李 麗

（大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

煤礦內(nèi)因火災(zāi)指的是因煤炭自燃引發(fā)的溫度升高發(fā)火、有毒有害氣體異常的災(zāi)害，較外因火災(zāi)隱蔽性更強(qiáng)，預(yù)防的難點(diǎn)和關(guān)鍵在于能否及早發(fā)現(xiàn)煤炭自燃的征兆。由于煤炭自燃是個先慢后快的過程，自燃早期產(chǎn)生的溫度和有害氣體濃度變化不明顯，如果不能及時監(jiān)測預(yù)警到，就容易錯過最佳災(zāi)害治理時間，導(dǎo)致災(zāi)害的擴(kuò)大蔓延。煤礦的采空區(qū)是煤炭自燃事故的高發(fā)區(qū)，特別是具有自然發(fā)火性的綜放工作面因開采工藝導(dǎo)致采空區(qū)有大量遺煤，采空區(qū)防滅火壓力更大[1]。傳統(tǒng)的采空區(qū)監(jiān)測主要是以束管監(jiān)測方式為主，因束管監(jiān)測取樣后要經(jīng)過較長的系統(tǒng)管路到地面進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和實(shí)時性較差，綜合評價預(yù)警效果差，需要進(jìn)行合理優(yōu)化，采用新型礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)。

1 礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)

礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)是將溫度異常和氣體異常的兩種火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)融合于一體的火情風(fēng)險分析和火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。[2]該系統(tǒng)在分析采空區(qū)火災(zāi)成因及過程的基礎(chǔ)上，在井下采煤工作面利用光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)采空區(qū)分布式長距離連續(xù)測溫；利用TDLAS 波長調(diào)制吸收光譜技術(shù)連續(xù)監(jiān)測采空區(qū)CH4、CO、C2H2、C2H4、CO2、O2等氣體濃度，為煤礦井下火災(zāi)監(jiān)測提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并結(jié)合礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)強(qiáng)大的分析和監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)火情位置定位、監(jiān)測現(xiàn)場取氣自動化、采集分析自動化、參數(shù)關(guān)聯(lián)分析等功能，并可根據(jù)火情監(jiān)測模型達(dá)到監(jiān)測、預(yù)警、防火效果評估的目的，對控制預(yù)防采空區(qū)（工作面）自然發(fā)火具有重要意義。本文采用的是KJ428 礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)，具體實(shí)施地點(diǎn)為大斗溝煤業(yè)公司8304 綜放工作面。

2 工程概況

大斗溝煤業(yè)公司8304 綜放工作面開采石炭系5號煤層，平均煤厚11.7 m。老頂為中粒砂巖，均厚5.4 m；直接頂為粉砂巖，厚2.6 m；直接底為中粒砂巖，均厚3.2 m。煤層平均傾角5°，平均埋深281.7 m。工作面為兩巷布置，即進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷，走向長1800 m，傾向長210 m，通風(fēng)方式為“U”型通風(fēng)。瓦斯絕對涌出量0.51 m3/min，煤層自燃傾向?yàn)镮I 級自燃，發(fā)火期為81 d。工作面主要的防滅火措施是注氮和噴灑阻化劑。為了提升對工作面采空區(qū)監(jiān)測、預(yù)警能力，布置了分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)。

3 火情監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 監(jiān)測主機(jī)與測點(diǎn)的部署

結(jié)合8304 綜放工作面的具體情況，需要進(jìn)行火情監(jiān)測的位置為8304 工作面采空區(qū)、上隅角?；鹎楸O(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備具備8 路測氣通道和4 路溫度測量通道，根據(jù)上述測點(diǎn)部署需求，本次火情監(jiān)測系統(tǒng)需要部署1 臺監(jiān)測主機(jī)、1 臺測溫控制柜、1 臺氣體采樣泵，可完成對井下8304 工作面采空區(qū)、上隅角區(qū)域的CH4、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2氣體濃度及溫度參數(shù)的監(jiān)測預(yù)警。主機(jī)與測點(diǎn)的具體安裝位置，可根據(jù)在主機(jī)與測點(diǎn)安裝過程中的實(shí)際情況，作出相應(yīng)的調(diào)整。本次氣體檢測主機(jī)和光纖測溫控制柜分別安裝在8304 回風(fēng)巷口附近硐室，監(jiān)測點(diǎn)具體安裝位置如下：在8304 工作面上隅角部署1 路束管監(jiān)測點(diǎn)，在回風(fēng)巷側(cè)部署2 路束管測點(diǎn)，在進(jìn)風(fēng)巷側(cè)采空區(qū)部署3 路束管測點(diǎn)，沿回風(fēng)巷部署1 路測溫光纜[3]。設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)T1-1、T1-2、T1-3、T1-4、T1-5、T1-6 分別對8304 工作面采空區(qū)、上隅角進(jìn)行氣體及溫度參數(shù)監(jiān)測，束管和測溫光纜沿回風(fēng)巷及進(jìn)風(fēng)巷敷設(shè)，連接至8304 工作面回風(fēng)巷巷道口附近硐室的氣體檢測主機(jī)和光纖測溫控制柜?；鹎楸O(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備部署示意圖如圖1，火情監(jiān)測主機(jī)與測點(diǎn)部署一覽表詳見表1。

圖1 火情監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備部署示意圖

表1 火情監(jiān)測主機(jī)與測點(diǎn)部署一覽表

3.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署

大斗溝煤業(yè)公司井下已建設(shè)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)，并且井下礦用交換機(jī)具備以太網(wǎng)電口（RJ45 網(wǎng)線接口）可供使用。8304 工作面回風(fēng)巷口附近的火情監(jiān)測主機(jī)距離5號層307皮帶頭交換機(jī)為1000 m左右，因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)，需要從8304 回風(fēng)巷口附近的火情監(jiān)測主機(jī)敷設(shè)通信光纜至5 號層盤區(qū)皮帶頭交換機(jī)，并在交換機(jī)附近部署1 臺礦用本安型信號轉(zhuǎn)換器，將以太網(wǎng)光信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)電信號（RJ45 網(wǎng)線接口），接入交換機(jī)，利用光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)井下火情監(jiān)測系統(tǒng)和地面服務(wù)器系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)互聯(lián)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

（1）實(shí)時顯示分析

系統(tǒng)可實(shí)時直觀形象多目標(biāo)展示CH4、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2氣體濃度及溫度參數(shù)變化趨勢，通過在線的實(shí)時曲線及歷史數(shù)據(jù)曲線呈現(xiàn)出來，便于發(fā)現(xiàn)異常火情；通過在線實(shí)時的比較相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)值，便于發(fā)現(xiàn)束管堵塞、測溫光纖斷裂等異常情況。氣體監(jiān)測參數(shù)實(shí)時曲線如圖2，光纖溫度參數(shù)實(shí)時曲線如圖3。

圖2 氣體監(jiān)測參數(shù)實(shí)時曲線

圖3 光纖溫度參數(shù)實(shí)時曲線

（2）歷史曲線分析

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)針對監(jiān)測監(jiān)控采集的歷史數(shù)據(jù)安全指定的分析條件進(jìn)行基于指定監(jiān)測參數(shù)、多監(jiān)測參數(shù)、測點(diǎn)參數(shù)、關(guān)聯(lián)測點(diǎn)參數(shù)、業(yè)務(wù)功能組關(guān)聯(lián)測點(diǎn)參數(shù)的曲線分析，分析支持多坐標(biāo)軸、異常關(guān)聯(lián)等輔助分析方法，可以方便直觀地反映出不同參數(shù)之間、關(guān)聯(lián)工作面之間的互相變化影響。該功能可直觀地從歷史監(jiān)測記錄中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提高火災(zāi)預(yù)防和治理水平。

（3）報表分析

系統(tǒng)提供了豐富的表格、圖形等報表格式，可形成周期性火情分析報告表、火情監(jiān)測參數(shù)統(tǒng)計表、氣體參數(shù)監(jiān)測日報表、溫度監(jiān)測日報表等報表信息。該功能可方便對各類信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，極大地提高了監(jiān)測人員的工作效率。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

大斗溝8304 綜放工作面通過采用新型礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)對工作面遺煤自然發(fā)火情況進(jìn)行預(yù)測預(yù)報，比傳統(tǒng)束管監(jiān)測方法在預(yù)測預(yù)報效果上約提前10 d 以上，并且可以準(zhǔn)確定位火區(qū)范圍，爭取了寶貴的災(zāi)害治理時間，可及時通過增加注氮量、噴灑阻化劑、加快回采進(jìn)度、發(fā)火區(qū)定向注入液態(tài)二氧化碳等防滅火措施對采空區(qū)自然發(fā)火情況進(jìn)行干預(yù)，起到較好的防火效果，杜絕了綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火隱患。

5 結(jié)語

（1）礦用分布式激光火情監(jiān)測系統(tǒng)是將溫度異常和氣體異常的兩種火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)融合于一體的火情風(fēng)險分析和火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，比傳統(tǒng)束管監(jiān)測系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)更及時準(zhǔn)確，預(yù)測預(yù)報更精準(zhǔn)智能。

（2）大斗溝8304 綜放工作面使用該系統(tǒng)后，采空區(qū)遺煤自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報提前10 d 以上，可精確鎖定火區(qū)范圍，為礦井防滅火措施制定提供了有力的依據(jù)，爭取了寶貴的災(zāi)害治理時間，真正做到將火災(zāi)隱患扼殺在萌芽狀態(tài)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，值得在同類型礦井綜放工作面推廣。