我國礦井火災預警技術及裝備研究進展

王彬

摘要：礦井火災是最常見的礦山災害事故之一，對于礦井火災預測預報，國內學者較早時期就展開了研究。通過實驗研究了煤自然發火期，將分布式光纖測溫技術應用到煤礦火災預報當中，利用多元信息融合理論對礦井火災進行了預警研究。除此之外，學者針對膠帶巷、采空區等易發火部位預警進行了研究。綜合考慮礦井火災預警功能，仍缺少一套綜合實現火災預測、消防聯動等功能預警系統。為此設計了一套集火災監測、火災報警、信息反饋、消防聯動于一體的礦井火災預警系統，以期早日投產使用，并為礦井火災預警設計提供參考。

關鍵詞：礦井;火災;預警技術

引言

建立火災預警預報有助于盡早發現存在的安全隱患，進而及時消除隱患，避免火災事故的發生，有效保障井下作業人員安全，推進礦井安全生產。

1、礦井火災概況

安全是煤礦正常生產的重要前提，然而我國煤礦生產中危險源較多，如瓦斯、水害、火災等。火災作為煤礦較為常見的事故，其發生和發展具有以下特點：①任意性。由于火災的發生受到多種因素的影響，因此其發生的時間、地點都具有不確定性。②確定性。礦井火災的發生、發展、蔓延以及熄滅都遵循一定的規律。當熱源、可燃物、空氣這3個條件同時具備時，就會引發礦井火災，而且大火中的燃燒以及煙氣流動等都遵循著確定的傳熱傳質、物質守恒、流體流動等規律。因此，掌握火災規律、建立火災預警是可能的。礦井火災主要分為外因火災和內因火災。外因火災是由外界火源（如明火、電火、違章爆破瓦斯、煤塵爆炸、機械摩擦及碰撞等）引起的非控制燃燒，具有發生突然、來勢兇猛的特點，如果不能及時發現，往往會釀成重大惡性事故。據有關部門統計，我國重大惡性煤礦火災事故中大約有90%是由外因火災引起的。內因火災是由于一些可燃物（如煤炭）在一定的條件和環境下自身發生物理化學變化、積聚能量而形成的火災。內因火災有預可早期發現。

2、礦井火災預警技術及裝備

2.1基于氣體測試的礦井火災預警技術及裝備

目前，在礦井生產過程中，基于氣體測試使用較多并且預警準確率較高的礦井火災預警技術主要有煤礦安全監控系統和束管監測系統。煤礦安全監控系統：從20世紀80年代開始，我國在部分煤礦試用了從歐美發達國家引進的煤礦安全監控系統。之后我國科研工作者采用先引進后消化吸收的方法并結合我國煤礦安全生產的實際情況，研制出了KJ系列煤礦安全監控系統，被廣泛推廣應用于煤礦井下，起到了很好的作用。近年來，很多學者在該系統基礎上采用先進的技術研發了多種新型監測監控系統，例如基于Zigbee技術，設計了僅通過Zigbee傳輸協議在地面上即可完成對井下帶式傳送機整個運行過程的監測顯示、控制、保護、報警和管理的煤礦井下通風機監控系統。提出了一種將物聯網技術應用于煤礦安全監控系統體系的架構，基于此基本架構，構建了實際的應用模型，并結合煤礦安全生產實際情況和所應用的各類裝備設施，設計出了完整的煤礦安全物聯網網絡架構和開發出了詳細的硬件系統和軟件系統。束管監測系統：束管監測系統現階段主要分為色譜類束管監測系統和紅外類束管監測系統兩大類。從JSG-8型束管監測系統的基本原理入手，對氣樣傳輸分析滯后時間、測點布置方案、系統的智能化設計等關鍵技術進行了分析，為束管監測系統在現場的正確使用和準確監測提供了參考依據。針對束管監測系統在煤礦井下防滅火工作的應用現狀，根據南梁煤礦的實際情況以及煤樣的程序升溫實驗數據開發了基于束管系統的煤自燃預警系統，為煤自燃預警提供了技術支持。

2.2基于溫度測試的礦井火災預警技術及裝備

目前，在礦井生產過程中，基于溫度測試的預警技術及裝備主要有：激光氣體分析預警、紅外測溫預警、溫度傳感器預警等方面。基于激光氣體分析預警：在激光氣體分析方面，基于煤自燃過程各標志氣體釋放時間及濃度不同的特點以及煤礦采空區三帶呈靜態分布的理論，設計了一種以激光氣體分析為檢測手段的礦井火災預警裝備。針對氣相色譜法監測系統不能連續用于現場監測和在線監測裝置對溶解于油中的氣體檢測時存在交叉干擾的情況，提出了將紅外激光氣體分析法用于檢測變壓器油中溶解氣體的方法，并通過C2H2的檢測得到了驗證;以可調諧半導體激光光譜吸收檢測技術為基礎，設計研發了集高精度、寬量程、抗干擾、低誤差等優勢為一體的礦用激光光譜多參數災害氣體分析檢測裝備。紅外測溫預警：紅外線測定法的實質是自然界的任何物體只要處于絕對零度之上，都會自行向外發射紅外線。物質溫度越高，輻射能量就越大，則紅外測溫儀或紅外熱成像儀接受輻射量或輻射溫度就越高，根據這個原理就可利用紅外監測儀器溫度的高低來確定井下巷道煤炭自燃的燃燒程度及范圍。這種方法比較簡單，可以快速地判斷出自燃程度及范圍。在測定時要求中間無遮擋物，因此主要用于浮煤堆、煤壁、煤柱等自燃隱患與自然發火火源的探測，但對于采空區發火點或離巷壁較遠的火源點的有效探測具有一定的難度。溫度傳感器預警：溫度傳感器探測法是自燃高溫探測方法中應用最為廣泛的方法。①采用溫度傳感器監測井下空氣溫度變化情況;②采用溫度計、熱電阻、熱電偶和傳導式溫度傳感器等，對采空區內煤體進行接觸式溫度檢測，或通過施工測溫鉆孔，利用溫度傳感器探測鉆孔孔底和孔壁的溫度情況。無線溫度傳感器、分布式測溫光柵和分布式測溫光纖都采用接觸式溫度檢測技術，都可歸類為傳導式溫度傳感器。無線溫度傳感器可預埋在采空區內，通過定期發送無線信號傳送檢測結果到專用的信號接收裝置，實現對測點溫度的檢測。分布式測溫光柵可同時進行一定數量測點溫度的連續檢測，分布式測溫光纖可實現對埋設測溫光纖的線狀分布測點的溫度進行連續在線監測。在分布式光纖測溫方面，將分布式光纖測溫技術應用于煤礦火災預警的溫度監測，該裝置實現了長距離、大范圍的溫度測量。提出分布式光纖測溫系統在煤礦的應用，有效地提高煤炭的運輸質量，能夠準確地測量出傳輸皮帶各個點的溫度，及時發現其中存在的故障并且進行報警，保證皮帶傳送機安全運行。采用分布式光纖測溫技術，實現了對礦井溫度場無盲區的測量;并針對主流廠家的測溫主機，設計并實現了具有統一的監控解決方案、標準的驅動接口、實時監測、預警等功能的測溫系統軟件。

結束語

在礦井火災事故預警中，及時發現火災安全隱患是成功救災的關鍵。而要對火災事故作出正確預警，就必須建立全面的礦井火災事故預警系統，全面考慮內、外因火災預警，雙管齊下，并注意避開礦井火災預警的誤區。要加強對采空區、事故易發區以及井下主要巷道如回采巷道、掘進巷道等工作面的環境溫度、風量和有害氣體濃度的監測控制，根據所測數據，進行合理有效的分析，從而及時消除火災安全隱患。必須安裝完善的火警傳感器監測系統，確保準確監測、及時預警，有效進行人員避災、撲滅火災。

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