礦井束管監(jiān)測系統(tǒng)是一種有效的專用監(jiān)測技術(shù)，可對井下各易自然發(fā)火地點進(jìn)行全面監(jiān)控，通過對監(jiān)測系統(tǒng)采集的礦井火災(zāi)標(biāo)志性氣體分析，可以早期預(yù)測預(yù)報煤層自然發(fā)火狀況，為礦井自然火災(zāi)和瓦斯的防治下作提供科學(xué)依據(jù)。束管監(jiān)測系統(tǒng)按系統(tǒng)安裝使用的方式不同可分為：主機(jī)井上固定式系統(tǒng)、主機(jī)井下固定式系統(tǒng)和搶險救災(zāi)移動式系統(tǒng)，目前我國主要的束管系統(tǒng)大多是井上固定式系統(tǒng)。按分析儀類型不同，可以分為色譜類束管監(jiān)測儀和紅外類柬管監(jiān)測儀。色譜儀類系統(tǒng)分析氣體的種類較多，精度也較高，町以以低量氣體作為標(biāo)志氣體，發(fā)現(xiàn)煤層低溫氧化的情況；紅外線類系統(tǒng)監(jiān)測對低濃度氣體的監(jiān)測精度較低，作為標(biāo)志性氣體主要是CO，參數(shù)較單一，判斷自然發(fā)火時還應(yīng)該考慮與其它氣體的相對變化趨勢。由于相關(guān)智能分析技術(shù)不夠成熟，例如，自然發(fā)火的自動分析判斷，束管監(jiān)測系統(tǒng)在實際應(yīng)用中還存在較多問題，本文在對當(dāng)前柬管監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，探討了其應(yīng)用中的問題，并提出了解決的技術(shù)途徑。

1、存在的主要問題

在煤礦的實際應(yīng)用中，束管監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀并不是特別好，甚至沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用，究其原因，主要有以下幾個方面：

1)監(jiān)測數(shù)據(jù)具有一定的時滯性。氣相色譜儀本身特性決定了要分析一個氣體單樣，其分析的時間需要8—12min 以上，加上氣體從主泵氣流中經(jīng)采樣泵采樣進(jìn)入分析儀的時間及每一個不同樣品之間均需要進(jìn)行一次氣路沖洗，即沖洗時間，因此，單樣分析需要的總時間一般在10rain 以上，從目前罔內(nèi)中等系統(tǒng)的容量(監(jiān)測路數(shù))16 路來算，要完成一個監(jiān)測循環(huán)需要的時間在60rain 以上。單樣氣體分析結(jié)果一般都是10min 之前的數(shù)據(jù)，然而所使用的軟件監(jiān)測系統(tǒng)并不能考慮到氣體分析的時滯性問題，所得結(jié)果并非當(dāng)前監(jiān)測點狀態(tài)，不利于實時分析。另一方面，如系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么系統(tǒng)再啟動還需要采樣氣體由井下抽到地面主機(jī)的時間(一般在30rain 以上)及色譜儀預(yù)熱與校驗時間(一般在2h／次)(可同時進(jìn)行)，所以采用此類系統(tǒng)的礦井根據(jù)這一特性及其實際需要，一般每天的監(jiān)測次數(shù)為l～2 次，監(jiān)測的連續(xù)性較差，不利于分析監(jiān)測點氣體變化規(guī)律。

2)監(jiān)測系統(tǒng)對自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體的選擇針對性不夠。煤炭自然指標(biāo)氣體是指能預(yù)測和反映其自然發(fā)火狀態(tài)的某種氣體，這種氣體的產(chǎn)率隨煤溫的上升而發(fā)生規(guī)律性的變化。現(xiàn)在束管監(jiān)測系統(tǒng)普遍使用CO 作為判斷自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體，通過監(jiān)測軟件對CO 濃度進(jìn)行記錄并做出趨勢圖，再南技術(shù)人員分析該時刻井下煤層自燃狀態(tài)。然而井下環(huán)境復(fù)雜，在實際監(jiān)測過程中，不同環(huán)境氣體成分還可分自然發(fā)火區(qū)氣體成分，瓦斯爆炸氣體成分，火災(zāi)煙霧中氣體成分，炮煙氣體成分，在煤礦實際生產(chǎn)過程中，上述幾種成分都有不同程度的涉及。傳統(tǒng)的軟件無法對不同情況的做出區(qū)分、判斷。而且，單一的判斷標(biāo)準(zhǔn)也缺乏科學(xué)性，不同的煤質(zhì)，應(yīng)根據(jù)實際情況使用不同的自然發(fā)火判別標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)各煤礦、煤層的不同條件選擇不同的指標(biāo)性氣體。

3)監(jiān)測系統(tǒng)對自然發(fā)火程度的自動分析判斷較差。傳統(tǒng)的柬管系統(tǒng)監(jiān)測軟件只能將所采集到氣體濃度記錄、顯示并打印出來，然后監(jiān)測人員再根據(jù)采集到氣體濃度的趨勢判斷煤自燃狀況。監(jiān)測軟件不能根據(jù)煤氧化過程中生成的氣體類型和濃度對煤自燃程度做出判定以及等級劃分，不方便監(jiān)測人員分析、判斷井下煤的自燃程度，很難應(yīng)對一些突發(fā)情況。

4)檢測技術(shù)人員能力不足。礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)屬高科技含量產(chǎn)品，在煤礦投入運轉(zhuǎn)過程中涉及儀器分析基礎(chǔ)知識，微機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域，尤其在使用色譜儀進(jìn)行氣體分析時，色譜圖基線選取的是否合理，直接影響到結(jié)果是否精確。然而在許多中小煤礦中，該方面人員往往只能進(jìn)行簡單的機(jī)械操作，缺乏一定的應(yīng)變能力。

5)管理層對系統(tǒng)的管理較松或不夠重視。束管監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備多。管路維護(hù)量較大。需專人管理。束管管路容易積水、積塵，而積水、積塵堵塞管路后難以處理。許多中、小煤礦因為束管系統(tǒng)維護(hù)及使用不方便，需要投入大量的人力和物力而并沒用真正的將束管監(jiān)測系統(tǒng)用好或使用起來。

2、解決的技術(shù)途徑

針對束管監(jiān)測系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問題，提出了以下解決途徑。

2．1 監(jiān)測系統(tǒng)氣樣分析中滯后時間的計算與處理監(jiān)測系統(tǒng)在束管傳輸氣樣和對氣樣進(jìn)行分析的工程中存在的時間滯后是必然存在的，因此，在設(shè)計監(jiān)測軟件時，必須將時間的滯后性問題考慮在內(nèi)，綜合束管系統(tǒng)使用的具體環(huán)境以及分析氣樣所需要的時間，在軟件設(shè)計上采用平移時間軸的方法，將測得氣體的準(zhǔn)確時間反饋給井上監(jiān)測人員，使工作人員可以更加直觀的了解井下自然發(fā)火的過程，并做出更精確的預(yù)測、預(yù)報。其具體步驟是：設(shè)束管長度為￡，氣流流速y，根據(jù)氣流在束管管網(wǎng)中的時間7'和每次單樣分析所需時間L，在時間軸上向前平移r+Ls，則町得到該氣樣的準(zhǔn)確時間，方便監(jiān)測人員更好的判斷井下情況。

2．2 標(biāo)志性氣體的選擇

煤自然發(fā)火指標(biāo)氣體主要有CO，C：l{6，CH．，C：H．，c：H：，AO：(A02 為氧氣消耗量)等，在這一系列氣體中，在什么情況下，選擇哪些氣體作為指標(biāo)氣體，才能可靠、準(zhǔn)確的判斷自然發(fā)火的征兆，是至關(guān)重要的。煤在氧化升溫過程中釋放的氣體因煤的種類、煤巖性質(zhì)、地質(zhì)條件等內(nèi)外因素的不同而有差別，如何選擇一種合適的指標(biāo)氣體，主要基于以下幾個原則心]：①靈敏性；②規(guī)律性；③可測性；④惟一性；⑤單調(diào)變化性；⑥早期顯現(xiàn)性。因此，在選擇煤層自燃標(biāo)志性氣體時應(yīng)按煤種選擇從緩慢氧化階段發(fā)展為加速氧化階段時的氣體為指標(biāo)：

1)低變質(zhì)程度的煤種，如褐煤、長焰煤、氣煤和肥煤，應(yīng)以烯烴或烯烷比為自然發(fā)火的標(biāo)志氣體，對C2H。其預(yù)報范圍為100—180℃；對烯烷比其溫度范圍則依自燃煤層瓦斯組份、礦內(nèi)空氣成份具體確定；上述煤種相應(yīng)的輔助指標(biāo)應(yīng)為CO 及其派生指標(biāo)；

2)焦煤、貧煤和瘦煤則以CO 及其派生的指標(biāo)為準(zhǔn)，CO 預(yù)報溫度范圍為90～150℃；相對的輔助指標(biāo)可謂C2H。或烯烷比值；

3)高變質(zhì)程度的無煙煤和高硫煤僅能選用CO 及其派生為指標(biāo)，其預(yù)報溫度范圍值為100 一150℃¨1。因此，在設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)軟件時，要將礦井及煤層、煤種的實際情況考慮在內(nèi)，根據(jù)選定地點煤層的自燃傾向性、變質(zhì)程度等條件來確定自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)判自然發(fā)火的狀態(tài)。

2．3 監(jiān)測系統(tǒng)對煤自然發(fā)火程度判斷

根據(jù)采集到氣體濃度的趨勢判斷煤自燃狀況是束管監(jiān)測系統(tǒng)的一個重要步驟。但是，監(jiān)測軟件不能根據(jù)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)對煤自燃程度做出判定，如果可以根據(jù)煤低溫氧化過程的氣體產(chǎn)物特性及濃度將煤各個氧化階段劃分等級，存儲到數(shù)據(jù)庫中，及時報警，則極大的方便了監(jiān)測人員了解掌握井下煤層白燃狀況。根據(jù)煤低溫氧化實驗H。j?？梢缘玫胶置骸饷?、氣肥煤和無煙煤在低溫氧化過程中氣體產(chǎn)物的生成規(guī)律以及出現(xiàn)溫度，如表1 所示。按照煤低溫氧化過程生成的氣體產(chǎn)物特征、氣體生成量隨氧化溫度的變化規(guī)律，以及CO 產(chǎn)生率開始急

劇上升的拐點溫度，將煤低溫氧化過程可劃分三個階段，其三個階段氧化特征和相應(yīng)溫度段如表2 所示。

根據(jù)表1、表2，可在設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)軟件時，根據(jù)不同煤種將煤自燃階段按照等級劃分，蓄熱階段為等級l，氧化自熱階段為等級2，深度氧化階段為等級3，并做出報警。這樣即町使監(jiān)測人員直觀的及時、準(zhǔn)確地了解井下的自然發(fā)火狀況，并做出及時處理，應(yīng)對一些突發(fā)狀況。

2．4 使用中盼注意事項

一個合格的檢測分析員要了解井下作業(yè)內(nèi)容，井下設(shè)備的變化以及自燃條件。熟練掌握束管監(jiān)測設(shè)備原理、用途和使用方法，能根據(jù)歷史資料預(yù)測氣體變化的規(guī)律和方向，并提供準(zhǔn)確的町靠數(shù)據(jù)，使其依據(jù)數(shù)據(jù)可初步判斷井下情況。煤礦使用單位應(yīng)在購入束管系統(tǒng)時，選部分有經(jīng)驗的工作人員，去設(shè)備廠家進(jìn)行相關(guān)的操作和使用培訓(xùn)，使束管系統(tǒng)在煤礦更好的使用起來。煤礦使用單位應(yīng)建立具體的規(guī)章制度和操作程序，無論從技術(shù)方面還是質(zhì)量方面都要保證該體系的有效運行，從樣品的采集、分析到程度判斷都要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和操作程序，促進(jìn)人員行為規(guī)范化。對監(jiān)測儀器要進(jìn)行定期的檢查維修以及清理，井下條件復(fù)雜，束管在井下隨時有積水、積塵的可能而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運作，因此，在實際運作中，必須對井下束管進(jìn)行定期的清理維護(hù)，保證監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3、結(jié)論

綜上所述，束管監(jiān)測系統(tǒng)仍存在較多的問題：監(jiān)測數(shù)據(jù)的時滯性、對自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體的選擇針對性不夠、以及對自然發(fā)火程度的自動分析判斷較差等，岡此，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)對軟件部分做進(jìn)一步的改進(jìn)：采用平移時間軸的方法解決時滯性問題；根據(jù)不同煤層的不同特性，選擇相應(yīng)的標(biāo)志性氣體；根據(jù)不同煤種將煤自燃階段按照等級劃分，準(zhǔn)確掌握井下煤層自燃狀況。同時，必須要有規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)秀的檢測人員、嚴(yán)格的管理體系，才能充分發(fā)揮束管監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的作用。