火情监测系统在综放工作面防火预报的应用

2022-09-14李丽

山东煤炭科技 2022年8期

李丽

（大斗沟煤业公司，山西大同 037003）

煤矿内因火灾指的是因煤炭自燃引发的温度升高发火、有毒有害气体异常的灾害，较外因火灾隐蔽性更强，预防的难点和关键在于能否及早发现煤炭自燃的征兆。由于煤炭自燃是个先慢后快的过程，自燃早期产生的温度和有害气体浓度变化不明显，如果不能及时监测预警到，就容易错过最佳灾害治理时间，导致灾害的扩大蔓延。煤矿的采空区是煤炭自燃事故的高发区，特别是具有自然发火性的综放工作面因开采工艺导致采空区有大量遗煤，采空区防灭火压力更大[1]。传统的采空区监测主要是以束管监测方式为主，因束管监测取样后要经过较长的系统管路到地面进行分析，数据的准确度和实时性较差，综合评价预警效果差，需要进行合理优化，采用新型矿用分布式激光火情监测系统。

1 矿用分布式激光火情监测系统

矿用分布式激光火情监测系统是将温度异常和气体异常的两种火灾监测预警技术融合于一体的火情风险分析和火灾监控预警系统。[2]该系统在分析采空区火灾成因及过程的基础上，在井下采煤工作面利用光纤传感技术实现采空区分布式长距离连续测温；利用TDLAS 波长调制吸收光谱技术连续监测采空区CH4、CO、C2H2、C2H4、CO2、O2等气体浓度，为煤矿井下火灾监测提供准确、稳定、可靠的监测数据，并结合矿用分布式激光火情监测系统强大的分析和监测功能实现火情位置定位、监测现场取气自动化、采集分析自动化、参数关联分析等功能，并可根据火情监测模型达到监测、预警、防火效果评估的目的，对控制预防采空区（工作面）自然发火具有重要意义。本文采用的是KJ428 矿用分布式激光火情监测系统，具体实施地点为大斗沟煤业公司8304 综放工作面。

2 工程概况

大斗沟煤业公司8304 综放工作面开采石炭系5号煤层，平均煤厚11.7 m。老顶为中粒砂岩，均厚5.4 m；直接顶为粉砂岩，厚2.6 m；直接底为中粒砂岩，均厚3.2 m。煤层平均倾角5°，平均埋深281.7 m。工作面为两巷布置，即进风巷、回风巷，走向长1800 m，倾向长210 m，通风方式为“U”型通风。瓦斯绝对涌出量0.51 m³/min，煤层自燃倾向为II 级自燃，发火期为81 d。工作面主要的防灭火措施是注氮和喷洒阻化剂。为了提升对工作面采空区监测、预警能力，布置了分布式激光火情监测系统。

3 火情监测系统应用

3.1 监测主机与测点的部署

结合8304 综放工作面的具体情况，需要进行火情监测的位置为8304 工作面采空区、上隅角。火情监测系统设备具备8 路测气通道和4 路温度测量通道，根据上述测点部署需求，本次火情监测系统需要部署1 台监测主机、1 台测温控制柜、1 台气体采样泵，可完成对井下8304 工作面采空区、上隅角区域的CH4、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2气体浓度及温度参数的监测预警。主机与测点的具体安装位置，可根据在主机与测点安装过程中的实际情况，作出相应的调整。本次气体检测主机和光纤测温控制柜分别安装在8304 回风巷口附近硐室，监测点具体安装位置如下：在8304 工作面上隅角部署1 路束管监测点，在回风巷侧部署2 路束管测点，在进风巷侧采空区部署3 路束管测点，沿回风巷部署1 路测温光缆[3]。设置监测点T1-1、T1-2、T1-3、T1-4、T1-5、T1-6 分别对8304 工作面采空区、上隅角进行气体及温度参数监测，束管和测温光缆沿回风巷及进风巷敷设，连接至8304 工作面回风巷巷道口附近硐室的气体检测主机和光纤测温控制柜。火情监测系统设备部署示意图如图1，火情监测主机与测点部署一览表详见表1。

图1 火情监测系统设备部署示意图

表1 火情监测主机与测点部署一览表

3.2 传输网络设备部署

大斗沟煤业公司井下已建设有光纤通信网络，并且井下矿用交换机具备以太网电口（RJ45 网线接口）可供使用。8304 工作面回风巷口附近的火情监测主机距离5号层307皮带头交换机为1000 m左右，因为距离较远，需要从8304 回风巷口附近的火情监测主机敷设通信光缆至5 号层盘区皮带头交换机，并在交换机附近部署1 台矿用本安型信号转换器，将以太网光信号转换为以太网电信号（RJ45 网线接口），接入交换机，利用光纤网络将数据上传至地面监控中心，实现井下火情监测系统和地面服务器系统、业务管理系统之间的数据和业务互联。

3.3 数据处理

（1）实时显示分析

系统可实时直观形象多目标展示CH4、CO、CO2、O2、C2H4、C2H2气体浓度及温度参数变化趋势，通过在线的实时曲线及历史数据曲线呈现出来，便于发现异常火情；通过在线实时的比较相互关联的参数值，便于发现束管堵塞、测温光纤断裂等异常情况。气体监测参数实时曲线如图2，光纤温度参数实时曲线如图3。

图2 气体监测参数实时曲线

图3 光纤温度参数实时曲线

（2）历史曲线分析

系统可实现针对监测监控采集的历史数据安全指定的分析条件进行基于指定监测参数、多监测参数、测点参数、关联测点参数、业务功能组关联测点参数的曲线分析，分析支持多坐标轴、异常关联等辅助分析方法，可以方便直观地反映出不同参数之间、关联工作面之间的互相变化影响。该功能可直观地从历史监测记录中发现规律，提高火灾预防和治理水平。

（3）报表分析

系统提供了丰富的表格、图形等报表格式，可形成周期性火情分析报告表、火情监测参数统计表、气体参数监测日报表、温度监测日报表等报表信息。该功能可方便对各类信息进行统计分析，极大地提高了监测人员的工作效率。

4 现场应用效果

大斗沟8304 综放工作面通过采用新型矿用分布式激光火情监测系统对工作面遗煤自然发火情况进行预测预报，比传统束管监测方法在预测预报效果上约提前10 d 以上，并且可以准确定位火区范围，争取了宝贵的灾害治理时间，可及时通过增加注氮量、喷洒阻化剂、加快回采进度、发火区定向注入液态二氧化碳等防灭火措施对采空区自然发火情况进行干预，起到较好的防火效果，杜绝了综放工作面采空区自然发火隐患。