束管與安全監測系統在巴彥高勒煤礦中的綜合應用

丁光輝 彭順長 王 剛

（1.內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017300；2.山東科技大學礦業與安全工程學院，山東 青島 266590）

瓦斯爆炸和煤炭自燃都是礦井重要災害形式，對財產損失及人員傷亡的威脅都是十分巨大的。瓦斯爆炸和煤炭自燃都能夠通過對瓦斯以及一氧化碳氣體的實時檢測來達到預防效果。為盡快發現異常及采取措施，巴彥高勒煤礦采用束管監測系統與安全監測系統相結合的方式，對井下各地點瓦斯及一氧化碳氣體濃度進行監測，對瓦斯與自然發火的預防起到了重要作用[1]。

1 礦井概況

巴彥高勒煤礦位于呼吉爾特勘查區的南部，礦井年產量為402 萬t，主采一水平的3-1 煤，采用走向長壁綜合機械化一次采全高采煤法后退式回采，全部垮落法管理頂板。礦井為低瓦斯礦井，煤層具有爆炸危險，所采煤層為容易自燃煤層，自然發火等級為Ⅰ級，自然發火期在41~92d，最短自然發火期為41d。

2 系統主要參數及原理

2.1 束管監測系統

KSS-200 束管監測系統主要由粉塵過濾器、單管、束管、分路箱、抽氣泵、氣體采樣控制柜、監控微機、束管專用色譜儀、打印輸出設備、網卡、系統軟件等組成。 KSS-200 束管監測系統工作原理如圖1 所示。在微機控制下，由地面抽氣泵將氣體抽入色譜儀，色譜儀檢測出結果后，由電腦進行分析，整個過程都在微機控制下進行，自動化程度高。

圖1 KSS-200 束管監測系統原理圖

2.2 安全監測系統

KJ90NB 型安全監測監控系統可實現對井下各地點的甲烷、一氧化碳、風速、溫度、煙霧、噪聲、粉塵、風筒壓力、設備開停、風電、甲烷電閉鎖、風門、通風設備、井下緊急避險系統的運行狀態等進行實時在線監測。地面中心站由主控機（備機）環網交換機、雙機熱備組件、計算機病毒防殺組件、打印機、電源避雷器等組成；中心站安裝2 臺主機，互為熱備；中心站采用雙回路供電；井下由KJ90-F16（D）礦用分站、各種傳感器、電路分線盒、聲光報警器等組成。其原理圖如圖2 所示。

圖2 KJ90NB 型安全監測系統原理圖

3 系統在實際現場中的布置

巴彥高勒煤礦根據其具體情況，結合束管監測系統與安全監測系統各自的適用條件和優缺點，依靠安全監測系統實現24h 不間斷監測，依靠束管監測系統實現對重點位置的高精度監測[2]。

3.1 工作面傳感器布置

為了使工作面安全回采，要求工作面一旦發生瓦斯、一氧化碳超限，要第一時間發出報警信號，因此，在工作面回風側上隅角等標志位置放置瓦斯、CO、溫度傳感器，利用安全監測系統，對工作面進行24h 不間斷實時監測。工作面傳感器布置圖如圖3 所示。

圖3 工作面傳感器布置圖

3.2 束管檢測系統的敷設

束管監測系統主管路采用16 芯束管，從副井下到井底，順著3-1 煤輔運巷到311101 工作面回風巷口。在311101 工作面回風巷口安裝一個16 路分路箱，從分路箱出6 芯束管，順著311101 工作面回風巷到311101 工作面。在311101 工作面安裝兩個測點，分別位于采空區內距離工作面15m 處、回風隅角處。在311101 工作面停采線附近安裝一個總回風測點。另從16 路分路箱出主管路順著3-1 煤輔運巷鋪設為其他地點服務。為防止束管過快老化漏氣，束管敷設需要吊掛平直，距離巷道底部高度要在1.5m 以上。每天對采樣點的氣體成分進行連續監測。

4 系統在實際現場中的應用

4.1 在瓦斯防治中的應用

在防治瓦斯過程中，要求氣體檢驗及時，越早發現瓦斯異常超限，越早采取措施，能減少甚至避免災害帶來的損失，但人工等傳統方法檢測往往存在一定滯后性。結合瓦斯災害的特性，礦井采用安全監測監控系統為主、束管監測系統為輔的方式監測瓦斯。能夠實現對井下各個監測地點瓦斯濃度的24h 不間斷監測，重點實現對工作面風流、工作面回風流以及工作面回風隅角處的瓦斯監測[3]。相較瓦斯巡檢員實測的數據，其更及時，為災害預防以及搶險救災贏得了寶貴的時間。

工作面風流瓦斯傳感器設在距工作面煤壁線10~15m 內的回風順槽中；工作面回風流瓦斯傳感器設在回風順槽，距工作面回風出口10~15m 處；工作面回風隅角瓦斯傳感器設在回風隅角處，當出現異常情況時，傳感器會第一時間發出聲光報警，并同時向地面監測系統報警。

4.2 在防火中的應用

巴彥高勒煤礦回采距離長，采空區范圍大，有著較為嚴峻的防滅火形勢，尤其是對于自然發火的預防，需要及時準確地得到采空區內遺煤的氧化情況，以預防其自然發火。

采空區自然發火有著較長的周期性，在自然氧化初期，氧化緩慢，氧化的煤體會釋放出CO 氣體[4]。根據其氧化特性，采用以KSS-200 束管監測系統為主、以KJ90NB 安全監測系統為輔的監測方法，在回采工作面采空區預先設置束管系統，每天進行人工取樣化驗分析，確定冷卻帶、氧化帶、窒息帶的具體寬度，為對自然發火的預測和防治提供依據[5]。在工作面回風隅角、回風巷道布置CO、CH4、溫度傳感器，如發生超限危險，能夠第一時間發出警報。

在工作面回風隅角和回風順槽安設束管氣體采樣器進行束管監測。在回風順槽安設一氧化碳和溫度傳感器，對采煤工作面一氧化碳濃度和溫度監測。

4.3 在注氮中的應用

采空區注氮是常用且有效的一種防滅火措施，但注氮期間也會發生采空區有害氣體被置換排出、多余氮氣充斥工作面降低氧氣濃度等危險。通過束管監測系統和安全監測系統，能夠避免這些危險并使得“動態監測、適時注氮”工藝的實施更為方便準確。

利用束管色譜檢測系統檢測工作面回風隅角的CO 及氧氣含量，根據檢測的CO 濃度及時進行注氮。檢查注氮系統，一切正常后進行注氮，注氮時，關注回風隅角傳感器顯示的CO 及氧氣含量。注氮初期，CO 含量逐漸上升，這是由于氮氣進入采空區與采空區內的CO 氣體產生置換，將CO 氣體擠出采空區。注氮中期，CO 氣體保持平穩或顯現下降趨勢，當CO 濃度平穩時，代表注氮效果已經最大，如若此時CO 氣體還超標，就需要采用其他方法或加強注氮來進行防滅火。注氮同時，為防止工作面氧氣濃度過低，當回風流中氧氣濃度＜18%,及時撤出回風流中全部人員。

5 結論

KSS-200 束管監測系統與KJ90NB 型安全監測監控系統分別具有分析精確和報警及時的特點。在實際應用中，束管監測系統能夠滿足對采空區內部、高冒區等危險區域的氣體監測需求，安全監測監控系統能夠實現對預定地點不間斷的觀測。充分利用兩者的優勢以及瓦斯、自燃災害的特點，能夠及時發現災害隱患，有效地預防災害的發生，同時也能為注氮等防災減災措施的實施提供指導。巴彥高勒煤礦311101 工作面回采的實踐證明，兩者的相互配合有效地避免了瓦斯與自然發火災害的發生，保證了工作面安全。