矿井火灾束管监测系统在石港公司的应用培训

矿井火灾束管监测系统在石港公司的应用培训CONTENTS目录01矿井火灾防治背景与需求02矿用火灾束管监测系统概述03JSG-8型束管监测系统组成与原理04束管系统安装与布点技术CONTENTS目录05石港公司系统应用实践06系统日常维护与管理07气体分析与火灾预警技术08系统应用效果与经验总结01矿井火灾防治背景与需求煤矿自然发火危害与防治意义01自然发火直接威胁矿工生命安全井下煤层自然发火会产生大量有毒有害气体，如CO、CO₂等，可能导致人员中毒窒息；严重时引发瓦斯爆炸，造成重大人员伤亡。02影响煤矿正常生产运营自然发火迫使工作面封闭、停产处理，如石港公司15101工作面因明火封闭，影响煤炭产量和经济效益，增加生产成本。03破坏煤炭资源与井下环境火灾会烧毁大量煤炭资源，导致资源浪费；同时高温和有害气体破坏井下支护结构及通风系统，加剧安全生产风险。04防治工作是煤矿安全生产的重要任务准确监测预报自然发火，为防灭火提供科学依据，是保障煤矿安全生产、避免事故发生、实现可持续生产的关键环节。石港公司煤层自燃倾向性特征14#煤层自燃倾向性等级及参数14#煤层自燃倾向性等级属于一类，容易自燃，全硫4.32%，吸氧量为1.25cm³/g干煤，最短自然发火期为33天。15#煤层自燃倾向性等级及参数15#煤层自燃倾向性等级属于二类，容易自燃，全硫2.62%，吸氧量为0.71cm³/g干煤，最短自然发火期为76天。煤层自燃的危害及监测必要性井下煤层自然发火将直接影响煤矿安全生产，严重时可引起矿井瓦斯爆炸，尤其是高瓦斯矿井。准确监测预报煤层自然发火是石港公司保障安全生产的重要任务。束管监测系统应用必要性分析煤层自燃倾向性特征石港公司14#煤层自燃倾向性等级为一类，最短自然发火期33天；15#煤层为二类，最短自然发火期76天，均属于容易自燃煤层，存在严重火灾隐患。自然发火危害严重性井下煤层自然发火不仅直接影响煤矿安全生产，严重时还可能引发矿井瓦斯爆炸，对矿工生命安全和矿井财产构成重大威胁，尤其在高瓦斯矿井中风险更高。传统监测手段局限性传统人工取样分析存在间隔时间长、数据滞后、覆盖范围有限等问题，难以实时、准确捕捉自然发火早期征兆，无法满足煤矿防灭火工作的及时性和科学性需求。束管监测技术优势束管监测系统可对井下密闭区域、回采工作面及高冒区等地点的CO、CO2、CH4、O2、C2H4等气体进行24小时连续循环监测，通过分析气体变化趋势，能提前预报自然发火程度，为防灭火提供科学依据。02矿用火灾束管监测系统概述系统定义与核心功能矿用火灾束管监测系统定义

矿用火灾束管监测系统（MineFireBundleTubeMonitoringSystem）是用于煤矿井下自然发火预测及防治的气体分析系统，通过束管网络抽取井下气体至地面，利用气相色谱等技术分析气体成分，为防灭火提供科学依据。核心监测功能

可连续监测井下CO、CO₂、CH₄、O₂、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂、N₂等8种气体浓度，常量分析精度达0.1%，微量分析精度达1ppm，支持24小时在线监测与无人值守运行。关键技术特点

采用束管负压采样与气相色谱分析技术，无需电化学传感器；具备气体超限自动报警、趋势曲线分析等11种图表输出功能，最长束管敷设距离可达30公里，单次分析周期≤15分钟。主要应用价值

早期预测预报煤层自然发火，判断密闭火区发展情况与熄灭程度，指导采空区配风、瓦斯抽放等防灭火措施，尤其适用于工作人员无法到达或危险大的盲巷、高冒区等区域的气体监测。主要技术特点与优势

气相色谱分析技术，无需电化学传感器采用气相色谱分析技术，可检测O₂、N₂、CO、CH₄、CO₂、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂等8种气体，常量分析精度达0.1%，微量分析达1ppm，避免传感器老化带来的误差。

24小时在线监测，支持无人值守系统实现全自动循环监测，单次分析周期≤15分钟，可对12-48路气体采样电磁阀进行循环或人工设定监测，数据库记录无限制，满足矿井全天候监测需求。

多参数超限报警与趋势分析功能具备气体含量超限自动报警功能，可生成趋势曲线等11种分析图表，通过对气体浓度变化趋势的分析，提前预测预报煤层自然发火程度，为防灭火提供科学依据。

长距离采样能力，适应井下复杂环境束管最长敷设距离达30km，采用负压运载气体方式，配合滤尘器、滤水器等装置，可有效应对井下高湿、粉尘环境，确保气体样本传输稳定可靠。行业标准与应用规范要求

系统配置标准要求根据MT/T757-2019《煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件》，系统防护等级应达到IP54，抗干扰能力≥30dB，采样周期地面型≤45分钟、井下型≤30分钟。

监测点设置规范依据《煤矿安全规程》，监测点应设置在采煤工作面上隅角、回风侧采空区内部、密闭区及其他可能自然发火的巷道中，探头应悬挂在监测地点回风流中，靠近巷道顶部0.5m处。

气体检测指标要求系统应主要检测甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氧气（O2）、乙烯（C2H4）等煤层自然发火标志气体，其中CO检测范围0-500ppm时误差需控制在±2%，CH4测量重复性不大于2%。

管路敷设技术规范束管应用吊钩悬挂，与动力、通信、信号等电缆分挂在巷道两侧，管路系统应采取防砸坏、防漏气、防积水、防堵塞措施，地面管路还应采取防冻措施，敷设路径应短且少拐弯，以减少阻力。03JSG-8型束管监测系统组成与原理系统整体架构与七大部分构成

系统整体架构概述JSG-8型矿井火灾束管监测系统融合微机分析与控制、色谱高精度分析、束管负压运载气体三项高新技术，通过井下束管网络采集气体，经地面分析中心处理，实现对煤矿自然发火的实时监测与预警。束管部分由粉尘过滤器、束管、单管、分路箱等组成，负责运载井下气体。束管采用聚乙烯材质，具有抗静电、阻燃特性，如PE-ZKW8*1型束管由8根内径1mm单管集成。控制部分包含输出控制接口板、电磁阀驱动电路、抽气泵、自动进样器等，按规定顺序和时间将气体送入气相色谱仪，实现自动采样控制。气体分析部分核心为气相色谱分析仪，配备专用输入输出接口和载气接口，可检测O₂、N₂、CO、CH₄、CO₂、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂等8种气体，常量分析误差≤0.1%，微量分析达1ppm。数据采样部分由数据采样接口板和采样程序构成，采集色谱仪传来的数据并进行预报处理，确保数据准确传输至分析系统。数据分析部分依托测控软件实现数据分析、图形显示、谱图检测及计算结果生成，可形成趋势曲线、爆炸三角形等11种分析图表，支持历史数据对比与趋势预测。数据存储与输出部分系统自动将分析数据存入数据库，数据库记录个数无限制，可通过打印机输出分析报告及谱图，为防灭火决策提供依据。辅助支持部分包括地面监测机房、供电系统及网络传输设施，保障系统24小时在线运行，实现无人值守，最长束管敷设距离可达30km。束管部分与控制部分功能解析束管部分的构成与作用束管部分由粉尘过滤器、束管、单管、分路箱等组成，主要作用是运载井下气体至地面分析中心。采用聚乙烯材质束管，如PE-ZKW8*1型，具有抗静电、阻燃特性，可实现多测点同时采样。控制部分的核心组件控制部分包含输出控制接口板、电磁阀驱动电路、抽气泵、自动进样器等，集成于微机和控制柜内。其核心功能是按预设顺序和时间将井下气体样本自动送入气相色谱仪进行分析。束管与控制部分的协同工作机制系统启动后，抽气泵使束管内形成负压，井下气体在大气压作用下进入束管；控制部分通过电磁阀切换气路，将指定测点气体送入色谱仪，完成自动采样与分析流程，单次分析周期≤15分钟。气体分析与数据处理单元工作机制

气相色谱分析技术应用采用气相色谱分析仪，通过色谱柱分离不同气体组分，FID检测器最小检测浓度≤0.5ppm，TCD检测器≤10ppm，可精确分析O₂、N₂、CO、CH₄、CO₂、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂等8种气体。

自动化控制与进样流程系统由微机控制，通过电磁阀驱动电路按设定顺序切换束管气路，抽气泵将井下气体送入色谱仪，单次分析周期≤15分钟，支持12-48路循环监测或人工设定采样。

数据采集与信号处理数据采样接口板接收色谱仪信号，经放大和模数转换后，由分析软件处理形成谱图和分析结果，自动存储至数据库，支持历史数据查询与趋势分析。

多维度数据分析功能具备气体浓度趋势曲线、爆炸三角形分析、谱图检测等11种图表输出，可对采样点气体量变化趋势进行自动分析，为自然发火预报提供科学依据。系统技术参数与性能指标

监测路数与采样控制支持12-48路气体采样电磁阀，可实现循环自动监测或人工设定监测模式，满足多区域同时监测需求。

检测气体种类与范围可检测O₂（0-25%）、N₂（0-98%）、CO（0-5000ppm）、CH₄（0-100%）、CO₂（0-100%）、C₂H₄（0-5000ppm）、C₂H₆（0-5000ppm）、C₂H₂（0-5000ppm）共8种气体。

分析精度与周期常量分析精度为0.1%，微量分析精度达1ppm；单次进样分析周期≤15分钟，确保数据时效性。

最大采样距离与环境适应性束管最大敷设距离可达30km，适应井下复杂环境；系统具备24小时连续在线监测能力，支持无人值守运行。04束管系统安装与布点技术管路敷设规范与技术要求

路径选择原则管路敷设应选择支护完好的巷道，路径力求短直，减少拐弯以降低阻力；避免穿越温差急剧变化区域，必要时在低温侧设置除水器；穿过风门墙体时必须打孔并做好密封处理。

吊挂安装标准束管应用吊钩悬挂，高度不低于1.8m，确保平、直、稳；与动力、通信、信号等电缆分挂在巷道两侧，间距不小于0.5m；两条以上分散管路应设置管路夹板，便于检查维修。

防护措施要求监测点探头悬挂于回风流中，距顶板0.5m处，吸气口正对风流方向，选择顶板完好、无淋水位置；井上和井筒主干束管需采取防冻、防晒保护；管路系统必须具备防砸坏、防漏气、防积水、防堵塞措施。

系统验收标准敷设完毕后需统一编号，用压气检查管路顺序；每路安装后在测点释放标准气体，记录气压值、传输时间，确保传输损失在允许范围；全系统气密性测试需达到0.5MPa压力无泄漏。监测点选择原则与布置方案

01监测点选择核心原则监测点应选在围岩稳定、前后5m范围内无分支巷道并靠近巷道末端，且设置在距巷道顶板0.5m处。需重点覆盖自然发火风险区域，如采空区、密闭区、高冒区及采掘工作面异常升温点。

02重点区域监测点设置要求超过煤层自然发火期的分层工作面，监测点设在上分层回风侧停采线处；回采巷道上分层升温点靠顶板设点；火区密闭必须设监测点；采区内丢煤处、盲巷及溜煤眼上方均需布置监测点。

03石港公司15101工作面布置实例在15101进风端头、落山及高冒区埋设单管监测点；瓦斯尾巷、回风巷等处通过分路箱延伸束管；正常续采后，防火措施巷按50米间距、尾巷落山侧按30米间距交替布置监测点，形成全方位监测网络。防堵防漏防冻技术措施

防堵技术措施在监测点进气口处设置滤尘器，防止尘埃进入束管。从吸气口至井底的束管管路中安设不少于3个滤水器，以去除冷凝水，避免堵管。

防漏技术措施束管之间采用直径10mm的铜管联接，所有接口均用环氧树脂封闭，确保连接处严密不漏气，保障气体采样的准确性。

防冻技术措施针对冬季地面气温低可能造成束管结露冻结的问题，对钻孔到分析室的束管或气缆采取具体防冻措施，确保低温环境下系统正常运行。05石港公司系统应用实践15101工作面管路工程建设地面至井下主干管路敷设从地面束管监测机房终端接线箱引出束管，沿瓦斯管路斜井铺设，在中下部安装16路分路箱，16芯束管延伸至15101进风系统巷并设16路分路箱。尾巷及高抽巷管路延伸16路分路箱中13芯束管延伸至15101瓦斯尾巷处13路分路箱，接单管至15101高抽巷、瓦斯尾巷、回风巷等关键区域。进风系统巷监测点覆盖从15101进风系统巷16路分路箱引出3芯单管，分别布设至进风端头、落山及高冒区，构建自燃危险区观测站。测点埋设方案与布局图解析火区状态下的测点布设石港公司15101首采工作面作为火区，目前已埋设1#、2#、3#、6#、8#、11#、12#、13#、14#、16#等束管监测管路，实现对火区气体的实时监测。正常续采后的测点规划工作面正常续采后，防火措施巷埋3路（间距50米交替布置），尾巷落山侧埋3路（间距30米交替布置）及尾巷口1路，回风落山埋3路（间距30米交替布置）、落山1路及回风1路。束管布置图应用说明束管布置图清晰标示各测点位置及编号，包括高抽巷、瓦斯尾巷、回风巷、进风端头、落山及高冒区等关键区域，为监测数据的空间分析提供直观依据。气体监测数据分析与应用案例

气体监测数据分析方法通过对监测地点的CO、CO₂、CH₄、O₂、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆、N₂等气体含量变化趋势进行分析，结合自燃火灾标志气体（如C₂H₄）及灭火标志气体（如N₂）的浓度变化，预测预报煤层自然发火程度。

石港公司15101工作面应用背景石港公司15#煤层自燃倾向性等级属于二类，容易自燃，最短自然发火期为76天。15101工作面曾因发现明火被迫封闭，后在启封过程中因煤层复燃再次封闭，亟需通过束管监测系统提供发火依据。

15101工作面束管监测部署在15101进风、回风、尾巷及防火措施巷等自燃危险区埋设束管，构建束管网络。正常续采后，防火措施巷埋3路（间距50米），尾巷落山侧埋3路（间距30米）及尾巷口1路，回风落山埋3路（间距30米）、落山1路及回风1路。

监测数据分析与火灾预警束管监测系统对15101工作面气体进行检测，通过分析气体组分浓度变化趋势，为14#、15#煤层自然发火提供科学依据，特别是在煤层复燃等情况下，能及时监测到标志气体的异常变化，为防灭火决策提供支持。06系统日常维护与管理日常检查与定期维护要点

日常管路检查专业维护队应每天对束管管路进行巡回检查，重点关注管路是否存在漏气、堵塞、破损等情况，检查管路连接处是否松动、密封是否良好，滤水器、采样器等部件是否正常工作。

设备日常维护地面分析设备每次开机前需用标准气样对标校，确保误差在允许范围内；井下束管监测探头应水平悬挂在顶板完好、无滴水、便于保护的监测地点回风流中，吸气口需正对风流方向。

定期管路性能测试每季度应对整个系统管路进行全面性能测试，包括气密性测试（通过压气装置检查管路是否漏气）、传输时间测试（在测点释放标准气体记录传输时间）和传输损失测试（对比测点与地面分析结果）。

定期设备检修每月对抽气泵、阀门等设备进行检修，清理过滤器滤芯；每半年对色谱分析仪的检测器、色谱柱等关键部件检查维护；每年对整个系统进行全面检修，更换老化管路和部件。

数据校准机制建立完善的数据校准机制，定期使用已知浓度的标准气体对分析仪器进行校准，与人工取样色谱分析结果进行比对，确保数据准确性，系统校准包括管路传输效率、仪器分析精度等。常见故障诊断与处理方法

管路故障：漏气表现为气体浓度测量值异常偏低，尤其是O₂。处理：采用专用束管接头（内置密封圈）重新连接，用肥皂水检测漏气点，必要时更换破损管路；每2km设置管路固定支架，定期用0.5MPa压缩空气进行气密性测试。

管路故障：堵塞与积水表现为气样传输延迟或无数据。处理：用压缩空气吹扫管路，清除粉尘堵塞；检查并清理滤水器，在束管最低点设置自动排水装置，确保气体露点≤-20℃；每月更换粉尘过滤器滤芯（孔径≤5μm）。

仪器故障：色谱分析异常表现为分析精度下降、峰分离度不足或无峰。处理：老化色谱柱（程序升温至200℃保持2小时）去除污染物；检查并调整载气流量（推荐1200mL/min）；若检测器或传感器老化（如CO、CH₄传感器寿命2-3年），及时更换。

数据异常：示值误差超标表现为测量值与标准气样偏差>5%FS。处理：用标准气样进行两点校准（零点校准用氮中氧，量程校准用高低浓度混合标气）；检查系统是否漏气或管路传输损失过大，必要时分段排查并修正；确保分析室恒温（±1℃），避免温度波动影响红外分析仪精度。数据校准与质量控制规范校准必要性与标准依据煤矿井下高温高湿、粉尘多、气压波动大，束管管路积水、漏气及传感器性能衰减易导致检测误差。依据MT/T757-2019《煤矿自然发火束管监测系统通用技术条件》，需定期全参数校准，确保示值误差≤5%FS、测量重复性≤2%、响应时间≤120s。校准前准备要求校准环境需满足温度15-35℃、相对湿度≤85%、大气压力86-106kPa，配备稳压电源（波动±10%）和抗电磁干扰措施。设备需经检定合格的流量表（0-3L/min，分度值0.1L/min）、秒表（0.01s）、有效期内标准气样，束管系统提前开机预热30分钟。核心校准步骤流量校准设定1000、1200、1500mL/min梯度测试，采用1200mL/min标准流量；示值误差用两点校准法，通入低、高浓度标准气样各3次，误差≤5%FS；重复性测试选中间浓度气样连续进样7次，计算相对标准偏差；响应时间记录气样通入至示值达稳定值90%的时长，红外分析仪≤120s，电化学传感器≤60s。质量控制措施每日开机前用标准气样标校分析仪，确保误差在允许范围；每季度对系统管路进行气密性、传输时间及传输损失测试；建立数据校准机制，定期用标准气体校准和人工取样比对，监测数据保存期限不少于3年，重要数据永久保存。常见问题处理方案管路漏气采用专用接头并定期0.5MPa压缩空气测试；色谱柱污染通过程序升温至200℃老化2小时恢复；传感器老化及时更换（如CO传感器寿命2-3年）；环境温度波动安装恒温空调（控温±1℃）及温度补偿电路；操作误差通过标准化流程（SOP）规范，气样通入前排空5倍管路容积死体积。07气体分析与火灾预警技术标志性气体监测与分析方法自然发火标志性气体种类矿井火灾束管监测系统主要检测CO、CO₂、CH₄、O₂、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂、N₂等气体。其中C₂H₄是煤炭自然发火的早期标志性气体，CO是常用的辅助判断指标，N₂可作为灭火效果的标志气体。气相色谱分析技术应用系统采用气相色谱分析技术，可实现对矿井气体常量（%浓度）及微量（ppm浓度）组分的全分析。单次进样分析时间≤15分钟，对C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂的最小检测浓度可达0.1ppm，为准确判断自然发火程度提供高精度数据支持。气体浓度监测范围与精度系统检测气体成分及范围：O₂（0～25%）、N₂（0～98%）、CO₂、CH₄（0～100%）、CO、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂（0～5000ppm）。常量分析精度为0.1%，微量分析精度可达1ppm，满足煤矿自然发火早期预报的精度要求。数据分析与趋势判断方法系统通过对监测数据的趋势分析，追踪气体浓度随时间的变化规律。结合标志性气体（如C₂H₄的出现或CO浓度的持续升高），可早期预测预报煤层自然发火状况，为矿井防灭火工作提供科学依据，如石港公司通过束管监测数据成功预判15101工作面的复燃风险。趋势分析与火灾预测模型气体浓度趋势分析方法通过监测CO、C2H4等标志性气体浓度随时间的变化曲线，识别浓度异常升高趋势，为自然发火早期预警提供依据。系统可自动生成单气体趋势图及多气体对比趋势图。标志气体关联规则挖掘分析CO与C2H4、O2与CO2等气体浓度之间的关联性，例如煤层自燃过程中O2浓度下降伴随CO和C2H4浓度升高的特征模式，辅助判断发火阶段。火灾预测模型应用结合石港公司14#、15#煤层最短自然发火期（33天、76天）及气体变化规律，建立基于多气体指标的预测模型，实现对自燃发火程度的量化评估和发展趋势预测。数据异常检测与预警阈值设定各气体浓度的安全阈值，当监测数据超出阈值或变化速率异常时，系统自动触发报警，提醒工作人员及时采取防灭火措施。报警阈值设定与应急响应流程

气体报警阈值设定标准针对CO、C2H4等关键气体设定多级阈值：CO浓度超过24ppm触发一级预警，C2H4浓度达到1ppm启动二级预警，结合O2浓度低于18%综合判断自燃风险。系统报警触发机制系统通过实时监测气体浓度变化趋势，当单一气体超限或多气体浓度异常联动