文/劉 志

一、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)清水營(yíng)煤礦現(xiàn)用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為SG-2003型井下火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2008年安裝使用至今已有10年，設(shè)備老化嚴(yán)重、穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)分析誤差大。地面部分安裝在中心站內(nèi)，井下束管主管路由地面管溝經(jīng)一號(hào)副斜井、+1265水平車(chē)場(chǎng)、回風(fēng)斜井敷設(shè)至采煤工作面，主要對(duì)工作面及采空區(qū)內(nèi)O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 氣體含量進(jìn)行采樣分析。隨著礦井開(kāi)拓延伸，束管抽氣距離變長(zhǎng)，數(shù)據(jù)采集難度大，現(xiàn)有束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已無(wú)法滿足礦井自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作需要。

二、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性研究

1. 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)階段存在的主要問(wèn)題

（1）色譜儀部分電路板老化，運(yùn)行不穩(wěn)定；（2）穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥長(zhǎng)時(shí)間未使用，漏氣，無(wú)法正常工作；（3）儀器控溫失常，造成色譜柱燒壞；（4）氫氣發(fā)生器電解池?zé)龎牟荒苷９ぷ?、空氣發(fā)生器屬老產(chǎn)品，現(xiàn)已無(wú)更換配件；（5）氣體分析采樣柜，切換閥不能正常工作，漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重；（6）主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行緩慢，出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象；（7）真空泵已損壞，不能正常工作。

2.束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性研究

（1）目前使用的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要將采煤工作面氣樣采集至地面進(jìn)行分析，束管最遠(yuǎn)敷設(shè)距離長(zhǎng)達(dá)10km，束管敷設(shè)路線長(zhǎng)，抽氣阻力大、時(shí)間長(zhǎng)，束管維護(hù)工作量大，采集的氣樣真實(shí)性差、數(shù)據(jù)誤差大。因此，急需升級(jí)改造束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（2）束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造后，將現(xiàn)有的地面固定式負(fù)壓抽氣束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造為井下移動(dòng)式正壓輸氣束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠提高采集氣樣的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，縮短束管采樣分析周期，同時(shí)在特殊情況下還可實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽氣檢測(cè)，便于及時(shí)準(zhǔn)確地分析自然發(fā)火狀況。

三、井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用分析研究

1.使用井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性

根據(jù)清水營(yíng)煤礦火災(zāi)防治情況，檢測(cè)采空區(qū)是否自然發(fā)火防治是通過(guò)檢測(cè)采空區(qū)O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 指標(biāo)性氣體含量來(lái)判斷，傳統(tǒng)的井下紅外、激光束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均無(wú)法分析C2H6氣體含量，無(wú)法有效判斷采空區(qū)自然發(fā)火狀況，目前只有井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)O2、CO、CO2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等指標(biāo)性氣體的采樣分析，分析氣體種類齊全。

因此，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造選取井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.清水營(yíng)煤礦微束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

根據(jù)清水營(yíng)煤礦生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃，首采工作面為110206采煤工作面，接續(xù)工作面為110803采煤工作面，按照2個(gè)采煤工作面配置微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，計(jì)劃在110206采煤工作面、110803采煤工作面分別布置一套井下色譜監(jiān)測(cè)分站，分別用于各采煤工作面開(kāi)采、收尾回收期間采空區(qū)自然發(fā)火指標(biāo)性氣體檢測(cè)。

（1） 110206采煤工作面井下色譜監(jiān)測(cè)分站應(yīng)用。110206采煤工作面井下色譜監(jiān)測(cè)分站安裝在+965水平機(jī)電硐室內(nèi)，用于110206工作面回采、收尾及回撤期間采空區(qū)氣體檢測(cè)分析。在110206風(fēng)巷（距工作面300m）安裝3臺(tái)正壓輸氣泵站（2臺(tái)使用，1臺(tái)備用）及除塵放水裝置，每臺(tái)正壓輸氣泵站分2路4芯束管沿110206風(fēng)巷鋪向采煤工作面及采空區(qū)，分別檢測(cè)采煤工作面、采煤工作面回風(fēng)流、采煤工作面上隅角、采空區(qū)30m、60m、90m束管內(nèi)氣體情況，采空區(qū)氣體經(jīng)正壓輸氣泵向色譜監(jiān)測(cè)分站供氣，預(yù)計(jì)束管敷設(shè)長(zhǎng)度為2650m。

（2）110803采煤工作面井下色譜監(jiān)測(cè)分站應(yīng)用。110803采煤工作面井下色譜監(jiān)測(cè)分站安裝在+1172水平機(jī)電硐室內(nèi)，用于110803工作面回采、收尾及回撤期間采空區(qū)氣體檢測(cè)分析。在110803風(fēng)巷（距工作面300m）安裝3臺(tái)正壓輸氣泵站（2臺(tái)使用，1臺(tái)備用）及除塵放水裝置，每臺(tái)正壓輸氣泵站分2路4芯束管沿110803風(fēng)巷鋪向采煤工作面及采空區(qū)，分別檢測(cè)采煤工作面、采煤工作面回風(fēng)流、采煤工作面上隅角、采空區(qū)30m、60m、90m束管內(nèi)氣體情況，采空區(qū)氣體經(jīng)正壓輸氣泵向色譜監(jiān)測(cè)分站供氣，預(yù)計(jì)束管敷設(shè)長(zhǎng)度為3800m。

四、井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由KQF8-Z礦用隔爆兼本安型多組份氣體分析主站、井下正壓輸氣泵站、防爆開(kāi)關(guān)、束管、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)客戶端、系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)等部分組成。

圖1 正壓輸氣泵結(jié)構(gòu)圖

1. 多組份氣體分析主站

多組份氣體分析主站由采樣控制模塊，電磁閥及驅(qū)動(dòng)電路，微型色譜儀等組成，封裝在防爆色譜監(jiān)控分站的箱體內(nèi)，是束管監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過(guò)井上管理平臺(tái)給色譜監(jiān)測(cè)分站設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，在井上管理平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制指令下，將束管采樣得到的井下氣體，依次通過(guò)色譜儀進(jìn)樣分析，并將結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，返回給井上系統(tǒng)管理平臺(tái)。

2.微型氣相色譜儀

微型氣相色譜儀是井下微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)核心分析單元，色譜數(shù)據(jù)采用工業(yè)環(huán)網(wǎng)通信，光纖傳輸。微型氣相色譜儀具有檢測(cè)速度快，便攜、檢測(cè)靈敏度高，可靠性好，維護(hù)成本低，檢測(cè)氣體組份多，易操作等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，可以在采樣地點(diǎn)進(jìn)行快速現(xiàn)場(chǎng)分析，也可將分析數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，做到24h不停地生成井下氣體分析數(shù)據(jù)。

3.束管正壓輸氣泵站

束管正壓輸氣泵站采用雙泵頭結(jié)構(gòu)，雙路獨(dú)立工作，適應(yīng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要采用雙路獨(dú)立輸出方式或雙路并聯(lián)為單路輸出方式工作。主要由輸氣泵、電動(dòng)機(jī)、防爆開(kāi)關(guān)、旁路閥、單向閥、切換閥、自動(dòng)泄壓閥、自動(dòng)放水閥、濾塵器、壓力表等組成，是正壓束管監(jiān)測(cè)的重要組成部分。如圖1所示。

（1）工作原理。束管輸氣泵站的壓氣構(gòu)件由傳動(dòng)端的曲軸連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)進(jìn)行工作。壓氣構(gòu)件在壓腔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，促使壓腔壓力變化，在壓腔為負(fù)壓時(shí)，進(jìn)氣閥打開(kāi)，氣體被吸入壓腔，在氣體壓縮時(shí)，排氣閥打開(kāi)，壓縮后的氣體輸出至冷卻系統(tǒng)，再經(jīng)濾水處理后送入輸氣管路。

（2）功能特點(diǎn)。①多功能使用，同時(shí)兼具正壓輸氣、負(fù)壓輸氣功能；②雙泵頭設(shè)計(jì)，一個(gè)泵站可以同時(shí)采集兩個(gè)地點(diǎn)，或并聯(lián)使用提高可靠性；③斷電自動(dòng)泄壓保護(hù)，自動(dòng)散熱設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)數(shù)十倍使用壽命，滿足24小時(shí)不間斷工作要求；④斷電旁通功能，井下斷電后仍然可保持使用井上負(fù)壓取氣的通路，更容易配合其他各種系統(tǒng)的使用；⑤網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，配合專用的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制單元和系統(tǒng)軟件，可以實(shí)現(xiàn)井上控制輸氣泵站的啟停，并監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，井下束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造為微色譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，進(jìn)一步增強(qiáng)了礦井防滅火基礎(chǔ)設(shè)施功能，保障了礦井安全生產(chǎn)。