基于信息管理系統的煤層自然發火預報技術的研究＊

鄔劍明 趙永芳 翟建山 戴詠軍 張宏慶

(1.太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024;2.山西先導科技開發有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集團潞寧煤業有限責任公司,山西省忻州市,036700)

基于信息管理系統的煤層自然發火預報技術的研究＊

鄔劍明1趙永芳1翟建山1戴詠軍2張宏慶3

(1.太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024;2.山西先導科技開發有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集團潞寧煤業有限責任公司,山西省忻州市,036700)

在利用礦井自然發火信息管理系統對礦井火災信息進行基本管理的基礎上,通過對煤層不同溫度下指標氣體生成規律的研究,采用前端編程語言Java連接后臺數據庫SQL Server的開發方式,建立起煤層自然發火預報系統。

煤炭自燃 信息管理 指標氣體

信息管理系統通過通信網絡把不同地域的信息處理中心聯結起來,對信息進行收集、傳輸、加工、存儲、更新和維護,使用戶共享網絡中的各種資源,為管理者進行決策提供及時、準確和可靠的依據。信息管理系統20世紀60年代起源于美國,20世紀70年代末80年代初出現在中國,80年代末在中國冶金、煤礦和石油等行業得到廣泛應用。

煤層自燃是我國煤礦生產過程中面臨的主要自然災害之一。大量的實踐表明,在預測煤層自然發火過程中,發火信息管理系統只具備錄入、編輯、查詢等基本管理功能,而由人工分析大量數據信息后進行預測預報,不僅費時費力,而且會造成預報滯后或預報失誤。本文研究的煤礦區煤層自然發火信息管理系統采用前端編程語言Java連接后臺數據庫SQL Server的開發方式,具備了對礦井自然發火信息管理的基本功能,重點研究和實現了礦井自然發火預報。為制定防滅火措施提供了科學依據。

1 系統組成

礦區自然發火信息管理系統由5個子系統組成,見圖1。

煤層自然發火檢測信息管理及預測預報系統旨在對礦區各個礦井的日常煤層自然發火檢測信息進行管理,并能根據這些信息對檢測地點的自然發火狀態進行預測預報。

圖1 煤礦區自然發火信息管理系統組成

2 煤層自然發火預報技術研究

目前,國內外對煤炭自燃的早期預報方法主要有指標氣體分析法和溫度檢測法等,其中氣體分析法是廣泛使用的一種方法。

由于煤種的不同,煤自然發火的緩慢氧化階段、加速氧化階段、激烈氧化階段的溫度范圍、氣體產物和特性也不相同。針對不同的煤種,需通過對煤樣實驗室加溫實驗獲得不同煤溫產生氣體的規律,優選出可以反映煤的氧化階段的指標氣體。本文以潞寧3#煤層為例,對煤層采樣進行加溫實驗,實驗原始數據見表1。

通過對實驗數據分析可知如下3點。

(1)應以CO作為指標性氣體,并輔以C2H6、C2H4掌握煤炭自燃情況;CO的出現說明煤已經發生氧化反應,見圖2(a);C2H4出現表明煤溫已經達到90℃左右,見圖2(b);C2H6達到峰值時煤溫已經達到180℃左右,見圖2(c)。

表1 潞寧礦3#煤層指標氣體原始數據

圖2 各指標氣體與煤溫的關系

(2)在實踐中,指標氣體的發生量受礦井風量的影響,如選用井下空氣中CO氣體的絕對量為預報指標可以抵消風量的影響。井下空氣中CO氣體的絕對量計算方法如下:

式中:F——自然發火預報指標,m3/min;

C——觀測站氣樣中CO濃度,%;

Q——觀測站的風量,m3/min。

利用指標氣體發生量進行預報,雖然可以抵消風量的影響,但還受著火范圍的大小、不同煤種等因素的影響,因此在確定F臨界值時要結合礦井基本概況系統、煤層自燃特性信息管理系統及礦井煤層自然發火歷史記錄信息管理系統中相關信息,在實驗計算值的基礎上進行修正,以提高其靈敏度。經求證,本例中F參考值小于0.0049 m3/min時為安全期;0.0049～0.0059 m3/min范圍內為加強觀測期;大于0.0059 m3/min時為劇烈氧化期。

(3)實驗數據分析,煤在升溫過程中釋放出的C2H4量很少,易受到外界其它因素的干擾。實驗證明乙烯與乙烷之比(C2H4/C2H6)與溫度之間的關系具有明顯的規律性,見圖2(d),且可以克服通風條件的影響。當風流中檢測出C2H4,煤體溫度為100℃,相應發出早期預報;當烯烷比值為2/3時,煤體溫度已超過140～200℃,已處于緩慢氧化階段,必須發出中期預報;當烯烷比值大于2/3時,煤溫已超過200℃,煤已處于加速氧化階段,必須發出緊急預報。

3 預報系統的建立

經過指標氣體分析建立了火災預報系統,預報流程如下:

(1)通過實驗室升溫實驗可知煤溫達到30℃時,CO濃度值為0.0012%;當檢測到CO濃度大于等于0.0012%,即可判斷煤層已發生緩慢氧化反應;

(2)當CO濃度大于0.0012%后,為了排除礦井風量對井下空氣中CO的影響,根據空氣中CO氣體的絕對量F值進行煤溫氧化階段的判斷;

(3)在煤加速氧化過程中要加強觀測,C2H4出現后,應用C2H4和C2H6比值進行煤溫判斷,當C2H4/C2H6值在0.1～0.5之間時發出中期預報;當C2H4/C2H6值大于0.5時進行緊急預報。

根據上述流程采用前端編程語言Java連接后臺數據庫SQL Server的方式開發了預報系統軟件,軟件流程見圖3。

圖3 火災預報系統軟件流程

4 結語

(1)煤礦區自然發火信息管理系統的煤自燃預報,首先要針對預報煤層選擇適合自然發火預報的指標氣體。通過分析指標氣體和煤溫之間的變化規律,進行煤自燃預報。

(2)CO濃度易受礦井風流等因素的影響,選用井下空氣中CO氣體的絕對量為預報指標可以抵消風量的影響。

(3)煤在升溫過程中釋放出C2H4量很少,易受到外界其它因素的干擾。利用乙烯與乙烷之比(C2H4/C2H6)可以克服通風條件的影響,更準確地預報煤溫。

(4)煤礦區自然發火信息管理系統在信息相互傳遞的基礎上,綜合各影響因素確定預報程序中指標氣體判斷臨界值,增強臨界值的靈敏度,提高煤自然發火預報的可靠性。

[1] 吳玉國,鄔劍明,王俊峰.煤層自燃指標氣體的試驗研究[J].中國煤炭,2007(4)

[2] 謝振華.礦山安全管理信息系統的研究與開發[J].工業安全與防塵,2000(10)

[3] 許延輝,許滿貴,徐精彩.煤自燃火災指標氣體預測預報的幾個關鍵問題探討[J].礦業安全與環保,2005(1)

[4] 王永湘.利用指標氣體預測預報煤礦自燃火災[J].煤礦安全,2010(6)

Research on information management system for predicting spontaneous combustion in coal mining area

Wu Jianming1,Zhao Yongfang1,Zhai Jianshan1,Dai Yongjun2,Zhang Hongqing3
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China;2.Shanxi Advanced Science and Technology Development Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China;3.Luning Coal Mine,Shanxi Lu’an Group Co.,Ltd.,Xinzhou,Shanxi 036700,China)

Based on the information management of fire disasters in mines by the information management system of coal spontaneous combustion,the generation laws of index gases were analyzed for coal samples at the different temperatures.And the information management system for predicting spontaneous combustion of coal seam was then established by using Java as foreground tool and SQL SERVER as background database.

coal spontaneous combustion,information management,index gases

TD752.2

A

國家科技部國際科技合作攻關項目“煤礦重大事故災害防治關鍵技術應用研究”,項目編號:2008DFB70100

鄔劍明(1964-),男,山西省河曲人,太原理工大學教授、博士、研究生導師,主要從事煤礦防滅火技術研究。

(責任編輯 梁子榮)