礦井安全監控系統用途在大明煤礦斜井的拓展

李繼民，楊 欣

（鐵法煤業集團公司大明煤礦，遼寧 調兵山 112703）

礦井安全監控系統用途在大明煤礦斜井的拓展

李繼民，楊 欣

（鐵法煤業集團公司大明煤礦，遼寧 調兵山 112703）

通過煤礦安全監控系統及其設備在大明煤礦斜井兩項拓展性應用，分析了煤礦安全監控系統監測煤層深部自然發火溫度與封閉區域內外壓差的方法及注意事項。

監測；傳感器；自然發火；壓差

煤礦安全監控系統具有實時、連續、自動、精確、可靠的特點，能夠監測礦井瓦斯、一氧化碳等有害氣體含量，監測空氣溫度、環境壓力、主要通風機風壓、巷道風速等數據，監測機電設備運行與風門開關狀態。

1 大明煤礦監控系統概況

大明煤礦斜井安全監控系統為KJ2000N煤礦安全生產監控及綜合信息管理系統，該系統由地面中心站、光纜通訊干線、光電信號交換機、井下分站、斷電控制器及各類傳感器等組成。大明煤礦斜井向可能涌出瓦斯地點與自然發火（自燃）危險部位安裝了甲烷、一氧化碳等類別傳感器，實時連續監測瓦斯或一氧化碳濃度，實時連續監測溫度或風速狀況，經井下分站將監測數據傳輸到中心站。各種監測數據經井下分站和中心站處理，按要求發出聲光報警和斷電控制信號。大明煤礦斜井在用甲烷傳感器77臺，一氧化碳傳感器21臺，溫度傳感器20臺，風速傳感器7臺，環境壓力傳感器2臺，壓差傳感器5臺。

2 問題提出

煤炭自然發火必須具備3個條件：一是具有自燃傾向性的煤呈碎裂狀態堆積，二是通風供氧維持煤的氧化過程不斷發生與發展，三是氧化過程中產生的熱量能夠大量蓄積，難以及時釋放。生產實際中，砌碹支護巷道的碹外煤體與其它支護形式的巷道煤柱受壓破碎后，具有自燃傾向性煤體在距暴露點1.5 m～3 m的范圍內必然具備自然發火的3個條件，可能自然發火，而發火過程中的自熱升溫在煤體外露表面及巷道風流中無法感知與檢測到，一旦能感知或檢測到溫度變化時，已經是距外露表面1.5m～3m范圍內的煤體發生了自燃甚至燃燒。如何檢測表層以里的煤體溫度變化，尤其是如何連續檢測表層以里的煤體溫度變化，對預防自然發火至關重要。

礦井封閉的采空區或廢舊巷道區域，內外氣壓差隨地面大氣壓力的變化而變化，封閉區域內外氣壓差的大小及方向直接關系著封閉設施外部積聚瓦斯與封閉區域內部含氧狀況。當封閉區域內部氣壓大于外部氣壓時，封閉區域內的瓦斯等有害氣體、可能通過煤巖裂隙滲漏到外部，在封閉設施外部形成瓦斯積聚，一旦發現不及時或處理不當，可能造成人員窒息等事故。當封閉區域內部氣壓小于外部氣壓時，外部的空氣可能通過煤巖裂隙滲漏入封閉區域內部，對封閉區域內供給氧氣，一旦長期存在，可能導致封閉區域內的遺煤自然發火。如何連續檢測封閉區域內外氣壓差的變化，采取應對措施，對預防封閉區域事故特別重要。

大明煤礦斜井保留的-35水平井底車場巷道多為砌碹支護煤巷，巷道服務時間已達50余年，碹外一定范圍內的煤體已破碎，碹體及碹外充填體變形提供了向碹外煤體漏風的通路，供氧充足時煤體隨之發火，多年來多次出現當發現碹體溫度異常增高時，碹外碎煤已進入自燃甚至燃燒冒煙階段。如何能及時檢測到碹外煤體溫度升高，成為了預防與處理-35水平存留煤巷自然發火的關鍵技術，迫使著大明煤礦斜井“一通三防”管理人員打破常規，創新測溫技術。

大明煤礦斜井-410水平ES702、ES705封閉采空區內富存高濃度瓦斯，礦井長期抽放兩封閉采空區內瓦斯進行利用供氣。既要抽放供氣又要杜絕采空區自然發火，必然要求根據封閉采空區內外壓差情況抽放瓦斯，進而需要隨時掌握兩個封閉區域內外壓差變化情況。否則，可能發生封閉區內部瓦斯壓力非常高于外部而未能抽放瓦斯降壓，出現封閉區外部瓦斯超限與氣源浪費兩耽誤現象；還可能發生長時間的連續抽放封閉區內部瓦斯，封閉區內瓦斯壓力已經非常低于外部，而未及時停止或減少抽放，使外部空氣漏入封閉區內部導致發火。大明煤礦斜井這一實際需要催促著大明煤礦斜井“一通三防”管理人員尋找監測ES702、ES705封閉采空區內外壓差的手段。

3 煤層深部自然發火溫度的監測

事實證明，大明煤礦斜井-35水平砌碹支護煤巷煤體的發火點在距巷道輪廓表面1.5 m～3.0 m的區間。為監測1.5m～3.0m區間煤體溫度的變化，將KGW 5型溫度傳感器的敏感元件從本體分離出來，增加連接線（采用4×1.5mm2礦用阻燃電纜）達5 m，在監控設備修理室進行傳感器檢測數據失真狀況實驗，發現誤差幾乎為零，并經生產廠家認可后，對自然發火重點部位打孔直徑為35mm、深度2.5 m的鉆孔，埋入傳感器敏感元件，見圖1，將傳感器聯入礦井安全監控系統，實現對煤層深部自然發火溫度的自動、連續監測，很好地提前預報了自然發火。

自2007年3月份以來，大明煤礦斜井按照上述思路先后對-35水平存留巷道易發火部位安設了5處，及時發揮了作用。2007年7月份監測到北翼流水道硐室的頂板煤層溫度異常升高達5℃，2009年1月份監測到北翼三角道岔口處頂板煤層溫度異常升高達4℃，通過及時采取注白泥等預防措施，控制了發火，降低了溫度，收到了良好效果。長期以來傳感器運行穩定、可靠，無故障。

打鉆孔向煤層深部埋設溫度傳感器敏感元件監測溫度的方法，需要注意以下事項：要使用鋼管作為套管保護敏感元件；必須封堵孔口，封堵材料可用黃泥等不導熱、可塑性好、易拆除的材料；適當延長傳感器標校周期，以減少頻繁取出孔內敏感元件；對安設部位要先確認是否為自然發火重點部位；敏感元件與傳感器本體間的連接線滿足使用即可，不要過長。

圖1 煤層深部自燃溫度監測圖

4 封閉區域內外氣壓差的監測

在測量封閉區域內外氣壓的U型壓差計膠管上安裝一個匹配的三通管，將三通管出口通過膠管連接到GPD0.1型壓差傳感器（瓦斯抽放監測設備之一）的一個端口上，見圖2，將傳感器聯入礦井安全監控系統，設定零壓差時的傳感器讀數，即可實現封閉區域內外氣壓差的自動、連續監測。

圖2 封閉采空區內外氣壓差監測圖

大明煤礦斜井在 -410 ES702、ES705、W E1502封閉采空區地點安設了采空區內外氣壓差自動、連續監測裝置，并聯入礦井安全監控系統，使保安區調度室、礦井安全監控系統地面中心站、“一通三防”領導辦公室既能隨時查看壓差，又能及時指揮上述采空區瓦斯抽放利用工作，合理利用了瓦斯又避免了引發采空區自然發火。

封閉區域內外氣壓差自動、連續監測中需要注意以下事項：

1）必須設定壓差為零時的監測數據，并要根據安設地點內外氣壓差的變化范圍合理選定，否則將限制傳感器工作。大明煤礦斜井ES705封閉采空區內外氣壓差自動、連續監測中零壓差設定及壓差監測數據情況見表1。

表1 ES705封閉采空區內外氣壓差監測數據表

2）由于傳感器讀數采用國際標準單位千帕（kPa），與U型壓差計單位毫米水柱（mmH2O）不一致，要除以9.8Pa/mmH2O換算。

3）由于傳感器讀數以千帕（kPa）單位，小數后保留一位有效數字，與壓差計讀數存在0mmH2O～5mmH2O的系統誤差。

4）傳感器進入壓差監測前要在安設的封閉區域外部氣壓下通電30mi n校準“0.00kPa”。

5）對傳感器一旦選定接設封閉區域內部氣壓的端口，就指定了傳感器讀數所標識的壓差方向（見表），之后不能改變傳感器接設封閉區域內部氣壓的端口，否則將給判斷壓差方向造成混亂。

6）要經常檢查連接膠管狀態，發現老化、漏氣要及時更換。

7）按規定進行傳感器標校，發現零點漂移，或與“U”型壓差計讀數相差較大及時查明原因予以消除。

5 結論

打鉆孔向煤層深部埋設溫度傳感器敏感元件以監測自然發火溫度，預報發火，抓住了煤體發火的重點部位，合理拓展了溫度傳感器的使用方法，提高了礦井火災預報能力，增強了礦井“一通三防”安全。

封閉區域內外氣壓差的自動、連續監測方法，不僅豐富了礦井安全監控系統的用途，而且提升了封閉區域內部瓦斯的合理抽放及利用，增強了礦井瓦斯安全水平。

Development of Mine Safety Monitoring Systemin Daming Mine

LI Ji-ming;YANG Xin
(Dami ng Coal,Tief a CoalGroup,Di aobi ngshan Li aoni ng,112703,Chi na)

Through the two development applications of mine safety monitoring systemandits equipments in Daming mine, the paper analyzes the method that the systemmonitors the spontaneous combustiontemperature and pressure difference between interior and exterior of the isolated area and presentssome precautions.bustiont emperat ure and pressure difference bet weeninteri or and exterior of the isolated area and presents some precaut i ons.

moni tori ng;sensor;spont aneous combustion;differenti alpressure;development

TD76

A

1672-5050（2010）12-0046-03

編輯：徐樹文

2010-11-01

李繼民（1967—），男，遼寧新民人，大專，工程師，從事通風安全工作。