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1、回采工作面采空区束管监控系统技术方案一、070101回采工作面采空区测点布置在回采工作面，沿工作面两道顺槽方向，布置5个测点，测点等长均匀布置，每个测点内安设束管采样器，随着回采工作面的推进，束管依次进入“散热带”、“氧化带”与“窒息带”，同时监测采空区各种参数变化，为分析浮煤的各个氧化阶段的温度和气体产物析出特性、变化规律提供依据。070101工作面采空区“三带”观测测点布置如图3-5-1所示。图3-5-1 070101工作面采空区“三带”观测测点布置二、采空区束管采样系统建立为了不影响回采工作面正常生产，同时方便井下安装，沿工作面切顶线方向铺设一根五芯集束束管，集束束管外套2无缝钢管，无缝
2、钢管之间用法兰连接，以保护束管。每个测点都安装一个采样器，每个采样器连接一路束管，测点采样器加套管保护（通过三通或弯头连接），如图3-5-2所示；图3-5-2 测点采样器的结构束管采样端布置一台2x-4型旋片式真空泵，将各路气样分别采集至气囊内，带到地面利用气相色谱仪进行气体组分分析。另外，使用便携式测温仪对各测点温度值进行测定，以分析采空区温度的变化规律。三、监测内容与方法井下实际监测的主要气体有O2、N2、CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2。具体的取样方法如下：a、针对工作面实际推进情况，每天采集一次气样；b、采样时，先将其中一路束管连接到真空泵进气口，预抽35min，然后将球胆内
3、的气体挤压干净（洗气），再将球胆连接到真空泵的出气口采集气样，直至球胆被充满为止；c、采样测试完毕后，测量工作面推进位置并做好记录；d、将气样送至地面化验室，进行气体组分分析，分析组分包括：O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等，气样必须在24小时内分析，以保证结果的准确性。四、现场监测结果现场监测时，通过采样泵将测点的气样分别采集到各个气囊内，然后带到地面化验室进行分析，采样周期为每天1次。采样的同时，测量两次采样间隔内工作面的推进距离。分析参数主要有O2、N2、CO2、CO、CH4、C2H6和C2H4等，监测结果如表3-5-1所示。表3-5-1 070101工作面
4、采空区各测点气体监测值 测点号日期推进度/mC2H2/%C2H4/%C2H6/%CH4/%CO/%CO2/%N2/%O2/%如对070101工作面采空区气体产物析出特性的现场监测过程中，监测基本正常，则可作为070101工作面自燃“三带”划分的主要数据基础。五、监测数据分析根据监测结果，从采空区氧气浓度分布及指标气体分布等方面对采空区气体分布规律进行详细的分析和阐述。（a）采空区O2分布规律（b）采空区CO分布规律六、采空区自燃“三带”范围采空区自燃“三带”范围界定的方法可采用采空区氧气浓度的大小来划 分，“氧化带”与“窒息带”之间，一般采用7%的氧气浓度来界定，“散热带”与“氧化带”之间采用
5、18%的氧气浓度来界定。本次设计结合邻矿的测定成果，070101回采工作面散热带按10m确定，氧化带按20m确定。当工作面以推进速度V向前推进时，工作面后部采空区中某一点也以相同的速度远离工作面，这个固定点要在一定的时间内依次经过采空区散热带、氧化带和窒息带，则： 式中：采空区某点移至窒息带所需的时间，d；Lx氧化带后部边界（即窒息带边缘）距工作面切顶线的最大距离，m；V工作面推进度，m/d。如果开采煤层的最短自然发火期为min，则当min时，在自然发火期之内，采空区有自然发火危险。因此要求工作面开采设计时，设计推进度V安应按下式计算： 在工作面氧化带后部边界距工作面切顶线的最大距离通过“三带
6、”测试后，结合7号煤层的最短自然发火期数据，则安全推进度不难计算。因此，建议山西灵石国泰红岩煤业有限公司对7号煤层的自然发火期进行鉴定，完善自然发火防治的相关基础参数。二、070101工作面采空区监测系统的建立煤矿安全规程第二百四十一条规定：“开采容易自燃和自燃煤层时，在采区开采设计中，必须明确选定自然发火观测站或观测点的位置并建立监测系统、确定煤层自监测系统、确定煤层自然发火的标志气体和建立自然发火预测预报制度”。生产过程中，随时监测各种气体含量，尤其是指标气体含量，若出现指标气体含量超出标准值，则必须采取相应的防灭火措施，避免采空区自燃现象进一步发展，造成不可挽回的损失。目前，矿井监测系统
7、一般都采用现代化装备进行煤层自然发火预测预报，束管监测技术因具有测定气体组分较多、数据存储量大和分析较准确、监测连续性好、自动化程度高等特点在煤层自燃隐患预测预报方面得到了广泛应用，其主要由束管取样系统和气体分析中心组成，利用真空泵和多芯塑料束管（防静电），抽取一定距离的气样，再利用气相色谱分析仪连续分析各个测点气体组分浓度的变化，进而对煤层氧化自燃过程进行观测并进行早期预测预报。在束管监测系统没有安装完成时，可以建立简易束管监测系统替代矿井自燃火灾束管监测系统。1.简易束管系统在集中束管监测系统建立前，可设置简易束管装置监测采空区气体变化，由人工操作巡回取样，送地面色谱仪分析。具体做法为：a
8、、在070101工作面回风巷距切眼200m处，建立井下抽气泵站。防爆电机带动抽气泵，联合作为简易束管系统的抽气动力；b、沿工作面回风顺槽铺设5芯集束束管，束管装入2吋保护钢管内，埋入切眼支架后输送机后部，束管集中接到束管采气泵站，各设通气阀门，分别取气分析。采样器沿工作面均匀布置，采样器与单芯束管连接，用来抽取不同地点的气样，单芯束管同样需套保护钢管；c、需要强调的是，采样器埋入采空区时，应距离地面有一定的高度，同时用木垛加以保护，避免高处坠落岩石砸坏采样器或有灌浆时浆液进入采样系统；d、监测采空区气体时，可用气囊取样，由抽气泵分别抽取不同束管监测地点的气样，带至地面进行分析。注：抽气泵站距切
9、眼200m；束管采样器沿工作面均匀布置。图3-5-3 井下简易束管监测示意图 表3-5-2 气体浓度记录表格气体化验分析报表取样时间：年月日时分取样时地面大气压(KPa)：采 样 地 点现场检查化验分析备注CO/ppmCH4/%CO2/%温度/检查人O2/%CO/ppmCO2/%CH4/%C2H4/ppmC2H6 /ppmC2H2/ppmC3H6/ppmC3H8/ppm取样人通风区负责人（签字）化验员签字井下取气采用球胆取气方法，主要是因为其具有方法简单，容易掌握，携带方便，不怕碰撞，不易打破等优点。取气时需要携带球胆、导气管等到井下通过抽气泵进行取气，应注意将采样气体反复充满放空几次，以减少
10、球胆内原有残存气体对气样的影响，同时应保证抽气泵与球胆接口的气密性，避免将空气抽到球胆内。化验后需将数据填入3-5-2中。2.矿井自燃火灾束管监测系统目前，煤层火灾的监测主要有煤矿安全监控系统、人工检测矿井火灾和束管采样监测系统三种手段。（1)安全监控系统可以连续监测CO、CO2、O2等环境参数，根据这些环境参数的变化进行煤层火灾的预报。（2)人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，人工气体监测主要采用O2、CO、CH4等便携式气体分析仪，由人工直接在各测点进行气体检测，并定期采用气袋取气样，送地面进行气相色谱分析，给出气体的成分和浓度，以此判断煤层发火程度。该法适用性强、投入设备少，简单易行
11、，但人工取样工作量大，间隔时间长，不能连续实时进行检测。（3)火灾束管监控系统根据安全专篇设计选用已取得MA标志的JSG-8型矿井火灾束管监控系统。1）系统作用该系统主要用于煤矿自然火灾预报和防治工作。广泛应用于煤矿井下采空区，密闭区，以及采煤工作面和巷道空气中CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2气体浓度。经过对自燃火灾标志气体的测定和分析，及时预测预报发火点的温度变化，判断煤面的氧化情况，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供科学依据。可以指导采空区的配风、抽放瓦斯、调压、注浆等工作；对于一些人无法到达或危险大的盲巷等地方，可通过敷设束管探头进行监测瓦斯等气体成
12、份浓度，以减小不必要的人员伤亡事故。2）工作原理：该系统是通过敷设束管把井下气体抽至色谱仪进行检测。检测结果由专用分析软件进行处理，整个过程都在微机控制下进行，自动化程度高。开启系统,先由采样泵抽取束管内气体形成负压，即井下外部的压力大于束管内的压力，使井下气体被吸入束管，到达井上的电磁阀前并处于等待检测状态。接通某一路束管的电磁阀，该路束管内的气体被送入色谱仪进行分析。分析结果由专用分析软件进行处理，形成谱图和分析结果，分别在屏幕和打印机上表现出来，完成某一路束管气体的检测分析过程。在需要多路检测的时候，由微机按照用户设定的检测顺序和检测次数自动循环进行，无需人工干涉，可实现24小时连续在线
13、检测与分析，所有分析数据均可保留。以便工作人员对数据的再利用。3）主要特点：a.通过电脑控制束管监测系统，电脑的操作系统为WindowsXP，专用控制软件采用通用的窗口设计，操作简便易学。b.束管负压采样、色谱分析，无需任何电化学传感器；c.束管监测系统的探头未敷设到的地方，可采用人工采样检测，灵活可靠。d.自燃火灾预报功能：通过对气体的分析，及时准确的预测火源温度变化情况；e.报表功能：生产正常分析、束管分析、检测日报、月报、检测谱图报表，气体含量变化趋势报表等。f.数据库记录个数无限制，对历史数据进行分析比较；g.井下管路最远采样距离大于20公里。4）技术参数：a.控制束管监测路数：8-6
14、0路。b.检测方式：一次进样多种气体成分同时出结果。c.运行时间：24小时自动循环监测或人工设定。d.分析气体成分：CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等。e.最小检测浓度：FID0.5ppmTCD10ppmf.系统误差：1%5）监测方案a.测点布置方案选定一工作面在进回风顺槽按一定间距布置束管采样器，测定采空区范围大约距工作面150m左右，约50m设一个测点，保持采空区内部进、回风侧各三个探头，上下顺槽同时观测，待距工作面最远测点进入采空区150m后，即可结束观测，测点布置如图3-5-4所示。采空区开切眼停采线采空区束管采样泵束管采样点图3-5-4 单巷布置工作面测
15、点布置图工作面正常封闭后，在进、回风侧密闭分别设观测孔，并在密闭内各布置一个测点，采空区开切眼停采线采样束管采样泵测点布置如图3-5-5所示，对于与采空区相连（尤其是与火区相通）的闭墙内也应设置测点进行监测。图3-5-5 工作面封闭后测点布置图2）地面色谱分析井下通过束管采样仪采样并送至地面色谱分析，分析参数主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、H2正常情况下，每天早班检测一次，工作面异常时，每班检测二次。三、束管监测系统安全作业及维护1、 束管监测工作业的安全规定：1）束管监测工必须经过培训，考试合格后，方可上岗。2） 束管监测地点应选择在有浮煤被压酥的煤柱等
16、可能的地点（如采煤的工作面的回风巷、回风隅角和停采线），的回风侧；采掘过程中有漏风和可能积热的地点，3） 测点应根据通风队的要求尽量布置在标高较高处，主要漏风通道中压差最大处。4） 进入工作地点严格执行“敲帮问顶”制度，有隐患应先排除后工作。5） 禁止进入盲巷工作。6） 在密闭前工作时，必须先检查瓦斯、二氧化碳、一氧化碳、氧气的浓度，在浓度符合煤矿安全规程规定后，方可进行作业。7） 地面化验室，必须配备灭火器具，室内禁止明火。2、 管路敷设：1） 敷设管路时应尽量使路径短，少拐弯，以便减少阻力，防止曲折破坏，还要注意以下几点：（1） 选路径应在，支护完好的巷道内，防止管路破坏。管路穿过风门墙体
17、时必须打孔。（2） 选路径温差变化要小，在温度急剧变化的地点要在温度低的一侧设置除水器或其它设施，标高较大的斜巷，应在底部设置除水器。（3） 接管箱、除水器、采样器的接头要严密不漏气，且安设位置与人体高度相适应。2） 管路的敷设，吊挂要整齐有序，2条以上的分散管路应设置管路夹板，以便检查和维修。3） 束管监测探头应悬挂在监测地点回风流中，且应靠近巷道顶部，吸气口正对风流方向，探头应设在顶板完好，无淋水。4） 管路敷设完毕后，从地面化验室到井下各测点，整个系统要进行统一编号，并用压气检查管路顺序是否混乱，乱的要及时调整。每一条管路安装完毕后，必须在测点释放标准气体，详细记录管路的气压值，气体传输
18、时间，并和地面分析的数值进行比较，管路的传输损失应在允许的范围内，否则应进一步检查管路的气密性。5） 监测密闭内和煤体内气体变化时，应预留监测管，束管监测探头应埋设在监测管内，且用黄泥封口。3、 管路的维护1） 检查管路的漏气、堵塞、破坏情况。2） 管路发生故障后，要及时进行处理。管路断开或接头漏气时，要接好或密封，发生水堵时要用空气压缩机加压空气吹有故障的管路，除水后要复查管路的气密性。3） 经常检查管路系统，定期打开接管箱，除水器、排出积水。4） 经常检查探头的完好情况，并根据现场情况及时调整探头位置，及时更换不合格探头。4、 数据测定与分析1） 数据测定前个设备完好，岗位人员到齐上岗。2
19、） 开启红外线分析仪前应做好以下检查（1） 检查硅胶及烧碱石棉是否符合规定。（2） 逐一检查各气路的气密情况3）监测的操作程序：开机监测：开启循环水泵1开启抽气泵1分析仪电源1放大器电源1仪器调零1启动微机进入监测程序1打开测量按钮1报表打印4） 监测过程中应密切观察分析仪及抽气泵运行情况，发现问题立即按操作规程停机处理。5） 根据记录表内的数据，每天在坐标纸上描出各指标气体浓度的变化曲线。6） 定期对分析仪用标准气样进行标校，误差必须在允许的范围内。5、其它1） 定期对井下各测点的气体变化情况进行分析，每月至少要总结一次，发现问题及时向通风队长、总工程师汇报，确定有发火征兆时，必须立即向矿领导汇报，以便采取措施处理。