Kj558在线光纤监测系统在煤矿防火上的应用

[摘 要]温度的升高是采空区自然发火和氧化速度加快的重要特征指标，可以通过温度变化，更直接地研究采空区氧化升温的规律，预测自然发火的程度。以往掌握采空区自然发火规律依靠煤矿气相色谱仪分析采空区气体，传统的气体检测方法存在检测信息滞后以及增加检测的复杂性等问题，面对该问题公司引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统。该系统对采空区温度能实现无源探测、实时分析、准确预报等功效。

[关键词]温度变化 自然发火 光纤测温 检测

中图分类号：TP222.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0025-01

目前煤自燃主要对温度和气体监测，其中温度监测主要有无线自组网传感技术、红外热成像技术等，无线传感器可以再采空^布置，监测直接，但成本高，若对采空区的温度场充分了解，需要布置大量的测点，无法回收，且目前无线自组网传输技术不成熟、需要供电等，限制了该技术的发展；红外热成像技术限于煤岩表面温度监测，要求中间无遮挡物；现在常用的气体监测手段是束管监测，束管采用气象色谱仪来对井下的气体进行监测，其优点是能对自燃过程产生的气体灵敏监测，精度高，监测参数多，成本低，缺点是束管管路长，无法保证整个管路气密完整，而在采空区的探头容易被积水积尘堵塞，且容易被砸断。针对上述情况，公司于2014年引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统，并在兴安、富力、南山三个矿井的采煤工作面进行了试用，取得了良好的效果。

1、技术依据

煤的自燃分为三个阶段：煤在低温的条件下，能吸附氧生成不稳定的化合物，放出少量的热，这种氧化过程十分隐蔽，称其为潜伏期；经过该阶段后，煤的氧化过程加速，发热量增加，不能及时散热，就加速煤的自燃；如果煤的自热温度继续升高至临界温度（70―80℃）以上，氧化急剧加快，煤的温度迅速，升至300―500℃时，就会发生燃烧现象，H2、CO、水蒸汽征兆性气体出现，该阶段是防止隐患升级的有利时期；当温度达到800―2000℃时，煤的燃烧就会出现明火，此时基本就没有办法施救，只能被迫封闭工作。因此，在工作面回采过程中，对工作面入风巷、回风巷及切眼位置进行温度监测、及时发现温度异常，将煤的自然抑制在早期阶段，对控制预防采空区自然发火具有重要意义。

2、光纤测温系统工作原理

分布式光纤测温监测预报系统运用拉曼散射和光时域反射技术，可以实现温度和距离的测定。

3、光纤测温系统组成

光纤测温系统主要由测温光缆、矿用分布式温度检测仪、井下交换机、通讯光缆、井上交换机、井上测试PC机部分组成。

4、系统特点

4.1 本质安全，不带电，不受外界电磁场干扰，长期漂移小；

4.2 复用能力强，可实现对一线多点、两维点阵或空间分布的连续监测；

4.3 采空区发火点精准定位，误差小，显示直观，反应迅速。

5、系统使用

煤矿安全生产光纤温度在线监测及自然发火预警系统采用长距离矿用铠装光缆作为温度传感器，与传统的温度传感器相比具有本质安全，耐腐蚀，不受电磁干扰等优点，光缆沿走向敷设于井下巷道、工作面及采空区内，也可直接埋设于火灾隐患的高温区域，连续监测长距离大范围的环境温度信息，为煤矿井下温度监测等应用提供优质的温度监测方案。该系统的分布可以用于确定发火点的位置，避免了由于束管漏气造成的误差，对煤矿采空区灾害监测和控制有着重大意义。煤矿安全生产光纤温度在线监测及自然发火预警系统则采用不带电的感温光缆作为传感器，能够真实有效的检测整个采空区内部的温度分布，而采空区的有害气体释放及自然发火等情况均与温度有直接的关系，所以对采空区进行温度的监测更具有直观性；本系统通过连续的监测，可以监视采空区从起火、自燃到灭火的整个过程，且可以观察记录起火的位置、范围大小等数据，对采空区自然发火的研究有重要意义；感温光缆可以在回采工作面的回撤过程中连续监测之前已经采完塌落的采空区内部的情况，而不需要等整个工作面采完后再对采空区进行监测。

基于光纤技术的采空区自然发火系统在兴安、富力、南山三个矿运行以来，对采空区内温度进行了实时在线监测，指导了三个矿防灭火工作的开展，提高了矿井抗灾能力。

6、结论

6.1 感温光缆不带电、可以实现空间连续温度监测，解决了采空区内部温度检测的难题，具有较强的创新性。

6.2 通过分析测试数据，三个矿井采煤工作面温度场分布受“三带”影响，都呈现出一定规律，采空区内温度曲线整体上先增高后降低，呈“峰形”变化，符合实际情况。因此，实际测量与采空区内部煤体氧化机理相吻合，表明该方法是切实可行的。

6.3 系统提供巷道环境温度及采空区温度分布及变化趋势数据，可用来综合判断煤的自燃区域。

6.4 通过光纤测温系统反馈的温度数据，指导矿井防火重点区域，提高了打钻、灌浆防灭火的效率。

参考文献

[1] 矿井防灭火综合技术手册.吉林音像出版社，2003.

[2] 张国枢，戴广龙.煤炭自燃理论与防治实践[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

作者简介

姚文龙（1982.03― ），男，工程师，学士，2007年毕业于黑龙江科技学院安全工程专业，现在龙煤鹤岗矿业有限责任公司通风技术部防火科从矿井防灭火相关工作。