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.晉能集團有限公司， 山西 太原 030000； 2.長治三元吉安煤業(yè)， 山西 長治 046000)

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·技術(shù)經(jīng)驗·

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.晉能集團有限公司， 山西 太原 030000； 2.長治三元吉安煤業(yè)， 山西 長治 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算與統(tǒng)計通常憑經(jīng)驗估計，缺乏科學依據(jù)。本文介紹了礦井注漿在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理及制作工藝，通過在許廠煤業(yè)礦井安裝注漿在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了注漿參數(shù)的自動采集、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

目前，我國煤礦主要以井工開采為主，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現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效，但在開采容易自燃和自燃煤層時，采空區(qū)的丟煤容易引起煤炭自燃，給礦井防滅火帶來新的問題。

《煤礦安全規(guī)程》(2016年版)第260條規(guī)定，開采容易自燃和自燃煤層的礦井，必須編制礦井防滅火專項設(shè)計，采取綜合預防煤層自然發(fā)火的措施。目前，我國煤礦主要采用灌漿、阻化劑、均壓技術(shù)和氮氣防滅火，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，長期以來國內(nèi)在灌漿防滅火技術(shù)的應(yīng)用中，對注漿流量、注漿濃度的測試，僅僅是憑經(jīng)驗值估算，缺乏量化數(shù)據(jù)，不利于煤礦的安全管理[3]. 因此，通過對注漿過程進行實時監(jiān)測，掌握注漿流量、注漿濃度的實時參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，實現(xiàn)注漿的量化監(jiān)測與管理，對礦井防滅火具有極其重要的意義。

1 注漿防滅火的機理

礦井煤炭自然發(fā)火必須具備3個條件，即可燃性的碎煤堆積、足夠的供氧條件和熱量積蓄的環(huán)境和時間。在工作面采空區(qū)存在碎煤的堆積，同時采空區(qū)沒有主風流通過，風速不大不小，具有漏風通道，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)預防性注漿主要有兩個作用：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，抑制氧化過程的發(fā)展；同時對已經(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)火的兩個條件，即消除了“足夠的供氧條件和熱量積蓄的環(huán)境和時間”，從而達到防滅火的目的。

2 注漿在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理及制作

2.1 系統(tǒng)簡介及工作原理

注漿監(jiān)測系統(tǒng)是通過焊接在輸漿管路上2個絲頭形成的2條線路采集信號，當開啟放漿閘門后，漿液通過時2條線路就處于常閉狀態(tài)，反之關(guān)閉放漿閘門，就處于常開狀態(tài)；輸漿開始后，2條線路閉合，開始采集信號，采集的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)成標準模擬輸出信號，信號首先傳輸?shù)奖O(jiān)控分站，再從監(jiān)測分站把信號傳輸?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、查詢注漿漿液的流量、濃度的參數(shù)，注漿在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置配備圖見圖1.

圖1 注漿在線監(jiān)測系統(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個絲頭(兩絲頭間距宜為20～30 cm)，2個絲頭引出的2條線路與斷電儀連接，斷電儀與信號轉(zhuǎn)換器相連接，然后信號轉(zhuǎn)換器通過KJ76型安全監(jiān)控系統(tǒng)將信號上傳至地面監(jiān)控中心，監(jiān)控中心實現(xiàn)對注漿過程的實時監(jiān)測。注漿在線監(jiān)測裝置示意圖見圖2.

圖2 注漿在線監(jiān)測裝置示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 試驗礦井概況

許廠煤業(yè)礦井位于山東省濟寧市，設(shè)計生產(chǎn)能力150萬t/年，通風核定能力350萬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)開采3下號煤層。

礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井，現(xiàn)采的3下號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，為自燃煤層，自然發(fā)火期為3～6個月，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)注漿來防止煤炭自燃。

3.2 現(xiàn)場應(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)測系統(tǒng)，系統(tǒng)運行原始記錄數(shù)據(jù)(部分)見表1，數(shù)據(jù)查詢見表2.

表1 注漿監(jiān)測系統(tǒng)運行原始記錄數(shù)據(jù)(部分)表

表2 注漿監(jiān)測系統(tǒng)運行原始記錄數(shù)據(jù)(部分)查詢表

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

許廠煤業(yè)注漿在線監(jiān)測系統(tǒng)運行以來，實現(xiàn)了礦井注漿量定量精細控制，可以在現(xiàn)場查看實時注漿流量、注漿體積流量、注漿總累計體積量、當日累計體積量及當月每日的歷史數(shù)據(jù)；注漿現(xiàn)場的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳與發(fā)布，監(jiān)測終端機采用可編程序控制器作為主機，實現(xiàn)了注漿參數(shù)的自動采集、處理注漿情況24 h連續(xù)在線監(jiān)測，數(shù)據(jù)通訊的可靠性和系統(tǒng)運行穩(wěn)定性得到較大的提高。注漿在線監(jiān)測系統(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)濟效益和社會效益。

4 結(jié) 語

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

[1] 吳嘉林，辛德林，張建平.井工開采技術(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，山西長治人，1991年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院，碩士研究生，工程師，主要從事煤礦培訓工作(E-mail)94212899@qq.com

TD75+2.1

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1672-0652(2016)08-0018-02