我國礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)及裝備研究進(jìn)展

王彬

摘要：礦井火災(zāi)是最常見的礦山災(zāi)害事故之一，對于礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)報(bào)，國內(nèi)學(xué)者較早時(shí)期就展開了研究。通過實(shí)驗(yàn)研究了煤自然發(fā)火期，將分布式光纖測溫技術(shù)應(yīng)用到煤礦火災(zāi)預(yù)報(bào)當(dāng)中，利用多元信息融合理論對礦井火災(zāi)進(jìn)行了預(yù)警研究。除此之外，學(xué)者針對膠帶巷、采空區(qū)等易發(fā)火部位預(yù)警進(jìn)行了研究。綜合考慮礦井火災(zāi)預(yù)警功能，仍缺少一套綜合實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)測、消防聯(lián)動(dòng)等功能預(yù)警系統(tǒng)。為此設(shè)計(jì)了一套集火災(zāi)監(jiān)測、火災(zāi)報(bào)警、信息反饋、消防聯(lián)動(dòng)于一體的礦井火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，以期早日投產(chǎn)使用，并為礦井火災(zāi)預(yù)警設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：礦井;火災(zāi);預(yù)警技術(shù)

引言

建立火災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)有助于盡早發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，進(jìn)而及時(shí)消除隱患，避免火災(zāi)事故的發(fā)生，有效保障井下作業(yè)人員安全，推進(jìn)礦井安全生產(chǎn)。

1、礦井火災(zāi)概況

安全是煤礦正常生產(chǎn)的重要前提，然而我國煤礦生產(chǎn)中危險(xiǎn)源較多，如瓦斯、水害、火災(zāi)等。火災(zāi)作為煤礦較為常見的事故，其發(fā)生和發(fā)展具有以下特點(diǎn)：①任意性。由于火災(zāi)的發(fā)生受到多種因素的影響，因此其發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)都具有不確定性。②確定性。礦井火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展、蔓延以及熄滅都遵循一定的規(guī)律。當(dāng)熱源、可燃物、空氣這3個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)，就會(huì)引發(fā)礦井火災(zāi)，而且大火中的燃燒以及煙氣流動(dòng)等都遵循著確定的傳熱傳質(zhì)、物質(zhì)守恒、流體流動(dòng)等規(guī)律。因此，掌握火災(zāi)規(guī)律、建立火災(zāi)預(yù)警是可能的。礦井火災(zāi)主要分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)。外因火災(zāi)是由外界火源（如明火、電火、違章爆破瓦斯、煤塵爆炸、機(jī)械摩擦及碰撞等）引起的非控制燃燒，具有發(fā)生突然、來勢兇猛的特點(diǎn)，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)釀成重大惡性事故。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國重大惡性煤礦火災(zāi)事故中大約有90%是由外因火災(zāi)引起的。內(nèi)因火災(zāi)是由于一些可燃物（如煤炭）在一定的條件和環(huán)境下自身發(fā)生物理化學(xué)變化、積聚能量而形成的火災(zāi)。內(nèi)因火災(zāi)有預(yù)可早期發(fā)現(xiàn)。

2、礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)及裝備

2.1基于氣體測試的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)及裝備

目前，在礦井生產(chǎn)過程中，基于氣體測試使用較多并且預(yù)警準(zhǔn)確率較高的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)主要有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和束管監(jiān)測系統(tǒng)。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)：從20世紀(jì)80年代開始，我國在部分煤礦試用了從歐美發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。之后我國科研工作者采用先引進(jìn)后消化吸收的方法并結(jié)合我國煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)際情況，研制出了KJ系列煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，被廣泛推廣應(yīng)用于煤礦井下，起到了很好的作用。近年來，很多學(xué)者在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的技術(shù)研發(fā)了多種新型監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，例如基于Zigbee技術(shù)，設(shè)計(jì)了僅通過Zigbee傳輸協(xié)議在地面上即可完成對井下帶式傳送機(jī)整個(gè)運(yùn)行過程的監(jiān)測顯示、控制、保護(hù)、報(bào)警和管理的煤礦井下通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。提出了一種將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)體系的架構(gòu)，基于此基本架構(gòu)，構(gòu)建了實(shí)際的應(yīng)用模型，并結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)實(shí)際情況和所應(yīng)用的各類裝備設(shè)施，設(shè)計(jì)出了完整的煤礦安全物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和開發(fā)出了詳細(xì)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。束管監(jiān)測系統(tǒng)：束管監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)階段主要分為色譜類束管監(jiān)測系統(tǒng)和紅外類束管監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。從JSG-8型束管監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理入手，對氣樣傳輸分析滯后時(shí)間、測點(diǎn)布置方案、系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，為束管監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場的正確使用和準(zhǔn)確監(jiān)測提供了參考依據(jù)。針對束管監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦井下防滅火工作的應(yīng)用現(xiàn)狀，根據(jù)南梁煤礦的實(shí)際情況以及煤樣的程序升溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開發(fā)了基于束管系統(tǒng)的煤自燃預(yù)警系統(tǒng)，為煤自燃預(yù)警提供了技術(shù)支持。

2.2基于溫度測試的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)及裝備

目前，在礦井生產(chǎn)過程中，基于溫度測試的預(yù)警技術(shù)及裝備主要有：激光氣體分析預(yù)警、紅外測溫預(yù)警、溫度傳感器預(yù)警等方面。基于激光氣體分析預(yù)警：在激光氣體分析方面，基于煤自燃過程各標(biāo)志氣體釋放時(shí)間及濃度不同的特點(diǎn)以及煤礦采空區(qū)三帶呈靜態(tài)分布的理論，設(shè)計(jì)了一種以激光氣體分析為檢測手段的礦井火災(zāi)預(yù)警裝備。針對氣相色譜法監(jiān)測系統(tǒng)不能連續(xù)用于現(xiàn)場監(jiān)測和在線監(jiān)測裝置對溶解于油中的氣體檢測時(shí)存在交叉干擾的情況，提出了將紅外激光氣體分析法用于檢測變壓器油中溶解氣體的方法，并通過C2H2的檢測得到了驗(yàn)證;以可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜吸收檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)研發(fā)了集高精度、寬量程、抗干擾、低誤差等優(yōu)勢為一體的礦用激光光譜多參數(shù)災(zāi)害氣體分析檢測裝備。紅外測溫預(yù)警：紅外線測定法的實(shí)質(zhì)是自然界的任何物體只要處于絕對零度之上，都會(huì)自行向外發(fā)射紅外線。物質(zhì)溫度越高，輻射能量就越大，則紅外測溫儀或紅外熱成像儀接受輻射量或輻射溫度就越高，根據(jù)這個(gè)原理就可利用紅外監(jiān)測儀器溫度的高低來確定井下巷道煤炭自燃的燃燒程度及范圍。這種方法比較簡單，可以快速地判斷出自燃程度及范圍。在測定時(shí)要求中間無遮擋物，因此主要用于浮煤堆、煤壁、煤柱等自燃隱患與自然發(fā)火火源的探測，但對于采空區(qū)發(fā)火點(diǎn)或離巷壁較遠(yuǎn)的火源點(diǎn)的有效探測具有一定的難度。溫度傳感器預(yù)警：溫度傳感器探測法是自燃高溫探測方法中應(yīng)用最為廣泛的方法。①采用溫度傳感器監(jiān)測井下空氣溫度變化情況;②采用溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶和傳導(dǎo)式溫度傳感器等，對采空區(qū)內(nèi)煤體進(jìn)行接觸式溫度檢測，或通過施工測溫鉆孔，利用溫度傳感器探測鉆孔孔底和孔壁的溫度情況。無線溫度傳感器、分布式測溫光柵和分布式測溫光纖都采用接觸式溫度檢測技術(shù)，都可歸類為傳導(dǎo)式溫度傳感器。無線溫度傳感器可預(yù)埋在采空區(qū)內(nèi)，通過定期發(fā)送無線信號(hào)傳送檢測結(jié)果到專用的信號(hào)接收裝置，實(shí)現(xiàn)對測點(diǎn)溫度的檢測。分布式測溫光柵可同時(shí)進(jìn)行一定數(shù)量測點(diǎn)溫度的連續(xù)檢測，分布式測溫光纖可實(shí)現(xiàn)對埋設(shè)測溫光纖的線狀分布測點(diǎn)的溫度進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測。在分布式光纖測溫方面，將分布式光纖測溫技術(shù)應(yīng)用于煤礦火災(zāi)預(yù)警的溫度監(jiān)測，該裝置實(shí)現(xiàn)了長距離、大范圍的溫度測量。提出分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用，有效地提高煤炭的運(yùn)輸質(zhì)量，能夠準(zhǔn)確地測量出傳輸皮帶各個(gè)點(diǎn)的溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的故障并且進(jìn)行報(bào)警，保證皮帶傳送機(jī)安全運(yùn)行。采用分布式光纖測溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對礦井溫度場無盲區(qū)的測量;并針對主流廠家的測溫主機(jī)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有統(tǒng)一的監(jiān)控解決方案、標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)接口、實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警等功能的測溫系統(tǒng)軟件。

結(jié)束語

在礦井火災(zāi)事故預(yù)警中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)安全隱患是成功救災(zāi)的關(guān)鍵。而要對火災(zāi)事故作出正確預(yù)警，就必須建立全面的礦井火災(zāi)事故預(yù)警系統(tǒng)，全面考慮內(nèi)、外因火災(zāi)預(yù)警，雙管齊下，并注意避開礦井火災(zāi)預(yù)警的誤區(qū)。要加強(qiáng)對采空區(qū)、事故易發(fā)區(qū)以及井下主要巷道如回采巷道、掘進(jìn)巷道等工作面的環(huán)境溫度、風(fēng)量和有害氣體濃度的監(jiān)測控制，根據(jù)所測數(shù)據(jù)，進(jìn)行合理有效的分析，從而及時(shí)消除火災(zāi)安全隱患。必須安裝完善的火警傳感器監(jiān)測系統(tǒng)，確保準(zhǔn)確監(jiān)測、及時(shí)預(yù)警，有效進(jìn)行人員避災(zāi)、撲滅火災(zāi)。

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