采空區分布式光纖測溫安全監測系統的應用

摘 要：針對采空區分布式光纖測溫安全監測系統將光纖傳感器應用于煤礦安全監測，特別是煤礦采空區遺煤易發火區域環境的監測，將對采空區自然發火的預測預報起到重要作用。掌握自然發火預警規律提供有效的技術手段，對煤礦采空區災害監測和控制有著重大意義。

關鍵詞：采空區；光纖測溫；發火；預警

礦井火災是煤礦生產中的主要災害之一，我國礦井每年都會有因工作面發生火災而導致采面封閉，這不僅使大量裝備被封閉其中，而且還造成了大量煤炭損失，為國家為礦井帶來了巨大的經濟損失和重大安全事故隱患。

目前，對采空區防滅火監測的方法現主要采用束管分析化驗法，但該方法在井下現場應用中，經常受到管路漏氣、埋設束管被堵或監測范圍局部性的限制，從而達不到對采空區大范圍的監測需求。為充分彌補束管分析化驗方法預警的不足，既減小了由于束管長距離傳輸所帶來的氣體分析誤差，又提高了實時性。可以及時準確的對采空區隱患進行預警，及時發現采空區發火隱患，提高井下作業的安全性，現采用分布式光纖測溫系統來對采空區進行監測。

1分布式光纖測溫系統

1.1系統的工作原理

利用先進的計算機技術、網絡技術、光纖傳感測控技術、光纖通訊技術，通過礦井分布式光纖測溫系統實時在線監測采空區及回風巷（以下統稱“采空區”）溫度。分布式光纖測溫安全監測系統獲取空間溫度分布信息的原理是利用光在光纖中傳輸能夠產生后向散射，在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖，它在光纖中傳輸的同時不斷產生后向散射光波，這些后向散射光波的狀態受到所在光纖散射點的溫度影響而有所改變，將散射回來的光波經波分復用，檢測解調后，送入信號處理系統便可將溫度信號實時顯示出來，并且由光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時間對這些信息定位。

1.2系統軟件構成

系統由以下幾個主要部分構成：服務器數據庫，客戶端數據庫，客戶端監控管理軟件。

服務器數據庫用于發布客戶端所需的所有信息，并存儲客戶端上傳的數據，服務器數據庫還運行一些后臺任務如SQL Server代理，觸發器等。

客戶端數據庫從服務器數據庫訂閱所需數據，并將通過記錄等數據定期上傳至服務器。

服務器與客戶端數據庫之間通過SQL Server 的數據同步機制實現同步，通過該機制，服務器能夠將每個客戶端區分開來，只向其發送對應的數據，使用戶數據更安全，也減小服務器、客戶端雙方的處理壓力。

2技術創新點

2.1技術創新點

煤礦采空區分布式溫度監測系統采用長距離礦用鎧裝光纜作為溫度傳感器，與傳統的溫度傳感器相比具有本質安全，耐腐蝕，不受電磁干擾等優點，光纜沿走向敷設于井下巷道、工作面及采空區內，也可直接埋設于火災隱患的高溫區域，連續監測長距離大范圍的環境溫度信息，為煤礦井下溫度監測等應用提供優質的溫度監測方案。該系統的穩步分布可以用于確定發火點的位置，避免了由于束管漏氣造成的誤差，對指導防治火災和保證工作人員安全具有重要意義，可為深入研究煤礦采空區發火機理和掌握自然發火預警規律提供有效的技術手段，對煤礦采空區災害監測和控制有著重大意義。

光纖采空區分布式溫度在線監測系統則采用不帶電的感溫光纜作為傳感器，能夠真實有效的檢測整個采空區內部的溫度分布，而采空區的有害氣體釋放及自然發火等情況均與溫度有直接的關系，所以對采空區進行溫度的監測更具有直觀性；本系統通過連續的監測，可以監視采空區從起火、自燃到滅火的整個過程，且可以觀察記錄起火的位置、范圍大小等數據，對采空區自然發火的研究有重要意義；感溫光纜可以在回采工作面的回撤過程中連續監測之前已經采完塌落的采空區內部的情況，而不需要等整個工作面采完后再對采空區進行監測。這些優點都是束管系統無法比擬和取代的。

2.2技術特點

1）、數據能實時采集顯示，感溫光纜可在60s內檢測到溫度變化。

2）、可監測最多8km長度的采空區內部溫度情況，監測全面性廣。

3）、采空區發火點精準定位，誤差小，顯示直觀，反應迅速。

4）、光纖具有耐高溫（能承受超過400℃高溫）、抗腐蝕、阻水和長壽命的特質，可在回采過程中連續使用。

5）、可對特殊鉆孔實施在線連續監測。

3工作面應用及效果檢驗

3.1工作面概況

盆底區北翼18層三分段底板層綜放面，走向長680m，傾斜長143m，煤層平均傾角12°，平均煤厚12m，煤炭儲量155.2萬噸，原始瓦斯儲量827萬m3，剩余瓦斯儲量348萬m3，瓦斯壓力0.2MPa，煤層自燃發火期3-6個月，瓦斯絕對涌出量6.36m3/min，相對瓦斯涌出量2.29m3/t，煤塵爆炸指數53%。

鄰區對照：

本區上區段為盆底區北翼18層二分段底板層綜放面采空區；本區上區段初期回風道上部為北五外區18-2層三分段底板層綜放面采空區。

鄰層對照：

本區上覆，工作面開采初期上部為北五外區15層底板層綜放面采空區和北五外區15-2層四分段下塊底板層綜放面采空區；北五外區15-2層四分段下塊底板層綜放面采空區。工作面開采中期上部為盆底區北翼15層三分段底板層綜放面采空區；工作面開采后期上部為盆底區南翼15層一分段底板層綜放面采空區。

本區上區段上覆為盆底區北翼15層二分段底板層綜放面采空區；本區下區段上覆依次分別為：盆底區南翼15-3層一分段底板層綜放面采空區、盆底區南翼15-3層二分段底板層綜放面采空區。

因15#煤層在本區下區段分兩層，所以本區下區段上覆另有盆底區南翼15層二分段底板層綜放面采空區和盆底區南翼15層三分段底板層綜放面采空區。

3.2效果檢驗

該面在回采時，因受周邊采空區及沖擊地壓等藕合因素影響，導致回采速度緩慢，回采跨度長達2年之久。為防止該面產生發火隱患而順利回采，采用分布式光纖測溫系統對采空區進行溫度監控，并己成功應用。

隨著工作面的回采，利用KJ558測溫系統監測對采空區溫度進行定時監測，期間測點位置1570M處（工作面推近35米采空區內）溫度最大值50.2℃，出現高溫隱患趨勢，說明采空區內部出現了氧化。為防止高溫產生的復發影響，消火隊立即利用消火道內鉆孔對高溫范圍注靜壓水降溫。期間通過連續處理，消除了高溫氧化而產生的發火隱患。

4結論

煤礦煤炭自燃是我國煤礦開采過程中的主要自然災害之一，目前煤礦針對采空區內自然發火傾向的預測主要是通過束管系統抽取樣氣到地面，對標志氣體進行分析預警；該手段欠缺實時性和直觀性，束管易損傷漏氣導致測量不準確。采空區分布式光纖測溫安全監測系統將光纖傳感器應用于煤礦安全監測，特別是煤礦采空區遺煤易發火區域環境的監測，將對采空區自然發火的預測預報起到重要作用。掌握自然發火預警規律提供有效的技術手段，對煤礦采空區災害監測和控制有著重大意義。

參考文獻：

[1]韓遠紅，朱翔宇，分布式光纖測溫系統在煤礦火災預警中的應用[J]太原科技，2007，165（10）：91-92；

[2]梁運濤，羅海珠，中國煤礦火災防治技術現狀與趨勢[J].煤炭學報，2008（2）：126-130；

[3]于慶，分布式光纖測溫技術在煤礦中的應用[J].工礦自動化，2012（4）：5-8；

作者簡介：

張金超，男，漢族，1989年出生，畢業于黑龍江科技術學院安全工程專業，本科，現就職南山煤礦通風區，從事于通風與安全管理工作。