[实用新型]采空区自然发火光纤传感监测系统

说明书

本实用新型公开了一种采空区自然发火光纤传感监测系统，包括矿坑支架、采空区、进风巷道、出风巷道和回风巷道，所述出风巷道顶部开设有多个出风口，所述出风巷道内部设有抽气泵，所述矿坑支架内部设有分布式测温光纤，所述回风巷道和出风口处均设有探测器，所述探测器另一端连接有监测系统，所述监测系统一端连接有智能综合分析系统。本实用新型通过设置分布式测温光纤、气体探测器和抽气泵，有利于在分布式测温光纤和气体探测器作用下对采空区的温度和气体进行监测，在抽气泵的作用下加快了气体监测的效率，方便对不同位置的气体进行监测，提高监测的准确性。

技术领域

本实用新型涉及采矿安全领域，特别涉及一种采空区自然发火光纤传感监测系统。

背景技术

我国煤炭资源十分丰富,煤炭产量和消费量均居世界前列,约占国内一次能源生产和消费总量的以上,但我国煤炭自燃火灾十分严重。据统计,我国煤矿自燃火灾约占矿井火灾的,一些自然发火严重的矿区,如充州、抚顺、鹤岗、窑街、义马、淮南、六枝等煤矿,其自然发火占矿井火灾次数的以上。

矿井自燃火灾经常引发矿井瓦斯爆炸,灭火时常伴随水煤汽爆炸,火灾产生的有毒有害气体在井下一维空间流动,给矿工生命安全造成极大威胁,煤矿每年由于自燃造成的直接和间接经济损失近百亿元。尤其是近年来,随着高产高效新技术的不断发展,矿井开采强度加大,采空区范围不断扩大,通风系统相对复杂化,使得煤层自燃火灾更是成为影响煤炭安全生产的主要灾害之一。类似于阳泉、太西等开采高变质程度无烟煤以往认为不自燃的高瓦斯矿井,也频繁出现煤层自燃火灾,并多次引起瓦斯爆炸,严重威胁着矿井的安全生产,阻碍高产高效煤炭开采技术的发展。

采空区自燃隐患预测主要采取气体指标分析预报办法。煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等指标性气体。这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化。CO贯穿于整个煤自然发火过程中，一般在50℃以上就可测定出来，出现时浓度较高；烷烃(乙烷、丙烷)出现的时间几乎与CO同步，贯穿于全过程，但其浓度低于CO，而且在不同煤种中有不同的显现规律；烯烃较CO和烷烃出现得晚，乙烯在110℃左右能被测出，是煤自然发火进程加速氧化阶段的标志气体，在开始产生时，浓度略高于炔烃气体；炔烃出现的时间最晚，只有在较高温度段才出现，与前两者之间有一个明显的温度差和时间差，是煤自然发火步入激烈氧化阶段(也即燃烧阶段)的产物。因此，在这一系列气体中，选择一些气体作为指标气体进行准确检测，就能可靠判断自然发火的征兆和状态。

目前，国内外可作为煤自然发指标气体主要有CO、CH4、C2H4、C2H2、△O2(△O2为氧气消耗量)等及其生成的辅助性指标。早在“七五”期间，国家攻关项目《各煤种自然发火标志气体指标研究》的研究中，对我国各矿区有代表性的煤种进行了自然发火气体产物的模拟试验，得出了指标气体与煤种及煤岩之间的关系。

1)随着煤种的不同，煤自然发火氧化阶段(缓慢氧化阶段、加速氧化阶段、激烈氧化阶段)的温度范围、气体产物和特性都不同；

2)各煤种从缓慢氧化阶段的气体产物优选为灵敏指标的为：褐煤、长焰煤、气煤、肥煤以烯烃或烷比为首选，以CO及其派生的指标为辅，而焦煤、贫煤和瘦煤则以CO及其派生的指标为首选，C2H4或烯烷比为辅；无烟煤和高硫煤唯一依据是CO及其派生指标；

3)C2H4可用于气体分析法中表征低变质程度煤着火征兆的灵敏指标，同时也可以作为判断煤自然发火熄灭程度的指标；C2H4/C2H2比值可以更准确地表征煤着火温度的最高温度点，结合其他参数可用于判断着火前的时间。

光纤传感技术以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。将光纤传感器应用于煤矿安全监测，特别是煤矿采空区内部环境的监测，将对采空区自然发火的预测预报起到重要作用。项目的实施为深入研究煤矿采空区发火机理，掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段，对煤矿采空区灾害监测和控制有着重大意义，具有明显的经济和社会效益。