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束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問(wèn)題分析及解決對(duì)策
礦井束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種有效的專(zhuān)用監(jiān)測(cè)技術(shù)，可對(duì)井下各易自然發(fā)火地點(diǎn)進(jìn)行全面監(jiān)控，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的礦井火災(zāi)標(biāo)志性氣體分析，可以早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層自然發(fā)火狀況，為礦井自然火災(zāi)和瓦斯的防治下作提供科學(xué)依據(jù)。束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按系統(tǒng)安裝使用的方式不同可分為：主機(jī)井上固定式系統(tǒng)、主機(jī)井下固定式系統(tǒng)和搶險(xiǎn)救災(zāi)移動(dòng)式系統(tǒng)，目前我國(guó)主要的束管系統(tǒng)大多是井上固定式系統(tǒng)。按分析儀類(lèi)型不同，可以分為色譜類(lèi)束管監(jiān)測(cè)儀和紅外類(lèi)柬管監(jiān)測(cè)儀。色譜儀類(lèi)系統(tǒng)分析氣體的種類(lèi)較多，精度也較高，町以以低量氣體作為標(biāo)志氣體，發(fā)現(xiàn)煤層低溫氧化的情況；紅外線(xiàn)類(lèi)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)低濃度氣體的監(jiān)測(cè)精度較低，作為標(biāo)志性氣體主要是CO，參數(shù)較單一，判斷自然發(fā)火時(shí)還應(yīng)該考慮與其它氣體的相對(duì)變化趨勢(shì)。由于相關(guān)智能分析技術(shù)不夠成熟，例如，自然發(fā)火的自動(dòng)分析判斷，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還存在較多問(wèn)題，本文在對(duì)當(dāng)前柬管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，探討了其應(yīng)用中的問(wèn)題，并提出了解決的技術(shù)途徑。
1、存在的主要問(wèn)題
在煤礦的實(shí)際應(yīng)用中，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀并不是特別好，甚至沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用，究其原因，主要有以下幾個(gè)方面：
1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有一定的時(shí)滯性。氣相色譜儀本身特性決定了要分析一個(gè)氣體單樣，其分析的時(shí)間需要8—12min 以上，加上氣體從主泵氣流中經(jīng)采樣泵采樣進(jìn)入分析儀的時(shí)間及每一個(gè)不同樣品之間均需要進(jìn)行一次氣路沖洗，即沖洗時(shí)間，因此，單樣分析需要的總時(shí)間一般在10rain 以上，從目前罔內(nèi)中等系統(tǒng)的容量(監(jiān)測(cè)路數(shù))16 路來(lái)算，要完成一個(gè)監(jiān)測(cè)循環(huán)需要的時(shí)間在60rain 以上。單樣氣體分析結(jié)果一般都是10min 之前的數(shù)據(jù)，然而所使用的軟件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不能考慮到氣體分析的時(shí)滯性問(wèn)題，所得結(jié)果并非當(dāng)前監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)，不利于實(shí)時(shí)分析。另一方面，如系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么系統(tǒng)再啟動(dòng)還需要采樣氣體由井下抽到地面主機(jī)的時(shí)間(一般在30rain 以上)及色譜儀預(yù)熱與校驗(yàn)時(shí)間(一般在2h／次)(可同時(shí)進(jìn)行)，所以采用此類(lèi)系統(tǒng)的礦井根據(jù)這一特性及其實(shí)際需要，一般每天的監(jiān)測(cè)次數(shù)為l～2 次，監(jiān)測(cè)的連續(xù)性較差，不利于分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣體變化規(guī)律。
2)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體的選擇針對(duì)性不夠。煤炭自然指標(biāo)氣體是指能預(yù)測(cè)和反映其自然發(fā)火狀態(tài)的某種氣體，這種氣體的產(chǎn)率隨煤溫的上升而發(fā)生規(guī)律性的變化?，F(xiàn)在束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍使用CO 作為判斷自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體，通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件對(duì)CO 濃度進(jìn)行記錄并做出趨勢(shì)圖，再南技術(shù)人員分析該時(shí)刻井下煤層自燃狀態(tài)。然而井下環(huán)境復(fù)雜，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，不同環(huán)境氣體成分還可分自然發(fā)火區(qū)氣體成分，瓦斯爆炸氣體成分，火災(zāi)煙霧中氣體成分，炮煙氣體成分，在煤礦實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，上述幾種成分都有不同程度的涉及。傳統(tǒng)的軟件無(wú)法對(duì)不同情況的做出區(qū)分、判斷。而且，單一的判斷標(biāo)準(zhǔn)也缺乏科學(xué)性，不同的煤質(zhì)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況使用不同的自然發(fā)火判別標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)各煤礦、煤層的不同條件選擇不同的指標(biāo)性氣體。
3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)自然發(fā)火程度的自動(dòng)分析判斷較差。傳統(tǒng)的柬管系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件只能將所采集到氣體濃度記錄、顯示并打印出來(lái)，然后監(jiān)測(cè)人員再根據(jù)采集到氣體濃度的趨勢(shì)判斷煤自燃狀況。監(jiān)測(cè)軟件不能根據(jù)煤氧化過(guò)程中生成的氣體類(lèi)型和濃度對(duì)煤自燃程度做出判定以及等級(jí)劃分，不方便監(jiān)測(cè)人員分析、判斷井下煤的自燃程度，很難應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況。
4)檢測(cè)技術(shù)人員能力不足。礦井火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬高科技含量產(chǎn)品，在煤礦投入運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中涉及儀器分析基礎(chǔ)知識(shí)，微機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域，尤其在使用色譜儀進(jìn)行氣體分析時(shí)，色譜圖基線(xiàn)選取的是否合理，直接影響到結(jié)果是否精確。然而在許多中小煤礦中，該方面人員往往只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械操作，缺乏一定的應(yīng)變能力。
5)管理層對(duì)系統(tǒng)的管理較松或不夠重視。束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備多。管路維護(hù)量較大。需專(zhuān)人管理。束管管路容易積水、積塵，而積水、積塵堵塞管路后難以處理。許多中、小煤礦因?yàn)槭芟到y(tǒng)維護(hù)及使用不方便，需要投入大量的人力和物力而并沒(méi)用真正的將束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用好或使用起來(lái)。
2、解決的技術(shù)途徑
針對(duì)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了以下解決途徑。
2．1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)氣樣分析中滯后時(shí)間的計(jì)算與處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在束管傳輸氣樣和對(duì)氣樣進(jìn)行分析的工程中存在的時(shí)間滯后是必然存在的，因此，在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)軟件時(shí)，必須將時(shí)間的滯后性問(wèn)題考慮在內(nèi)，綜合束管系統(tǒng)使用的具體環(huán)境以及分析氣樣所需要的時(shí)間，在軟件設(shè)計(jì)上采用平移時(shí)間軸的方法，將測(cè)得氣體的準(zhǔn)確時(shí)間反饋給井上監(jiān)測(cè)人員，使工作人員可以更加直觀(guān)的了解井下自然發(fā)火的過(guò)程，并做出更精確的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。其具體步驟是：設(shè)束管長(zhǎng)度為￡，氣流流速y，根據(jù)氣流在束管管網(wǎng)中的時(shí)間7'和每次單樣分析所需時(shí)間L，在時(shí)間軸上向前平移r+Ls，則町得到該氣樣的準(zhǔn)確時(shí)間，方便監(jiān)測(cè)人員更好的判斷井下情況。
2．2 標(biāo)志性氣體的選擇
煤自然發(fā)火指標(biāo)氣體主要有CO，C：l{6，CH．，C：H．，c：H：，AO：(A02 為氧氣消耗量)等，在這一系列氣體中，在什么情況下，選擇哪些氣體作為指標(biāo)氣體，才能可靠、準(zhǔn)確的判斷自然發(fā)火的征兆，是至關(guān)重要的。煤在氧化升溫過(guò)程中釋放的氣體因煤的種類(lèi)、煤巖性質(zhì)、地質(zhì)條件等內(nèi)外因素的不同而有差別，如何選擇一種合適的指標(biāo)氣體，主要基于以下幾個(gè)原則心]：①靈敏性；②規(guī)律性；③可測(cè)性；④惟一性；⑤單調(diào)變化性；⑥早期顯現(xiàn)性。因此，在選擇煤層自燃標(biāo)志性氣體時(shí)應(yīng)按煤種選擇從緩慢氧化階段發(fā)展為加速氧化階段時(shí)的氣體為指標(biāo)：
1)低變質(zhì)程度的煤種，如褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤，應(yīng)以烯烴或烯烷比為自然發(fā)火的標(biāo)志氣體，對(duì)C2H。其預(yù)報(bào)范圍為100—180℃；對(duì)烯烷比其溫度范圍則依自燃煤層瓦斯組份、礦內(nèi)空氣成份具體確定；上述煤種相應(yīng)的輔助指標(biāo)應(yīng)為CO 及其派生指標(biāo)；
2)焦煤、貧煤和瘦煤則以CO 及其派生的指標(biāo)為準(zhǔn)，CO 預(yù)報(bào)溫度范圍為90～150℃；相對(duì)的輔助指標(biāo)可謂C2H?；蛳┩楸戎?；
3)高變質(zhì)程度的無(wú)煙煤和高硫煤僅能選用CO 及其派生為指標(biāo)，其預(yù)報(bào)溫度范圍值為100 一150℃¨1。因此，在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件時(shí)，要將礦井及煤層、煤種的實(shí)際情況考慮在內(nèi)，根據(jù)選定地點(diǎn)煤層的自燃傾向性、變質(zhì)程度等條件來(lái)確定自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)判自然發(fā)火的狀態(tài)。
2．3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煤自然發(fā)火程度判斷
根據(jù)采集到氣體濃度的趨勢(shì)判斷煤自燃狀況是束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要步驟。但是，監(jiān)測(cè)軟件不能根據(jù)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)對(duì)煤自燃程度做出判定，如果可以根據(jù)煤低溫氧化過(guò)程的氣體產(chǎn)物特性及濃度將煤各個(gè)氧化階段劃分等級(jí)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，及時(shí)報(bào)警，則極大的方便了監(jiān)測(cè)人員了解掌握井下煤層白燃狀況。根據(jù)煤低溫氧化實(shí)驗(yàn)H。j?？梢缘玫胶置?、氣煤、氣肥煤和無(wú)煙煤在低溫氧化過(guò)程中氣體產(chǎn)物的生成規(guī)律以及出現(xiàn)溫度，如表1 所示。按照煤低溫氧化過(guò)程生成的氣體產(chǎn)物特征、氣體生成量隨氧化溫度的變化規(guī)律，以及CO 產(chǎn)生率開(kāi)始急
劇上升的拐點(diǎn)溫度，將煤低溫氧化過(guò)程可劃分三個(gè)階段，其三個(gè)階段氧化特征和相應(yīng)溫度段如表2 所示。
根據(jù)表1、表2，可在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件時(shí)，根據(jù)不同煤種將煤自燃階段按照等級(jí)劃分，蓄熱階段為等級(jí)l，氧化自熱階段為等級(jí)2，深度氧化階段為等級(jí)3，并做出報(bào)警。這樣即町使監(jiān)測(cè)人員直觀(guān)的及時(shí)、準(zhǔn)確地了解井下的自然發(fā)火狀況，并做出及時(shí)處理，應(yīng)對(duì)一些突發(fā)狀況。
2．4 使用中盼注意事項(xiàng)
一個(gè)合格的檢測(cè)分析員要了解井下作業(yè)內(nèi)容，井下設(shè)備的變化以及自燃條件。熟練掌握束管監(jiān)測(cè)設(shè)備原理、用途和使用方法，能根據(jù)歷史資料預(yù)測(cè)氣體變化的規(guī)律和方向，并提供準(zhǔn)確的町靠數(shù)據(jù)，使其依據(jù)數(shù)據(jù)可初步判斷井下情況。煤礦使用單位應(yīng)在購(gòu)入束管系統(tǒng)時(shí)，選部分有經(jīng)驗(yàn)的工作人員，去設(shè)備廠(chǎng)家進(jìn)行相關(guān)的操作和使用培訓(xùn)，使束管系統(tǒng)在煤礦更好的使用起來(lái)。煤礦使用單位應(yīng)建立具體的規(guī)章制度和操作程序，無(wú)論從技術(shù)方面還是質(zhì)量方面都要保證該體系的有效運(yùn)行，從樣品的采集、分析到程度判斷都要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和操作程序，促進(jìn)人員行為規(guī)范化。對(duì)監(jiān)測(cè)儀器要進(jìn)行定期的檢查維修以及清理，井下條件復(fù)雜，束管在井下隨時(shí)有積水、積塵的可能而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)作，因此，在實(shí)際運(yùn)作中，必須對(duì)井下束管進(jìn)行定期的清理維護(hù)，保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
3、結(jié)論
綜上所述，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍存在較多的問(wèn)題：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)滯性、對(duì)自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體的選擇針對(duì)性不夠、以及對(duì)自然發(fā)火程度的自動(dòng)分析判斷較差等，岡此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)軟件部分做進(jìn)一步的改進(jìn)：采用平移時(shí)間軸的方法解決時(shí)滯性問(wèn)題；根據(jù)不同煤層的不同特性，選擇相應(yīng)的標(biāo)志性氣體；根據(jù)不同煤種將煤自燃階段按照等級(jí)劃分，準(zhǔn)確掌握井下煤層自燃狀況。同時(shí)，必須要有規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)秀的檢測(cè)人員、嚴(yán)格的管理體系，才能充分發(fā)揮束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的作用。