炮采工作面CO傳感器炮后高值原因分析及處理

摘 要：為了有效降低采煤工作面炮后CO濃度，避免CO傳感器高值假象，保證工作面安全生產，提高礦井決策水平，通過對CO傳感器工作原理及采煤工作面炮后氣體成分分析，得到了炮后CO傳感器顯示偏大的真實原因，并以此為基礎制定了綜合防治措施，通過措施的實施取得了良好的效果，為礦井安全生產奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：CO傳感器；放炮；防治措施；高值假象

國投新集公司新集三礦為急傾斜煤層，采用偽傾斜柔性掩護支架采煤法進行開采，在放炮落煤后回風流內CO傳感器常會較長時間處于報警狀態，然而炮后工作面只有極其微量甚至沒有CO，這種情況下的CO傳感器的頻繁報警讓礦井監控部門難以判斷是否因煤層自然發火隱患引起。根據CO傳感器報警次數統計發現，放炮后報警次數占總報警次數的98%以上，故CO傳感器的“假報警”勢必會給礦井的安全管理和領導決策帶來許多不必要的麻煩。分析和解決CO傳感器“假報警”，指導礦井安全開采，提高領導決策水平是當前礦井安全管理面臨重要的問題，在前人研究的基礎上結合礦井實際就CO傳感器工作原理和炮煙成分，對CO傳感器“假報警”進行研究，以冀提出有效的措施進行解決[1-2]。

1 礦井概況

國投新集能源股份有限公司井田位于淮南復向斜和謝橋向斜南翼，阜鳳斷層及其分支斷層的推覆構造斷夾塊內，屬阜鳳逆沖斷層的上覆系統。受區域推覆構造影響，礦井總體構造呈軸向近東西的不對稱倒轉褶曲形態，上部正常翼傾向北，傾角60～90°，下部全倒轉翼傾向南，傾角多為20～30°，少數50～70°，為急傾斜煤層開采礦井。礦井開拓方式為立井多水平集中大巷分區石門開拓，采用偽傾斜柔性掩護支架采煤法開采，放炮落煤，全部陷落法管理頂底板。偽傾斜柔性掩護支架采煤法是指在急傾斜煤層中，沿偽傾斜布置采煤工作面，變急傾斜為偽傾斜25～30°的工作面，采用工字鋼架梁與鋼絲繩組成柔性掩護支架將采空區和工作空間隔開，沿走向推進的采煤方法。礦井通風方式為中央分列式單翼通風，礦井絕對瓦斯涌出量為3.15～3.23m3/t，相對瓦斯涌出量為3.05～3.37m3/min，各主要可采煤層均有爆炸危險性，自燃傾向性為自燃。采煤工作面日產量約為550t、配風量為250m3/min。

2 工作面CO濃度偏大原因分析

2.1 炸藥爆炸后生成氣體成分情況

目前礦井使用的是安全等級為三級的煤礦許用水膠炸藥，炸藥爆破后不僅伴隨著高溫、高壓，而且還有諸多產物生成——CO2、CO、N2、H2O、C、H2、NO2、N2O、NO、CH4、NH3、O2等。其中有毒的物質為CO、NO2、N2O、NO等。

每千克炸藥爆炸后生成的有毒氣體總量（按標準狀況下折算成CO計）按下式計算：

V=V1+6.5V2

式中，V為每千克炸藥爆炸后生成的有毒氣體總量，L/kg；V1為每千克炸藥爆炸后生成的CO體積，L/kg；6.5為將氮氧化物折算成CO時的毒性系數；V2為每千克炸藥爆炸后生成的氮氧化物體積L/kg。

2.2 一氧化碳傳感器工作原理

國投新集公司新集三礦安全監控系統所采用的CO電化學傳感器工作原理是：CO氣體通過傳感器外殼上的氣孔經透氣膜進入工作電極表面，在催化作用下與水發生化學氧化反應，產生的氫離子在對電極上與水中氧氣發生反應生成化學還原反應生成水，在此過程中，氧化和還原反應始終在工作電極和對電極間可逆發生，并在兩電極間產生電位差，為了維持電位差的恒定和限制CO可測濃度，加入了參比電極，由于參比電極不參加反應，故電位的變化直接反應CO濃度變化，且CO傳感器產生的輸出電流與CO濃度變化成直線正比關系。CO電化學傳感器原理簡單，生產成本低廉，可檢測氣體種類較多，如CO、H2S、NO、N2O，正是如此，在多種氣體情況下對CO選擇性較差，進而會影響到CO濃度的正確檢測[3-4]。

2.3 一氧化碳傳感器顯示值偏大原因

氣相色譜分析儀只能分析O2、N2、CO2、CO、H2、C2H2、C2H4、C2H6等8種氣體成分，不能分析氮氧化物等氣體成分，氣相色譜分析儀與CO傳感器同時間測得的炮煙內CO對比如圖1所示，二者差值即為氮氧化物濃度。采煤工作面放炮后產生的CO、H2S、NO、N2O等氣體，而這幾種氣體都能與CO傳感器發生反應，故CO傳感器所測數值是“炮煙”體積分數，如果放炮時炸藥量過大，通風不暢等，則CO傳感器上顯示的數值就會更大。為了進一步驗證該判斷，礦井組織專業人員對放炮后氣體情況進行了實測，實測結果與理論分析結果一致。

圖1 CO傳感器與氣相色譜分析儀測得CO濃度關系圖

3 綜合防治措施

（1）嚴格按國家有關規定使用煤礦三級許用炸藥，堅決不能使用超過有效期或變質炸藥，盡量減少炸藥爆破后CO產生量。（2）因爆破產生的有毒氣體總量與炸藥用量成正比，所以必須嚴格控制一次起爆藥量，因此規定采煤工作面實行分段放炮，達到了減小炮煙產生量、降低炮后CO濃度及報警時間。（3）保證工作面風量滿足規程要求，并嚴格規定炮眼間距、炮眼深度等參數，保證工作面空間滿足通風需要，及時排走炮煙，縮短工作面CO報警時間。（4）保證炮眼封堵長度和封堵質量，使炸藥發生爆炸時，封泥破裂之前，裝藥孔內保持高溫、高壓狀態，有利于炸藥充分反應，減少有毒氣體生成量。（5）規范使用水炮泥及噴霧，針對三礦急傾斜采煤工作面實際情況，在架頭增設一道放炮噴霧，工作面回風巷共設置3道噴霧，充分吸附炮煙內氮氧化物，降低炮煙內氮氧化物對CO傳感器的影響。（6）根據現場實際情況，工作面炮后30分鐘內CO完全可以恢復至報警濃度以下。規定采煤工作面放炮作業在進風巷操作，回風巷內所有作業人員全部撤至新鮮風流內，待工作面CO濃度降至預警值（24PPm）以下且時間不小于15min后人員方可進入回風巷作業。（7）加強安全監控系統的維護。目前，礦井使用電化學式CO傳感器由于其本身原因，存在氣敏原件有效期、氣敏電極催化活性降低、電解液散失等問題，需定期對CO傳感器校正、檢修、更換，傳感器每次超限報警，要分析原因，查找傳感器本身有無問題，并及時總結經驗。

4 結束語

通過分析認為造成工作面CO傳感器顯示值偏高的真正原因并非礦井CO含量增高導致，而是因放炮后部分其他氣體參與了反應。針對CO傳感器高值假象原因提出了有針對性的措施，通過措施的實施有效地杜絕了CO超限報警假象，該研究也為其他礦井提供了一定的借鑒。

參考文獻

[1]張天鵬.電化學一氧化碳傳感器研究[J].艦船防化，2003（1）：18-20.

[2]王鴻雷.炮后CO傳感器顯示值偏大原因與防范措施[J].煤炭技術，2007，26（12），65-66.

[3]徐金陵，梁旭.炮采工作面炮后CO超限原因分析及防治措施[J].能源技術與管理，2013，38（5），35-37.

[4]趙曉莉，王繼峰.炸藥爆炸產生有毒氣體的原因及其防治[J].煤礦爆破，2007，77（2），23-26.

作者簡介：王友成（1986，12-），男，江蘇盱眙人，本科，助理工程師，現從事煤礦一通三防工作。