束管监测系统存在问题分析及解决对策

       矿井束管监测系统是一种有效的专用监测技术，可对井下各易自然发火地点进行全面监控，通过对监测系统采集的矿井火灾标志性气体分析，可以早期预测预报煤层自然发火状况，为矿井自然火灾和瓦斯的防治下作提供科学依据。束管监测系统按系统安装使用的方式不同可分为：主机井上固定式系统、主机井下固定式系统和抢险救灾移动式系统，目前我国主要的束管系统大多是井上固定式系统。按分析仪类型不同，可以分为色谱类束管监测仪和红外类柬管监测仪。色谱仪类系统分析气体的种类较多，精度也较高，町以以低量气体作为标志气体，发现煤层低温氧化的情况；红外线类系统监测对低浓度气体的监测精度较低，作为标志性气体主要是CO，参数较单一，判断自然发火时还应该考虑与其它气体的相对变化趋势。由于相关智能分析技术不够成熟，例如，自然发火的自动分析判断，束管监测系统在实际应用中还存在较多问题，本文在对当前柬管监测系统应用现状分析的基础上，探讨了其应用中的问题，并提出了解决的技术途径。

1、存在的主要问题

在煤矿的实际应用中，束管监测系统的应用现状并不是特别好，甚至没有发挥应有的作用，究其原因，主要有以下几个方面：

1)监测数据具有一定的时滞性。气相色谱仪本身特性决定了要分析一个气体单样，其分析的时间需要8—12min 以上，加上气体从主泵气流中经采样泵采样进入分析仪的时间及每一个不同样品之间均需要进行一次气路冲洗，即冲洗时间，因此，单样分析需要的总时间一般在10rain 以上，从目前罔内中等系统的容量(监测路数)16 路来算，要完成一个监测循环需要的时间在60rain 以上。单样气体分析结果一般都是10min 之前的数据，然而所使用的软件监测系统并不能考虑到气体分析的时滞性问题，所得结果并非当前监测点状态，不利于实时分析。另一方面，如系统出现故障，那么系统再启动还需要采样气体由井下抽到地面主机的时间(一般在30rain 以上)及色谱仪预热与校验时间(一般在2h／次)(可同时进行)，所以采用此类系统的矿井根据这一特性及其实际需要，一般每天的监测次数为l～2 次，监测的连续性较差，不利于分析监测点气体变化规律。

2)监测系统对自然发火的标志性气体的选择针对性不够。煤炭自然指标气体是指能预测和反映其自然发火状态的某种气体，这种气体的产率随煤温的上升而发生规律性的变化。现在束管监测系统普遍使用CO 作为判断自然发火的标志性气体，通过监测软件对CO 浓度进行记录并做出趋势图，再南技术人员分析该时刻井下煤层自燃状态。然而井下环境复杂，在实际监测过程中，不同环境气体成分还可分自然发火区气体成分，瓦斯爆炸气体成分，火灾烟雾中气体成分，炮烟气体成分，在煤矿实际生产过程中，上述几种成分都有不同程度的涉及。传统的软件无法对不同情况的做出区分、判断。而且，单一的判断标准也缺乏科学性，不同的煤质，应根据实际情况使用不同的自然发火判别标准，并根据各煤矿、煤层的不同条件选择不同的指标性气体。

3)监测系统对自然发火程度的自动分析判断较差。传统的柬管系统监测软件只能将所采集到气体浓度记录、显示并打印出来，然后监测人员再根据采集到气体浓度的趋势判断煤自燃状况。监测软件不能根据煤氧化过程中生成的气体类型和浓度对煤自燃程度做出判定以及等级划分，不方便监测人员分析、判断井下煤的自燃程度，很难应对一些突发情况。

4)检测技术人员能力不足。矿井火灾束管监测系统属高科技含量产品，在煤矿投入运转过程中涉及仪器分析基础知识，微机技术等领域，尤其在使用色谱仪进行气体分析时，色谱图基线选取的是否合理，直接影响到结果是否精确。然而在许多中小煤矿中，该方面人员往往只能进行简单的机械操作，缺乏一定的应变能力。

5)管理层对系统的管理较松或不够重视。束管监测系统设备多。管路维护量较大。需专人管理。束管管路容易积水、积尘，而积水、积尘堵塞管路后难以处理。许多中、小煤矿因为束管系统维护及使用不方便，需要投入大量的人力和物力而并没用真正的将束管监测系统用好或使用起来。

2、解决的技术途径

针对束管监测系统在应用中存在的问题，提出了以下解决途径。

2．1 监测系统气样分析中滞后时间的计算与处理监测系统在束管传输气样和对气样进行分析的工程中存在的时间滞后是必然存在的，因此，在设计监测软件时，必须将时间的滞后性问题考虑在内，综合束管系统使用的具体环境以及分析气样所需要的时间，在软件设计上采用平移时间轴的方法，将测得气体的准确时间反馈给井上监测人员，使工作人员可以更加直观的了解井下自然发火的过程，并做出更精确的预测、预报。其具体步骤是：设束管长度为￡，气流流速y，根据气流在束管管网中的时间7'和每次单样分析所需时间L，在时间轴上向前平移r+Ls，则町得到该气样的准确时间，方便监测人员更好的判断井下情况。

2．2 标志性气体的选择

煤自然发火指标气体主要有CO，C：l{6，CH．，C：H．，c：H：，AO：(A02 为氧气消耗量)等，在这一系列气体中，在什么情况下，选择哪些气体作为指标气体，才能可靠、准确的判断自然发火的征兆，是至关重要的。煤在氧化升温过程中释放的气体因煤的种类、煤岩性质、地质条件等内外因素的不同而有差别，如何选择一种合适的指标气体，主要基于以下几个原则心]：①灵敏性；②规律性；③可测性；④惟一性；⑤单调变化性；⑥早期显现性。因此，在选择煤层自燃标志性气体时应按煤种选择从缓慢氧化阶段发展为加速氧化阶段时的气体为指标：

1)低变质程度的煤种，如褐煤、长焰煤、气煤和肥煤，应以烯烃或烯烷比为自然发火的标志气体，对C2H。其预报范围为100—180℃；对烯烷比其温度范围则依自燃煤层瓦斯组份、矿内空气成份具体确定；上述煤种相应的辅助指标应为CO 及其派生指标；

2)焦煤、贫煤和瘦煤则以CO 及其派生的指标为准，CO 预报温度范围为90～150℃；相对的辅助指标可谓C2H。或烯烷比值；

3)高变质程度的无烟煤和高硫煤仅能选用CO 及其派生为指标，其预报温度范围值为100 一150℃¨1。因此，在设计监测系统软件时，要将矿井及煤层、煤种的实际情况考虑在内，根据选定地点煤层的自燃倾向性、变质程度等条件来确定自然发火的标志性气体，从而更加准确地预判自然发火的状态。

2．3 监测系统对煤自然发火程度判断

根据采集到气体浓度的趋势判断煤自燃状况是束管监测系统的一个重要步骤。但是，监测软件不能根据监测得到的数据对煤自燃程度做出判定，如果可以根据煤低温氧化过程的气体产物特性及浓度将煤各个氧化阶段划分等级，存储到数据库中，及时报警，则极大的方便了监测人员了解掌握井下煤层白燃状况。根据煤低温氧化实验H。j。可以得到褐煤、气煤、气肥煤和无烟煤在低温氧化过程中气体产物的生成规律以及出现温度，如表1 所示。按照煤低温氧化过程生成的气体产物特征、气体生成量随氧化温度的变化规律，以及CO 产生率开始急

剧上升的拐点温度，将煤低温氧化过程可划分三个阶段，其三个阶段氧化特征和相应温度段如表2 所示。

根据表1、表2，可在设计监测系统软件时，根据不同煤种将煤自燃阶段按照等级划分，蓄热阶段为等级l，氧化自热阶段为等级2，深度氧化阶段为等级3，并做出报警。这样即町使监测人员直观的及时、准确地了解井下的自然发火状况，并做出及时处理，应对一些突发状况。

2．4 使用中盼注意事项

一个合格的检测分析员要了解井下作业内容，井下设备的变化以及自燃条件。熟练掌握束管监测设备原理、用途和使用方法，能根据历史资料预测气体变化的规律和方向，并提供准确的町靠数据，使其依据数据可初步判断井下情况。煤矿使用单位应在购入束管系统时，选部分有经验的工作人员，去设备厂家进行相关的操作和使用培训，使束管系统在煤矿更好的使用起来。煤矿使用单位应建立具体的规章制度和操作程序，无论从技术方面还是质量方面都要保证该体系的有效运行，从样品的采集、分析到程度判断都要遵循一定的标准和操作程序，促进人员行为规范化。对监测仪器要进行定期的检查维修以及清理，井下条件复杂，束管在井下随时有积水、积尘的可能而导致系统无法正常运作，因此，在实际运作中，必须对井下束管进行定期的清理维护，保证监测系统稳定运行。

3、结论

综上所述，束管监测系统仍存在较多的问题：监测数据的时滞性、对自然发火的标志性气体的选择针对性不够、以及对自然发火程度的自动分析判断较差等，冈此，在系统设计时，应对软件部分做进一步的改进：采用平移时间轴的方法解决时滞性问题；根据不同煤层的不同特性，选择相应的标志性气体；根据不同煤种将煤自燃阶段按照等级划分，准确掌握井下煤层自燃状况。同时，必须要有规范的技术标准、优秀的检测人员、严格的管理体系，才能充分发挥束管监测系统在煤矿安全生产中的作用。