《论文煤矿防尘论文煤矿防火论文塔山煤矿国际先进 防火监 测技(定稿)》.doc

论文煤矿防尘论文煤矿防火论文塔山煤矿国际先进 防火监 测技(定稿) 煤矿防尘论文煤矿防火论文塔山煤矿国际先进防火监测技术应用研究摘要本文针对塔山煤矿石炭纪特厚煤层综放工作面的特点，介绍了国际先进的束管防火监测设备及技术，应用后实现了采空区火灾的早期预报，对于矿井的高产、稳产及安全生产具有重大意义。 关键词采空区；防火监测；标志性气体矿井火灾是煤矿主要灾害之一。 据统计，全国统配和重点煤矿中有自燃发火危险的矿井约占47%，且绝大部分发生在采空区附近。 因此，研究和分析工作面采空区自燃发火规律，以指导有针对性地采取一些切实可行的防灭火措施，不仅大大地提高了综采工作面生产的安全性，而且也尽可能地降低了综采工作面的防灭火费用及减少由于自燃发火所造成的损失。 综采放顶煤工艺实现了综放面的高产高效，但是同时造成了许多复杂的漏风形式，再加上特有的地质条件，直接影响采空区氧化三带的分布及其自然发火性。 根据火灾发生和发展的规律，应用成熟的经验和先进的科学技术手段，采集处于萌芽状态的火灾信息，进行逻辑推断后给出火情报告。 及时而准确地进行火灾早期预报，可以弥补预防之不足。 塔山矿引进澳大利亚DYNAMIC TECHNOLOGIES公司及Coal MinesTechnical Services公司开发的具有国际领先技术水平的束管防火监控系统，系统名称分别为TUBEBUNDLE SYSTEM MINEGAS及GC-CP4900，两套系统分别于xx年及xx年末投入运行，并顺利的完成8102首采工作面的防灭火监测任务。 目前共可以检测的气体种类包括CO、CH、CO、O、H、N、CH、CH 6、CH、CH、CH等十一种。 1系统介绍1.1TUBE BUNDLESYSTEMMINEGAS系统系统由两大部分组成第一，控制部分。 采用东芝PLC控制系统控制30路电磁阀，1个通讯模块与束管服务器进行通讯；第二，分析检测仪器。 采用一台富士红外分析仪分析CO、CH、CO、O四种气体，Peak Performer1色谱分析仪分析H2。 相比国内同类产品，整套系统具有连续24小时不间断分析的特点，并且通过近两年的使用情况来看，检测数据相当准确,为塔山8102首采工作面的防火监测工作提供了有力保障。 1.2CP-4900色谱系统气相色谱法是一种分析技术用于在两种相位之间分离样品。 这两种相位由一流动相（载体气体）和一固定相位（管道的包装或涂层材料）组成。 由于选择不同的相位组合，需分离的成份在他们之间以不同程度的分布。 作为分布的结果，成分被洗提并将能从质量或数量上被检测出来。 xx年末安装的CP-4900微型气相色谱仪主要用于对重碳氢气体的检测，采用高速分离管道，23分钟即可取得结果，比传统的气相色谱技术快1050倍。 3个气相色谱管道每个分别单独控制。 CP-4900的探测分析范围较广，探测氢气和一氧化碳的可能性从1PPM到百分之百的不同程度上分析含量，最主要的是能对更高的碳氢化合物（例如从C2到C5的碳氢化合物）进行常规分析。 色谱管道是一根长而连续的管子，这些管道的内直径仅有0.32mm，管道类型的选择由所需分析的气体类型决定，每种不同类型的管道内涂满一种特殊类型的化学物质，实现在分布时期内保留每种单独的气体。 服务器安装的STAR软件，此软件收集每次气体分析后的数据，采用先前提到的分离系统原理计算每种气体成分的浓度，在每次气体检测完毕以后都将自动生成一份分析报告，供监控人员使用。 两套系统各有特点，通过实践实现了优势互补。 利用MINEGAS软件分析检测采空区CO、O、CO的数据并且自动生成气体变化情况，软件集成了国际通用的CO增量法来判断采空区的自然发火趋势。 而CP4900则主要用于检测采空区的乙烯等重碳氢标志性气体的含量。 在浮煤、碎煤集中且通风不良的地方最容易发生煤的自燃现象，利用指标气体预测预报煤矿自燃火灾的方法很多，结合塔山煤矿实际情况可以选用的标志性气体及其预测预报方法如下。 选用CO作为自燃火灾预测预报的指标气体，是因为从煤炭的氧化到着火阶段，都不断地放出CO，而且一般煤层中不含有CO，其中的一种预测方法叫做CO增量法。 CO增量法是以煤在自燃过程中CO或CO的增加量与氧气浓度的减少量相比建立关系量，这种方法源于1914年英国人格雷哈姆，表达式如下式中，R 1、R 2、R3被称为火灾系数；、为预测地点的CO、CO浓度的增加量，O浓度的减少量。 塔山煤矿目前使用的束管监测正在使用此法来进行火灾的预测预报图2为CO与CO的比值，图3为CO与O的比值，当这两个图形的曲线同时呈上升趋势的时候，依据此法值机人员将初步判断采空区有自燃的倾向。 值得注意的是当采空区内掺入的新鲜风流越多时，则火灾系数R 1、R2的可靠性就会越低，而R3不会受此影响。 2.1.2乙烯通过对国内外大量经验的借鉴，塔山煤矿还采用了另外一种采空区防火预测预报的方法重炭氢气体检测。 而在大量的实践中发现，重炭氢气体中以乙烯与煤温的关系最为明显，出现了乙烯就可证明井下某处煤温已经高于110，这样单纯凭借乙烯来预报采空区自燃发火存在明显的不足，若在风流中检测出乙烯就进行预报，对于燃点为300360的塔山石炭二叠纪煤层，显然预报过早。 根据国内外相关资料，煤温在110210的过程中，乙烷的发生量高于乙烯的发生量，乙烷与乙烯之比与温度之间的关系具有明显的规律性。 即随着煤温的升高，“烷烯比”值逐渐减少。 根据所确定的烷烯比值就可以做出适时预报，并提出相应的预防措施 （1）当风流中检测出乙烯，说明煤体温度为110130，相应发出早期预报，以便做好思想和物质准备。 （2）当烷烯比值为23时，煤体温度已超过140190，已处于加速氧化阶段，必须发出中期预报，通知通风区做好一切灭火准备。 （3）当烷烯比值小于或等于1时，煤温已超过200，煤已处于急剧氧化阶段，故必须发出紧急预报，并采取果断措施。 上述方法具有如下优点 （1）预报温度高，使预报州区缩短； （2）判断方法直观，易于掌握； （3）受井下风量变化小。 2.1.3氢气煤炭自燃发火的另外一个重要的指标性气体为氢气，xx年末塔山煤矿自使用色谱仪来检测井下氢气浓度以来，不断有浓度不同的氢气被检测出来，其中采空区内氢气含量大约在510ppm，另外综采密闭区也有5ppm左右的含量被检测出来。 根据现场分析，可能是下列几种情况一是煤中原生呈吸附状态的氢气，在煤层开采破碎后解吸出来的；二是煤在自热或自燃过程中生成。 煤中吸附有氢气，在常温常压下氢气可能会从煤中解吸出来。 煤样在热解过程中，有氢气产生，一般随煤温度增高而氢气的生成量逐渐增大。 通过查阅和研究一些国内其他煤矿采空区煤炭自燃发火资料，我们发现当煤温升高到一定程度时，CO、C H、H都会出现，且所有煤样CO和C H出现的温度较氢气要低，即有H出现时气样中一定含有CO和C H。 根据目前我们所掌握的数据情况看，采空区的气样中仅有H，而无C H，则基本上可以认为采空区中的H为非煤炭自热或自燃所产生的，而可能是煤炭解吸所产生。 今后，我们将针对氢气做进一步的煤样热解试验研究，用数据证实上述结论将对完善煤炭自燃预测预报有着重要的意义。 所以，目前我们仍将采用CO和C H作为预报煤炭自燃的指标性气体较为合适。 3采空区“三带”范围的划分采空区浮煤能引起自燃的区域一定是具有较大的浮煤厚度、合适的漏风强度及足够的氧浓度。 若把这三个主要参数按煤的自燃三要素（即煤的自燃倾向性；连续的供氧条件；蓄热条件）来划分采空区，可以把采空区划分为散热带（不自燃带）、氧化升温带（可能自燃带）和窒息带（见图4）。 从工作面向采空区方向漏风量较大，氧的浓度大于18%，供氧充足，而氧化生成的热量被漏风带走，热量不易聚集，且温度较低，此为“不自燃带”；向采空区方向延伸，漏风减小，氧的浓度为618%，供氧适中，而氧化生成的热量不易被漏风带走，有自燃倾向，此为“可能自燃带”；若继续延伸，氧的浓度小于6%，供氧不足，氧化生成的热量减少，而且由于岩石传导，热量被逸散较多，所以温度有所下降，一般无自燃发火可能，此为“窒息带”。 现选取塔山煤矿综放工作面采空区2个取样点的历史数据如下进行分析由上述数据可以大致判断塔山煤矿综放工作面采空区“三带”分布05m为散热带，5170m为氧化自燃带，170m以后为窒息带。 这一结论的得出对于塔山煤矿防灭火工作有着极其重要的意义，日后还将通过对大量数据的分析对此进行研究论证。 利用采空区含氧量指标研究分析，将采空区按各单项因素划分“三带”，并对各带的特征进行了简单的分析。 显然，利用各单项因素划分的可能自燃带，是防火研究工作的基础。 为了便于将特征相似的区域归类，利于以后的防灭火管理、从防火安全的角度出发，综合各项指标将采空区划分“三带”比较合理。 4结论实践证明，早期预测预报对防止煤炭自燃火灾至关重要，其方法也多种多样。 利用指标气体来预测预报要注意其适用性、及时性、可靠性、准确性。 特别是指标气体的选