1、第三章第三章 礦井火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào)礦井火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào)本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：掌握煤礦井下容易自然發(fā)火地點(diǎn)；掌握煤礦井下容易自然發(fā)火地點(diǎn)；掌握早期煤自燃的識別和預(yù)報(bào)方法；掌握早期煤自燃的識別和預(yù)報(bào)方法；了解礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成、監(jiān)測傳感器的分了解礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成、監(jiān)測傳感器的分類及其動作；類及其動作；了解目前煤自燃隱蔽火源探測技術(shù)、掌握判定外了解目前煤自燃隱蔽火源探測技術(shù)、掌握判定外因火災(zāi)火源分支的方法；因火災(zāi)火源分支的方法； 采空區(qū)采空區(qū) 停采線和開切眼停采線和開切眼 進(jìn)、回風(fēng)巷進(jìn)、回風(fēng)巷 構(gòu)造帶構(gòu)造帶 通風(fēng)設(shè)施附近通風(fēng)設(shè)施附近 采空區(qū)三帶分布圖采空區(qū)三帶分布圖 不自然帶不自然帶（5m25m

2、） 自燃帶自燃帶(25m65m) 窒息帶窒息帶 采空區(qū)是煤礦井下較易發(fā)生煤炭自燃的區(qū)域之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，采空區(qū)是煤礦井下較易發(fā)生煤炭自燃的區(qū)域之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國有重點(diǎn)煤礦采空區(qū)內(nèi)發(fā)生的煤炭自燃占煤自然發(fā)火總數(shù)的國有重點(diǎn)煤礦采空區(qū)內(nèi)發(fā)生的煤炭自燃占煤自然發(fā)火總數(shù)的60% 原因：采空區(qū)存在遺煤、工作面后方存在漏風(fēng)原因：采空區(qū)存在遺煤、工作面后方存在漏風(fēng) 三帶劃分的原因三帶劃分的原因 該區(qū)域雖有遺煤堆積，但由于頂板冒落的巖塊呈松散堆積狀態(tài)，孔隙大，且漏風(fēng)強(qiáng)度大，煤氧化放出的熱量被及時(shí)帶走而無法聚積，再加上浮煤與空氣接觸時(shí)間尚短，所以一般不會發(fā)生自燃。 該區(qū)域由于冒落巖塊逐漸壓實(shí)，孔隙度降低，風(fēng)阻增大，漏風(fēng)

3、強(qiáng)度減弱，遺煤氧化產(chǎn)生的熱量不斷聚積，并可能最終導(dǎo)致煤自燃的發(fā)生，故稱自燃帶。自燃帶的寬度受頂板巖性、冒落巖石塊度、壓實(shí)程度、工作面端點(diǎn)通風(fēng)壓差等因素的綜合制約。 自燃帶之后的大部分采空區(qū)為窒息帶，該區(qū)域內(nèi)冒落巖塊已基本壓實(shí)，漏風(fēng)基本消失，氧氣濃度下降而無法維持煤氧化自燃過程的持續(xù)發(fā)展。如果自燃帶已經(jīng)發(fā)生煤自燃，那么隨著工作面的推進(jìn)，自燃帶進(jìn)入窒息帶后，已經(jīng)發(fā)展起來的遺煤自燃會因缺氧而熄滅。另外，窒息帶的巖石導(dǎo)熱會使煤體在處于自燃帶時(shí)蓄積的熱量逐漸散失，遺煤溫度將逐步恢復(fù)至正常水平。 氧氣濃度 采空區(qū)漏風(fēng)流速 不自然帶 O215% 流速0.24m/min 自燃帶 5% O215% 0.1 m/

4、min流速0.24 m/min 窒息帶 O25% 流速0.1 m/min 根據(jù)氧氣濃度劃分采空區(qū)根據(jù)氧氣濃度劃分采空區(qū)“三帶三帶”是目前最常用的方法是目前最常用的方法 ：O2%15%。該區(qū)域具備充足的供氧條件，但由于漏風(fēng)大造成煤氧化自燃初期產(chǎn)生的微小熱量隨風(fēng)散失，煤的氧化過程始終停留在緩慢發(fā)展階段，不易發(fā)生煤自燃現(xiàn)象。15%O2%5%。該區(qū)域既具備充足的供氧條件，又由于漏風(fēng)量較小，氧化蓄熱環(huán)境較好，煤的氧化自熱過程得以持續(xù)進(jìn)行，最終導(dǎo)致煤自燃的發(fā)生。O2%5%。該區(qū)域由于缺氧，煤氧化自燃過程將無法進(jìn)行。從圖可以看出，按氧氣濃度指標(biāo)劃分，采空區(qū)內(nèi)存在明顯的“三帶”區(qū)域。山西大同忻州窯礦山西大同忻

5、州窯礦8916面采空區(qū)面采空區(qū) 根據(jù)采空區(qū)漏風(fēng)流速劃分的根據(jù)采空區(qū)漏風(fēng)流速劃分的“三帶三帶”范圍范圍 除了以上兩個(gè)采空區(qū)除了以上兩個(gè)采空區(qū)“三帶三帶”劃分指標(biāo)外，有人也提出了將采空劃分指標(biāo)外，有人也提出了將采空區(qū)內(nèi)的溫度變化作為區(qū)內(nèi)的溫度變化作為“三帶三帶”劃分的依據(jù)。實(shí)際上，溫度不宜作劃分的依據(jù)。實(shí)際上，溫度不宜作為劃分為劃分“三帶三帶”的主要指標(biāo)，因?yàn)椴⒎撬械牟煽諈^(qū)內(nèi)的溫度都的主要指標(biāo)，因?yàn)椴⒎撬械牟煽諈^(qū)內(nèi)的溫度都會上升到某一確定的值。一定條件下自燃帶內(nèi)的遺煤存在自然發(fā)會上升到某一確定的值。一定條件下自燃帶內(nèi)的遺煤存在自然發(fā)火的可能性，但并不表現(xiàn)為很快會升溫自燃，在一定時(shí)間內(nèi)采空火的可

6、能性，但并不表現(xiàn)為很快會升溫自燃，在一定時(shí)間內(nèi)采空區(qū)內(nèi)的溫度不上升并不能認(rèn)為區(qū)內(nèi)的溫度不上升并不能認(rèn)為“三帶三帶”不存在。因此，不存在。因此，采空區(qū)內(nèi)采空區(qū)內(nèi)的溫度變化只能作為條件適合時(shí)的輔助指標(biāo)。的溫度變化只能作為條件適合時(shí)的輔助指標(biāo)。1、局部布置法局部布置法全面布置法全面布置法氣相色譜儀氣相色譜儀保護(hù)套管的鋪設(shè)一般按以下原則進(jìn)行：保護(hù)套管的鋪設(shè)一般按以下原則進(jìn)行：順槽的保護(hù)套管沿回風(fēng)順槽鋪設(shè)在上幫底部；順槽的保護(hù)套管沿回風(fēng)順槽鋪設(shè)在上幫底部；回采工作面的保護(hù)套管沿回采工作面鋪設(shè)在液壓支架后部溜子靠采空區(qū)側(cè)。回采工作面的保護(hù)套管沿回采工作面鋪設(shè)在液壓支架后部溜子靠采空區(qū)側(cè)。1-2in保護(hù)套管

7、；2-預(yù)設(shè)取樣束管；3-測溫導(dǎo)線；4-快速接頭；5-熱電偶；6-氣孔；7-氣體采樣器 序序號號檢測檢測點(diǎn)點(diǎn)取取樣樣時(shí)時(shí)間間氣體成分（氣體成分（% %）溫溫度度測點(diǎn)測點(diǎn)距工距工作面作面距離距離O O2 2N N2 2COCOCOCO2 2C C2 2H H6 6C C2 2H H2 2C C2 2H H4 41 12 23 34 45 5CHCH4 4工作面氧氣濃度分布平面圖工作面氧氣濃度分布平面圖距距切切頂頂線線距距離離（m m）4 44 4. .4 43 3. .1 16 6. .0 07 7. .4 49 9. .2 21 13 3. .2 21 16 6. .2 21 19 9. .2

8、22 25 5. .2 22 29 9. .7 73 34 4. .2 23 36 6. .9 93 39 9. .3 34 40 0. .5 50 02 24 46 68 81 10 01 12 21 14 41 16 61 18 82 20 02 22 21 1# #2 2# #3 3$ $4 4# #5 5# #氧氧氣氣濃濃度度（% %）工工作作面面測測點(diǎn)點(diǎn)工作面氧氣濃度分布立體圖工作面氧氣濃度分布立體圖 工作面工作面CO濃度分布平面圖濃度分布平面圖工作面工作面CO濃度分布平面圖濃度分布平面圖0 05 51 10 01 15 52 20 02 25 53 30 03 3. .1 11 1

9、5 52 27 7. .5 54 40 0. .5 51 1# #2 2# #3 3# #4 4# #5 5# #距距切切頂頂線線距距離離（m m）工工作作面面測測點(diǎn)點(diǎn)C CO O濃濃度度( (p pp pm m) )工作面工作面CO濃度分布立體圖濃度分布立體圖 溫度曲線分析溫度曲線分析工作面溫度分布平面圖工作面溫度分布平面圖 溫度分析溫度分析工工作作面面測測點(diǎn)點(diǎn)距距切切頂頂線線距距離離（m m）溫溫度度T T2 26 62 28 83 30 03 32 23 34 43 36 63 3. .1 19 9. .2 21 15 52 21 1. .6 62 27 7. .5 53 33 3. .

10、5 54 40 0. .5 54 45 53 3# #5 5# #4 4# #工作面溫度分布立體圖工作面溫度分布立體圖 溫度分析溫度分析三帶劃分三帶劃分在工作面推進(jìn)過程中，由于礦壓作用，上覆巖層中形成兩類裂隙：一類為離層裂隙 ，另一類為豎向破斷裂隙 ，離層裂隙分布呈現(xiàn)兩階段特征：第一階段從開切眼開始，隨著工作面推進(jìn)，離層裂隙不斷增大，采空區(qū)中部離層裂隙最發(fā)育；第二階段采空區(qū)中部離層裂隙趨于壓實(shí)，離層率下降，而采空區(qū)兩側(cè)離層裂隙仍繼續(xù)存在。在頂板任意高度的水平內(nèi)，第二階段時(shí)，位于采空區(qū)中部的離層裂隙基本被壓實(shí)，而在采空區(qū)四周存在一連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)，其形狀與老頂?shù)摹癘-X”形破斷邊界相似，稱之

11、為采動裂隙“O”形圈 “O”形圈的范圍大小與采空區(qū)頂板的巖性有關(guān)，頂板碎脹系數(shù)Kp值越大，頂板冒落越充分，壓實(shí)帶范圍越寬，采空區(qū)易發(fā)火區(qū)域就越小。東灘煤礦采空區(qū)頂板碎脹系數(shù)對壓實(shí)帶的影響模擬計(jì)算圖東灘煤礦采空區(qū)頂板碎脹系數(shù)對壓實(shí)帶的影響模擬計(jì)算圖 上區(qū)段停采線易自燃發(fā)火點(diǎn)示意圖上區(qū)段停采線易自燃發(fā)火點(diǎn)示意圖 上分層采空區(qū)進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)順槽下分層回采工作面上分層停采線上分層停采線漏風(fēng)狀況上分層停采線漏風(fēng)狀況 上分層采空區(qū)進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)順槽下分層回采工作面上分層停采線上分層停采線漏風(fēng)狀況上分層停采線漏風(fēng)狀況 上分層停采線處的漏風(fēng)狀態(tài)圖，由圖可知，靠停采線的一側(cè)的流線和風(fēng)壓等值線較密集，這說明該處漏風(fēng)量

12、較大，漏風(fēng)壓差大。該區(qū)域內(nèi)，漏風(fēng)風(fēng)流流線的間距是變化的，流線始末端較流線始末端較密集，即風(fēng)流速度大；密集，即風(fēng)流速度大；中段稀疏，即風(fēng)流速度中段稀疏，即風(fēng)流速度小。小。根據(jù)煤自然發(fā)火的條件，可知其中某處的風(fēng)流能夠?yàn)槊鹤匀嫉陌l(fā)展提供適宜的通風(fēng)供氧和蓄熱條件，即存在“易自燃風(fēng)速區(qū)”。當(dāng)漏風(fēng)量較大時(shí)，“易自燃風(fēng)速區(qū)”靠近停采線中點(diǎn)處，反之則位于靠近停采線端點(diǎn)處。考慮到井下瓦斯涌出的影響，新鮮風(fēng)流從停采線端點(diǎn)漏入后，沿風(fēng)流前進(jìn)的方向，瓦斯?jié)舛葘⒅饾u升高。若瓦斯涌出量較小，對漏風(fēng)氧氣濃度影響不大的話，靠停采線兩端的“易自燃風(fēng)速區(qū)”均容易發(fā)生煤炭自燃，否則，沿風(fēng)流方向停采線下端的“易自燃風(fēng)速區(qū)”可能會因氧

13、氣不足而沿風(fēng)流反方向后移甚至不發(fā)生自燃。 工作面開切眼鄰近巷道向開切眼漏風(fēng)鄰近巷道向開切眼漏風(fēng) 進(jìn)、回風(fēng)巷道長期處于風(fēng)流之中，也是煤礦井下易自然發(fā)火地點(diǎn)進(jìn)、回風(fēng)巷道長期處于風(fēng)流之中，也是煤礦井下易自然發(fā)火地點(diǎn)之一，這在個(gè)別礦區(qū)表現(xiàn)的尤為嚴(yán)重，如義馬礦區(qū)之一，這在個(gè)別礦區(qū)表現(xiàn)的尤為嚴(yán)重，如義馬礦區(qū)19592004年年期間共發(fā)生自燃火災(zāi)期間共發(fā)生自燃火災(zāi)553次，其中發(fā)生在進(jìn)、回風(fēng)巷道的火災(zāi)次，其中發(fā)生在進(jìn)、回風(fēng)巷道的火災(zāi)218次，占火災(zāi)總數(shù)的次，占火災(zāi)總數(shù)的39.4%；兗州礦區(qū)歷年來統(tǒng)計(jì)結(jié)果的這一比例；兗州礦區(qū)歷年來統(tǒng)計(jì)結(jié)果的這一比例則為則為40.9%。根據(jù)發(fā)生原因的不同，工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道的煤

14、炭。根據(jù)發(fā)生原因的不同，工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道的煤炭自燃又可分為保護(hù)煤柱自燃、巷道高冒區(qū)自燃和分層巷道假頂內(nèi)自燃又可分為保護(hù)煤柱自燃、巷道高冒區(qū)自燃和分層巷道假頂內(nèi)自燃幾種情況。自燃幾種情況。 1、保護(hù)煤柱自燃、保護(hù)煤柱自燃 2、巷道高冒區(qū)自燃、巷道高冒區(qū)自燃 破碎區(qū)、離層區(qū)和斷裂下沉區(qū)；其中在破碎區(qū)內(nèi)，破碎區(qū)、離層區(qū)和斷裂下沉區(qū)；其中在破碎區(qū)內(nèi)，煤體已經(jīng)充分破碎，應(yīng)力完全釋放，大約有煤體已經(jīng)充分破碎，應(yīng)力完全釋放，大約有2 m3 m的浮煤呈自然堆積狀態(tài)存在，巷道中的的浮煤呈自然堆積狀態(tài)存在，巷道中的空氣可以通過該區(qū)域的裂隙滲透進(jìn)入松散煤體中，空氣可以通過該區(qū)域的裂隙滲透進(jìn)入松散煤體中，并在裂隙暴

15、露的煤表面與煤發(fā)生氧化反應(yīng)。并在裂隙暴露的煤表面與煤發(fā)生氧化反應(yīng)。 高冒易自燃的原因高冒易自燃的原因破碎區(qū)離層區(qū)斷裂下沉區(qū)高冒區(qū)冒落各區(qū)分布示意圖高冒區(qū)冒落各區(qū)分布示意圖 2、巷道高冒區(qū)自燃、巷道高冒區(qū)自燃 3、分層巷道假頂內(nèi)煤炭自燃、分層巷道假頂內(nèi)煤炭自燃 分層巷道采用內(nèi)錯(cuò)式或重疊式布置，除第一分層外，其它各分層巷道都是在假頂下掘進(jìn)。因此，在第二分層及其以下的分層巷道掘進(jìn)和工作面回采期間，都會向上一分層采空區(qū)漏風(fēng)，使上分層采空區(qū)中（特別是上分層垮落的進(jìn)、回風(fēng)巷道處）的浮煤發(fā)生氧化自燃。上分層采空區(qū)進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)順槽下分層回采工作面上分層停采線 煤礦井下常見的地質(zhì)構(gòu)造形式主要有褶曲、斷層、破碎帶

16、、陷落褶曲、斷層、破碎帶、陷落柱、巖漿入侵地區(qū)柱、巖漿入侵地區(qū)等 19592004年，義馬礦區(qū)年，義馬礦區(qū)等通風(fēng)設(shè)施等通風(fēng)設(shè)施附近區(qū)域的自然發(fā)火次數(shù)占發(fā)火總次數(shù)的附近區(qū)域的自然發(fā)火次數(shù)占發(fā)火總次數(shù)的11%在通風(fēng)設(shè)施安裝及施工過程中煤在通風(fēng)設(shè)施安裝及施工過程中煤巷周圍形成了一定裂隙，之后在巷周圍形成了一定裂隙，之后在礦山壓力的緩慢持續(xù)作用下，這礦山壓力的緩慢持續(xù)作用下，這些裂隙逐漸發(fā)育擴(kuò)展，達(dá)到一定些裂隙逐漸發(fā)育擴(kuò)展，達(dá)到一定程度后，附近煤體具備了適宜的程度后，附近煤體具備了適宜的氧化蓄熱條件，容易造成自然發(fā)氧化蓄熱條件，容易造成自然發(fā)火。火。 假頂下設(shè)置通風(fēng)設(shè)施后風(fēng)流分布圖假頂下設(shè)置通風(fēng)設(shè)施后

17、風(fēng)流分布圖1-風(fēng)門；2-高溫顯現(xiàn)側(cè)；3-易產(chǎn)生高溫區(qū) 溜煤眼以及瓦斯抽放孔等處也是極易發(fā)生煤炭自燃的地方，應(yīng)該將這些區(qū)域也作為煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的重點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)采取相應(yīng)的防治措施，避免煤炭自燃災(zāi)害的發(fā)生。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預(yù)報(bào)煤自燃的早期識別與預(yù)報(bào)第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預(yù)報(bào)煤自燃的早期識別與預(yù)報(bào)p 人的直接感覺法p 測溫預(yù)測預(yù)報(bào)法 p 氣體分析法 早期識別與預(yù)報(bào)煤自燃的方法有：早期識別與預(yù)報(bào)煤自燃的方法有：嗅覺：煤炭氧化自熱達(dá)到一定溫度后會出現(xiàn)煤油味、汽油味和煤油味、汽油味和不飽和碳?xì)浠衔锇l(fā)出的輕微芳香氣味不飽和碳?xì)浠衔锇l(fā)出的輕微芳香氣味 ,利用對這些氣味的感

18、應(yīng)，則可以判斷附近某個(gè)區(qū)域的煤炭可能已經(jīng)發(fā)生自燃. 煤炭自燃指標(biāo)氣體和煤溫的關(guān)系濃度濃度/10-6煤溫煤溫?zé)o氣味無氣味CO微微弱弱氣氣味味中度中度氣味氣味強(qiáng)烈強(qiáng)烈氣味氣味氫氣氫氣乙烷乙烷丙烷丙烷乙烯乙烯視覺 由于煤炭自熱產(chǎn)生的水蒸氣會在空氣中形成氣霧或者在煤壁和其它不經(jīng)常有水滴的物體表面上形成細(xì)小的水滴，通常表現(xiàn)為煤壁表現(xiàn)為煤壁“出汗出汗”、支架上出現(xiàn)水珠等、支架上出現(xiàn)水珠等，這些都可以作為煤炭發(fā)生自熱的危險(xiǎn)特征而被觀察到。但是，當(dāng)冷熱兩股風(fēng)流交匯時(shí)，也能出現(xiàn)霧氣或水珠，對這種情況應(yīng)加以區(qū)別。淺部開采時(shí)，冬季在鉆孔口或塌陷區(qū)有時(shí)發(fā)現(xiàn)冒出水蒸氣或冰雪融化現(xiàn)象，這表征對應(yīng)區(qū)域可能發(fā)生了煤自燃現(xiàn)象。

19、另外，煤炭氧化自燃過程的最后階段將出現(xiàn)煙霧，人們可根據(jù)這些現(xiàn)象對煤自燃現(xiàn)象做出判斷和處理。 感覺：煤炭自燃發(fā)展到一定階段 ，可能會使環(huán)境溫度升高和使附近空氣中的氧氣濃度降低， 煤炭自熱點(diǎn)或自燃區(qū)域流過的水或空氣，其溫度通常較高 ，同樣可為人所直接感覺。利用人的直接感覺對煤自燃進(jìn)行預(yù)測的方法對于培養(yǎng)職工的防火意識和煤自燃的早期識別具有一定的作用，但是，人的感覺往往帶有很大的主觀性，且受人的健康狀況和精神狀態(tài)的影響，準(zhǔn)確度常常難以保證，故只能作為一種輔助的判別依據(jù)。 溫度是確定煤炭自燃發(fā)展階段的最可靠、最直觀的重要參數(shù)，測溫度是確定煤炭自燃發(fā)展階段的最可靠、最直觀的重要參數(shù)，測定礦內(nèi)空氣和圍巖的溫

20、度是煤炭自燃早期識別與預(yù)報(bào)的一個(gè)基本定礦內(nèi)空氣和圍巖的溫度是煤炭自燃早期識別與預(yù)報(bào)的一個(gè)基本方法。該方法通過在鉆孔內(nèi)安設(shè)測溫儀或溫度傳感器，或在某些方法。該方法通過在鉆孔內(nèi)安設(shè)測溫儀或溫度傳感器，或在某些區(qū)域布置溫度傳感器及其無線電發(fā)射裝置，根據(jù)測定的溫度或接區(qū)域布置溫度傳感器及其無線電發(fā)射裝置，根據(jù)測定的溫度或接收到的信號變化來判斷是否發(fā)生煤炭自燃。收到的信號變化來判斷是否發(fā)生煤炭自燃。 AD590AD590溫度傳感器為恒流源型溫度傳感器，與熱電偶、熱敏電阻等溫度傳感溫度傳感器為恒流源型溫度傳感器，與熱電偶、熱敏電阻等溫度傳感器的不同在于器的不同在于AD590AD590采用恒流輸出信號，精度

21、高、誤差小，采用雙絞線作為采用恒流輸出信號，精度高、誤差小，采用雙絞線作為測溫導(dǎo)線，消除了線間電容的影響，因此檢測精度不受井下測點(diǎn)距離長短測溫導(dǎo)線，消除了線間電容的影響，因此檢測精度不受井下測點(diǎn)距離長短的影響。特別是適應(yīng)于遠(yuǎn)距離測定的特點(diǎn)，比其他類型的溫度傳感器更具的影響。特別是適應(yīng)于遠(yuǎn)距離測定的特點(diǎn)，比其他類型的溫度傳感器更具優(yōu)越性。優(yōu)越性。溫度測定范圍為溫度測定范圍為-55-55+150+150、電源電壓范圍為、電源電壓范圍為4V4V30V30V。AD590AD590共有共有I I、J J、K K、L L、M M五檔，其中五檔，其中M M檔精度最高，在檔精度最高，在-55-55+150+1

22、50范圍范圍內(nèi)，非線性誤差為內(nèi)，非線性誤差為0.30.3。AD590AD590溫度傳感器采用專用儀表測溫，檢測儀表電路如圖所示。溫度傳感器采用專用儀表測溫，檢測儀表電路如圖所示。AD590AD590溫度傳感器測試儀表原理圖溫度傳感器測試儀表原理圖 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是： 測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。測量范圍廣。-50+1600、構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常由兩種不同的金屬絲組成，外有保護(hù)套管。構(gòu)造簡單，使用方便

23、。熱電偶通常由兩種不同的金屬絲組成，外有保護(hù)套管。1、熱電偶測溫基本原理、熱電偶測溫基本原理 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動勢之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中因而在回路中形成一個(gè)大小的電流形成一個(gè)大小的電流,這現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。這現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 2、溫度測量儀表、溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。按測溫方式可分為接觸式

24、和非接觸式兩大類。接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，進(jìn)行充分的熱交換，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫

25、度場，反應(yīng)速觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。響，其測量誤差較大。測溫導(dǎo)線測溫導(dǎo)線AD590AD590恒流源溫度傳感器、恒流源溫度傳感器、熱電偶熱電偶 美國、俄羅斯、英國、德國、波蘭等國已成功地應(yīng)用紅外測溫儀和紅外熱成像儀檢測了煤壁、煤柱與浮煤堆的自燃。國內(nèi)的兗州、開灤、徐州等礦區(qū)采用紅外測溫儀對煤壁溫度進(jìn)行了測定，以兗州礦區(qū)為例，20世紀(jì)90年代末，該礦區(qū)曾對所屬的興隆莊煤礦、東灘煤礦、鮑店煤礦、南

26、屯煤礦、濟(jì)二煤礦的煤巷進(jìn)行了紅外探測，共探測巷道21條，探測巷道長度16030 m，發(fā)現(xiàn)自燃高溫點(diǎn)7個(gè)。紅外測溫技術(shù)在煤礦現(xiàn)場的應(yīng)用，為煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)工作提供了新的手段。但是，由于除了煤炭自燃會造成紅外輻射能量場異常外，煤層原始地溫、井下環(huán)境、巷道風(fēng)量、井下機(jī)電設(shè)備、煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常等因素也往往會造成紅外輻射能量場的異常，這些因素經(jīng)常造成誤判的發(fā)生。另外， 任何物體只要溫度高于絕對零度，就會不斷產(chǎn)生紅外輻射。物任何物體只要溫度高于絕對零度，就會不斷產(chǎn)生紅外輻射。物體溫度越高，輻射能量就越大。紅外測溫法即是利用這一原理體溫度越高，輻射能量就越大。紅外測溫法即是利用這一原理對煤體溫度進(jìn)行測定的，當(dāng)

27、煤礦井下存在自燃隱患點(diǎn)時(shí)，往往對煤體溫度進(jìn)行測定的，當(dāng)煤礦井下存在自燃隱患點(diǎn)時(shí)，往往會在附近形成紅外輻射能量場，煤體溫度越高，紅外測溫儀器會在附近形成紅外輻射能量場，煤體溫度越高，紅外測溫儀器接受輻射能量而轉(zhuǎn)換的輻射溫度就越高，據(jù)此可對煤自燃的發(fā)接受輻射能量而轉(zhuǎn)換的輻射溫度就越高，據(jù)此可對煤自燃的發(fā)展程度作出判斷。展程度作出判斷。原理原理 熱敏電纜由雙股外表涂有熱敏材料的導(dǎo)線絞結(jié)而成。通常溫度下，熱敏材料處于絕緣狀態(tài)，當(dāng)溫度超過某一預(yù)先設(shè)定值時(shí)，兩根導(dǎo)線間的絕緣狀態(tài)受到破壞，從而對煤自然發(fā)火作出預(yù)報(bào)或報(bào)警。應(yīng)用熱敏電纜能夠進(jìn)行無間斷點(diǎn)的連續(xù)沿程監(jiān)測，但該方法也存在以下缺陷：熱敏電纜為定溫感測，

28、即當(dāng)溫度達(dá)到或超過某一定值時(shí)，才能發(fā)出預(yù)測預(yù)報(bào)信號，而此前與之后的溫度變化特征則無法測知；熱敏電纜測定溫度往往是以空氣為介質(zhì)通過熱輻射的方式進(jìn)行，但熱敏電纜外層絕緣護(hù)套大大削弱了其感受熱輻射的能力，使其反應(yīng)遲鈍；熱敏材料導(dǎo)通后是不可恢復(fù)的，需要及時(shí)更換局部或全部熱敏電纜，維修工作量大；熱敏電纜的連接和接頭處理也比較麻煩。這些缺陷的存在，在一定程度上限制了熱敏電纜的推廣應(yīng)用。 煤的自然發(fā)火過程可分為緩慢氧化階段、加速氧化階段和劇烈氧化階段三個(gè)不同的發(fā)展階段，不同階段對應(yīng)著不同的氣體產(chǎn)物種類和濃度。 CO、C2H4、C2H6、C3H8、C2H2等氣體 格雷哈姆系數(shù)、O2、鏈烷比、C/H、烴指數(shù)等。

29、指標(biāo)種類 一氧化碳（CO）一氧化碳在煤氧化自燃過程中出現(xiàn)較早、生成量較大、濃度增長速度也較快，其濃度與煤體溫度之間存在明顯的對應(yīng)關(guān)系，是煤炭自然發(fā)火早期預(yù)測預(yù)報(bào)非常靈敏的指標(biāo)氣體。CO產(chǎn)生量與煤溫度的關(guān)系曲線產(chǎn)生量與煤溫度的關(guān)系曲線 p 指標(biāo)種類 一氧化碳（CO） CO的絕對生成量計(jì)算公式如下 ： 式中，HCO的絕對產(chǎn)生量，m3/min； C測點(diǎn)氣樣的CO濃度，10-6； Q測點(diǎn)的風(fēng)量，m3/min。HC Q為了減小漏風(fēng)等因素的影響p 指標(biāo)種類 一氧化碳（CO） 古山礦煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的古山礦煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的CO指標(biāo)指標(biāo)自然發(fā)火系數(shù)自然發(fā)火系數(shù)安全值安全值加強(qiáng)觀測值加強(qiáng)觀測值自然發(fā)火預(yù)報(bào)值自然發(fā)

30、火預(yù)報(bào)值H（m3/min）9撫順老虎臺礦則根據(jù)自身情況，撫順老虎臺礦則根據(jù)自身情況，并總結(jié)多年的經(jīng)驗(yàn)，采用的指標(biāo)并總結(jié)多年的經(jīng)驗(yàn)，采用的指標(biāo) p 指標(biāo)種類格雷哈姆系數(shù)的缺陷 格雷哈姆系數(shù)自提出以來，在煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)中得到了較廣泛的應(yīng)用，格雷哈姆系數(shù)自提出以來，在煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)中得到了較廣泛的應(yīng)用，一定程度上改善了煤礦現(xiàn)場的自燃預(yù)測預(yù)報(bào)現(xiàn)狀，但是，格拉哈姆系數(shù)一定程度上改善了煤礦現(xiàn)場的自燃預(yù)測預(yù)報(bào)現(xiàn)狀，但是，格拉哈姆系數(shù)仍然存在一定的缺陷。仍然存在一定的缺陷。格雷哈姆系數(shù)在氧氣消耗量很小的情況下精度很低，例如，當(dāng)氧氣消耗量小于0.3時(shí)，利用格雷哈姆系數(shù)得到的結(jié)果就不再可靠，這個(gè)缺點(diǎn)也存在于其它含

31、有氧氣消耗量的判別指標(biāo)中；格雷哈姆系數(shù)還受到那些不是因煤自燃而產(chǎn)生的CO、CO2的影響，其中包括從其它采空區(qū)運(yùn)移過來的CO、CO2或進(jìn)入火區(qū)的空氣本身所攜帶的少量CO、CO2。 氣體指標(biāo) 耗氧量（O2） 在測知氮?dú)夂脱鯕鉂舛鹊那闆r下，氧氣的消耗量可表示為：2222648. 0ONO此計(jì)算基于兩個(gè)假設(shè)：l空氣中的氧氣含量為20.93%，惰性氣體的含量79.04%（0.03%的CO2氣 體不包括在內(nèi)），對于除氮?dú)庖酝獾钠渌栊詺怏w，一般情況下都簡單的 將其全視為氮?dú)猓籰火區(qū)中的氮?dú)鉀]有被消耗，也沒有被增加（空氣流動增加的氮?dú)獬猓?種類：p 指標(biāo)種類鏈烷比 一類是長鏈的烷烴氣體與甲烷的濃度（C2H

32、6/CH4、C3H8/CH4 、C4H10/CH4）另一類是長鏈 的烷烴氣體與乙烷的濃度比值（C3H8/C2H6，C4H10/C2H6）不同礦區(qū)可根據(jù)實(shí)際情況選用不同的鏈烷比指標(biāo)不同礦區(qū)可根據(jù)實(shí)際情況選用不同的鏈烷比指標(biāo) 貴州六枝礦區(qū)煤自燃預(yù)測中采用的鏈烷比指標(biāo)自燃發(fā)展的階自燃發(fā)展的階段段正常階段正常階段危險(xiǎn)階段危險(xiǎn)階段自燃階段自燃階段C3H/8C2H60.020.060.100.120.150.18適用條件：對于發(fā)適用條件：對于發(fā)生在采空區(qū)的煤自生在采空區(qū)的煤自燃高溫點(diǎn)，由于多燃高溫點(diǎn)，由于多為浮煤，破碎較為為浮煤，破碎較為充分，且經(jīng)過了較充分，且經(jīng)過了較長的釋放時(shí)間，所長的釋放時(shí)間，所吸附

33、的烷烴基本上吸附的烷烴基本上已釋放出來，適于已釋放出來，適于應(yīng)用鏈烷比指標(biāo)對應(yīng)用鏈烷比指標(biāo)對該類煤自燃現(xiàn)象進(jìn)該類煤自燃現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。行預(yù)測預(yù)報(bào)。 p 指標(biāo)種類鏈烷比 24222426/2/3.78COCOCHC HNOCOCHCOH其他碳氧化物其他碳?xì)浠飌 指標(biāo)種類 C/H C/H表示煤氧化產(chǎn)物中碳和有效氫的比值，該指標(biāo)最早由印度學(xué)者Ghosh和Banerjee提出印度的應(yīng)用實(shí)踐表明：該比值與格拉哈姆系數(shù)（Grahams Ratio）相比數(shù)值范圍更大、靈敏度更高；和O2聯(lián)用時(shí)，能夠?qū)鹪吹姆秶蛷?qiáng)度進(jìn)行判定；另外，利用C/H能夠區(qū)分煤火和木材火，從而可判定氣體成份的變化是否為煤自燃引起。

34、但是，該比值受逸出瓦斯的影響較大，不該比值受逸出瓦斯的影響較大，不適宜在高瓦斯礦井使用。適宜在高瓦斯礦井使用。 氣體指標(biāo) 烴指數(shù) 美國學(xué)者Ann G. Kim提出了以烴指數(shù)作為預(yù)測煤自燃的指標(biāo)，計(jì)算公式如下： 式中， 烴類物質(zhì)總量，單位10-6；當(dāng)實(shí)際檢測烴類物質(zhì)總量為零時(shí)，默認(rèn)該值為0.0110-6，以防止出現(xiàn)分母為零的情況 甲烷氣體的含量，10-6。 411.01 THCCHRTHCTHC4CH烴類物質(zhì)總量越大時(shí)，相應(yīng)的R1指標(biāo)也越大，當(dāng)烴類物質(zhì)總量為零時(shí)，該值為0；當(dāng)烴類物質(zhì)僅為CH4一種時(shí)，該值為10p 指標(biāo)種類 烴指數(shù) 烴指數(shù)具有測定精度高的優(yōu)點(diǎn)，但這一指標(biāo)同樣存在易受井下其他區(qū)域氣

35、體影響的缺陷，烴類氣體總量較小時(shí)這一缺陷表現(xiàn)的更為明顯。為了克服這一缺陷，將這一指標(biāo)限制在烴類氣體總量達(dá)到5010-6以上時(shí)再使用。另外，大量研究結(jié)果表明：煤樣溫度在達(dá)到100 以后，高階烴類氣體才開始大量產(chǎn)生。因此，烴指數(shù)用于煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)的及時(shí)性有待進(jìn)一步研究。 烴指數(shù)指標(biāo)的應(yīng)用烴指數(shù)指標(biāo)的應(yīng)用烴指數(shù)烴指數(shù)R1對應(yīng)的煤體狀態(tài)對應(yīng)的煤體狀態(tài)050正 常50100煤礦井下可能存在高溫火源點(diǎn)100井下存在高溫火源點(diǎn)p 指標(biāo)的優(yōu)用 煤礦井下一旦有發(fā)生煤炭自燃的趨勢，或煤溫超過一定值該指標(biāo)就會發(fā)生明顯變化，且隨煤溫的升高變化趨勢穩(wěn)定。 同一煤層或采區(qū)的煤在熱解時(shí)產(chǎn)生指標(biāo)所涉及氣體的初始溫度基本相同或

36、差別不大，生成量與煤溫有較好的對應(yīng)關(guān)系，且重復(fù)性較好。 現(xiàn)有的儀器設(shè)備能夠及時(shí)檢測到指標(biāo)所涉及氣體的產(chǎn)生和變化，且方便準(zhǔn)確。原則p 指標(biāo)的優(yōu)用 各國煤自燃發(fā)火預(yù)測預(yù)報(bào)的指標(biāo)體系國國家家預(yù)測預(yù)報(bào)指標(biāo)預(yù)測預(yù)報(bào)指標(biāo)主要指標(biāo)主要指標(biāo)輔助指標(biāo)輔助指標(biāo)波蘭COCO/O2俄羅斯COC2H6/CH4美國COCO/O2英國CO、C2H4CO/O2印度CO、CO/O2CO2/O2、C/H日本CO、C2H4CO/O2、C2H6/CH4德國COCO/O2法國COCO/O2p 指標(biāo)的優(yōu)用 煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮檢測技術(shù)及裝置煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮檢測技術(shù)及裝置 系統(tǒng)系統(tǒng)低溫吸附裝低溫吸附裝置置檢測器檢測器高溫解吸裝

37、置高溫解吸裝置 采用氣體濃縮技采用氣體濃縮技術(shù)，提高煤自燃微術(shù)，提高煤自燃微量指標(biāo)氣體檢出精量指標(biāo)氣體檢出精度，實(shí)現(xiàn)自燃的早度，實(shí)現(xiàn)自燃的早期預(yù)報(bào)。該氣體檢期預(yù)報(bào)。該氣體檢測精度比現(xiàn)有技術(shù)測精度比現(xiàn)有技術(shù)提高提高1212個(gè)數(shù)量級個(gè)數(shù)量級微量有機(jī)氣體濃縮檢測微量有機(jī)氣體濃縮檢測原理圖原理圖 煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮煤煤升升溫溫過過程程中中烷烷烯烯烴烴類類氣氣體體定定性性分分析析表表（未未濃濃縮縮）空氣浴溫度（） 氣體成分 50 80 110 140 170 200 烷 烴 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 C5H12 烯 烴 C2H4 C3H6

38、C4H8 未濃縮分析結(jié)果未濃縮分析結(jié)果: 煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮煤煤升升溫溫過過程程中中烷烷烯烯烴烴類類氣氣體體定定性性分分析析表表（濃濃縮縮吸吸附附后后）空氣浴溫度（） 氣體成分 50 80 110 140 170 200 烷 烴 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 C5H12 烯 烴 C2H4 C3H6 C4H8 濃縮后分析結(jié)果濃縮后分析結(jié)果: 煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮對比煤升溫過程中吸附濃縮前后氣體組分可對比煤升溫過程中吸附濃縮前后氣體組分可知，經(jīng)知，經(jīng)吸附濃縮吸附濃縮后，相同溫度下可檢測到的組分后，相同溫度下可檢

39、測到的組分?jǐn)?shù)增多，且各組分氣體檢出的數(shù)增多，且各組分氣體檢出的初始溫度初始溫度大幅降低，大幅降低，如乙烯從未濃縮前的如乙烯從未濃縮前的110降至降至50，丙烯從，丙烯從170降至降至80。可見，吸附濃縮效果明顯，使檢測出指標(biāo)氣可見，吸附濃縮效果明顯，使檢測出指標(biāo)氣體的初始溫度體的初始溫度平均提前平均提前了了6090左右，并提高了左右，并提高了各組分氣體檢測的各組分氣體檢測的靈敏度靈敏度，尤其是對低濃度氣體，尤其是對低濃度氣體效果顯著。效果顯著。 煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮煤自燃指標(biāo)氣體的吸附濃縮p 氣樣的可靠性判斷 氣體濃度變化趨勢氣體濃度變化趨勢特里克特比率（特里克特比率（Tr）：）： p 氣

40、樣的可靠性判斷 一般來說，只要煤礦井下環(huán)境不發(fā)生劇烈的變化，如爆炸、巷道嚴(yán)重垮塌、防火墻被破壞造成積水或空氣的流入流出、大氣壓力急劇變化引起大量新鮮空氣或CO2、CH4流入等，井下氣體組分的變化趨勢應(yīng)該是和緩平滑的。氣樣采集、分析完成后，若分析結(jié)果與該氣體的整體變化趨勢很不一致，則應(yīng)考慮舍棄該氣樣的分析結(jié)果。氣體濃度變化趨勢氣體濃度變化趨勢p 氣樣的可靠性判斷 特里克特比率（特里克特比率（Tr）：）： 一般來說，煤炭自燃產(chǎn)生的氣體濃度之間存在一定的比例，特里克特比率一般來說，煤炭自燃產(chǎn)生的氣體濃度之間存在一定的比例，特里克特比率（Tricketts Ratio）Tr即是利用這種比例對氣樣結(jié)果進(jìn)

41、行分析篩選的，是即是利用這種比例對氣樣結(jié)果進(jìn)行分析篩選的，是判斷氣樣可靠性的有效工具。特里克特比率的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：判斷氣樣可靠性的有效工具。特里克特比率的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：2222%0.75%0.25%0.265(%)%rCOCOHTNArO將氣樣的分析結(jié)果代入上述公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果即可對氣樣的可靠性進(jìn)行將氣樣的分析結(jié)果代入上述公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果即可對氣樣的可靠性進(jìn)行分析并作出取舍。分析并作出取舍。對于煤自燃來說，當(dāng)對于煤自燃來說，當(dāng)Tr值大于值大于1.0時(shí)，則說明該氣樣值得懷疑，應(yīng)時(shí)，則說明該氣樣值得懷疑，應(yīng)綜合分析現(xiàn)場情況后再對其做出取舍；而當(dāng)氣樣分析得到的綜合分析現(xiàn)場情況

42、后再對其做出取舍；而當(dāng)氣樣分析得到的Tr值大于值大于1.6時(shí)，則意味時(shí)，則意味著氣樣因某種因素的干擾而失去使用價(jià)值，應(yīng)予以舍棄。通過分析氣樣的可靠性，著氣樣因某種因素的干擾而失去使用價(jià)值，應(yīng)予以舍棄。通過分析氣樣的可靠性，可以幫助決策者減少誤判。可以幫助決策者減少誤判。我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法我國指標(biāo)氣體優(yōu)選方法 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) 井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) 礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜監(jiān)測系統(tǒng)礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜監(jiān)測系統(tǒng)p 人工取樣分析20世紀(jì)

43、70年代以前，煤礦現(xiàn)場大多采用人工取樣方式進(jìn)行分析。作為傳統(tǒng)的取樣方式，人工取樣方式目前應(yīng)用依然十分廣泛。人工取樣分析方法投資少、簡單易行、適用性強(qiáng)，但存在工作量大、間隔時(shí)間長、無法實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測等不足。 自動取樣分析20世紀(jì)80年代，煤礦開始普及氣相色譜分析法，并研制成功了束管監(jiān)測系統(tǒng)，同時(shí)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)在同期也得到了較快地發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了取樣分析工作的自動化。 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) l 發(fā)展沿革 20世紀(jì)70年代，英國開始將束管監(jiān)測系統(tǒng)用于煤礦井下火災(zāi)的早期預(yù)測預(yù)報(bào)，并取得了較好的效果 1981年，平莊古山礦建成了國內(nèi)第一個(gè)束管監(jiān)測系統(tǒng)，此后束管監(jiān)測系統(tǒng)逐漸在棗莊柴里礦

44、、兗州南屯礦等礦井得到了推廣應(yīng)用 早期的束管監(jiān)測系統(tǒng)僅能分析CO、N2、CO2、CH4等氣體成分，且分析精度較低；近年來，束管監(jiān)測系統(tǒng)得到了很大的改進(jìn)，能夠?qū)2、N2、CO、CH4、CO2、H2、C2H4、C2H6、C3H8、C2H2等多種氣體成分進(jìn)行分析，精度也得到了很大的提高。 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) l 系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)通過束管將監(jiān)測點(diǎn)氣體取樣到地面進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對煤自然發(fā)火的發(fā)展階段作出判斷 組成： 采樣系統(tǒng)：由抽氣泵和管路組成 控制裝置：主要由三通實(shí)現(xiàn)對井下多個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行巡回取樣 氣樣分析 ：一般采用氣相色譜儀對氣樣進(jìn)行分析 數(shù)據(jù)貯存、顯示和報(bào)警 ：分

45、析儀器輸出的模擬信號可用圖形顯示，采用記錄儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄或采用計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行貯存，必要時(shí)也可對數(shù)據(jù)表進(jìn)行打印。當(dāng)監(jiān)測結(jié)果超過臨界指標(biāo)時(shí)可進(jìn)行聲光報(bào)警。圖圖14 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)示意圖地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)示意圖 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) l 束管敷設(shè)和監(jiān)測點(diǎn)的布置 束管敷設(shè)的要求主要有 ：p 巷道內(nèi)的束管敷設(shè)高度一般不低于1.8 m，束管用吊臺掛鉤吊掛；p 束管的敷設(shè)應(yīng)平、直、穩(wěn)；p 束管管線與動力電纜線路之間的距離一般應(yīng)不小于0.5 m，同時(shí)要避免同其它管線交叉；p 束管入口處必須安設(shè)濾塵器；p 整條束管一般至少要安設(shè)3個(gè)貯/放水器。l 束管敷設(shè)和監(jiān)測點(diǎn)的布置

46、束管監(jiān)測點(diǎn)的布置應(yīng)滿足以下原則 ：p 總回風(fēng)道和集中回風(fēng)道應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)選擇圍巖穩(wěn)定、前后5 m范圍內(nèi)無分支巷道并靠近巷道末端的位置，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在距巷道頂板0.5 m處的巷道中心線上；p 超過煤層自然發(fā)火期的分層工作面的監(jiān)測點(diǎn)，應(yīng)設(shè)在上分層回風(fēng)側(cè)的停采線處；回采巷道在上分層出現(xiàn)過高溫點(diǎn)的地方，要靠頂板設(shè)監(jiān)測點(diǎn)；p 各分層巷道有通風(fēng)設(shè)施時(shí)應(yīng)在該設(shè)施回風(fēng)側(cè)1 m的頂板上設(shè)點(diǎn)；p 采區(qū)內(nèi)的丟煤處，巷道內(nèi)錯(cuò)、外錯(cuò)，丟頂煤，留三角煤，分層巷道的盲巷及溜煤眼上方均應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)；p 采掘工作面有明顯升溫征兆的區(qū)域必須設(shè)監(jiān)測點(diǎn)；p 火區(qū)密閉必須設(shè)監(jiān)測點(diǎn)；p 測點(diǎn)應(yīng)布置在高負(fù)壓區(qū)，從全負(fù)壓角度考慮，只

47、要漏風(fēng)風(fēng)流經(jīng)過易自然發(fā)火處，則負(fù)壓最高處最容易反映煤自然發(fā)火隱患處的真實(shí)情況；p 測點(diǎn)處應(yīng)能夠有效排除炮煙的影響，井下放炮產(chǎn)生的炮煙中含有大量的CO，若其流經(jīng)測點(diǎn)，則會對監(jiān)測結(jié)果造成很大的影響；p 測點(diǎn)處應(yīng)具有恒定的漏風(fēng)量，防止風(fēng)流變化對氣體的分析造成影響。 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) l 防堵、防漏和防凍p 堵塞的主要原因：礦塵和冷凝水的積聚 ；解決方法：應(yīng)在井下取樣點(diǎn)進(jìn)氣口、傳感器或分析器氣樣入口等處安設(shè)粉塵過濾。從吸氣口至井底的束管管路中還需設(shè)置吸濕器，安裝數(shù)量應(yīng)根據(jù)吸氣口和束管沿途的溫度差而定，一般不能少于3個(gè)。p 漏氣的主要原因：束管接頭和抽氣負(fù)壓的影響 ；解決方法

48、：束管與束管間可用直徑為10 mm的銅管聯(lián)接，所有接口均用環(huán)氧樹脂封閉。p 防凍：還應(yīng)采取措施防止從鉆孔到分析室的束管因冬季地面氣溫低造成結(jié)露凍結(jié) 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)l 技術(shù)參數(shù) 目前所采用的分析方式一般為負(fù)壓采樣、色譜分析，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域的24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控或人工設(shè)定監(jiān)測時(shí)間。其技術(shù)參數(shù)如表： 指標(biāo)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)控制束管監(jiān)測路數(shù) 1260路且可進(jìn)行擴(kuò)充 井下最大采樣距離 30 km 分析氣體成分 CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2、O2、N2等 分析精度 常量分析：O.1%；微量分析：110-6 系統(tǒng)誤差 1.5% 地面分析型束監(jiān)測管系統(tǒng)的主要技

49、術(shù)參數(shù)地面分析型束監(jiān)測管系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) 地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)l 存在問題p 束管管線較長、維護(hù)工作量大 p 氣體從井下傳輸至地面的過程中，由于管路較長且中間存在接頭，加之煤礦井下環(huán)境惡劣，管路漏氣或管路堵塞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，將會導(dǎo)致錯(cuò)誤的分析結(jié)果p 相關(guān)儀器的穩(wěn)定性、可靠性也有待進(jìn)一步提高 井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將地面分析單元置于距監(jiān)測地點(diǎn)較近的井下硐室，分析單元在井下直接分析束管所采集的氣樣，再將分析結(jié)果以電信號的形式傳輸?shù)降孛嬷行恼具M(jìn)行集中監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)煤自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)每套井下分站可實(shí)現(xiàn)對井下多個(gè)

50、監(jiān)測地點(diǎn)取氣樣進(jìn)行分析，可對CH4、CO、O2等指標(biāo)氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測 井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)指指標(biāo)標(biāo)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)監(jiān)測分站每套地面分站可連接5套井下分站，每套井下分站可對8個(gè)監(jiān)測地點(diǎn)進(jìn)行取樣分析取樣距離10 km分析氣體成分CO、CH4、O2 井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)井下分析型束管監(jiān)測系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)： 該系統(tǒng)氣樣采集管路較短，克服了地面分析型束管監(jiān)測系統(tǒng)容易漏 氣的缺點(diǎn)； 抽氣管路不經(jīng)過井筒，維護(hù)簡單； 監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通訊電纜進(jìn)行傳輸，能夠比較準(zhǔn)確地將井下的氣體分 析結(jié)果傳輸給地面監(jiān)測站 ；存在問題： 需要敷設(shè)大量的專用電纜線路，初期投入較大；現(xiàn)有氣體傳感器在穩(wěn)定性、靈敏度和使用壽命等

51、方面尚有不盡人意的地方，價(jià)格相對比較昂貴，種類相對偏少 礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜監(jiān)測系統(tǒng)礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜監(jiān)測系統(tǒng) l 系統(tǒng)組成：自動取樣器、專用色譜分析儀、數(shù)據(jù)處理工作站以及束管采樣 自動取樣器：有12路束管接口，通過對自動取樣器的控制可循環(huán)采集各路束管的氣樣進(jìn)行分析；留有手動進(jìn)樣口，可以分析人工采集的各監(jiān)測地點(diǎn)的氣樣 專用色譜分析儀：采用并聯(lián)雙柱、三柱同時(shí)進(jìn)樣和1臺儀器2個(gè)柱箱分別控溫的結(jié)構(gòu)，并配備了TCD、FID、FPD、ECD多種檢測器和專用色譜分離柱 數(shù)據(jù)處理工作站實(shí)現(xiàn)的功能：分析得到氣樣的成分及各自濃度；對自動取樣器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動取樣；根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對井下煤自然發(fā)火情況進(jìn)行分析、提示、

52、報(bào)警等 礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 對于一些邊遠(yuǎn)地區(qū)的中小型礦井群，可將氣相色譜儀等相關(guān)儀器組裝放于車對于一些邊遠(yuǎn)地區(qū)的中小型礦井群，可將氣相色譜儀等相關(guān)儀器組裝放于車內(nèi)，如內(nèi)，如CA -9000型移動式礦井氣體分析系統(tǒng)，使用過程中可直接將該系統(tǒng)運(yùn)型移動式礦井氣體分析系統(tǒng)，使用過程中可直接將該系統(tǒng)運(yùn)至需分析的地點(diǎn)，使用與維護(hù)較簡便至需分析的地點(diǎn)，使用與維護(hù)較簡便 第三節(jié)第三節(jié) 外因火災(zāi)的監(jiān)測外因火災(zāi)的監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)：發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成：中心站；信息傳輸裝置；傳感器和執(zhí)行裝置。中心站；信息傳輸裝置；傳感器和執(zhí)行裝置。 監(jiān)測傳感器監(jiān)測傳感器

53、 ：分類分類：感溫傳感器感溫傳感器 ：燃燒生成物傳感器；：燃燒生成物傳感器；CO2傳感器傳感器 動作動作：煙流溫度和煙霧濃度達(dá)到預(yù)定報(bào)警限煙流溫度和煙霧濃度達(dá)到預(yù)定報(bào)警限已達(dá)到預(yù)定報(bào)警限的煙流到達(dá)傳感器已達(dá)到預(yù)定報(bào)警限的煙流到達(dá)傳感器 傳感器響應(yīng)傳感器響應(yīng)l 監(jiān)測系統(tǒng)： 發(fā)展現(xiàn)狀 目前國外煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)普遍采用的先進(jìn)技術(shù)有： 紅外瓦斯傳感器； 在線瓦斯?jié)舛刃Ｕb置； 本安型PLC分站的應(yīng)用； 傳感器就地?cái)嚯姽δ埽?現(xiàn)場總線在安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用； 數(shù)字通訊方式，國際標(biāo)準(zhǔn)的IP尋址方式，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議； 與生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的互動和網(wǎng)絡(luò)整合。圖圖16 礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)礦井安全監(jiān)測系統(tǒng) 井下

54、分站和傳感器對煤礦井下的各種安全及生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將信息及時(shí)傳輸?shù)降孛嬷行恼尽Ｖ行恼颈O(jiān)測軟件根據(jù)預(yù)先定義好的配置，發(fā)送指令給分站，由分站執(zhí)行斷電控制信號。同時(shí)，中心站對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 系統(tǒng)組成 監(jiān)測傳感器 分類感溫傳感器：感溫傳感器感受火災(zāi)生成的熱煙流并作出響應(yīng)，即感受某一點(diǎn)或沿某一條線范圍內(nèi)的溫度（定溫傳感器）或溫升速率（差溫傳感器）。燃燒生成物傳感器： 煙霧傳感器 離子式煙霧傳感器離子式煙霧傳感器：放射性元素輻射的或射線，可使兩個(gè)電極間的空氣離子化，并在兩電極間形成離子電流。煙霧進(jìn)入傳感器感應(yīng)室后俘獲離子化分子，使兩電極間的離子電流減小，通過測量分析離子電流的變化實(shí)現(xiàn)對煙霧濃度的

55、監(jiān)測。光電式煙霧傳感器光電式煙霧傳感器：該類傳感器利用煙塵的減光或散光特性對光強(qiáng)度的影響測定煙霧濃度變化 。 CO傳感器 CO傳感器是我國常用的一種火災(zāi)監(jiān)測傳感器，它通過煙流自行擴(kuò)散或機(jī)械泵吸入方式感應(yīng)煙流中的CO并測定其濃度 。CO2傳感器：目前煤礦使用的CO2傳感器主要有KGQ11型和GRH5型等型號，其中，KGQ11型CO2傳感器在煤礦現(xiàn)場應(yīng)用相對較多， 監(jiān)測傳感器 動作 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)的煙流溫度、煙霧濃度等參數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，監(jiān)測傳感器將作出響應(yīng)。監(jiān)測傳感器的的動作需要滿足以下幾個(gè)條件： 煙流溫度和煙霧濃度達(dá)到預(yù)定報(bào)警限：指傳感器所在位置的煙流溫度或煙霧濃度達(dá)到的定值 。礦井火災(zāi)時(shí)期，溫

56、度和煙霧濃度參數(shù)要達(dá)到報(bào)警限需要經(jīng)過一定時(shí)間，這一時(shí)間稱為達(dá)到報(bào)警限的時(shí)間（t1），該時(shí)間的長短與報(bào)警限值有關(guān)，預(yù)定報(bào)警限越低，t1時(shí)間越短，反之則t1時(shí)間越長 已達(dá)到預(yù)定報(bào)警限的煙流到達(dá)傳感器：在火源位置，溫度和煙霧濃度達(dá)到報(bào)警限之后，含有多種氣體成分的高溫?zé)熈鬟€需隨風(fēng)流擴(kuò)散傳播至傳感器位置才能被傳感器檢知并報(bào)警，在傳感器安設(shè)過程中，應(yīng)充分考慮這一因素，盡量將傳感器安設(shè)位置選擇在易發(fā)火區(qū)域，從而減小高溫?zé)熈鲾U(kuò)散傳播到達(dá)傳感器的運(yùn)行時(shí)間t2。 傳感器響應(yīng) ：由于傳感器往往需要一定的響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)已達(dá)到報(bào)警限的高溫?zé)熈鞯竭_(dá)傳感器處后，還需經(jīng)歷一段時(shí)間傳感器才會動作。現(xiàn)有監(jiān)測傳感器的響應(yīng)時(shí)間t3一般

57、為30s60s.近年來，國內(nèi)相繼開發(fā)出幾種裝置和儀器設(shè)備，如KJS型帶式輸送機(jī)火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、DMF型膠帶輸送機(jī)自動滅火系統(tǒng)、DHM型硐室與皮帶自動灑水滅火系統(tǒng)以及之后改進(jìn)型的此類裝置和儀器設(shè)備（如MZS-1型等）。這些系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，對礦井外因火災(zāi)的防治工作起到了一定的促進(jìn)作用，但是，誤報(bào)、延報(bào)等情況在煤礦現(xiàn)場仍時(shí)有發(fā)生。總體上看，由于現(xiàn)階段礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)受到傳感器種類少、穩(wěn)定性差、易損耗、價(jià)格昂貴等因素的制約，加之當(dāng)前許多礦區(qū)對該系統(tǒng)的管理、應(yīng)用和維護(hù)并不完善，外因火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)的整體水平仍然不能完全滿足當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的需要，該系統(tǒng)還有待進(jìn)一步改進(jìn)與提高。第三節(jié)第三節(jié) 外因火災(zāi)的監(jiān)測外因火

58、災(zāi)的監(jiān)測第四節(jié)第四節(jié) 火源位置的探測與判別火源位置的探測與判別 煤自燃隱蔽火源的探測技術(shù)煤自燃隱蔽火源的探測技術(shù) p 氣體分析法p 溫度探測法p 火災(zāi)診斷法p 同位素測氡法p 測電阻率法p 地質(zhì)雷達(dá)法p 磁探測法p 無線電波法p 遙感法p計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法 l 煤自燃隱蔽火源的探測技術(shù)煤自燃隱蔽火源的探測技術(shù)p 氣體分析法 氣體分析法是通過監(jiān)測指標(biāo)氣體出現(xiàn)的初始溫度和濃度變化趨勢，對煤自燃發(fā)展的程度進(jìn)行分析，并對煤自燃火源點(diǎn)位置、范圍作近似的判定。目前，現(xiàn)場的應(yīng)用工藝主要有井下氣體測定法、地面鉆孔氣體分析法和示蹤氣體法。通過人工取樣或束管監(jiān)測系統(tǒng)對自然發(fā)火區(qū)域的氣體進(jìn)行監(jiān)測 ，能夠?qū)γ鹤匀嫉陌l(fā)展

59、程度及其大致范圍進(jìn)行判斷，但較難實(shí)現(xiàn)對自燃火源點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。主要用于淺埋藏煤礦井下大面積采空區(qū)火源的探測。該方法要求氣體能不斷向上運(yùn)移而不與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，要使氣體能擴(kuò)散至地面，礦井通風(fēng)必須是正壓通風(fēng) ，雖能大致確定自燃火源的位置，但它受到采深、自燃火區(qū)上覆巖層性質(zhì)、地表大氣流動狀況的影響較大，一般只作為探測火源的輔助手段。利用某些氣體在某一溫度條件下會發(fā)生分解的特性，將示蹤氣體注入預(yù)計(jì)的發(fā)火區(qū)域，通過監(jiān)測其分解物，從而間接測定出該區(qū)域的煤體溫度，并大致判斷煤自燃火源點(diǎn)的位置，但這一方法對高溫火源點(diǎn)的具體位置與范圍的確定較為困難。 l 煤自燃隱蔽火源的探測技術(shù)煤自燃隱蔽火源的探測技術(shù)p

60、溫度探測法直接測溫法 ：在地面或井下向可能發(fā)生自燃的地方打鉆，在鉆孔中安設(shè)測溫儀或溫度探測器，根據(jù)測定的最高溫度點(diǎn)來確定火源位置。紅外測溫法 ：煤礦井下發(fā)生煤炭自燃時(shí)，往往會在巷道表面產(chǎn)生紅外輻射能量場，該方法通過提取分析巷道表面輻射能量場變化的異常信息，對煤自燃火源點(diǎn)進(jìn)行判斷。但由于紅外探測技術(shù)受探測距離的影響，目前仍局限于距離較近煤巷、煤柱、浮煤的自燃火源點(diǎn)探測，對于較遠(yuǎn)區(qū)域隱蔽火源的探測尚無實(shí)質(zhì)性進(jìn)展預(yù)埋溫度探頭測溫法 ：在工作面回采過程中，在采空區(qū)內(nèi)沿走向、傾斜方向間距布網(wǎng)，每一網(wǎng)格節(jié)上預(yù)埋一溫度探頭，由于所埋溫度探頭有電池與無線電信號發(fā)射裝置，當(dāng)其所在位置處的溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度報(bào)