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1、太原煤气化东河煤矿束管火灾监测系统初步设计通风区2011年8月8日前 言为保障煤矿安全生产和职工人身安全，防止煤矿事故。根据煤矿安全监察条例及国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿防灭火工作的通知（安监总煤行2008161号）的规定，开采容易自燃和自燃煤层时，必须编制相应的防灭火设计。在防灭火设计中，东河煤矿设计安设束管防灭火自动监测系统。一、编制设计的依据1、山西煤矿设备安全技术检测中心2010年7月出具的东河煤矿2#煤层自燃倾向性鉴定报告；3、煤矿安全规程2010版；4、煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005；5、煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法GB/T20104-2006；6、煤矿自
2、然发火束管监测系统通用技术条件MT/T757-1997；7、煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法AQ/T1019-2006；二、设计的指导思想：以“预防为主、防治结合”的方针为指导，结合东河煤矿和当地的实际情况，积极采用新技术、新设备、新工艺，开拓思路，借鉴国内外先进的设计思想，建立比较先进的矿井火灾束管监测监控系统，从而保障煤矿生产和职工人身安全，防止煤矿火灾事故的发生。第一部分 矿井概况一、概述东河煤矿处于吕梁山南部，蒲县东部山地，海拔高程一般在13501500m左右，煤层赋存1210-1300m，埋藏深度在100200m，矿井现开采2#煤层，平均煤厚1.79m，属于易选、低灰、低硫
3、、低磷、高热值的优质1/3焦煤，主要用于炼焦配煤。原煤水分1.33、灰分9.44、挥发分为35.56、硫分为0.63、吸氧量0.66cm3/g。矿井通风方式为混合式，总进风量4823m3/min，总回风量5106m3/min。回采面采用后退式开采、U型通风，配风量一般在800 m3/min 。2010年8月，由临汾市煤炭安全检测检验中心鉴定，年度瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量6.49m3/min，相对瓦斯涌出量4.85m3/t，二氧化碳绝对涌出量3.77m3/min，相对涌出量2.70m3/min，为低瓦斯矿井。在集团公司所属矿井中，东河煤矿属于瓦斯治理A类矿井，是我公司瓦斯治理重点矿井，
4、存在局部瓦斯局部富集区，回采工作面上隅角瓦斯较高，2011年底拟上瓦斯移动抽放系统，现正在设计中。二、矿井自燃发火情况1、2#煤层自然发火倾向性鉴定经山西省煤矿设备安全技术检测中心鉴定，东河煤矿2#煤层属II类自燃煤层，鉴定结果见表2-1-1。表2-1-1 2#煤层自燃倾向性等级煤层水分%Mad灰份%Aad挥发份%Vdaf真密度TRDg/cm3吸氧量ml/g干煤自燃倾向性等级自燃倾向性2#2.979.4435.561.690.59II自燃2、矿井自然发火史东河煤矿东山井自建井以来从未发生过煤层自燃现象，但临近井东河煤矿辛庄井2#煤层回采工作面曾发生过一起采空区遗煤自燃事故。3、矿井现采取的防灭
5、火措施一些无机盐类化合物如氯化钙、氯化镁、氯化钠、三氧化铝以及水玻璃等溶液喷洒在煤体上，有着阻化和延缓煤炭氧化的作用，故称阻化剂。在某些地点或部位上喷洒或注入阻化剂可以达到防止和降低自燃发火几率的目的。为防止自燃火灾，东河煤矿现采用喷洒阻化剂的方法来预防自然火灾。第二部分 煤自然发火预测预报指标体系确定煤自然发火一般都要经历从缓慢氧化到加速氧化直至激烈氧化的阶段，针对不同的阶段应采取不同的防灭火措施。因此作为煤自然发火的预测预报应该根据实际情况优选适合于本矿防灭火工作的综合标志气体指标，对煤自然发火的不同阶段进行预测预报，以指导防灭火措施的制定和实施，不应该仅使用CO单一指标。标志气体优选工作
6、中应抛弃过去相当长时间采用的单纯使用CO及其派生指标的片面观念，应当在使用CO的前提下，探讨和寻求其它以C2H4、C3H6为代表的烯烃气体和烷烃气体共同作为综合判断指标的可能性，并增加这些标志气体的预测预报指标作为综合指标对煤自然发火的不同阶段及其发展态势进行预测预报，这样不但可以排除单一使用CO时出现地质因素和采掘因素的干扰和对它可信度的怀疑，还可以根据不同的氧化阶段采取相应的防治措施，做到有的放矢。根据经验 ，东河煤矿可以提出下列自然发火预测预报标志气体指标体系，具体参数待实验后确定：1、CO可以作为预测预报煤自然发火的指标气体，其预测的温度范围应在220之前。CO出现的临界温度较低，为6
7、0左右，并在整个自燃发火过程中都有CO产生，应特别加强观测；2、烯烃气体C2H4和C3H6气体预测的初始温度分别在165左右和200220左右，C2H4气体的出现都可以视为煤的氧化进入加速氧化阶段的标志；C3H6气体的出现可以视为煤的氧化进入激烈氧化阶段的标志。在有CO存在的前提下，只要出现C2H4或C3H6，毫无疑问即可做出煤已自然发火的预报，此时必须采取切实有效的灭火措施，如果延误时机可能发展更为严重的火灾事故，给灭火工作增加一定的难度；3、在整个升温实验过程中检测到少量的C2H2气体，C2H2气体的出现表现煤已完全进行燃烧阶段。所以在矿井下检测到C2H2时，可断定监测区内存在已经燃烧的明
8、火，此时制定和采区防灭火措施时一定要谨慎，千万不要将高温火区暴露于空气中，以免高温煤炭与爆炸范围内的瓦斯气体接触，引燃引爆瓦斯、煤尘等使事故扩大。 以上是煤层自燃发火过程的一般规律，东河煤矿发火标志性气体的确定需有资质单位取样后测试确定。第三部分 井下束管火灾监测系统设计方案一、设计依据火灾的早期发现和监测是矿井火灾防治的前提，根据矿井防灭火规范规定：一、二级自燃矿井应建立火灾预测预报系统。目前矿井火灾监测系统最常用的是矿井自燃火灾束管监测系统。束管监测系统主要由束管取样系统和地面气体分析中心组成，通过束管将监测点气体抽取样到地面，利用气相色谱分析仪连续分析气体组分浓度，通过各组分浓度的变化对
9、煤层氧化自燃过程进行判断分析并进行煤自然发火的早期预测预报。该系统能够对井下的气体成分及浓度变化实现有效的实时监测，并在地面监测中心对煤自燃灾害的发生发展进行分析预测，实现了煤自燃预测预报的智能化、自动化，操作方法简便。在实际应用中也存在一些问题，由于需要将气样采集至地面进行分析，当束管管线较长时，束管抽出阻力大，使得气体抽出时间太长，同时井下管路的维护工作量也大。针对东河煤矿井下生产实际布局，确定建立地面型束管监测系统和人工采集气体进行分析观测的自然发火预测预报监测系统。二、设备选型及参数本矿井配置一套地面集中式煤矿束管监测系统，具体型号待招标后确定。1、设备组成 主要由粉尘过滤器、单管、束
10、管、分路箱、抽气泵、气体采样控制柜、监控微机、矿用色谱仪、打印输出设备、网卡、系统软件组成。2、主要功能a）利用数据库分析某一监测点气体含量在一段时间内变化情况的功能；b）自然火灾预报功能：通过各组分浓度、烷烯比、链烯比的计算，及时准确的反映火源温度变化情况；爆炸危险程度判别功能；c）历史数据查询功能：为防灭火提供各种数据；d）自动控制功能：系统输出功能齐全：气体采样控制柜可对至少12个采样点自动巡回采样，可对气体进行浓度分析，分析数据由计算机存储，并计算有关参数，发出自然发火报警； e）具有报表、曲线、储存、打印功能。能提供检测日报、月报、检测谱图报表、气体含量变化趋势报表等；f）具有设定气
11、体含量超限自动报警，流量显示及自动调节功能功能。3）主要技术参数a）控制束管监测路束：112路； b）分析气体成分：CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2、O2、N2等。c）色谱仪检测限1PPM；d）系统测量精度误差1；3、监测内容及其作用束管监测系统是一项早期预报内因火灾的有效装置。该系统是一种用泵通过束管把测点的气样抽至地面，利用气体分析仪进行分析，以预报灾情的装置，特别是井下人员无法进入的区域（如采空区等），它具有其它监测手段无法替代的优点，是采空区内因火灾早期预报的有效技术途径。以CO、C2H4、C2H2三种气体作为自燃发火的预报指标气体。1）监测点设置监测点分为固定点、移
12、动点和临时观测点。观测点应设置在能采集到观测区内的有代表性的气体的地点。尤其固定观测点，移动观测点，应尽量设置在巷道周围压力较小，支架完整，没有拐弯，断面没有突然扩大或缩小的地点。根据上述要求监测点主要布置在以下地点：a）工作面上隅角监测点1个，随工作面开采而移动。b）采空区监测点，随工作面推进埋入采空区， 一个工作面布置1个点。当测点采空区氧浓度降到5%后，断开该测点，重新布置采样探头。埋入采空区的束管要用DN2550mm的钢管加以保护，保护套管埋入采空区不回收。c ）回风巷测风站布置1个测点。d ）采区回风巷测风站及回风立井各布置1个测点。d ）井下临时机动监测点5个，主要根据矿井实际工作
13、面生产情况，采空区情况等临时设置（如密闭采空区有自燃征兆时）。2）监测内容监测点主要监测气温、风量和采集气样等，以便提供分析数据，所有采集的气样通过束管管路送至地面进行自动分析。3）作用通过束管取样，利用安装在地面的抽气泵，将所采样的气体送入分析仪进行分析。对井下任意地点的O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等气体含量实现24小时连续循环监测，经过对自然火灾标志气体的确定和分析，及时预测预报发火点的自燃进程变化，为煤矿自然火灾和矿井瓦斯事故的防治工作提供科学依据。系统特点：具有监测的连续性和准确性，并可将监测数据送入矿井安全监测系统或矿井计算机网络中。4）注意事项a）
14、凡是经过风门墙体的管缆都必须穿过线管，防止压扁。b）束管敷设尽可能不与动力电缆敷设在同一侧；如确需与动力电缆敷设在同一侧，应在敷设动力电缆的上方0.2m至0.3 m敷设束管，当与动力电缆交叉时，应垂直通过。c）在井下取样点空气入口处和在传感器或分析器气样入口处应设有粉尘过滤器。d）在井下取样的管路中应能及时有效地排除管路中的冷凝水，宜在管路中设贮水器。e）气相色谱议在分析数据前，应每天用标气进行标定。三、人工采样分析系统没有布置束管采样点或采样束管不能到达，同时又需要进行气体分析的地点，可人工利用取气囊进行取样。气体分析则由气相色谱仪完成。取样时间可每天或根据需要定期取样，取样前必须用取样地点
15、气体对取气囊进行23次冲洗。气样采集后12小时内必须送至气样分析室进行数据分析，如超过12小时，气样应舍弃不用，重新取样，以保证分析数据准确。四、所需设备清单序号货物名称规格及型号数量单价总价1.GC-4085气相色谱仪(双柱箱、国家专利)GC-4085见专利证书1台2850002850002.全自动气体采样控制柜系统16路1套68000680003.A/D转换器四通道、24位1台18500185004.系统输出控制器系统32路1台27500275005.系统分析控制软件操作系统及接口板A50851套22600226006. 爆炸三角形软件操作系统 A50851套18000180007.计算机双核2.6、工控机、19寸液晶2台5500110008.激光打印机HP10071台120012009.高纯氢气发生器SPH
