煤层自然发火预测预报技术-第三讲

1、煤层自然发火预测预报技术,第三讲：矿井火灾预测预报技术,自然发火早期预测预报技术,主要内容,外因火灾监测与预警技术,火灾监测、预测预报技术装备,一自然发火预测预报技术,1,煤自然发火早期征兆,a,温度升高,通常表现为：煤壁温度升高、自燃区域的出水温度升高,和回风流温度升高，这是由于煤氧化自燃进入自热阶段放热所致,b,湿度增加,通常表现为煤壁“出汗”、支架上出现水珠等，这是因,为煤在自燃氧化过程中生成和蒸发出一些水分，遇温度较低的空气,或介质重新凝结形成水珠或雾气,c,出现煤焦油味,火源中心点的水分蒸发殆尽后，由于供氧不足而进,入干馏阶段，释放出具有煤焦油味的气体所致,d,人体感到不适或出现某些

2、病理现象,自然发火过程中释放出大量的,CO,SO,2,H,2,S,等有害气体，人们吸入后往往感到头痛、疲乏、昏,昏欲睡、四肢无力等病理现象,e,出现烟雾或明火,自然发火发展到一定程度时，会出现烟雾或明火,此时处理措施一定要谨慎、得当，以免引燃引爆瓦斯，造成非常严,重的后果,一自然发火预测预报技术,2,煤自然发火预测预报方法,气体分析法,测温法,光电法、电离法、烟雾法和,气味检测法,等,我国最常用的是气体分析法和测温法，以气体分析法为主。气体分析,法是通过分析煤自然发火过程中产生的某些气体的浓度、比值、发生,速率等特征参数，对煤自然发火发展趋势等做出预测预报的方法,一自然发火预测预报技术,3,气

3、体分析法,是通过煤自然发火过程中产生的某些气体的浓度、比值、发生速率等,特征参数，对煤自然发火发展趋势等做出预测预报的方法,通常把这些能够表征煤自然发火进程的气体或其之间的比值称为,自然,发火标志气体,常用的标志气体有,CO,CO,2,C,1,C,4,烷烃,C,2,C,3,烯烃及,C,2,H,2,及链烷比,烯烷比等,一自然发火预测预报技术,3,气体分析法,自燃氧化气体,由于煤的氧化而产生的气体,如,CO,C2H4,C2H2,和部分,C1-C4,烷烃,CO,2,等,自然发火,气体产物,自燃吸附气体,吸附在煤体孔隙中，由于氧化升温,而解吸。如：吸附态的,C1-C4,烷烃,CO2,N2,SO2,等,

4、3,气体分析,3.1,煤自然发火气体产物测试原理及方法,多点温度记录仪,色谱数据处理机,1,温度控制单元,2,3,4,5,热,电,偶,氧化炉,G2800T,色谱仪,O2,N2,6,7,净化管,样,品,管,压,力,表,流,量,计,热电偶,G3800F,色谱,仪,CO,CH4,CO2,烷烃、烯,烃、炔烃,10,8,9,空气泵,净化管,自动定量进样器,气体管路,电气线路,图,4-3-2-1,煤自然发火气体产物模拟试验装置流程图,3,气体分析,3.2 CO,标志气体,C,O,发,生,率,m,l,g,m,i,n,CO,产生速率与煤温的关系,2500,2000,1500,1000,500,0,0,50,1

5、00,150,随着煤温的升高,CO,发生速率增,大,CO,发生速率在,40-50,的温度范,围内基本保持不变,此后至,180,以前,CO,发生量与煤,温之间的关系表现为指数函数关,系,当煤氧化进入激烈氧化阶段时,其发生量达到最大值，以后煤温,继续上升,1-褐煤,2-长焰煤,3-气煤,4-肥煤,5-焦煤,6-瘦煤,7-贫煤,8-无烟煤,3,1,4,2,7,6,8,5,煤温（,200,250,典型煤样CO发生率与煤温的关系,3,气体分析,3.2 CO,标志气体,CO,发生率绝对量,C,O,发,生,率,m,l,g,m,i,n,2500,2000,1500,1000,500,0,0,50,100,15

6、0,随着煤的变质程度的加深,CO,发,生率绝对量在同一温度点表现出,逐渐降低的规律,形成两个明显的分带：无烟煤,贫煤、瘦煤和焦煤等变质程度较,高的煤比较集中，处于,CO,发生率,比较低的分带内，而气煤、长焰,煤和褐煤等变质程度较低的煤则,集中在,CO,发生率较高的分带内,1-褐煤,2-长焰煤,3-气煤,4-肥煤,5-焦煤,6-瘦煤,7-贫煤,8-无烟煤,3,1,4,2,7,6,8,5,煤温（,200,250,典型煤样CO发生率与煤温的关系,3,气体分析,3.2 CO,标志气体,CO,临界温度值,所谓临界温度是指煤氧化后开始检测到,CO,的温度值。（氧化性质、仪,器性能）一般指,5ppm,时煤温

7、,随着煤变质程度的增加,CO,的临界温度也随之增高,煤种,CO,临界温度,褐煤,41,长焰煤,66,气煤,59,肥煤,66,焦煤,81,瘦煤,94,贫煤,130,无烟煤,83,3,气体分析,3.2 CO,标志气体,CO,标志气体及其应用,CO,检测温度范围极宽，从常温一直到进入激烈氧化阶段都就能检测到,CO,特别,是对于褐煤这样的低变质程度煤，往往在其采掘过程中一直伴有,CO,的释放，这给,自然发火预测预报带来了很大的困难,CO,发生量与煤温之间的变化关系不明显，特别是在现场复杂生产条件下,CO,会,出现时有时无的情况，难以确定煤氧化自燃的发展阶段，使预测预报的精度和准,确率较低，甚至出现漏报

8、,从,CO,的检测来看，对其分析仪器的性能要求较高，特别是微量检测时分析误差的,影响比其它指标的要大,从另一角度来看,CO,检测手段较多，如便携仪、传感器、检知管以及色谱分析仪,等，这也是,CO,长期作为煤自燃发火预测预报常用指标的主要原因之一,3,气体分析,3.2 CO,标志气体,CO,标志气体应用中应注意的问题,煤矿井下存在非氧化来源的,CO,主要来源：机械破碎、机械摩擦等，表现在割煤、落煤、放炮、打钻等,1,早在,1975,年梅尔托和格拉赢尼提出，吸附在煤表面的,CO,解吸是在真空条件下煤研磨时产,生,CO,的潜在源,2,塔拉巴则认为,CO,是被机械激活脱羰产生的,3,原生,CO,关于煤

9、层中是否有原生,CO,许多生产管理者已提出质疑，但未见被证实的报道,氧化来源的,CO,存在常温氧化的情况,抚顺分院实验结果,平庄褐煤,50g,200min,CO=250ppm,大雁褐煤,600g,50h,2000ppm,3,气体分析,3.2 CO,标志气体,型煤矿气体可爆性测定仪,300,250,200,C,O,浓,度,1,0,6,注射器,150,1#煤样,2#煤样,3#煤样,1#煤样,100,微型泵,50,0,气室体,气相色谱仪,煤样室,多参数气体分析仪,0,100,200,300,400,500,600,700,时间 （min,800,900,试验煤样常温下CO产生规律,低变质程度褐煤常温

10、下氧化能产生,CO,3,气体分析,3.3,烯烃及烯烷比标志气体,烯烃,乙烯,C,2,H,4,丙烯,C,3,H,6,煤吸附的瓦斯气体中没有烯烃气体,井下检测到的烯烃气体是煤氧化分解过程中产生的,烯烃气体的出现表征煤的氧化已经进入释放氧化气体的阶段,一般认为，乙烯,C,2,H,4,的出现是煤自燃进入加速氧化阶段的标志,3,气体分析,3.3,烯烃及烯烷比标志气体,规律,产生速率随煤温的上升均呈现出上升,的规律,产,气,速,率,m,l,g,m,i,n,80,并随煤种的不同表现出明显的分带,即褐煤、气煤、长焰煤比较集中，而,贫煤、无烟煤、焦煤、瘦煤则集中于,另一分带内,C,3,H,6,的发生速率较小，且

11、临界温度较,高，晚于,C,2,H,4,出现,C,2,H,4,C,3,H,6,均不宜作为无烟煤自燃的,预测预报标志气体,60,40,20,1,褐煤,2,长焰煤,3,气煤,4,肥煤,5,焦煤,6,瘦煤,7,贫煤,8,无烟煤,2,6,3,1,5,4,7,8,0,100,150,200,250,300,煤温（,各煤种典型煤样的,C,2,H,4,发生速率,3,气体分析,3.3,烯烃及烯烷比标志气体,临界温度,高于,CO,的临界温度,煤氧化已进入加速氧化释放气体阶段的温度下限值，也就是说，只要在监测区内,检测到烯烃气体，则表明煤温已达到或超过其临界温度,C,2,H,4,和,C,3,H,6,不是同一温度下出

12、现，因此可以根据它们出现与否判断煤温的大致范,围，但对变质程度高的煤，它们的临界温度相同或相差很小，则,C,3,H,6,就不会有太,大的实用性了,煤种,C,2,H,4,C,3,H,6,褐煤,109,长焰煤,119,气煤,124,肥煤,127,焦煤,148,瘦煤,150,贫煤,150,无烟煤,148,124-134,121-132,121-142,136-147,156-160,151-157,150-168,150-162,3,气体分析,3.3,烯烃及烯烷比标志气体,烯烷比,C,2,H,4,C,2,H,6,随着煤温的升高，比值逐,C,2,H,4,C,2,H,6,4,渐增大，并达到第一次高,峰，

13、之后随煤温的升高而,3,比值下降，随着煤的氧化,进入激烈氧化阶段，比值,又出现第二次峰值,煤的氧化分解反应是分段,2,1-褐煤,2-长焰煤,3-气煤,4-肥煤,5-焦煤,6-瘦煤,7-贫煤,8-无烟煤,4,1,8,6,7,2,5,1,3,0,0,50,100,150,200,250,300,350,进行的,煤温（,典型煤样C,2,H,4,C,2,H,6,的变化曲线,3,气体分析,3.3,烯烃及烯烷比标志气体,烯烃及烯烷比的应用,C2H4,的出现表明煤已进入氧化释放气体阶段，此时的煤温应在,100,以上，依,煤种的不同而异,对于褐煤、长焰煤、气煤和肥煤,C2H4,出现的临界温度为,120,左右，

14、而焦煤,瘦煤和贫煤,C2H4,出现的临界温度为,150,左右,对于,C2H4,预测预报的上限，褐煤、长焰煤、气煤和肥煤在,180,以前比较合适,焦煤、瘦煤和贫煤则在,210,以前为宜；然而其预报下限，应针对具体情况而定,C2H4,不宜作为无烟煤自然发火预测预报的标志气体，其临界温度值仅具有一定,的参考价值,3,气体分析,3.3,烯烃及烯烷比标志气体,烯烃及烯烷比的应用,C2H4,作为标志气体（无烟煤除外）具有较好的使用价值，优于,CO,标志气体,但是单独使用,C2H4,也难以完全明确煤氧化温度和氧化发展阶段，因此用,C2H4,作主要标志气体并配合其它标志气体使用将能更好地发挥作用,C2H4 /

15、C2H6,可用来预测煤氧化发展阶段，但用于褐煤、长焰煤、气煤、肥煤的,效果要优于焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤,对于褐煤、长焰煤、气煤、肥煤来说,C2H4 /C2H6,的第一峰值是煤进入激烈氧,化阶段的标志,3,气体分析,3.4,炔烃标志气体,炔烃及其应用,炔烃气体仅指乙炔,C,2,H,2,是所有自燃氧化气体产物中最晚出现的气体，出现的临界温度值较高,是煤氧化进入燃烧阶段的产物,根据抚顺矿务局的应用经验，一旦在矿井井下检测到,C,2,H,2,则表明在监测区域,内存在有已经进入燃烧阶段的明火或处于高温状态的阴燃点，此时采取灭火措,施一定要谨慎，避免直接将火源暴露于空气中，以防引发瓦斯煤尘爆炸,3,气体

16、分析,3.5,链烷比,两类,长链的烷烃气体与,甲烷,的比值,C,2,H,6,CH,4,C,3,H,8,CH,4,C,4,H,10,CH,4,长链的烷烃气体与,乙烷,的比值,C,3,H,8,C,2,H,6,C,4,H,10,C,2,H,6,0.8,0.7,0.6,0.5,C3H8/C2H6,C4H10/C2H6,C2H6/CH4,C3H8/CH4,C4H10/CH4,比,率,0.4,0.3,0.2,0.1,0,0,50,100,150,200,250,300,350,煤温,褐煤链烷比,3,气体分析,3.5,链烷比,链烷比的应用,链烷比随煤温的升高会出现峰值（或突然增加段），此峰值温度（或突增段温

17、,度）是煤氧化进入激烈氧化阶段的前兆和标志,C3H8/C2H6,随煤温变化的关系比较明显，也比较简单，煤温与其比值有较准确,的对应关系,C4H10/C2H6,也有峰值温度，只是峰值温度较高，且有效的温度范围很窄,从气体分析检测的角度来看，随着烷烃碳原子序列的增加，其检测难度也越大,因此,C3H8/C2H6,要优于,C4H10/C2H6,C4H10/C2H6,只作为辅助指标,3,气体分析,3.5,链烷比,链烷比应用中应注意的问题,链烷比的影响因素,1,煤本身吸附的烷烃量（煤层气含量），如高瓦斯矿、低瓦斯矿,煤中吸附的大量的烷烃气体改变了链烷比随煤温升高而变化的规律,2,吸附烷烃的释放时间，如新揭

18、露的采掘工作面、暴露时间较长的煤巷,煤暴露在空气中的时间不同，链烷比表现出来的规律也不同,对于采掘工作面这些新破碎、剥落的区域，采用链烷比作为标志气体指标预报,煤自然发火有一定的难度,对于发生在采空区的高温点，由于残余煤体得到了较强烈的破碎，同时又经过,了较长时间，其吸附烷烃基本上被释放完，采用链烷比预报自燃火灾就能排除,生产条件所造成的影响，取得较好的预测预报效果,3,气体分析,3.6,判断自然发火熄灭程度的标志气体,C,2,H,2,乙炔）：是激烈氧化的标志，是明火、阴燃高温点的报警指标，因此,乙烯可以作为自然发火熄灭程度的标志气体，只要火区内能监测到乙烯，可断,定明火、阴燃高温点依然存在,

19、C,2,H,4,乙烯）,C,3,H,6,丙烯）：它们是加速氧化的标志，它们也可以作为判断,自然发火熄灭程度的指标，火区内能监测到烯烃气体，说明火灾仍具有扩大,发展的势头,对于火区煤矿安全规程,第二百四十八条,规定火区启封具备的,4,个指标,一,火区内的空气温度下降到,30,以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同,二,火区内空气中的氧气浓度降到,5.0,以下,三,火区内空气中不含有乙烯、乙炔,CO,在封闭期间内逐渐下降，并稳定在,0.001,以下,四,火区的出水温度低于,25,或与火灾发生前该区的日常出水温度相同,五,上述,4,项指标持续稳定的时间在个月以上,3,气体分析,3.7,煤自然发火

20、的标志气体优选,煤自然发火一般都要经历从缓慢氧化到加速氧化直至激烈氧化的阶,段，各矿随着煤质、煤层和采掘工艺的不同，所表现出来的规律也不尽相,同,针对自然发火的不同阶段，所采取的防灭火措施应该是不同的,煤自然发火的预测预报应该根据本矿的实际情况优选适合于本矿,本煤层）的综合标志气体指标，对煤自然发火的不同阶段进行预测预报,以指导防灭火措施的制定和实施,不应该硬套其他矿井的预测指标，更不应该仅使用,CO,单一指标,3,气体分析,3.7,煤自然发火的标志气体优选,优选原则,首先，在煤自然发火预测预报中应抛弃过去相当长时间采用的单纯使,用,CO,及其派生指标的观念，应当在使用,CO,的前提下，探讨和

21、寻求其它以,乙烯为代表的烯烃气体和以乙炔为代表的炔烃气体共同作为综合判断指标,的可能性，并增加这些标志气体的预测预报指标作为综合指标对煤自然发,火的不同阶段及其发展态势进行预测预报，这样不但可以排除单一使用,CO,时出现地质因素和采掘因素的干扰和对它可信度的怀疑，还可以根据,不同的氧化阶段采取相应的防治措施，做到有的放矢,3,气体分析,3.7,煤自然发火的标志气体优选,优选原则,其次，煤的氧化气体产物及其产生速率受煤自身的物理化学性质、氧,化环境条件等诸多因素的影响，其中变质程度是一个主要因素,随着煤,种的不同，煤自然发火氧化发展阶段的温度范围、气体产物和特性都不同,因此各矿应在实验室自然发火

22、模拟试验的基础之上，分析和掌握不同温度,段的气体产物特性，优选适合于,本煤层的标志气体指标，并通过大量和,长期的现场观测统计，对已确立的标志气体综合指标进行修正和细化,3,气体分析,3.8,日本太平洋矿,CO,集中监测系统报警方式,测定值，持续时间，变化率,项目,记号,A,B,矿井火灾,C,D,E,自然发火,F,G,报警种类,限位,限位,20min,温升率,64min,温升率,3h,温升率,8h,温升率,24h,温升率,监测间隔,30s,30s,4min,8min,30min,30min,30min,超过设定值,同时超过设定值和设定时间,5,次连续,4min,监测结果的平均值与前,20min,

23、测值的比值超过设定值,8,次连续,8min,监测结果的平均值与前,64min,测值的比值超过设定值,6,次连续,30min,监测结果的平均值与前,3h,测值的比值超过设定值,8h,内，每,30min,监测结果平均值的直线回归结果与,8h,前测值的比值超过,设定值,24h,内，每,30min,监测结果平均值的直线回归结果与,24h,前测值的比值超,过设定值,报警判断依据,3,气体分析,3.8,日本太平洋矿,CO,集中监测系统报警方式,测定值，持续时间，变化率,10,B限位报警设定：持续5min浓度超过3ppm,发令报警,不报警,设定报警值,C,O,浓,度,1,0,6,8,6,4,2,0,0,2,

24、4,6,2.5min,5min,8,10,12,14,16,18,时间(min,B限位报警示意图,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,实例,1,抚顺老虎台矿,54001,回风高顶,日期,CO,ppm,CO2,CH4,C2H4,ppm,C2H6,ppm,C2H2,ppm,C3H8,ppm,O2,N2,现场征兆,8.11,8.12,8.12,8.15,1960.45,2921.28,2019.41,1.86,1.25,1.74,1.67,1.34,0.29,1.36,1.24,0.27,36.27,60.84,34.64,2.52,376.24,631.08,502.64,49.3

25、9,0,468.32,0,290.80,0,276.18,0,59.79,16.2,14.6,15.2,19.5,82.2,无视觉征兆,79.9,煤焦油味，轻微烟雾,79.9,放下顶部浮煤，处理后,79.5,注水处理后，无任何征,兆,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,实例,2,抚顺老虎台矿,5306,老回风道上、下顺槽砂碹砂门,日期,CO,ppm,CO2,CH4,C2H4,ppm,C2H6,ppm,C2H2,ppm,C3H8,ppm,O2,N2,位,置,现场征兆,砂碹向外冒青烟,说明已进入加速,氧化阶段，火势,发展迅猛。打钻,注水处理,8.17,8.17,8.18,8.18,

26、8241.9,8288.1,19617.3,977.9,15.3,12.1,6.7,0.5,2.6,1.5,0.6,0.07,491.7,362.7,76.3,11.8,1167.2,1600.5,556.7,48.2,0,0,0,0,676.3,763.5,238.3,21.3,9.3,5.6,11.9,20.1,69.9,1,76.9,2,80.1,1,78.5,2,现象消失，火势,得到控制。随后,熄灭,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,实例,3,抚顺老虎台矿,50502,集中运煤巷顶板,日期,3.15,3.18,3.20,3.24,3.25,3.27,3.28,3.29

27、,3.30,3.31,4.01,CO,ppm,72.4,65.0,8.4,26.9,1897.7,1183.4,371.9,132.2,37.6,128.9,0,CO2,0.7,0.9,0.5,1.1,5.2,3.3,5.1,5.8,4.7,3.5,0.3,CH4,0.3,1.0,0.5,0.8,6.5,2.9,4.5,7.8,7.0,4.9,0.1,C2H4,ppm,11.7,22.8,8.1,13.9,149.9,76.9,90.3,56.9,44.5,66.8,0,C2H6,ppm,46.7,103.4,44.0,83.9,653.9,222.5,426.9,432.5,366.9,77

28、0.3,96.6,C2H2,ppm,0,0,0,0,6.27,0,0,0,0,0,0,C3H8,ppm,24.3,61.7,26.3,52.55,275.7,150.5,204.5,219.2,399.7,535.5,0,O2,20.0,20.2,20.0,19.4,15.4,18.6,14.7,14.4,15.6,16.9,20.2,N2,79.1,78.0,76.9,70.8,现场发现明火。注砂,74.6,明火灭，仍有复燃势头,76.4,继续处理,71.7,继续处理,72.9,继续处理,73.7,继续处理,79.3,火灾彻底熄灭,C2H4,时大时小，未采,取措施,现场征兆,78.6,无视觉

29、征兆，气体超,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,实例,4,抚顺老虎台矿,50502,溜煤道砂门老火区,日期,5.24,5.26,5.27,5.29,5.30,5.31,6.02,6.03,6.05,6.06,CO,ppm,7360.9,196.3,4135.1,2022.8,1292.2,8915.42,5708.9,8512.5,0,0,CO2,3.3,0.5,1.3,0.8,0.9,4.1,4.0,6.8,0.4,0.3,CH4,0.65,0.03,0.11,0.07,0.08,0.26,0.64,0.79,0.02,0.05,C2H4,ppm,379.2,21.8,52

30、.5,14.6,50.5,157.2,245.6,257.7,0.3,0,C2H6,ppm,26.8,113.3,67.8,58.2,258.2,883.4,732.7,2.7,2.7,C2H2,ppm,3.20,3.09,0,2.37,6.10,3.59,3.34,0,0,C3H8,ppm,328.9,3.4,47.6,30.7,18.7,121.2,408.4,269.6,1.99,0,O2,15.9,20.2,18.4,18.8,18.1,16.8,13.8,12.1,19.7,20.3,N2,现场征兆,594.1,26.13,80.4,5,月,24,日,检测到砂门,子内出现,C2H4,

31、C2H2,气,78.8,体，从标志气体来看,80.7,可能已经存在明火，但,现场仅发现轻微烟雾,79.8,且气体浓度变化较大,80.7,时大时小，推断可能存,在别的漏风通道。经查,79.4,冒顶已与溜煤巷沟通漏,81.2,风。随后采取注浆、注,砂等措施，由于未找到,79.9,确切的火源位置，灭火,效果不佳，且火区反复,79.7,严重。后经反复圈定火,79.4,源，采取措施后熄灭,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,实例,5,平庄六家矿,W,N,一段,6-3,炮采工作面采空区自然发火事故,火灾事故发展简要经过,2001,年,6,月,15,日,W,N,一段,6-3,炮采工作面开始安

32、装,束管采样系统进行采空区自燃“三带”观测试验，此期间工作面停止灌浆、洒浆等,防灭火措施，为了解决上隅角瓦斯超限的问题，将工作面供风量由原来的,220m,3,min,增加到,314m,3,min,7,月,9,日上午,W,N,一段,6-3,炮采工作面回风流中,CO,超限，其浓度达,0.028,超前支护段,CO,浓度为,0.036,上隅角为,0.08,0.1,工作面由进风侧向上隅角,CO,浓度逐渐上升,7,月,14,日，工作面上隅角及,回风流中均检测出一定浓度的,C,2,H,4,小于,8ppm,7,月,17,日,C,2,H,4,浓度发展到,13,14ppm,7,月,19,日猛增到,40.5ppm,

33、火灾表现出迅猛并难以控制的趋势。尽管采取,各种措施（主要是用沙袋封堵上风侧向采空区的漏风）全力以赴控制和消灭火灾,但考虑到即将来临的半个月的全矿停产放假，因此该工作面被迫封闭，并在密闭后,20m,的地方重新布置切眼，恢复通风系统,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,平庄六家矿,W,N,一段,6-3,炮采工作面采空区自然发火事故,时间,采样地点,上隅角,7.14,回风巷,机头,上隅角,回风巷,7.17,机头,O,2,19.65,19.78,19.23,19.89,19.89,19.50,N,2,79.07,79.73,79.59,78.12,78.30,78.48,CO,ppm,

34、396,403,570,347,161,27,CO,2,ppm,2972,3104,4673,4546,2687,1619,CH,4,ppm,2250,2179,3405,2977,1602,1329,C,2,H,4,ppm,5.61,5.38,7.79,14.94,7.77,0,C,2,H,2,ppm,0,0,0,0,0,0,C,2,H,6,ppm,49.60,50.25,73.59,91.06,48.85,14.76,上隅角以里,皮带机给煤,上隅角,7.19,回风巷,机头,上隅角以里,19.61,20.33,16.29,20.13,20.76,16.47,78.50,79.23,77.69

35、,76.80,76.78,77.61,304,0,2492,374,46,2323,3553,421,1562,3748,766,16143,2085,0,13647,3063,1042,13032,13.26,0,40.5,6.24,0,40,0,0,0,0,0,0,77.36,0,30.00,53.00,5.00,311.00,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,平庄六家矿,W,N,一段,6-3,炮采工作面采空区自然发火事故,采空区内气体监测结果对比分析,推进度,m,1.70,3.70,9.10,9.90,10.60,13.60,14.90,15.80,16.20,17.2

36、0,18.00,C,2,H,4,ppm,1,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00,6.68,0.00,278.27,0.00,0.00,2,4.62,0.00,0.52,0.00,0.00,0.00,2.38,0.00,3.06,0.00,3.12,3,12.10,1.39,1.93,1.00,3.37,2.10,0.00,0.00,2.85,1.32,5.80,4,2.70,1.78,1.00,1.00,0.86,0.00,0.74,0.00,1.20,1.46,5.01,5,1.45,1.51,0.00,1.74,0.78,0.00,73.05,0.64,0.00,1

37、.57,31.83,3,气体分析,3.9,煤自然发火的标志气体应用实例,平庄六家矿,W,N,一段,6-3,炮采工作面采空区自然发火事故,采空区内气体监测结果对比分析,80,1200,C,2,H,4,浓,度,p,p,m,60,C,O,浓,度,p,p,m,40,1#点测值,2#点测值,3#点测值,4#点测值,5#点测值,4,800,3,1#点测值,2#点测值,3#点测值,4#点测值,5#点测值,20,400,5,1,0,0,5,10,15,20,0,推进度(m,25,0,5,2,10,15,20,推进度(m,25,WN一段6-3工作面采空区C,2,H,4,变化规律,WN一段6-3工作面采空区各测点

38、CO变化规律,4,测温法,4.1,测温法分类,测温法是煤自然发火监测最古老的方法，然而也是最直接的方法。测,温法预报煤自然发火的方法可分为两类,一类是直接用检测到的温度值进行预报或报警,当测点温度达到或超,过某一特定值时，即发出火灾预报或警报。这种方法即直接，又比较直观,但难以测到自然发火达到这一特定温度之前的变化特性和之后的变化趋势,更难以判断火灾所处的进程和态势,一类是通过监测点温度的变化特性（升温速率等）进行预报,采用测,点温度变化进行预测预报时，不但可以直观地得到测点的温度，而且能根,据之前温度变化的特性，预测预报之后的变化趋势,4,测温法,4.2,测温法常用传感器,温度监测用的传感器

39、主要有,热电偶、测温电阻、半导体测温元件、集成温度传感器、热敏元件,光纤、红外线、激光及雷达波等，其中热电偶、测温电阻、半导体元件和,热敏材料等由于其价格低廉、测试简单、操作方便而得到较广泛地应用,近年来，便携式激光测温仪表也得到较广泛的普及，而红外热成像,雷达探测等因受穿透距离、地质构造等因素的影响而使应用受到一定限制,测温法缺点：探头设置多，安装工作量大，难于管理,4,测温法,4.3,热敏电缆,热敏电缆是由双股外表涂有热敏材料的导线绞结而成，通常温度下，热敏材,料处于绝缘状态，当温度升高超过某一值时（如,70,两根导线间的绝缘状态受,到破坏，据此发出火灾的预报或报警信号,在我国热敏电缆已广

40、泛地应用于粮食、消防等部门,优点：可进行无间断点的连续沿程监测；通过计算可实现短点定位,缺点,1,通常为定温感测，即当温度达到或超过某一定值时，才能发出预报或报警，而在此温,度之前或报警动作之后的温度即变化情况却无法得知,2,热敏电缆感测温度的方式往往是以空气为介质通过热辐射的方式感测，而热敏电缆外,层绝缘护套往往使感受热辐射的能力大大削弱，使其反映迟钝，而且热敏材料导通后是不可恢,复的，需要及时更换局部或全部热敏电缆,3,热敏电缆的连接和接头处理也比较麻烦，这也在一定程度上限制了它的推广与应用,4,测温法,4.3,热敏电缆,美国矿业局有关热敏电缆的试验,在美国矿业局实验煤矿的平巷明火实验中，

41、在其火源下方,3m,处的顶板,上布置了一支,K,型热电偶，并从平巷进口沿顶板布设了一条热敏电缆，一,直延伸到火源点之后,30.5m,处，此热敏电缆的动作温度为,68,在火灾发展速度不同的三次明火实验中,K,型热电偶测到大气温度升幅,仅为,7,12,热敏电缆由于未达到其动作温度而没有发出报警,4,测温法,4.5,测温电缆,PN,结,半导体,PN,结温度传感器成本较低、信,号较强，线性较好,PN,结的伏安特性对温度很敏感，当,温度每升高,1,时,PN,结的正向压降,减少约,2mv,半导体,PN,结除了成本低、信号较强,线性较好等特性外，象所有,PN,结一样,具有单向导通性,70,20,50,40,

42、80,I(mA,60,20,300 -200 -100,0,1,U(v,20,集成温度传感器,40,PN,结的伏安特性,4,测温法,4.5,测温电缆,PN,结对温度敏感特性，单向导电特性：组合接法、分时供电,1 8 15 22 29 36 43 50 56,测温电缆,PN,结的组合接法示意图,5,气味检测法,5.1,人对气味识别原理,嗅觉细胞,感受器,刺激,电位变化,神经网络,传导、记,忆、学习、比较,接收膜电位变化,有,味,气,体,鼻嗅觉粘膜,有味气体,接收膜,吸收,做出识别结果,刺激发生,区域,嗅神经,刺激,5,气味检测法,5.2,气味检测法原理,气味传感器,感受器,频率变化,电位变化,人

43、工神经网络,传导,记忆、学习、比较,与教师值比较,做出识别结果,112AJ 151AJ 183AK 353AN 453AA,煤炭,橡胶,坑木,机油,晶振装置,传感器,输入层,VI,1,WH,1,1,神经元,结点,隐含层,输出层,VO,1,WO,11,VI,i,WH,1j,VH,j,WO,1j,VO,j,人工神经网络结构,1 2 3 4 5,1 2 3 4,a,输入数据模型,b,教师数据模型,输入数据模型和煤样的教师数据模型,5,气味检测法,5.3,气味传感器,蛋白质,人造,覆盖,脂类双层膜,人造双层膜,晶振装置,传感器,气味传感器,151AJ,183AK,353AA,对所有气味物质均有响应,受

44、湿度变化的影响最小,特,性,对几乎所有气味的灵敏度都低，但对氨的灵敏度极高,453AA,112AJ,CA-LA,DA-LA,对难闻气味有较高的敏感性,对芳香气味有较高的敏感性，为,CA-LA,的改进型,对油的气味有较好的敏感性，但不再生产,对所有气味均有较好的敏感性，但受湿度变化的影响大，不再生产,5,气味检测法,5.4,煤、橡胶、木头和机油单一物质气味的识别,1,1,机油,0.8,0.8,橡胶,0.6,0.6,坑木,输,出,值,0.4,0.2,0,0.2,0,50,100,150,200,温度,输,出,值,0.4,橡胶,0.2,坑木,煤,机油,煤,0,0.2,0,50,100,150,200

45、,温度,橡胶试验神经网络分析结点输出值曲线,1,0.8,0.6,1,坑木试验神经网络分析结点输出值曲线,煤,橡胶,机油,0.8,0.6,输,出,值,0.4,输,出,值,橡胶,0.4,0.2,坑木,坑木,0.2,0,机油,0,煤,0.2,0,20,40,60,80,100,120,140,160,180,温度,200,0.2,0,20,40,60,80,100,120,140,160,温度,180,200,机油试验神经网络分析结点输出值曲线,煤炭试验神经网络分析输出值曲线,5,气味检测法,5.4,煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别,20,识,别,结,果,15,10,5,0,4,0,6,0,8

46、,0,1,0,0,1,2,0,1,4,0,1,6,0,橡胶,15g,油,10g,橡胶,10g,油,15g,橡胶,5g,油,20g,煤,15g,油,10g,煤,10g,油,15g,油,25g,煤,25g,温度,橡胶,15g,油,10g,混合试验气味识别结果,1,8,0,识,别,样,品,5,气味检测法,5.4,煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别,20,识,别,结,果,15,10,5,0,橡胶,15g,油,10g,煤,20g,油,5g,煤,15g,油,10g,煤,10g,油,15g,橡胶,20g,煤,5g,品,样,油,25g,别,橡胶,25g,识,4,0,6,0,8,0,1,0,0,1,2,0,

47、1,4,0,1,6,0,温度,煤,20g,油,5g,混合试验气味识别结果,1,8,0,5,气味检测法,5.4,煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别,20,识,别,结,果,15,10,5,0,橡胶,15g,油,10g,橡胶,10g,油,15g,橡胶,5g,油,20g,橡胶,20g,煤,5g,橡胶,15g,煤,10g,橡胶,10g,煤,15g,煤,25g,4,0,6,0,8,0,1,0,0,1,2,0,1,4,0,1,6,0,温度,橡胶,10g,煤,15g,混合试验气味识别结果,1,8,0,识,别,试,样,5,气味检测法,5.4,煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别,25,20,输,出,值,15,10,5,0,4,0,6,0,8,0,1,0,0,1,2,0,1,4,0,1,6,0,温度,橡胶,20g,煤