我国矿井火灾预警技术及装备研究进展

王彬

摘要：矿井火灾是最常见的矿山灾害事故之一，对于矿井火灾预测预报，国内学者较早时期就展开了研究。通过实验研究了煤自然发火期，将分布式光纤测温技术应用到煤矿火灾预报当中，利用多元信息融合理论对矿井火灾进行了预警研究。除此之外，学者针对胶带巷、采空区等易发火部位预警进行了研究。综合考虑矿井火灾预警功能，仍缺少一套综合实现火灾预测、消防联动等功能预警系统。为此设计了一套集火灾监测、火灾报警、信息反馈、消防联动于一体的矿井火灾预警系统，以期早日投产使用，并为矿井火灾预警设计提供参考。

关键词：矿井;火灾;预警技术

引言

建立火灾预警预报有助于尽早发现存在的安全隐患，进而及时消除隐患，避免火灾事故的发生，有效保障井下作业人员安全，推进矿井安全生产。

1、矿井火灾概况

安全是煤矿正常生产的重要前提，然而我国煤矿生产中危险源较多，如瓦斯、水害、火灾等。火灾作为煤矿较为常见的事故，其发生和发展具有以下特点：①任意性。由于火灾的发生受到多种因素的影响，因此其发生的时间、地点都具有不确定性。②确定性。矿井火灾的发生、发展、蔓延以及熄灭都遵循一定的规律。当热源、可燃物、空气这3个条件同时具备时，就会引发矿井火灾，而且大火中的燃燒以及烟气流动等都遵循着确定的传热传质、物质守恒、流体流动等规律。因此，掌握火灾规律、建立火灾预警是可能的。矿井火灾主要分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是由外界火源（如明火、电火、违章爆破瓦斯、煤尘爆炸、机械摩擦及碰撞等）引起的非控制燃烧，具有发生突然、来势凶猛的特点，如果不能及时发现，往往会酿成重大恶性事故。据有关部门统计，我国重大恶性煤矿火灾事故中大约有90%是由外因火灾引起的。内因火灾是由于一些可燃物（如煤炭）在一定的条件和环境下自身发生物理化学变化、积聚能量而形成的火灾。内因火灾有预可早期发现。

2、矿井火灾预警技术及装备

2.1基于气体测试的矿井火灾预警技术及装备

目前，在矿井生产过程中，基于气体测试使用较多并且预警准确率较高的矿井火灾预警技术主要有煤矿安全监控系统和束管监测系统。煤矿安全监控系统：从20世纪80年代开始，我国在部分煤矿试用了从欧美发达国家引进的煤矿安全监控系统。之后我国科研工作者采用先引进后消化吸收的方法并结合我国煤矿安全生产的实际情况，研制出了KJ系列煤矿安全监控系统，被广泛推广应用于煤矿井下，起到了很好的作用。近年来，很多学者在该系统基础上采用先进的技术研发了多种新型监测监控系统，例如基于Zigbee技术，设计了仅通过Zigbee传输协议在地面上即可完成对井下带式传送机整个运行过程的监测显示、控制、保护、报警和管理的煤矿井下通风机监控系统。提出了一种将物联网技术应用于煤矿安全监控系统体系的架构，基于此基本架构，构建了实际的应用模型，并结合煤矿安全生产实际情况和所应用的各类装备设施，设计出了完整的煤矿安全物联网网络架构和开发出了详细的硬件系统和软件系统。束管监测系统：束管监测系统现阶段主要分为色谱类束管监测系统和红外类束管监测系统两大类。从JSG-8型束管监测系统的基本原理入手，对气样传输分析滞后时间、测点布置方案、系统的智能化设计等关键技术进行了分析，为束管监测系统在现场的正确使用和准确监测提供了参考依据。针对束管监测系统在煤矿井下防灭火工作的应用现状，根据南梁煤矿的实际情况以及煤样的程序升温实验数据开发了基于束管系统的煤自燃预警系统，为煤自燃预警提供了技术支持。

2.2基于温度测试的矿井火灾预警技术及装备

目前，在矿井生产过程中，基于温度测试的预警技术及装备主要有：激光气体分析预警、红外测温预警、温度传感器预警等方面。基于激光气体分析预警：在激光气体分析方面，基于煤自燃过程各标志气体释放时间及浓度不同的特点以及煤矿采空区三带呈静态分布的理论，设计了一种以激光气体分析为检测手段的矿井火灾预警装备。针对气相色谱法监测系统不能连续用于现场监测和在线监测装置对溶解于油中的气体检测时存在交叉干扰的情况，提出了将红外激光气体分析法用于检测变压器油中溶解气体的方法，并通过C2H2的检测得到了验证;以可调谐半导体激光光谱吸收检测技术为基础，设计研发了集高精度、宽量程、抗干扰、低误差等优势为一体的矿用激光光谱多参数灾害气体分析检测装备。红外测温预警：红外线测定法的实质是自然界的任何物体只要处于绝对零度之上，都会自行向外发射红外线。物质温度越高，辐射能量就越大，则红外测温仪或红外热成像仪接受辐射量或辐射温度就越高，根据这个原理就可利用红外监测仪器温度的高低来确定井下巷道煤炭自燃的燃烧程度及范围。这种方法比较简单，可以快速地判断出自燃程度及范围。在测定时要求中间无遮挡物，因此主要用于浮煤堆、煤壁、煤柱等自燃隐患与自然发火火源的探测，但对于采空区发火点或离巷壁较远的火源点的有效探测具有一定的难度。温度传感器预警：温度传感器探测法是自燃高温探测方法中应用最为广泛的方法。①采用温度传感器监测井下空气温度变化情况;②采用温度计、热电阻、热电偶和传导式温度传感器等，对采空区内煤体进行接触式温度检测，或通过施工测温钻孔，利用温度传感器探测钻孔孔底和孔壁的温度情况。无线温度传感器、分布式测温光栅和分布式测温光纤都采用接触式温度检测技术，都可归类为传导式温度传感器。无线温度传感器可预埋在采空区内，通过定期发送无线信号传送检测结果到专用的信号接收装置，实现对测点温度的检测。分布式测温光栅可同时进行一定数量测点温度的连续检测，分布式测温光纤可实现对埋设测温光纤的线状分布测点的温度进行连续在线监测。在分布式光纤测温方面，将分布式光纤测温技术应用于煤矿火灾预警的温度监测，该装置实现了长距离、大范围的温度测量。提出分布式光纤测温系统在煤矿的应用，有效地提高煤炭的运输质量，能够准确地测量出传输皮带各个点的温度，及时发现其中存在的故障并且进行报警，保证皮带传送机安全运行。采用分布式光纤测温技术，实现了对矿井温度场无盲区的测量;并针对主流厂家的测温主机，设计并实现了具有统一的监控解决方案、标准的驱动接口、实时监测、预警等功能的测温系统软件。

结束语

在矿井火灾事故预警中，及时发现火灾安全隐患是成功救灾的关键。而要对火灾事故作出正确预警，就必须建立全面的矿井火灾事故预警系统，全面考虑内、外因火灾预警，双管齐下，并注意避开矿井火灾预警的误区。要加强对采空区、事故易发区以及井下主要巷道如回采巷道、掘进巷道等工作面的环境温度、风量和有害气体浓度的监测控制，根据所测数据，进行合理有效的分析，从而及时消除火灾安全隐患。必须安装完善的火警传感器监测系统，确保准确监测、及时预警，有效进行人员避灾、扑灭火灾。

参考文献：

[1]于庆.分布式光纤测温技术在煤矿中的应用[J].工矿自动化，2017（4）：5-8.

[2]邓军，张燕妮，徐通模.煤自然发火期预测模型研究[J].煤炭学报，2016，29（5）：568-571.

[3]程卫民，张圣柱，刘祥来，等.矿井胶带巷火灾灾变预警与风流控制系统的研究[J].矿业安全与环保，2016（5）：18-20.

[4]周心权.煤矿采空区自燃防治和应急处置能力提高的建议[J].煤炭科学技术，2016（9）：151-153.