东河煤矿束管监测系统布控方案.doc

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、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，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60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）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-5001套7800780010.标准气体+压力表8升8组份1套4500450011.标准气体+压力表8升5组份1套3800380012.空气发生器G-1031套5500550013.氮气钢瓶+压力表99.9992瓶1650330014.氩气钢瓶+压力表99.9992瓶1650330015.超净化稳压电源5KVA1套4500450016.气体净化器1套4800480017.工作台JXF-8051/803个600180018.监控室配电箱1台4650465019.束管抽气泵（无油无水进口）72R655-V114-D304x2台215004300020.束管抽气泵泵柜1个2430243021.粉尘过滤器JXF-6051/2030个280840022.束管接头10300个18540023.12芯束管（10双抗）PE-ZKW/10121000米585800024.4芯束管（10双抗）PE-ZKW/1041500米1725500025.单芯束管（10双抗）PE-ZKW/1018000米5.14080026.束管分路箱（含滤水器）12路2个3360672027.系统备品备件BJ40851套免费免费28.大写：陆拾捌万陆仟元整 小写：686000元注：含技术资料、运输费、安装费、培训费、保险和17%增值税。第四部分 井下束管火灾监测系统安装方案一、地面主系统安装（一）地面机房平面布置（见图2）1、地面监测室约24平方米、可以再设值班室一间约12平方米。2、房内设备安装布置详见机房平面图（图3）。3、室内设备安装、摆放的质量要求如下1) 检测室内要配备空调,无煤尘, 干净整洁;2)摆放仪器的桌面要平整,无震动;3)电源不要同大功率的电器设备同接,无干扰;4)仪器要按所要求的位置摆放, 摆放要整齐,连接线要整齐规范（图4）;5) 检测完后仪器要用防尘罩盖住,要保持仪器整洁无灰尘。（二）电源配置监控室需设单相电为主系统供电220。总功率不小于5KVA。接地线单独接地,接地电阻3。注意稳压电源火线零线不要反接.二、井下束管安装（一）主束管的安装1、主束管规格尺寸12芯1000米。2、主束管从监测室开始布设，沿副立井向井下布设，一直布设到3#联络巷。3、从12路分路箱拉4路束管，沿着2209工作面回风顺槽布设到工作面，一路单管接上粉尘过滤器挂在回风上隅角，一路挂在回风巷测风站， 1路预埋入采空区，另1路备用。4、12路主分路箱再拉4路单管为一采回风、二采回风、西回风、回风立井使用。5、井筒束管安装的质量标准， 严格把好质量关达到如下的要求(1)安装要牢固可靠无损伤;(2)无严重挤压;(3)无划伤;(4)无堵塞;(5)无折弯。（二）分路箱的安装分路箱一定要选择顶板好、安全有保证不影响正常通行的位置，选适平整的井壁吊挂主分路箱1个,用膨胀螺丝固定在巷道壁上。(根据现场情况也可使用其它方式固定)将分路单管接到分路箱内滤水器上,将放水开关关闭(以免漏气)。其他的分路箱也是这样安装。（三）井下巷道的束管安装束管从分路箱顺至回风隅角或者是其它需要的检测点上，安装粉尘过滤器进行采样，井下束管安装的质量标准必需达到如下要求1、在安装时必需悬挂,其高度应保证管缆在矿车掉道时不受撞击;2、在巷道中采用挂钩吊挂,同固定橡套电缆一样的方法固定;3、挂钩距离不大于5m,在水平或倾斜井巷中应有始当的弛度,但垂度不超过30公分;4、管缆安装要牢固、整齐、平直,并保证无打折、无划伤、无堵塞、无断裂;5、管缆过风门或墙壁时,应穿管保护;6、管缆如需弯曲,最小半径应大于6倍管缆的直径。（四）滤尘器安装1、滤尘器安装在采煤面回风上隅角、采空区等监测点，应悬挂;2、高度、位置由根据实际情况自定。 后附图图1图2 KSS200系统平面布置图 办公室12平方米 检测室 24平方米 仪 器 设 备3米 6米图3监测室设备摆放示意图说明：1)气体采样控制柜（15路）：700X400X1500 工作台：1500X700X750 2)接地：独立接地系统监测室房一间（不小于24平方米）3)检测室房配电盘一个（电压：380V/220）