JSG8 煤礦自然發火束管監測系統在小峪礦的應用

劉玉龍

（晉能控股煤業集團 安全督察大隊，山西 大同 037004）

1 概 況

小峪礦位于大同煤田中部的東南邊緣，地處山西省懷仁縣境內。礦井通風方法為抽出式，通風方式為中央并列式，全礦共有3 個進風井，分別為東山村進風井、平硐和排矸井，分別為301 盤區、402 盤區、303 盤區和404 盤區供風，1 個回風井為東山村回風井。2013 年經山西省煤炭工業局綜合測試中心鑒定，礦井的自燃傾向等級為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，自然發火期為6～12 個月。隨著采礦深度和寬度的增加，殘存采盤區也在逐年增加，造成全礦井的管理戰線長，管理跨度大，給礦井通風帶來一定難度。為防治煤層自然發火，提高礦井煤層自然發火預測預報能力，小峪礦于2019年1 月安裝了束管火災監測系統，對煤礦易發自燃區域進行實時監控，現場效果良好。

2 束管監測系統的原理與組成

2.1 系統原理

JSG8 井下自燃火災束管色譜檢測系統是在微機分析與控制、色譜高精度分析、束管負壓運載氣體這3 項高新技術基礎上開發出來的高科技產品。系統工作時，先啟動抽氣泵，使井下氣體被吸入束管，到達井上的電磁閥前并處于等待檢測狀態。計算機通過選擇某一路束管的電磁閥，使該路束管內的氣體被送入色譜儀中進行分析。色譜儀的分析結果被送到計算機內的數據采樣接口板上，經過模數轉換，將模擬量變成數字量，再由分析軟件進行處理，形成譜圖和分析結果，完成某一路束管氣體的檢測分析過程。在需要多路檢測的時候，由技術人員根據煤礦的生產需要，設定的檢測順序進行檢測，無需人工干涉，可實現24 h 連續在線檢測與分析，所有分析數據均可存儲保留。

2.2 系統組成

系統主要由井下束管部分、采樣控制部分、氣體預處理部分、氣體分析部分、數據采樣部分、數據分析部分、打印分析部分、打印輸出部分、抽氣泵部分等組成，如圖1 所示。

圖1 JSG8 煤礦自然發火束監測系統結構示意Fig.1 Structure of JSG8 coal mine spontaneous ignition beam monitoring system

該系統可以分析多種氣體成分，符合煤礦自燃火災綜合多參數標志氣體的選擇，滿足了《煤礦安全規程》規定要求。

2.3 系統主要功能

（1） 實現24 h 不間斷監測，做到無人值守。

（2） 通過系統自動監測的氣體成分，形成自動報警。

（3） 每一路數據分析完成后，數據可自動發送至電腦，進行存儲，需要時可隨時打印。

（4） 系統自動將分析數據存入數據庫，并可用數據庫分析某一采樣點的氣體含量在一段時間內的變化趨勢，可用圖形方式表現，非常直觀。

2.4 系統主要技術指標

（1） GC-7960 煤礦專用氣相色譜儀分析一次進 樣O2、N2，CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO2等8 種氣體，最小檢測濃度0.1 ppm，量程：0 ~100%。

（2） 熱導檢測器靈敏度：S≥5 000 mv.ml/mg，氫焰檢測器檢出限M≤1.0×10～11 g/s。

（3） 系統監測路數。①控制束管監測路數：24 路；②束管傳輸流量自動顯示為24 路（對應監測的路數）；③可實現無人職守長期運行，24 h 連續監測，也可根據需要進行人工設定；④實現較長距離地點（15 km） 的采樣，最遠可達30 km。

3 束管監測系統在小峪礦的應用

3.1 束管監測系統的安裝

小峪礦煤層具有自燃的特點，需要有針對性地在采空區、密閉和采區回風巷的位置，布設束管監測設備，不間斷地對有可能發生火災的區域，進行監測。

根據井下特點和設計方案評估，將監測機房設在調度室，束管共有8 種，即：24 芯、13 芯、12芯、8 芯、7 芯、6 芯、4 芯和單芯，其中24 芯用于地面到進風井底一段，13 芯用于進風井底到203巷口，12 芯用于203 巷口到303 盤區口，6 芯用于303 盤區綜采工作面，6 芯用于404 盤區綜采工作面，7 芯用于402 盤區綜采工作面和密閉，301 盤區布置1 條4 芯束管（圖2）。經計算，束管監測最長距離為4.5 km。

在敷設束管時，需要避開高壓電纜。同時要考慮管道中積水，選擇在低洼處安裝分路箱，及時進行濾水。

束管監測系統安裝完畢后，每天對井下氣體進行化驗分析，對每項檢測數據進行對比篩查，并將檢測結果上報。

3.2 束管監測系統在8405 綜放工作面“三帶”劃分中的應用

在8405 綜放工作面進、回風順槽分別各布置3 束帶有保護套的束管，2 個束管監測取樣點間距初步定為40 m，埋入采空區最遠取樣點距工作面為120 m，即當第一路束管埋入采空區120 m 后停止取樣，重新安設取樣頭（粉塵過濾器） 和護管，如此循環，直至工作面采完為止。

根據兩個多月的實測O2濃度結果和“三帶”劃分標準，得到8405 綜放工作面采空區“三帶”劃分，見表1。

表1 8405 綜放工作面采空區“三帶”劃分Table 1"Three zones"division of goaf in 8405 fully mechanized caving face

3.3 經濟效益

（1） 對井下工作面采空區氣體實時分析，為工作面采空區注氮、注阻化劑等工作提供了依據，每年可節約材料成本10 萬元。

（2） 系統投入使用以前，礦井重點古塘密閉的取樣化驗工作需人工完成，每循環一次大約需要4 d，每天有2 個工人共同完成。同時取樣周期延長，會造成漏洞。另外，人工取樣時需采集裝置、救護設備等材料全年約需5 萬元。投入使用后，全年可節約人工及材料費用共計15 萬元，同時縮短了化驗周期還提高了化驗分析的準確性。

4 結 論

（1） 根據小峪礦采線長且具有自燃煤層的特點，井下環境復雜，該系統不受井下各種不安全因素及條件的干擾，可以有效地保證煤礦正常生產。

（2） 該系統工作效率高，可連續循環監測和自動采樣，節省了大量的人力、物力，降低了勞動強度。

（3） 通過束管監測系統的應用，提高煤礦生產安全系數，增加煤礦生產天數，為類似礦井提供了有效經驗。