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1、佳峰煤礦束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造方案煤的自然過程可分為三個(gè)階段，即潛伏期、自熱期和燃燒期。潛伏期一般無明顯征兆，自熱期煤的氧化速度加快，空氣中的氧含量減少而C0、CO2含量增高，空氣溫度升高，這是我們進(jìn)行初期預(yù)報(bào)和采用防止性措施的良好機(jī)會(huì)。而燃燒期時(shí)氧化速度急劇加快，空氣和煤溫顯著增高，產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w。正由于對(duì)煤炭自然過程的三個(gè)階段及其表現(xiàn)特性有較清楚的結(jié)識(shí)與了解，完全可以采用一些監(jiān)測(cè)設(shè)備和手段對(duì)煤層標(biāo)志性氣體進(jìn)行分析，做到初期預(yù)報(bào)，從而達(dá)成“防患于未然”的目的。因此，采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)自燃發(fā)火標(biāo)志氣體分析，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層自燃發(fā)火狀況，成為了礦井防止自燃發(fā)火的重要手段。一、 簡(jiǎn)述束管系統(tǒng)發(fā)展歷2、程什么是束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：就是把直徑mm或mm的聚乙烯管多根扎在一起，外層包裹阻燃抗靜電材料，從地面一直鋪設(shè)到井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用抽氣泵把測(cè)點(diǎn)的氣體抽到地面并送到氣體分析設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。這種方法和技術(shù)合用于煤礦自然發(fā)火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。第一代束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：八十年代我國(guó)引進(jìn)了這種方法和技術(shù)，由當(dāng)時(shí)的撫順煤研所研制了這種設(shè)備，并在兗州礦務(wù)局的興隆莊煤礦和南屯煤礦一方面使用。當(dāng)時(shí)的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的氣體分析設(shè)備是由佛山分析儀器廠生產(chǎn)的紅外線氣體分析儀和磁導(dǎo)式氧氣分析儀，分析的指標(biāo)氣體是一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氧氣。使用過程中發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性差，特別是分析微量氣體的紅外線一氧化碳分析儀不僅不穩(wěn)定，并且受到甲烷和二氧化碳?xì)怏w3、的影響（氣體交叉干擾）使分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。分析氧氣的磁導(dǎo)式氧氣分析儀對(duì)氣體流量的穩(wěn)定性規(guī)定高，而束管系統(tǒng)管路的長(zhǎng)短不同樣，管路的阻力不同使氣體的流量不同，導(dǎo)致磁導(dǎo)式氧氣分析儀分析的數(shù)據(jù)誤差較大。這些因素的存在使當(dāng)時(shí)的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用效果不好。第二代束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：以氣相色譜儀為重要分析儀器的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。氣相色譜儀是運(yùn)用某些材料對(duì)不同氣體的吸附和解吸特性，即分離的原理制成的氣體分析設(shè)備。配置不同原理的檢測(cè)器，可分析煤礦自然發(fā)火的所有指標(biāo)氣體，并且分析精度高（對(duì)C2H4，C2H6，C2H2，C3H8的最小檢測(cè)濃度可達(dá)成0.1ppm）。氣相色譜儀的缺陷是設(shè)備操作復(fù)雜，對(duì)操作人員的素質(zhì)規(guī)定高；設(shè)備準(zhǔn)備4、時(shí)間長(zhǎng)，從開機(jī)到可以工作要2小時(shí)左右；天天開機(jī)都要作標(biāo)準(zhǔn)氣體的組分表以保證其分析的準(zhǔn)確性；分析速度慢，作一個(gè)氣樣的全分析要8-10分鐘左右；氣相色譜儀工作參數(shù)（溫度，氣體壓力，流量，色譜柱狀態(tài)等）發(fā)生微小變化都使結(jié)果產(chǎn)生誤差，需要經(jīng)常進(jìn)行校正；井下測(cè)點(diǎn)不同，氣體濃度變化范圍很大，高濃度的氣體使色譜儀產(chǎn)生嚴(yán)重拖尾。由于普通氣相色譜儀不適合長(zhǎng)期連續(xù)工作，由氣相色譜儀組成的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并不是真正意義上的“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”。第三代束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：紅外線和色譜儀結(jié)合分析氣體模式。煤礦使用的色譜儀分析氣體成份為CO,CO2,CH4,C2H2,C2H6,C2H4,O2,N2等,色譜儀分析CO,CO2,CH4，O2,5、N2難度很大，規(guī)定高，且很不穩(wěn)定。但分析碳?xì)浠衔锵鄬?duì)來說很容易。由于C2H4,C2H6,C2H2的出峰很穩(wěn)定，對(duì)流量比規(guī)定不高。一般來說，只要點(diǎn)火成功之后，最快在分鐘就可以順利得出C2H4,C2H6,C2H2這三種氣體的分析結(jié)果。德國(guó)進(jìn)口的不分光原理的紅外線分析儀可以同時(shí)分析CO,CO2,CH4和O2四種氣體,分析一個(gè)氣樣的時(shí)間為1-2分鐘，氣體之間的交叉影響基本為零,穩(wěn)定性和可靠性非常高。由以上兩種設(shè)備結(jié)合而成的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有分析指標(biāo)氣體全，分析速度快，可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)營(yíng)的優(yōu)點(diǎn)。它成功地克服了以氣相色譜儀為分析設(shè)備的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺陷，發(fā)揚(yáng)了以紅外線氣體分析儀為分析設(shè)備的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，6、是一種目前最完善的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。二、佳峰煤礦束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)采空區(qū)等人員無法進(jìn)入的地點(diǎn)，氣樣的采集目前最常用的是礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由束管采樣系統(tǒng)和氣體分析中心組成。1.束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選擇根據(jù)束管采樣方式的不同，分為地面固定式和井下移動(dòng)式。地面固定式是整個(gè)采樣系統(tǒng)都設(shè)立在地面，通過束管將氣體直接抽至地面，運(yùn)用氣相色譜儀連續(xù)分析氣體組分和濃度；井下移動(dòng)式是在井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近設(shè)立采樣系統(tǒng)，人工采樣后送至地面氣相色譜儀分析。地面固定式具有連續(xù)、在線監(jiān)測(cè)采空區(qū)氣體成分，系統(tǒng)安裝、運(yùn)營(yíng)、安全穩(wěn)定并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等優(yōu)點(diǎn)；井下移動(dòng)式具有體積小、重量輕、管路短、維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，但不能對(duì)井下氣體進(jìn)行連7、續(xù)監(jiān)測(cè)。結(jié)合佳峰煤礦的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)礦井防滅火選擇本礦井已有的一套KYSC-1型井下移動(dòng)式火災(zāi)氣體束管采樣系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下煤層自然發(fā)火情況的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控。同時(shí)在地面設(shè)立有GC-950型煤礦專用色譜分析系統(tǒng)進(jìn)行采空區(qū)氣體監(jiān)測(cè)和成分分析。2. KYSC-1型井下移動(dòng)式火災(zāi)氣體束管采樣系統(tǒng)本礦井現(xiàn)已有KYSC-1型井下移動(dòng)式火災(zāi)氣體束管采樣系統(tǒng)。該套系統(tǒng)可用于在井下對(duì)重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采樣，多個(gè)密閉集中采樣，現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室分析，監(jiān)測(cè)火災(zāi)氣體成份的變化，為煤層自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了有效的手段，為分析煤層發(fā)火情況及其變化趨勢(shì)提供了依據(jù)。系統(tǒng)由安裝在井下的管纜及接管箱、儲(chǔ)水器、粉塵過濾器等附件。檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在8、采空區(qū)、密閉區(qū)、運(yùn)送巷道及掘進(jìn)巷道。三、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問題佳峰煤礦的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，存在以下缺陷或問題: 1. 氣相色譜儀故障率高，分析精度低2. 氣相色譜儀氣路故障時(shí),調(diào)整比較復(fù)雜，對(duì)操作人員的技術(shù)水平規(guī)定高; 3. 5A色譜柱需經(jīng)常老化，影響正常使用; 4. 色譜儀穩(wěn)定期間長(zhǎng)，每710天需進(jìn)行校正，從開機(jī)到能使用一般要2小時(shí)左右; 5. 分析一個(gè)氣樣要十幾分鐘左右; 6. 真空抽氣泵噪音大; 7. 以上決定了系統(tǒng)不具有在線使用功能。 由以上因素，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常不能正常使用，影響了自然發(fā)火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和煤礦的防滅火工作。 四、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新技術(shù) 鑒于由氣相色譜儀組成的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的以9、上缺陷和通病，礦務(wù)會(huì)研究決定選擇以紅外線氣體分析儀和氣相色譜儀兩種分析設(shè)備組成的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅克服了以上所列缺陷，并且實(shí)現(xiàn)束管監(jiān)測(cè)真正的在線使用: 1. 紅外線氣體分析儀分析CO、CO2、CH4和O2; 氣相色譜儀分析C2H4，C2H6，C2H2和C3H8，兩個(gè)分析設(shè)備由一套軟件控制，數(shù)據(jù)合成一個(gè)報(bào)表。 2. 3分鐘完畢一個(gè)氣樣的全分析; 3. 氣相色譜儀7-10天校正一次，不需老化色譜柱; 4. 系統(tǒng)開機(jī)5分鐘即可正常使用; 5. 操作人員擺脫了繁瑣低效的工作; 6. 由進(jìn)口真空泵組成的抽氣泵站抽氣距離長(zhǎng)，噪音低，無油無水，安全環(huán)保; 7. 前置4路球膽進(jìn)樣口，方便人工采樣分析; 8. 10、具有微機(jī)控制配氣功能，可高精度成比例的稀釋標(biāo)準(zhǔn)氣體和樣品氣體。 9. 系統(tǒng)可長(zhǎng)期不間斷運(yùn)營(yíng)。 這種模式的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，高穩(wěn)定高可靠性。五、升級(jí)改造內(nèi)容 1、井下管路部分不動(dòng); 2、增長(zhǎng)紅外線氣體分析儀; 3、改造色譜儀和機(jī)柜的連接，通過機(jī)柜控制色譜儀自動(dòng)進(jìn)樣，自動(dòng)采樣，自動(dòng)分析4、 更換系統(tǒng)控制柜; 5、 更換系統(tǒng)數(shù)據(jù)工作站和系統(tǒng)軟件; 6、 更換抽氣泵7、不需要氮?dú)庾鬏d氣，氫氣既可做燃燒氣也可做載氣六、系統(tǒng)改造后可實(shí)現(xiàn)的重要指標(biāo) 1.能分析CO，CO2，CH4，O2，C2H4，C2H6，C2H2，C3H8，N2等九種預(yù)報(bào)自然發(fā)火的指標(biāo)氣體(N2 由計(jì)算得出)。 CO 最小分辨率為1 ppm;11、 量程:0-1% CH4最小分辨率為0.01% ,量程為0-25% CH4 . CO2最小分辨率為0.01% ,量程為0-25% CO2 . O2最小分辨率為0.01% , 量程為0-25% O2 . C2H4 ,C2H6，C2H2 , C3H8最小分辨率均為0.1 ppm. 2.可移動(dòng)抽氣泵站無油，不需冷卻水，低噪音，不需專用泵房，抽氣距離可達(dá)20公里。 3、系統(tǒng)能無人職守長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)營(yíng). 4.配備12路束管接口和4路前置球膽采樣進(jìn)樣口。系統(tǒng)自動(dòng)巡回 分析12路束管接口和4路前置球膽進(jìn)樣口氣樣。分析一路氣樣的時(shí)間小于3分鐘. 5.分析數(shù)據(jù)、報(bào)表、趨勢(shì)曲線等自動(dòng)生成，并可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。 附：束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析模式對(duì)比表 2023年6月6日