工作面“三带”划分中的应用

在8405 综放工作面进、回风顺槽分别各布置3 束带有保护套的束管，2 个束管监测取样点间距初步定为40 m，埋入采空区最远取样点距工作面为120 m，即当第一路束管埋入采空区120 m 后停止取样，重新安设取样头（粉尘过滤器） 和护管，如此循环，直至工作面采完为止。

根据两个多月的实测O2浓度结果和“三带”划分标准，得到8405 综放工作面采空区“三带”划分，见表1。

表1 8405 综放工作面采空区“三带”划分Table 1"Three zones"division of goaf in 8405 fully mechanized caving face

3.3 经济效益

（1） 对井下工作面采空区气体实时分析，为工作面采空区注氮、注阻化剂等工作提供了依据，每年可节约材料成本10 万元。

（2） 系统投入使用以前，矿井重点古塘密闭的取样化验工作需人工完成，每循环一次大约需要4 d，每天有2 个工人共同完成。同时取样周期延长，会造成漏洞。另外，人工取样时需采集装置、救护设备等材料全年约需5 万元。投入使用后，全年可节约人工及材料费用共计15 万元，同时缩短了化验周期还提高了化验分析的准确性。

4 结 论

（1） 根据小峪矿采线长且具有自燃煤层的特点，井下环境复杂，该系统不受井下各种不安全因素及条件的干扰，可以有效地保证煤矿正常生产。

（2） 该系统工作效率高，可连续循环监测和自动采样，节省了大量的人力、物力，降低了劳动强度。

（3） 通过束管监测系统的应用，提高煤矿生产安全系数，增加煤矿生产天数，为类似矿井提供了有效经验。