火情監測系統在綜放工作面防火預報的應用

李 麗

（大斗溝煤業公司，山西 大同 037003）

煤礦內因火災指的是因煤炭自燃引發的溫度升高發火、有毒有害氣體異常的災害，較外因火災隱蔽性更強，預防的難點和關鍵在于能否及早發現煤炭自燃的征兆。由于煤炭自燃是個先慢后快的過程，自燃早期產生的溫度和有害氣體濃度變化不明顯，如果不能及時監測預警到，就容易錯過最佳災害治理時間，導致災害的擴大蔓延。煤礦的采空區是煤炭自燃事故的高發區，特別是具有自然發火性的綜放工作面因開采工藝導致采空區有大量遺煤，采空區防滅火壓力更大[1]。傳統的采空區監測主要是以束管監測方式為主，因束管監測取樣后要經過較長的系統管路到地面進行分析，數據的準確度和實時性較差，綜合評價預警效果差，需要進行合理優化，采用新型礦用分布式激光火情監測系統。

1 礦用分布式激光火情監測系統

礦用分布式激光火情監測系統是將溫度異常和氣體異常的兩種火災監測預警技術融合于一體的火情風險分析和火災監控預警系統。[2]該系統在分析采空區火災成因及過程的基礎上，在井下采煤工作面利用光纖傳感技術實現采空區分布式長距離連續測溫；利用TDLAS 波長調制吸收光譜技術連續監測采空區CH4、CO、C2H2、C2H4、CO2、O2等氣體濃度，為煤礦井下火災監測提供準確、穩定、可靠的監測數據，并結合礦用分布式激光火情監測系統強大的分析和監測功能實現火情位置定位、監測現場取氣自動化、采集分析自動化、參數關聯分析等功能，并可根據火情監測模型達到監測、預警、防火效果評估的目的，對控制預防采空區（工作面）自然發火具有重要意義。本文采用的是KJ428 礦用分布式激光火情監測系統，具體實施地點為大斗溝煤業公司8304 綜放工作面。

2 工程概況

大斗溝煤業公司8304 綜放工作面開采石炭系5號煤層，平均煤厚11.7 m。老頂為中粒砂巖，均厚5.4 m；直接頂為粉砂巖，厚2.6 m；直接底為中粒砂巖，均厚3.2 m。煤層平均傾角5°，平均埋深281.7 m。工作面為兩巷布置，即進風巷、回風巷，走向長1800 m，傾向長210 m，通風方式為“U”型通風。瓦斯絕對涌出量0.51 m3/min，煤層自燃傾向為II 級自燃，發火期為81 d。工作面主要的防滅火措施是注氮和噴灑阻化劑。為了提升對工作面采空區監測、預警能力，布置了分布式激光火情監測系統。

3 火情監測系統應用

3.1 監測主機與測點的部署

結合8304 綜放工作面的具體情況，需要進行火情監測的位置為8304 工作面采空區、上隅角。火情監測系統設備具備8 路測氣通道和4 路溫度測量通道，根據上述測點部署需求，本次火情監測系統需要部署1 臺監測主機、1 臺測溫控制柜、1 臺氣體采樣泵，可完成對井下8304 工作面采空區、上隅角區域的CH4、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2氣體濃度及溫度參數的監測預警。主機與測點的具體安裝位置，可根據在主機與測點安裝過程中的實際情況，作出相應的調整。本次氣體檢測主機和光纖測溫控制柜分別安裝在8304 回風巷口附近硐室，監測點具體安裝位置如下：在8304 工作面上隅角部署1 路束管監測點，在回風巷側部署2 路束管測點，在進風巷側采空區部署3 路束管測點，沿回風巷部署1 路測溫光纜[3]。設置監測點T1-1、T1-2、T1-3、T1-4、T1-5、T1-6 分別對8304 工作面采空區、上隅角進行氣體及溫度參數監測，束管和測溫光纜沿回風巷及進風巷敷設，連接至8304 工作面回風巷巷道口附近硐室的氣體檢測主機和光纖測溫控制柜。火情監測系統設備部署示意圖如圖1，火情監測主機與測點部署一覽表詳見表1。

圖1 火情監測系統設備部署示意圖

表1 火情監測主機與測點部署一覽表

3.2 傳輸網絡設備部署

大斗溝煤業公司井下已建設有光纖通信網絡，并且井下礦用交換機具備以太網電口（RJ45 網線接口）可供使用。8304 工作面回風巷口附近的火情監測主機距離5號層307皮帶頭交換機為1000 m左右，因為距離較遠，需要從8304 回風巷口附近的火情監測主機敷設通信光纜至5 號層盤區皮帶頭交換機，并在交換機附近部署1 臺礦用本安型信號轉換器，將以太網光信號轉換為以太網電信號（RJ45 網線接口），接入交換機，利用光纖網絡將數據上傳至地面監控中心，實現井下火情監測系統和地面服務器系統、業務管理系統之間的數據和業務互聯。

3.3 數據處理

（1）實時顯示分析

系統可實時直觀形象多目標展示CH4、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2氣體濃度及溫度參數變化趨勢，通過在線的實時曲線及歷史數據曲線呈現出來，便于發現異常火情；通過在線實時的比較相互關聯的參數值，便于發現束管堵塞、測溫光纖斷裂等異常情況。氣體監測參數實時曲線如圖2，光纖溫度參數實時曲線如圖3。

圖2 氣體監測參數實時曲線

圖3 光纖溫度參數實時曲線

（2）歷史曲線分析

系統可實現針對監測監控采集的歷史數據安全指定的分析條件進行基于指定監測參數、多監測參數、測點參數、關聯測點參數、業務功能組關聯測點參數的曲線分析，分析支持多坐標軸、異常關聯等輔助分析方法，可以方便直觀地反映出不同參數之間、關聯工作面之間的互相變化影響。該功能可直觀地從歷史監測記錄中發現規律，提高火災預防和治理水平。

（3）報表分析

系統提供了豐富的表格、圖形等報表格式，可形成周期性火情分析報告表、火情監測參數統計表、氣體參數監測日報表、溫度監測日報表等報表信息。該功能可方便對各類信息進行統計分析，極大地提高了監測人員的工作效率。

4 現場應用效果

大斗溝8304 綜放工作面通過采用新型礦用分布式激光火情監測系統對工作面遺煤自然發火情況進行預測預報，比傳統束管監測方法在預測預報效果上約提前10 d 以上，并且可以準確定位火區范圍，爭取了寶貴的災害治理時間，可及時通過增加注氮量、噴灑阻化劑、加快回采進度、發火區定向注入液態二氧化碳等防滅火措施對采空區自然發火情況進行干預，起到較好的防火效果，杜絕了綜放工作面采空區自然發火隱患。

5 結語

（1）礦用分布式激光火情監測系統是將溫度異常和氣體異常的兩種火災監測預警技術融合于一體的火情風險分析和火災監控預警系統，比傳統束管監測系統分析數據更及時準確，預測預報更精準智能。

（2）大斗溝8304 綜放工作面使用該系統后，采空區遺煤自然發火預測預報提前10 d 以上，可精確鎖定火區范圍，為礦井防滅火措施制定提供了有力的依據，爭取了寶貴的災害治理時間，真正做到將火災隱患扼殺在萌芽狀態，技術經濟效果顯著，值得在同類型礦井綜放工作面推廣。