徐盼鋒

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

礦井自燃火災(zāi)束管檢測(cè)系統(tǒng)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)礦金火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最常用的技術(shù)手段，這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：①實(shí)施性較差，這是由于氣樣分析需要在地面進(jìn)行，因此需要較長(zhǎng)的束管管線將氣體抽出，管線越長(zhǎng)，抽出阻力越大，因此需要的時(shí)間越多。②自動(dòng)化程度相對(duì)較低，氣相色譜儀每天使用前均需標(biāo)定。③對(duì)相關(guān)工作人員的技術(shù)水平要求較高，檢測(cè)人員專業(yè)技術(shù)水平以及個(gè)人素質(zhì)高低是影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的重要因素之一，因此對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的選拔標(biāo)準(zhǔn)比較高。④火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能關(guān)聯(lián)分析和綜合評(píng)價(jià)預(yù)警能力差。針對(duì)這些問(wèn)題探索智能礦井火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)路徑也就顯得極為重要。

1 智能礦井火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)重要性

針對(duì)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)問(wèn)題我國(guó)普遍使用的預(yù)報(bào)方法有電阻探測(cè)法、紅外線探測(cè)法、磁探測(cè)法、能源自燃溫度探測(cè)法等等，但每種探測(cè)技術(shù)都或多或少的存在一些弊端，無(wú)法為礦井火災(zāi)預(yù)警工作提供全面、高效的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。礦井內(nèi)部工作量大、對(duì)機(jī)器設(shè)備以及人員操作等要求較高，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)造成巨大的人身、財(cái)產(chǎn)損失，因此，必須重視礦井火災(zāi)預(yù)警工作，對(duì)可疑火源及時(shí)排查，為后續(xù)的火災(zāi)預(yù)防以及搶救工作提供寶貴時(shí)間，加快智能礦井火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)是保障礦井施工安全的重要手段。智能礦井火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要是通過(guò)地底內(nèi)部的光纖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下溫度，同時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)火災(zāi)故障的機(jī)器設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括機(jī)電運(yùn)輸及、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)等等，快速排查事故溫度點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精確定位，根據(jù)實(shí)際情況建立理想的火災(zāi)預(yù)測(cè)模型，客觀有效的判斷火災(zāi)發(fā)生的可能性，及時(shí)預(yù)警，減少損失。

2 智能礦井火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)路徑

2.1 實(shí)施目標(biāo)

（1）建立井下分布式激光火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。針對(duì)井下密閉區(qū)等特殊空間的火災(zāi)監(jiān)測(cè)，應(yīng)當(dāng)格外重視其空間內(nèi)的CH4、CO、C2H2、CO2、O2等氣體濃度以及空間內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以選擇采用分布式光纖溫度傳感技術(shù)和波長(zhǎng)調(diào)制吸收光譜技術(shù)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取具體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，客觀判斷井下實(shí)際情況。礦用隔爆兼本安型光纖測(cè)溫控制柜、礦用本安型激光火情監(jiān)測(cè)主機(jī)以及氣體采樣系統(tǒng)是構(gòu)成礦井火災(zāi)報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其中氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要檢測(cè)對(duì)象是CH4、CO、C2H2、CO2、O2等氣體，氣體存在于不同的束管中，監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些氣體濃度是否異常，同時(shí)對(duì)于地面上發(fā)送的各種指令要快速執(zhí)行。電源系統(tǒng)和分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是組成光纖測(cè)溫控制柜的主要設(shè)備，電源系統(tǒng)的主要作用是提供充足的電源以保障火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正常運(yùn)行，而分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的主要作用是準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)重要區(qū)域的溫度變化情況。氣體采樣系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括輸氣泵站和氣體取樣束管兩部分。被監(jiān)測(cè)氣體通過(guò)氣體取樣束管到達(dá)采樣系統(tǒng)，由采樣系統(tǒng)對(duì)氣體濃度進(jìn)行測(cè)量。

（2）構(gòu)建智能化地面火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。智能化地面火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建有助于解決火災(zāi)警報(bào)預(yù)測(cè)能力差以及火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析能力差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)快速及時(shí)、中央控制智能化、采集分析智能化等目標(biāo)。智能化地面火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集裝置、地面火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)合理的取氣策略，獲取準(zhǔn)確真實(shí)的采樣分析結(jié)果，建立科學(xué)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)分析訓(xùn)練模型進(jìn)行深度的關(guān)聯(lián)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣體參數(shù)變化的異常，確定具體位置，快速排查。

2.2 建設(shè)方案

我國(guó)能源開采行業(yè)相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)要求，采礦工作面以及采空區(qū)是施工作業(yè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)重視的根據(jù)火災(zāi)監(jiān)測(cè)空間區(qū)域，重點(diǎn)提高這些空間區(qū)域的火災(zāi)預(yù)警精度，實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)，早期預(yù)防的目的。礦用分布式激光火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效避免傳統(tǒng)常用礦井自然火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弊端，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、礦井火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和地面火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是礦用分布式激光火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要組成部分，礦井火災(zāi)檢測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備一般安裝位置是在井下采礦工作面和采空區(qū)附近，因此在一定程度上會(huì)大大縮短井下使用束管的長(zhǎng)度，減少氣體采樣花費(fèi)時(shí)間，提高火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)獲取效率，方便后續(xù)數(shù)據(jù)分析工作的進(jìn)行。除此之外，束管漏氣的可能性也會(huì)隨著束管長(zhǎng)度的縮短大大降低，保證了火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果的可靠性。一個(gè)火災(zāi)監(jiān)測(cè)單元包括多個(gè)相鄰的火災(zāi)監(jiān)測(cè)區(qū)域，火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的應(yīng)用能夠有效提高分布式取氣的效率，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，多種氣體成分分析更精準(zhǔn)高效。

2.3 技術(shù)支撐

采礦工作面采空區(qū)、密閉區(qū)等空間是井下進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)的主要區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)快速高效的礦井火災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)，應(yīng)當(dāng)重視地面火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及井下火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集等工作，提高取氣、采集分析模型訓(xùn)練的效率，降低井下火災(zāi)發(fā)生的概率。自燃現(xiàn)象是地下礦井中礦層常見的一種現(xiàn)象，含氧游離基是能源生成過(guò)程中容易大量生成的物質(zhì)，在低溫環(huán)境下，這些游離基容易與能源中吸收的氧氣產(chǎn)生反應(yīng)，釋放大量熱。在發(fā)生此類氧化反應(yīng)后，礦層溫度升高，環(huán)境溫度的升高會(huì)加速能源的這種氧化反應(yīng)，進(jìn)一步升高礦產(chǎn)資源的溫度，直至達(dá)到自燃的燃點(diǎn)，導(dǎo)致自燃現(xiàn)象的發(fā)生。采空區(qū)是指在礦井作業(yè)的過(guò)程中，由于礦石的開采產(chǎn)生的空洞或空腔。采空區(qū)是容易發(fā)生自燃現(xiàn)象的危險(xiǎn)區(qū)域，漏風(fēng)是影響采空區(qū)比較常見的情況，因此氧含量也會(huì)受其影響逐漸增加，環(huán)境溫度隨之升高，熱量聚集到一定程度引發(fā)自燃。自燃現(xiàn)象是影響礦井施工作業(yè)、正常生產(chǎn)的重要因素，因此，應(yīng)當(dāng)引起各部門的重視，為有效預(yù)防礦山生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中自燃現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)對(duì)其重點(diǎn)區(qū)域布置火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同區(qū)域的數(shù)據(jù)變化，在礦層自燃的準(zhǔn)備期和自熱期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防。采空區(qū)是礦井生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中最容易發(fā)生自燃現(xiàn)象的重點(diǎn)預(yù)防區(qū)域，國(guó)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)有重點(diǎn)礦區(qū)的自燃情況高達(dá)60%，所以在礦山采空區(qū)布置火災(zāi)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備有利于控制礦井火災(zāi)的發(fā)生，確保礦井生產(chǎn)作業(yè)的順利進(jìn)行，保障礦企生產(chǎn)工人的人身及財(cái)產(chǎn)安全。采礦工作面的回風(fēng)側(cè)一般是設(shè)置礦井火災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主要位置，同時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置還要靠近回風(fēng)巷上幫和采空區(qū)邊緣的三角地帶，即上隅角這是因?yàn)椴煽諈^(qū)一般屬于密閉區(qū)域，與氧氣接觸容易發(fā)生自燃情況，所以監(jiān)測(cè)比較困難，而上隅角區(qū)域不易通風(fēng)，溫度和濕度也會(huì)相對(duì)較高，所以采空區(qū)和采面交匯釋放的氣體更加容易聚集于此，方便采樣測(cè)量數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

礦井火災(zāi)是能源開采生產(chǎn)過(guò)程中影響嚴(yán)重的重大災(zāi)害之一，不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致巨大的人身財(cái)產(chǎn)損失，智能礦井火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠有效預(yù)測(cè)礦井火災(zāi)的發(fā)生，基于平時(shí)測(cè)量溫度的數(shù)據(jù)情況，通過(guò)分布式光纖感溫報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)井下敏感位置以及重要機(jī)器設(shè)備的溫度變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，進(jìn)行客觀合理判斷，一旦察覺溫度變化異常，立即確定火災(zāi)預(yù)警區(qū)域，將其扼殺在搖籃內(nèi)，避免引發(fā)重大事故。礦井火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)分析、實(shí)時(shí)性好，而且綜合評(píng)價(jià)預(yù)警能力較強(qiáng)，是未來(lái)礦井火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。