趙曉聯(lián)，任慧斌，劉慧鵬

(1.晉能集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030000； 2.長(zhǎng)治三元吉安煤業(yè)， 山西 長(zhǎng)治 046000)

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·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

礦井監(jiān)控系統(tǒng)在防滅火注漿領(lǐng)域的應(yīng)用

趙曉聯(lián)，任慧斌，劉慧鵬

(1.晉能集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030000； 2.長(zhǎng)治三元吉安煤業(yè)， 山西 長(zhǎng)治 046000)

煤層自燃是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，采空區(qū)注漿可以有效抑制煤層自燃事故。傳統(tǒng)注漿工藝中注漿流量的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)通常憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，缺乏科學(xué)依據(jù)。本文介紹了礦井注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理及制作工藝，通過(guò)在許廠煤業(yè)礦井安裝注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了注漿參數(shù)的自動(dòng)采集、處理，有效防止了采空區(qū)煤炭自燃的發(fā)生，為該礦井防滅火工作提供了保障。

煤層；自燃；采空區(qū)；注漿；在線監(jiān)測(cè)

目前，我國(guó)煤礦主要以井工開(kāi)采為主，并向大型現(xiàn)代化集約高效方向發(fā)展[1]，采用綜采放頂煤工藝可以實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效，但在開(kāi)采容易自燃和自燃煤層時(shí)，采空區(qū)的丟煤容易引起煤炭自燃，給礦井防滅火帶來(lái)新的問(wèn)題。

《煤礦安全規(guī)程》(2016年版)第260條規(guī)定，開(kāi)采容易自燃和自燃煤層的礦井，必須編制礦井防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，采取綜合預(yù)防煤層自然發(fā)火的措施。目前，我國(guó)煤礦主要采用灌漿、阻化劑、均壓技術(shù)和氮?dú)夥罍缁?，其中灌漿防滅火是煤礦中常用的效果較好、成本較低的防滅火措施之一[2]. 但是，長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)在灌漿防滅火技術(shù)的應(yīng)用中，對(duì)注漿流量、注漿濃度的測(cè)試，僅僅是憑經(jīng)驗(yàn)值估算，缺乏量化數(shù)據(jù)，不利于煤礦的安全管理[3]. 因此，通過(guò)對(duì)注漿過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握注漿流量、注漿濃度的實(shí)時(shí)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)注漿的量化監(jiān)測(cè)與管理，對(duì)礦井防滅火具有極其重要的意義。

1 注漿防滅火的機(jī)理

礦井煤炭自然發(fā)火必須具備3個(gè)條件，即可燃性的碎煤堆積、足夠的供氧條件和熱量積蓄的環(huán)境和時(shí)間。在工作面采空區(qū)存在碎煤的堆積，同時(shí)采空區(qū)沒(méi)有主風(fēng)流通過(guò)，風(fēng)速不大不小，具有漏風(fēng)通道，具備煤炭氧化升溫和熱量積蓄的環(huán)境，極易發(fā)生煤炭自燃。

向采空區(qū)預(yù)防性注漿主要有兩個(gè)作用：1)隔絕氧氣。2)散熱。漿液流入采空區(qū)后，固體物沉淀，充填于浮煤縫隙之間，形成斷絕漏風(fēng)的隔離帶，有的還能包裹浮煤隔絕其與空氣的接觸，防止氧化。而漿水所到之處，增加煤的外在水分，抑制氧化過(guò)程的發(fā)展；同時(shí)對(duì)已經(jīng)自熱的煤炭具有冷卻散熱的作用。注漿消除了煤炭自然發(fā)火的兩個(gè)條件，即消除了“足夠的供氧條件和熱量積蓄的環(huán)境和時(shí)間”，從而達(dá)到防滅火的目的。

2 注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理及制作

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介及工作原理

注漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)焊接在輸漿管路上2個(gè)絲頭形成的2條線路采集信號(hào)，當(dāng)開(kāi)啟放漿閘門(mén)后，漿液通過(guò)時(shí)2條線路就處于常閉狀態(tài)，反之關(guān)閉放漿閘門(mén)，就處于常開(kāi)狀態(tài)；輸漿開(kāi)始后，2條線路閉合，開(kāi)始采集信號(hào)，采集的信號(hào)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)模擬輸出信號(hào)，信號(hào)首先傳輸?shù)奖O(jiān)控分站，再?gòu)谋O(jiān)測(cè)分站把信號(hào)傳輸?shù)皆S廠煤礦KJ76型安全監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)終端可以永久存貯、查詢(xún)注漿漿液的流量、濃度的參數(shù)，注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置配備圖見(jiàn)圖1.

圖1 注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置配備圖

2.2 裝置的制作及安裝

主注漿管路采用2英寸鋼管，注漿管路內(nèi)側(cè)焊接2個(gè)絲頭(兩絲頭間距宜為20～30 cm)，2個(gè)絲頭引出的2條線路與斷電儀連接，斷電儀與信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連接，然后信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過(guò)KJ76型安全監(jiān)控系統(tǒng)將信號(hào)上傳至地面監(jiān)控中心，監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。注漿在線監(jiān)測(cè)裝置示意圖見(jiàn)圖2.

圖2 注漿在線監(jiān)測(cè)裝置示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)礦井概況

許廠煤業(yè)礦井位于山東省濟(jì)寧市，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/年，通風(fēng)核定能力350萬(wàn)t/年，含煤地層總厚246.33 m，含煤25層，煤層總厚10.27 m，其中可采煤層為3上、3下、15上、16上、17，共5層，平均總厚5.95 m. 目前許廠煤業(yè)開(kāi)采3下號(hào)煤層。

礦井瓦斯等級(jí)為低瓦斯礦井，現(xiàn)采的3下號(hào)煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，為自燃煤層，自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，最短發(fā)火期20±3天，煤塵具有爆炸性。因此，防止煤層自燃成為礦井安全工作的重中之重。

該礦主要采用向采空區(qū)注漿來(lái)防止煤炭自燃。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前，許廠煤業(yè)工作面采空區(qū)安裝了注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行原始記錄數(shù)據(jù)(部分)見(jiàn)表1，數(shù)據(jù)查詢(xún)見(jiàn)表2.

表1 注漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原始記錄數(shù)據(jù)(部分)表

表2 注漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原始記錄數(shù)據(jù)(部分)查詢(xún)表

系統(tǒng)安裝使用后，性能穩(wěn)定可靠，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為許廠煤業(yè)注漿量的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)提供了準(zhǔn)確詳實(shí)的第一手資料。

許廠煤業(yè)注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了礦井注漿量定量精細(xì)控制，可以在現(xiàn)場(chǎng)查看實(shí)時(shí)注漿流量、注漿體積流量、注漿總累計(jì)體積量、當(dāng)日累計(jì)體積量及當(dāng)月每日的歷史數(shù)據(jù)；注漿現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳與發(fā)布，監(jiān)測(cè)終端機(jī)采用可編程序控制器作為主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了注漿參數(shù)的自動(dòng)采集、處理注漿情況24 h連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通訊的可靠性和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性得到較大的提高。注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，有效防止了采空區(qū)煤炭自燃的發(fā)生，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

該注漿在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自調(diào)試成功并投入運(yùn)行以來(lái)，許廠煤業(yè)礦井各采空區(qū)內(nèi)氣體指標(biāo)均在規(guī)定要求范圍之內(nèi)，各采空區(qū)均未發(fā)生過(guò)煤炭自燃現(xiàn)象。因此，該系統(tǒng)的實(shí)用性強(qiáng)，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 吳嘉林，辛德林，張建平.井工開(kāi)采技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[J].煤炭工程，2014，46(1)：4-8.

[2] 張廣龍．關(guān)于煤礦常用灌漿防滅火系統(tǒng)的研究[J]．中國(guó)科技博覽，2015(31)：55-55.

[3] 秦俊輝，蔣曙光，陳 雷，等.新型煤礦注漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].西部探礦工程，2009(增刊)：149-151.

Application of Mine Monitoring and Control System in Field of Fire Prevention and Grouting

ZHAO Xiaolian, REN Huibin, LIU Huipeng

Spontaneous combustion of coal seam is one of the main factors affecting coal mine safety production. Gob injection can effectively restrain or control the spontaneous combustion of coal seam. The calculation and statistics of the grouting flow in the traditional grouting process are usually estimated empirically and lack of scientific basis. In this paper, the principle and production process of mine grouting on-line monitoring system are introduced. The grouting on-line monitoring system is installed in the coal mine of Xuchang Coal Mine to realize automatic data collection and processing, it effectively prevents coal spontaneous combustion in underground mined-out area, and provides good guarantee for fire prevention in coalmine production.

Coal seam; Spontaneous combustion; Goaf; Grouting; On-line monitoring

2016-07-06

趙曉聯(lián)(1969—)，女，山西長(zhǎng)治人，1991年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，碩士研究生，工程師，主要從事煤礦培訓(xùn)工作(E-mail)94212899@qq.com

TD75+2.1

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1672-0652(2016)08-0018-02