清水營煤礦束管監測系統升級改造技術研究

文/劉 志

一、束管監測系統現狀

神華寧夏煤業集團清水營煤礦現用束管監測系統為SG-2003型井下火災束管監測系統，該系統自2008年安裝使用至今已有10年，設備老化嚴重、穩定性差、數據分析誤差大。地面部分安裝在中心站內，井下束管主管路由地面管溝經一號副斜井、+1265水平車場、回風斜井敷設至采煤工作面，主要對工作面及采空區內O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 氣體含量進行采樣分析。隨著礦井開拓延伸，束管抽氣距離變長，數據采集難度大，現有束管監測系統已無法滿足礦井自然發火預測預報工作需要。

二、束管監測系統升級改造的必要性研究

1. 束管監測系統現階段存在的主要問題

（1）色譜儀部分電路板老化，運行不穩定；（2）穩壓閥、穩流閥長時間未使用，漏氣，無法正常工作；（3）儀器控溫失常，造成色譜柱燒壞；（4）氫氣發生器電解池燒壞不能正常工作、空氣發生器屬老產品，現已無更換配件；（5）氣體分析采樣柜，切換閥不能正常工作，漏氣現象嚴重；（6）主機系統運行緩慢，出現死機現象；（7）真空泵已損壞，不能正常工作。

2.束管監測系統升級改造的必要性研究

（1）目前使用的束管監測系統需要將采煤工作面氣樣采集至地面進行分析，束管最遠敷設距離長達10km，束管敷設路線長，抽氣阻力大、時間長，束管維護工作量大，采集的氣樣真實性差、數據誤差大。因此，急需升級改造束管監測系統。

（2）束管監測系統改造后，將現有的地面固定式負壓抽氣束管監測系統改造為井下移動式正壓輸氣束管監測系統，能夠提高采集氣樣的真實性、準確性，縮短束管采樣分析周期，同時在特殊情況下還可實現連續抽氣檢測，便于及時準確地分析自然發火狀況。

三、井下微色譜束管監測系統應用分析研究

1.使用井下微色譜束管監測系統的可行性

根據清水營煤礦火災防治情況，檢測采空區是否自然發火防治是通過檢測采空區O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 指標性氣體含量來判斷，傳統的井下紅外、激光束管監測系統均無法分析C2H6氣體含量，無法有效判斷采空區自然發火狀況，目前只有井下微色譜束管監測系統可實現O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等指標性氣體的采樣分析，分析氣體種類齊全。

因此，束管監測系統升級改造選取井下微色譜束管監測系統。

2.清水營煤礦微束管監測系統應用

根據清水營煤礦生產接續計劃，首采工作面為110206采煤工作面，接續工作面為110803采煤工作面，按照2個采煤工作面配置微色譜束管監測系統，計劃在110206采煤工作面、110803采煤工作面分別布置一套井下色譜監測分站，分別用于各采煤工作面開采、收尾回收期間采空區自然發火指標性氣體檢測。

（1） 110206采煤工作面井下色譜監測分站應用。110206采煤工作面井下色譜監測分站安裝在+965水平機電硐室內，用于110206工作面回采、收尾及回撤期間采空區氣體檢測分析。在110206風巷（距工作面300m）安裝3臺正壓輸氣泵站（2臺使用，1臺備用）及除塵放水裝置，每臺正壓輸氣泵站分2路4芯束管沿110206風巷鋪向采煤工作面及采空區，分別檢測采煤工作面、采煤工作面回風流、采煤工作面上隅角、采空區30m、60m、90m束管內氣體情況，采空區氣體經正壓輸氣泵向色譜監測分站供氣，預計束管敷設長度為2650m。

（2）110803采煤工作面井下色譜監測分站應用。110803采煤工作面井下色譜監測分站安裝在+1172水平機電硐室內，用于110803工作面回采、收尾及回撤期間采空區氣體檢測分析。在110803風巷（距工作面300m）安裝3臺正壓輸氣泵站（2臺使用，1臺備用）及除塵放水裝置，每臺正壓輸氣泵站分2路4芯束管沿110803風巷鋪向采煤工作面及采空區，分別檢測采煤工作面、采煤工作面回風流、采煤工作面上隅角、采空區30m、60m、90m束管內氣體情況，采空區氣體經正壓輸氣泵向色譜監測分站供氣，預計束管敷設長度為3800m。

四、井下微色譜束管監測系統組成

井下微色譜束管監測系統主要由KQF8-Z礦用隔爆兼本安型多組份氣體分析主站、井下正壓輸氣泵站、防爆開關、束管、數據傳輸網絡、移動客戶端、系統監控平臺等部分組成。

圖1 正壓輸氣泵結構圖

1. 多組份氣體分析主站

多組份氣體分析主站由采樣控制模塊，電磁閥及驅動電路，微型色譜儀等組成，封裝在防爆色譜監控分站的箱體內，是束管監控系統的核心，通過井上管理平臺給色譜監測分站設置系統運行參數，在井上管理平臺的遠程控制指令下，將束管采樣得到的井下氣體，依次通過色譜儀進樣分析，并將結果通過數據傳輸網絡，返回給井上系統管理平臺。

2.微型氣相色譜儀

微型氣相色譜儀是井下微色譜束管監測系統核心分析單元，色譜數據采用工業環網通信，光纖傳輸。微型氣相色譜儀具有檢測速度快，便攜、檢測靈敏度高，可靠性好，維護成本低，檢測氣體組份多，易操作等優點。同時，可以在采樣地點進行快速現場分析，也可將分析數據遠程傳輸，做到24h不停地生成井下氣體分析數據。

3.束管正壓輸氣泵站

束管正壓輸氣泵站采用雙泵頭結構，雙路獨立工作，適應長期連續運行，可根據現場實際需要采用雙路獨立輸出方式或雙路并聯為單路輸出方式工作。主要由輸氣泵、電動機、防爆開關、旁路閥、單向閥、切換閥、自動泄壓閥、自動放水閥、濾塵器、壓力表等組成，是正壓束管監測的重要組成部分。如圖1所示。

（1）工作原理。束管輸氣泵站的壓氣構件由傳動端的曲軸連桿機構的往復運動帶動進行工作。壓氣構件在壓腔內作往復運動，促使壓腔壓力變化，在壓腔為負壓時，進氣閥打開，氣體被吸入壓腔，在氣體壓縮時，排氣閥打開，壓縮后的氣體輸出至冷卻系統，再經濾水處理后送入輸氣管路。

（2）功能特點。①多功能使用，同時兼具正壓輸氣、負壓輸氣功能；②雙泵頭設計，一個泵站可以同時采集兩個地點，或并聯使用提高可靠性；③斷電自動泄壓保護，自動散熱設計，延長數十倍使用壽命，滿足24小時不間斷工作要求；④斷電旁通功能，井下斷電后仍然可保持使用井上負壓取氣的通路，更容易配合其他各種系統的使用；⑤網絡遠程控制，配合專用的網絡遠程控制單元和系統軟件，可以實現井上控制輸氣泵站的啟停，并監控其運行狀態。

五、結語

通過對現用束管監測系統進行分析，井下束管監測系統升級改造為微色譜束管監測系統后，進一步增強了礦井防滅火基礎設施功能，保障了礦井安全生產。