基于信息管理系統(tǒng)的煤層自然發(fā)火預(yù)報技術(shù)的研究＊

鄔劍明 趙永芳 翟建山 戴詠軍 張宏慶

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024;2.山西先導(dǎo)科技開發(fā)有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集團潞寧煤業(yè)有限責任公司,山西省忻州市,036700)

基于信息管理系統(tǒng)的煤層自然發(fā)火預(yù)報技術(shù)的研究＊

鄔劍明1趙永芳1翟建山1戴詠軍2張宏慶3

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024;2.山西先導(dǎo)科技開發(fā)有限公司,山西省太原市,030006;3.山西潞安集團潞寧煤業(yè)有限責任公司,山西省忻州市,036700)

在利用礦井自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)對礦井火災(zāi)信息進行基本管理的基礎(chǔ)上,通過對煤層不同溫度下指標氣體生成規(guī)律的研究,采用前端編程語言Java連接后臺數(shù)據(jù)庫SQL Server的開發(fā)方式,建立起煤層自然發(fā)火預(yù)報系統(tǒng)。

煤炭自燃 信息管理 指標氣體

信息管理系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)把不同地域的信息處理中心聯(lián)結(jié)起來,對信息進行收集、傳輸、加工、存儲、更新和維護,使用戶共享網(wǎng)絡(luò)中的各種資源,為管理者進行決策提供及時、準確和可靠的依據(jù)。信息管理系統(tǒng)20世紀60年代起源于美國,20世紀70年代末80年代初出現(xiàn)在中國,80年代末在中國冶金、煤礦和石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

煤層自燃是我國煤礦生產(chǎn)過程中面臨的主要自然災(zāi)害之一。大量的實踐表明,在預(yù)測煤層自然發(fā)火過程中,發(fā)火信息管理系統(tǒng)只具備錄入、編輯、查詢等基本管理功能,而由人工分析大量數(shù)據(jù)信息后進行預(yù)測預(yù)報,不僅費時費力,而且會造成預(yù)報滯后或預(yù)報失誤。本文研究的煤礦區(qū)煤層自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)采用前端編程語言Java連接后臺數(shù)據(jù)庫SQL Server的開發(fā)方式,具備了對礦井自然發(fā)火信息管理的基本功能,重點研究和實現(xiàn)了礦井自然發(fā)火預(yù)報。為制定防滅火措施提供了科學(xué)依據(jù)。

1 系統(tǒng)組成

礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)由5個子系統(tǒng)組成,見圖1。

煤層自然發(fā)火檢測信息管理及預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)旨在對礦區(qū)各個礦井的日常煤層自然發(fā)火檢測信息進行管理,并能根據(jù)這些信息對檢測地點的自然發(fā)火狀態(tài)進行預(yù)測預(yù)報。

圖1 煤礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)組成

2 煤層自然發(fā)火預(yù)報技術(shù)研究

目前,國內(nèi)外對煤炭自燃的早期預(yù)報方法主要有指標氣體分析法和溫度檢測法等,其中氣體分析法是廣泛使用的一種方法。

由于煤種的不同,煤自然發(fā)火的緩慢氧化階段、加速氧化階段、激烈氧化階段的溫度范圍、氣體產(chǎn)物和特性也不相同。針對不同的煤種,需通過對煤樣實驗室加溫實驗獲得不同煤溫產(chǎn)生氣體的規(guī)律,優(yōu)選出可以反映煤的氧化階段的指標氣體。本文以潞寧3#煤層為例,對煤層采樣進行加溫實驗,實驗原始數(shù)據(jù)見表1。

通過對實驗數(shù)據(jù)分析可知如下3點。

(1)應(yīng)以CO作為指標性氣體,并輔以C2H6、C2H4掌握煤炭自燃情況;CO的出現(xiàn)說明煤已經(jīng)發(fā)生氧化反應(yīng),見圖2(a);C2H4出現(xiàn)表明煤溫已經(jīng)達到90℃左右,見圖2(b);C2H6達到峰值時煤溫已經(jīng)達到180℃左右,見圖2(c)。

表1 潞寧礦3#煤層指標氣體原始數(shù)據(jù)

圖2 各指標氣體與煤溫的關(guān)系

(2)在實踐中,指標氣體的發(fā)生量受礦井風(fēng)量的影響,如選用井下空氣中CO氣體的絕對量為預(yù)報指標可以抵消風(fēng)量的影響。井下空氣中CO氣體的絕對量計算方法如下:

式中:F——自然發(fā)火預(yù)報指標,m3/min;

C——觀測站氣樣中CO濃度,%;

Q——觀測站的風(fēng)量,m3/min。

利用指標氣體發(fā)生量進行預(yù)報,雖然可以抵消風(fēng)量的影響,但還受著火范圍的大小、不同煤種等因素的影響,因此在確定F臨界值時要結(jié)合礦井基本概況系統(tǒng)、煤層自燃特性信息管理系統(tǒng)及礦井煤層自然發(fā)火歷史記錄信息管理系統(tǒng)中相關(guān)信息,在實驗計算值的基礎(chǔ)上進行修正,以提高其靈敏度。經(jīng)求證,本例中F參考值小于0.0049 m3/min時為安全期;0.0049～0.0059 m3/min范圍內(nèi)為加強觀測期;大于0.0059 m3/min時為劇烈氧化期。

(3)實驗數(shù)據(jù)分析,煤在升溫過程中釋放出的C2H4量很少,易受到外界其它因素的干擾。實驗證明乙烯與乙烷之比(C2H4/C2H6)與溫度之間的關(guān)系具有明顯的規(guī)律性,見圖2(d),且可以克服通風(fēng)條件的影響。當風(fēng)流中檢測出C2H4,煤體溫度為100℃,相應(yīng)發(fā)出早期預(yù)報;當烯烷比值為2/3時,煤體溫度已超過140～200℃,已處于緩慢氧化階段,必須發(fā)出中期預(yù)報;當烯烷比值大于2/3時,煤溫已超過200℃,煤已處于加速氧化階段,必須發(fā)出緊急預(yù)報。

3 預(yù)報系統(tǒng)的建立

經(jīng)過指標氣體分析建立了火災(zāi)預(yù)報系統(tǒng),預(yù)報流程如下:

(1)通過實驗室升溫實驗可知煤溫達到30℃時,CO濃度值為0.0012%;當檢測到CO濃度大于等于0.0012%,即可判斷煤層已發(fā)生緩慢氧化反應(yīng);

(2)當CO濃度大于0.0012%后,為了排除礦井風(fēng)量對井下空氣中CO的影響,根據(jù)空氣中CO氣體的絕對量F值進行煤溫氧化階段的判斷;

(3)在煤加速氧化過程中要加強觀測,C2H4出現(xiàn)后,應(yīng)用C2H4和C2H6比值進行煤溫判斷,當C2H4/C2H6值在0.1～0.5之間時發(fā)出中期預(yù)報;當C2H4/C2H6值大于0.5時進行緊急預(yù)報。

根據(jù)上述流程采用前端編程語言Java連接后臺數(shù)據(jù)庫SQL Server的方式開發(fā)了預(yù)報系統(tǒng)軟件,軟件流程見圖3。

圖3 火災(zāi)預(yù)報系統(tǒng)軟件流程

4 結(jié)語

(1)煤礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)的煤自燃預(yù)報,首先要針對預(yù)報煤層選擇適合自然發(fā)火預(yù)報的指標氣體。通過分析指標氣體和煤溫之間的變化規(guī)律,進行煤自燃預(yù)報。

(2)CO濃度易受礦井風(fēng)流等因素的影響,選用井下空氣中CO氣體的絕對量為預(yù)報指標可以抵消風(fēng)量的影響。

(3)煤在升溫過程中釋放出C2H4量很少,易受到外界其它因素的干擾。利用乙烯與乙烷之比(C2H4/C2H6)可以克服通風(fēng)條件的影響,更準確地預(yù)報煤溫。

(4)煤礦區(qū)自然發(fā)火信息管理系統(tǒng)在信息相互傳遞的基礎(chǔ)上,綜合各影響因素確定預(yù)報程序中指標氣體判斷臨界值,增強臨界值的靈敏度,提高煤自然發(fā)火預(yù)報的可靠性。

[1] 吳玉國,鄔劍明,王俊峰.煤層自燃指標氣體的試驗研究[J].中國煤炭,2007(4)

[2] 謝振華.礦山安全管理信息系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].工業(yè)安全與防塵,2000(10)

[3] 許延輝,許滿貴,徐精彩.煤自燃火災(zāi)指標氣體預(yù)測預(yù)報的幾個關(guān)鍵問題探討[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2005(1)

[4] 王永湘.利用指標氣體預(yù)測預(yù)報煤礦自燃火災(zāi)[J].煤礦安全,2010(6)

Research on information management system for predicting spontaneous combustion in coal mining area

Wu Jianming1,Zhao Yongfang1,Zhai Jianshan1,Dai Yongjun2,Zhang Hongqing3
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China;2.Shanxi Advanced Science and Technology Development Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China;3.Luning Coal Mine,Shanxi Lu’an Group Co.,Ltd.,Xinzhou,Shanxi 036700,China)

Based on the information management of fire disasters in mines by the information management system of coal spontaneous combustion,the generation laws of index gases were analyzed for coal samples at the different temperatures.And the information management system for predicting spontaneous combustion of coal seam was then established by using Java as foreground tool and SQL SERVER as background database.

coal spontaneous combustion,information management,index gases

TD752.2

A

國家科技部國際科技合作攻關(guān)項目“煤礦重大事故災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究”,項目編號:2008DFB70100

鄔劍明(1964-),男,山西省河曲人,太原理工大學(xué)教授、博士、研究生導(dǎo)師,主要從事煤礦防滅火技術(shù)研究。

(責任編輯 梁子榮)