矿井安全监控系统用途在大明煤矿斜井的拓展

李继民，杨 欣

（铁法煤业集团公司大明煤矿，辽宁 调兵山 112703）

矿井安全监控系统用途在大明煤矿斜井的拓展

李继民，杨 欣

（铁法煤业集团公司大明煤矿，辽宁 调兵山 112703）

通过煤矿安全监控系统及其设备在大明煤矿斜井两项拓展性应用，分析了煤矿安全监控系统监测煤层深部自然发火温度与封闭区域内外压差的方法及注意事项。

监测；传感器；自然发火；压差

煤矿安全监控系统具有实时、连续、自动、精确、可靠的特点，能够监测矿井瓦斯、一氧化碳等有害气体含量，监测空气温度、环境压力、主要通风机风压、巷道风速等数据，监测机电设备运行与风门开关状态。

1 大明煤矿监控系统概况

大明煤矿斜井安全监控系统为KJ2000N煤矿安全生产监控及综合信息管理系统，该系统由地面中心站、光缆通讯干线、光电信号交换机、井下分站、断电控制器及各类传感器等组成。大明煤矿斜井向可能涌出瓦斯地点与自然发火（自燃）危险部位安装了甲烷、一氧化碳等类别传感器，实时连续监测瓦斯或一氧化碳浓度，实时连续监测温度或风速状况，经井下分站将监测数据传输到中心站。各种监测数据经井下分站和中心站处理，按要求发出声光报警和断电控制信号。大明煤矿斜井在用甲烷传感器77台，一氧化碳传感器21台，温度传感器20台，风速传感器7台，环境压力传感器2台，压差传感器5台。

2 问题提出

煤炭自然发火必须具备3个条件：一是具有自燃倾向性的煤呈碎裂状态堆积，二是通风供氧维持煤的氧化过程不断发生与发展，三是氧化过程中产生的热量能够大量蓄积，难以及时释放。生产实际中，砌碹支护巷道的碹外煤体与其它支护形式的巷道煤柱受压破碎后，具有自燃倾向性煤体在距暴露点1.5 m～3 m的范围内必然具备自然发火的3个条件，可能自然发火，而发火过程中的自热升温在煤体外露表面及巷道风流中无法感知与检测到，一旦能感知或检测到温度变化时，已经是距外露表面1.5m～3m范围内的煤体发生了自燃甚至燃烧。如何检测表层以里的煤体温度变化，尤其是如何连续检测表层以里的煤体温度变化，对预防自然发火至关重要。

矿井封闭的采空区或废旧巷道区域，内外气压差随地面大气压力的变化而变化，封闭区域内外气压差的大小及方向直接关系着封闭设施外部积聚瓦斯与封闭区域内部含氧状况。当封闭区域内部气压大于外部气压时，封闭区域内的瓦斯等有害气体、可能通过煤岩裂隙渗漏到外部，在封闭设施外部形成瓦斯积聚，一旦发现不及时或处理不当，可能造成人员窒息等事故。当封闭区域内部气压小于外部气压时，外部的空气可能通过煤岩裂隙渗漏入封闭区域内部，对封闭区域内供给氧气，一旦长期存在，可能导致封闭区域内的遗煤自然发火。如何连续检测封闭区域内外气压差的变化，采取应对措施，对预防封闭区域事故特别重要。

大明煤矿斜井保留的-35水平井底车场巷道多为砌碹支护煤巷，巷道服务时间已达50余年，碹外一定范围内的煤体已破碎，碹体及碹外充填体变形提供了向碹外煤体漏风的通路，供氧充足时煤体随之发火，多年来多次出现当发现碹体温度异常增高时，碹外碎煤已进入自燃甚至燃烧冒烟阶段。如何能及时检测到碹外煤体温度升高，成为了预防与处理-35水平存留煤巷自然发火的关键技术，迫使着大明煤矿斜井“一通三防”管理人员打破常规，创新测温技术。

大明煤矿斜井-410水平ES702、ES705封闭采空区内富存高浓度瓦斯，矿井长期抽放两封闭采空区内瓦斯进行利用供气。既要抽放供气又要杜绝采空区自然发火，必然要求根据封闭采空区内外压差情况抽放瓦斯，进而需要随时掌握两个封闭区域内外压差变化情况。否则，可能发生封闭区内部瓦斯压力非常高于外部而未能抽放瓦斯降压，出现封闭区外部瓦斯超限与气源浪费两耽误现象；还可能发生长时间的连续抽放封闭区内部瓦斯，封闭区内瓦斯压力已经非常低于外部，而未及时停止或减少抽放，使外部空气漏入封闭区内部导致发火。大明煤矿斜井这一实际需要催促着大明煤矿斜井“一通三防”管理人员寻找监测ES702、ES705封闭采空区内外压差的手段。

3 煤层深部自然发火温度的监测

事实证明，大明煤矿斜井-35水平砌碹支护煤巷煤体的发火点在距巷道轮廓表面1.5 m～3.0 m的区间。为监测1.5m～3.0m区间煤体温度的变化，将KGW 5型温度传感器的敏感元件从本体分离出来，增加连接线（采用4×1.5mm2矿用阻燃电缆）达5 m，在监控设备修理室进行传感器检测数据失真状况实验，发现误差几乎为零，并经生产厂家认可后，对自然发火重点部位打孔直径为35mm、深度2.5 m的钻孔，埋入传感器敏感元件，见图1，将传感器联入矿井安全监控系统，实现对煤层深部自然发火温度的自动、连续监测，很好地提前预报了自然发火。

自2007年3月份以来，大明煤矿斜井按照上述思路先后对-35水平存留巷道易发火部位安设了5处，及时发挥了作用。2007年7月份监测到北翼流水道硐室的顶板煤层温度异常升高达5℃，2009年1月份监测到北翼三角道岔口处顶板煤层温度异常升高达4℃，通过及时采取注白泥等预防措施，控制了发火，降低了温度，收到了良好效果。长期以来传感器运行稳定、可靠，无故障。

打钻孔向煤层深部埋设温度传感器敏感元件监测温度的方法，需要注意以下事项：要使用钢管作为套管保护敏感元件；必须封堵孔口，封堵材料可用黄泥等不导热、可塑性好、易拆除的材料；适当延长传感器标校周期，以减少频繁取出孔内敏感元件；对安设部位要先确认是否为自然发火重点部位；敏感元件与传感器本体间的连接线满足使用即可，不要过长。

图1 煤层深部自燃温度监测图

4 封闭区域内外气压差的监测

在测量封闭区域内外气压的U型压差计胶管上安装一个匹配的三通管，将三通管出口通过胶管连接到GPD0.1型压差传感器（瓦斯抽放监测设备之一）的一个端口上，见图2，将传感器联入矿井安全监控系统，设定零压差时的传感器读数，即可实现封闭区域内外气压差的自动、连续监测。

图2 封闭采空区内外气压差监测图

大明煤矿斜井在 -410 ES702、ES705、W E1502封闭采空区地点安设了采空区内外气压差自动、连续监测装置，并联入矿井安全监控系统，使保安区调度室、矿井安全监控系统地面中心站、“一通三防”领导办公室既能随时查看压差，又能及时指挥上述采空区瓦斯抽放利用工作，合理利用了瓦斯又避免了引发采空区自然发火。

封闭区域内外气压差自动、连续监测中需要注意以下事项：

1）必须设定压差为零时的监测数据，并要根据安设地点内外气压差的变化范围合理选定，否则将限制传感器工作。大明煤矿斜井ES705封闭采空区内外气压差自动、连续监测中零压差设定及压差监测数据情况见表1。

表1 ES705封闭采空区内外气压差监测数据表

2）由于传感器读数采用国际标准单位千帕（kPa），与U型压差计单位毫米水柱（mmH2O）不一致，要除以9.8Pa/mmH2O换算。

3）由于传感器读数以千帕（kPa）单位，小数后保留一位有效数字，与压差计读数存在0mmH2O～5mmH2O的系统误差。

4）传感器进入压差监测前要在安设的封闭区域外部气压下通电30mi n校准“0.00kPa”。

5）对传感器一旦选定接设封闭区域内部气压的端口，就指定了传感器读数所标识的压差方向（见表），之后不能改变传感器接设封闭区域内部气压的端口，否则将给判断压差方向造成混乱。

6）要经常检查连接胶管状态，发现老化、漏气要及时更换。

7）按规定进行传感器标校，发现零点漂移，或与“U”型压差计读数相差较大及时查明原因予以消除。

5 结论

打钻孔向煤层深部埋设温度传感器敏感元件以监测自然发火温度，预报发火，抓住了煤体发火的重点部位，合理拓展了温度传感器的使用方法，提高了矿井火灾预报能力，增强了矿井“一通三防”安全。

封闭区域内外气压差的自动、连续监测方法，不仅丰富了矿井安全监控系统的用途，而且提升了封闭区域内部瓦斯的合理抽放及利用，增强了矿井瓦斯安全水平。

Development of Mine Safety Monitoring Systemin Daming Mine

LI Ji-ming;YANG Xin
(Dami ng Coal,Tief a CoalGroup,Di aobi ngshan Li aoni ng,112703,Chi na)

Through the two development applications of mine safety monitoring systemandits equipments in Daming mine, the paper analyzes the method that the systemmonitors the spontaneous combustiontemperature and pressure difference between interior and exterior of the isolated area and presentssome precautions.bustiont emperat ure and pressure difference bet weeninteri or and exterior of the isolated area and presents some precaut i ons.

moni tori ng;sensor;spont aneous combustion;differenti alpressure;development

TD76

A

1672-5050（2010）12-0046-03

编辑：徐树文

2010-11-01

李继民（1967—），男，辽宁新民人，大专，工程师，从事通风安全工作。