井下煤自燃預警——煤礦束管監測系統

據統計，在我國開采的煤礦中，存在自燃發火危險的礦井占總礦井數的70%左右，自燃發火煤層占累計可采煤層數的80%，且自燃火災發生的次數占礦井火災總數的94%以上。因此，自然發火事故的預防必然成為煤礦安全研究的重點。及時準確地發出火災早期預報，并能及時確定火源點位置，不僅可以及時采取防滅火措施，將火災事故消除于萌芽狀態，而且大大減少滅火造成的經濟損失，防止火災甚至爆炸事故的發生，避免因此造成的巨大經濟損失。

研究表明，煤的自燃發展，一般要經過三個時期，即潛伏期、自熱期和燃燒期。在潛伏期，也稱準備期，煤體溫度與周圍環境溫度基本沒有什么變化，但煤的著火溫度降低，化學活性增強。進入自燃期，煤的氧化速度增加，并分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化生成熱開始使煤體溫度升高，當煤溫超過自熱的臨界值60~80℃時，煤溫將急劇上升，氧化速度加快，并出現煤的干餾，生成碳氫化合物CmHn、氫H2及一氧化碳CO等可燃氣體。這時也是防火滅火最關鍵的時期。如果此時不及時采取一些防滅火措施，煤溫將繼續上升至著火溫度而進入燃燒期。

煤在氧化自燃過程中，不僅放出一定的熱量，而且還熱解釋放出CO、C2H4和C2H6等碳氫化合物，且分解的氣體成分及其濃度與煤溫之間有一定的對應關系。因此，直接檢測煤的熱解氣體產物和空氣中成分變化即可判斷煤的自燃發展程度，以便進行火災的早期預報。

目前，煤礦礦井安全束管監測系統已經開始在煤礦中得到越來越多的普及和應用。礦井安全束管監測系統是借助束管將井下各處的空氣抽取、匯總到指定的地點，再借助色譜檢測裝置對管束所采集的空氣樣本進行分析，實現對CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線監測，其分析結果在以實時監測報告、分析日報兩種方式提供數據的同時，亦可自動存入數據庫中，以便今后對某種氣體含量的變化趨勢進行分析，從而實現了對礦井自燃火災的早期預測，但是因礦井面積非常大，難以找到火源點，有時為避免爆炸或造成大的火災，不得不封閉礦井，造成巨大經濟損失。

煤礦井下一般會在采空區鋪設束管監測系統并布置一定量的測點對采空區的氣體和溫度進行監測監控，通過對采空區指標氣體含量及溫度的分析，判斷采空區是否發火，進而制定采空區的防滅火措施。因此束管監測系統對于保障井下工作人員生命安全具有重要意義。

目前煤礦井下煤自燃標志性氣體檢測手段存在很多缺點，例如，地面束管系統抽氣管路長，氣樣純度無法保證，束管采樣點與人工采樣點無法準確對應，人工取樣檢測又無法實時監控。針對上述缺點，徐州吉安礦業科技自主研制了ZQC3/6井下束管氣體采樣裝置及監測系統。主要由井下氣體采樣裝置、數據傳輸系統和數據處理顯示系統三部分組成。該產品實現了在井下近距離采樣、即時顯著特點分析、實時監測、準確預警的功能，為煤自燃的早期預測預報和防治工作提供科學的依據。

束管監測系統特點

1）體積小、安裝方便。

2）使用、維護簡單。采樣裝置把系統控制、氣體采樣、檢測集成在一起，便于維護。整個系統可以在就地和遠程兩種控制模式下運行，顯示器能動態的反映出當前系統的工作狀態，通訊狀態，采樣值和采樣時間，休眠時間。

3）運行穩定，可靠性高。系統通過外置濾塵裝置和空氣過濾器對氣樣進行過濾，適應井下多塵、潮濕的環境，結構簡單，不易發生故障。

4）自動化程度高，操作方便。遠程自動模式按設定時間自動循回進行采樣、檢測、輸出結果，直到設定的時間停止；遠程手動模式可以根據實際需要選定其中某一地點進行采樣。

5）工作效率高。系統可24小時連續進行采樣與檢測，并自動將數據上傳至上位機服務器，不用人工檢測、采樣，大大節省了人力、物力，降低檢測人員的勞動強度。

6）多種檢測形式，檢測結果更可靠。裝置會在顯示屏上顯示采樣點的氣體濃度情況，并傳輸到上位機或監控室，配合手動模式人工收集氣體氣樣帶到井上復檢，進行井上、井下檢測數據對比分析。檢測結果更準確、更可靠。