李繼民，楊 欣

（鐵法煤業(yè)集團公司大明煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112703）

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)用途在大明煤礦斜井的拓展

李繼民，楊 欣

（鐵法煤業(yè)集團公司大明煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112703）

通過煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及其設(shè)備在大明煤礦斜井兩項拓展性應(yīng)用，分析了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測煤層深部自然發(fā)火溫度與封閉區(qū)域內(nèi)外壓差的方法及注意事項。

監(jiān)測；傳感器；自然發(fā)火；壓差

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)具有實時、連續(xù)、自動、精確、可靠的特點，能夠監(jiān)測礦井瓦斯、一氧化碳等有害氣體含量，監(jiān)測空氣溫度、環(huán)境壓力、主要通風(fēng)機風(fēng)壓、巷道風(fēng)速等數(shù)據(jù)，監(jiān)測機電設(shè)備運行與風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)。

1 大明煤礦監(jiān)控系統(tǒng)概況

大明煤礦斜井安全監(jiān)控系統(tǒng)為KJ2000N煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控及綜合信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面中心站、光纜通訊干線、光電信號交換機、井下分站、斷電控制器及各類傳感器等組成。大明煤礦斜井向可能涌出瓦斯地點與自然發(fā)火（自燃）危險部位安裝了甲烷、一氧化碳等類別傳感器，實時連續(xù)監(jiān)測瓦斯或一氧化碳濃度，實時連續(xù)監(jiān)測溫度或風(fēng)速狀況，經(jīng)井下分站將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼尽８鞣N監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)井下分站和中心站處理，按要求發(fā)出聲光報警和斷電控制信號。大明煤礦斜井在用甲烷傳感器77臺，一氧化碳傳感器21臺，溫度傳感器20臺，風(fēng)速傳感器7臺，環(huán)境壓力傳感器2臺，壓差傳感器5臺。

2 問題提出

煤炭自然發(fā)火必須具備3個條件：一是具有自燃傾向性的煤呈碎裂狀態(tài)堆積，二是通風(fēng)供氧維持煤的氧化過程不斷發(fā)生與發(fā)展，三是氧化過程中產(chǎn)生的熱量能夠大量蓄積，難以及時釋放。生產(chǎn)實際中，砌碹支護巷道的碹外煤體與其它支護形式的巷道煤柱受壓破碎后，具有自燃傾向性煤體在距暴露點1.5 m～3 m的范圍內(nèi)必然具備自然發(fā)火的3個條件，可能自然發(fā)火，而發(fā)火過程中的自熱升溫在煤體外露表面及巷道風(fēng)流中無法感知與檢測到，一旦能感知或檢測到溫度變化時，已經(jīng)是距外露表面1.5m～3m范圍內(nèi)的煤體發(fā)生了自燃甚至燃燒。如何檢測表層以里的煤體溫度變化，尤其是如何連續(xù)檢測表層以里的煤體溫度變化，對預(yù)防自然發(fā)火至關(guān)重要。

礦井封閉的采空區(qū)或廢舊巷道區(qū)域，內(nèi)外氣壓差隨地面大氣壓力的變化而變化，封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓差的大小及方向直接關(guān)系著封閉設(shè)施外部積聚瓦斯與封閉區(qū)域內(nèi)部含氧狀況。當(dāng)封閉區(qū)域內(nèi)部氣壓大于外部氣壓時，封閉區(qū)域內(nèi)的瓦斯等有害氣體、可能通過煤巖裂隙滲漏到外部，在封閉設(shè)施外部形成瓦斯積聚，一旦發(fā)現(xiàn)不及時或處理不當(dāng)，可能造成人員窒息等事故。當(dāng)封閉區(qū)域內(nèi)部氣壓小于外部氣壓時，外部的空氣可能通過煤巖裂隙滲漏入封閉區(qū)域內(nèi)部，對封閉區(qū)域內(nèi)供給氧氣，一旦長期存在，可能導(dǎo)致封閉區(qū)域內(nèi)的遺煤自然發(fā)火。如何連續(xù)檢測封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓差的變化，采取應(yīng)對措施，對預(yù)防封閉區(qū)域事故特別重要。

大明煤礦斜井保留的-35水平井底車場巷道多為砌碹支護煤巷，巷道服務(wù)時間已達50余年，碹外一定范圍內(nèi)的煤體已破碎，碹體及碹外充填體變形提供了向碹外煤體漏風(fēng)的通路，供氧充足時煤體隨之發(fā)火，多年來多次出現(xiàn)當(dāng)發(fā)現(xiàn)碹體溫度異常增高時，碹外碎煤已進入自燃甚至燃燒冒煙階段。如何能及時檢測到碹外煤體溫度升高，成為了預(yù)防與處理-35水平存留煤巷自然發(fā)火的關(guān)鍵技術(shù)，迫使著大明煤礦斜井“一通三防”管理人員打破常規(guī)，創(chuàng)新測溫技術(shù)。

大明煤礦斜井-410水平ES702、ES705封閉采空區(qū)內(nèi)富存高濃度瓦斯，礦井長期抽放兩封閉采空區(qū)內(nèi)瓦斯進行利用供氣。既要抽放供氣又要杜絕采空區(qū)自然發(fā)火，必然要求根據(jù)封閉采空區(qū)內(nèi)外壓差情況抽放瓦斯，進而需要隨時掌握兩個封閉區(qū)域內(nèi)外壓差變化情況。否則，可能發(fā)生封閉區(qū)內(nèi)部瓦斯壓力非常高于外部而未能抽放瓦斯降壓，出現(xiàn)封閉區(qū)外部瓦斯超限與氣源浪費兩耽誤現(xiàn)象；還可能發(fā)生長時間的連續(xù)抽放封閉區(qū)內(nèi)部瓦斯，封閉區(qū)內(nèi)瓦斯壓力已經(jīng)非常低于外部，而未及時停止或減少抽放，使外部空氣漏入封閉區(qū)內(nèi)部導(dǎo)致發(fā)火。大明煤礦斜井這一實際需要催促著大明煤礦斜井“一通三防”管理人員尋找監(jiān)測ES702、ES705封閉采空區(qū)內(nèi)外壓差的手段。

3 煤層深部自然發(fā)火溫度的監(jiān)測

事實證明，大明煤礦斜井-35水平砌碹支護煤巷煤體的發(fā)火點在距巷道輪廓表面1.5 m～3.0 m的區(qū)間。為監(jiān)測1.5m～3.0m區(qū)間煤體溫度的變化，將KGW 5型溫度傳感器的敏感元件從本體分離出來，增加連接線（采用4×1.5mm2礦用阻燃電纜）達5 m，在監(jiān)控設(shè)備修理室進行傳感器檢測數(shù)據(jù)失真狀況實驗，發(fā)現(xiàn)誤差幾乎為零，并經(jīng)生產(chǎn)廠家認可后，對自然發(fā)火重點部位打孔直徑為35mm、深度2.5 m的鉆孔，埋入傳感器敏感元件，見圖1，將傳感器聯(lián)入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對煤層深部自然發(fā)火溫度的自動、連續(xù)監(jiān)測，很好地提前預(yù)報了自然發(fā)火。

自2007年3月份以來，大明煤礦斜井按照上述思路先后對-35水平存留巷道易發(fā)火部位安設(shè)了5處，及時發(fā)揮了作用。2007年7月份監(jiān)測到北翼流水道硐室的頂板煤層溫度異常升高達5℃，2009年1月份監(jiān)測到北翼三角道岔口處頂板煤層溫度異常升高達4℃，通過及時采取注白泥等預(yù)防措施，控制了發(fā)火，降低了溫度，收到了良好效果。長期以來傳感器運行穩(wěn)定、可靠，無故障。

打鉆孔向煤層深部埋設(shè)溫度傳感器敏感元件監(jiān)測溫度的方法，需要注意以下事項：要使用鋼管作為套管保護敏感元件；必須封堵孔口，封堵材料可用黃泥等不導(dǎo)熱、可塑性好、易拆除的材料；適當(dāng)延長傳感器標(biāo)校周期，以減少頻繁取出孔內(nèi)敏感元件；對安設(shè)部位要先確認是否為自然發(fā)火重點部位；敏感元件與傳感器本體間的連接線滿足使用即可，不要過長。

圖1 煤層深部自燃溫度監(jiān)測圖

4 封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓差的監(jiān)測

在測量封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓的U型壓差計膠管上安裝一個匹配的三通管，將三通管出口通過膠管連接到GPD0.1型壓差傳感器（瓦斯抽放監(jiān)測設(shè)備之一）的一個端口上，見圖2，將傳感器聯(lián)入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)定零壓差時的傳感器讀數(shù)，即可實現(xiàn)封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓差的自動、連續(xù)監(jiān)測。

圖2 封閉采空區(qū)內(nèi)外氣壓差監(jiān)測圖

大明煤礦斜井在 -410 ES702、ES705、W E1502封閉采空區(qū)地點安設(shè)了采空區(qū)內(nèi)外氣壓差自動、連續(xù)監(jiān)測裝置，并聯(lián)入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，使保安區(qū)調(diào)度室、礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)地面中心站、“一通三防”領(lǐng)導(dǎo)辦公室既能隨時查看壓差，又能及時指揮上述采空區(qū)瓦斯抽放利用工作，合理利用了瓦斯又避免了引發(fā)采空區(qū)自然發(fā)火。

封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓差自動、連續(xù)監(jiān)測中需要注意以下事項：

1）必須設(shè)定壓差為零時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并要根據(jù)安設(shè)地點內(nèi)外氣壓差的變化范圍合理選定，否則將限制傳感器工作。大明煤礦斜井ES705封閉采空區(qū)內(nèi)外氣壓差自動、連續(xù)監(jiān)測中零壓差設(shè)定及壓差監(jiān)測數(shù)據(jù)情況見表1。

表1 ES705封閉采空區(qū)內(nèi)外氣壓差監(jiān)測數(shù)據(jù)表

2）由于傳感器讀數(shù)采用國際標(biāo)準(zhǔn)單位千帕（kPa），與U型壓差計單位毫米水柱（mmH2O）不一致，要除以9.8Pa/mmH2O換算。

3）由于傳感器讀數(shù)以千帕（kPa）單位，小數(shù)后保留一位有效數(shù)字，與壓差計讀數(shù)存在0mmH2O～5mmH2O的系統(tǒng)誤差。

4）傳感器進入壓差監(jiān)測前要在安設(shè)的封閉區(qū)域外部氣壓下通電30mi n校準(zhǔn)“0.00kPa”。

5）對傳感器一旦選定接設(shè)封閉區(qū)域內(nèi)部氣壓的端口，就指定了傳感器讀數(shù)所標(biāo)識的壓差方向（見表），之后不能改變傳感器接設(shè)封閉區(qū)域內(nèi)部氣壓的端口，否則將給判斷壓差方向造成混亂。

6）要經(jīng)常檢查連接膠管狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)老化、漏氣要及時更換。

7）按規(guī)定進行傳感器標(biāo)校，發(fā)現(xiàn)零點漂移，或與“U”型壓差計讀數(shù)相差較大及時查明原因予以消除。

5 結(jié)論

打鉆孔向煤層深部埋設(shè)溫度傳感器敏感元件以監(jiān)測自然發(fā)火溫度，預(yù)報發(fā)火，抓住了煤體發(fā)火的重點部位，合理拓展了溫度傳感器的使用方法，提高了礦井火災(zāi)預(yù)報能力，增強了礦井“一通三防”安全。

封閉區(qū)域內(nèi)外氣壓差的自動、連續(xù)監(jiān)測方法，不僅豐富了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的用途，而且提升了封閉區(qū)域內(nèi)部瓦斯的合理抽放及利用，增強了礦井瓦斯安全水平。

Development of Mine Safety Monitoring Systemin Daming Mine

LI Ji-ming;YANG Xin
(Dami ng Coal,Tief a CoalGroup,Di aobi ngshan Li aoni ng,112703,Chi na)

Through the two development applications of mine safety monitoring systemandits equipments in Daming mine, the paper analyzes the method that the systemmonitors the spontaneous combustiontemperature and pressure difference between interior and exterior of the isolated area and presentssome precautions.bustiont emperat ure and pressure difference bet weeninteri or and exterior of the isolated area and presents some precaut i ons.

moni tori ng;sensor;spont aneous combustion;differenti alpressure;development

TD76

A

1672-5050（2010）12-0046-03

編輯：徐樹文

2010-11-01

李繼民（1967—），男，遼寧新民人，大專，工程師，從事通風(fēng)安全工作。