赵庆杰+吴士坤+扈振波+邵明育+王天乐
摘 要：为了实现对自然发火的早期预测预报，太平煤矿在现有监测监控系统和技术的基础上，总结出了一套自然发火早期预测预报的方法。通过合理布置CO报警仪，加强日常CO监测数据的管理，可以发现CO浓度的微小变化，实现早期预报，辅之以红外测温和经验可以定位火源位置。现场经验表明这套方法是行之有效的。
关键词：自然发火 早期发现 测温法 监测监控系统 CO报警仪
中图分类号：TD71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0063-03
煤炭自然发火是煤矿的主要灾害之一。我国大中型煤矿中自燃危险程度严重或较严重的煤矿约占总数的70%，国有重点煤矿中具有自燃危险的煤矿约占一半[1]。煤炭自燃多发于肉眼难以直接观测的地点，其分布、发展状态复杂多变，难以准确确定火源位置有的放矢地采取有效灭火措施。所以快速、准确地把握燃烧状态和定位火源是煤炭自然发火防治研究领域的重要课题之一，也是世界性难题。自燃火源的早期发现和定位就是利用相关设备捕捉燃烧引起的地球物理特征变化，确定燃烧状态和火区范围。根据探测原理和技术可分为经验法、物探法、化探法和钻探法等[2-3]。基于煤炭自燃标志性气体的检测技术可以早期发现自燃的征兆，但通过气体检测发现自燃时燃烧已经发展到了相当程度，而且易受风流流动的影响。温度传感器、红外测温等探测方法是最直接、最有效的方法，但煤岩的热传导率极低，再加上测点布置和漏风的影响，准确确定隐蔽火源的位置并非易事。现在主要靠探测技术和经验相结合的方法确定火源位置。
太平煤矿六复采区在复采过程中轨道上山及联络巷等巷壁内多次出现高温点。本文对六复采区历次自然发火的预测预报进行了分析，提出了在现有监测监控系统和技术的基础上，一种煤壁自然发火早期发现技术。
1 六复采区自然发火概况
1.1 六复采区概况
六复采区开采原六采区3#煤层的残煤，残煤厚度3.13～5.03m，可采储量107.1万t，复采区服务年限3.1年。修复原630轨道下山和630皮带下山作为复采区下山，在下山左侧开门，沿煤层底板内错原上、下顺槽5m掘进复采工作面顺槽，顺槽沿煤层走向布置。复采区共划分为4个工作面，采用走向长壁全部垮落采煤法。630轨道下山进风、630皮带下山回风，采煤工作面采用上顺槽进风、下顺槽回风的“U”型通风系统。瓦斯含量较小，经国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心鉴定，3#煤层属于Ⅱ类自然发火煤层，煤尘爆炸指数为36.92%。采区内设有KJ76N安全监测监控系统。
1.2 六复采区自燃发火记录
2017年六复采区发火记录（表1）显示，发火次数最多的地点是巷道交岔口，其次是密闭，采空区内和工作面进回风顺槽没有出现高温点。
2 太平煤矿自然发火早期发现技术
2.1 根据感官判断
根据表1所示的2017年发火记录，8次高温点均发生在煤壁、密闭等容易发现的地点。如：在630轨道巷与6F303联络巷交叉点向上10m处靠左帮发现明火，6F303上顺与6F303联络巷交叉口处靠右帮发现冒烟，630皮带巷128号注胶孔处发现煤油味等，均是根据人体感官和经验判断自然发火。
2.2 红外测温
红外测温主要是探测红外能量场，通过能量场综合判断煤自燃区域。红外测温法简单、迅速、精确，是目前自然发火探测的一项重要技术。红外测温仪在太平煤矿自然发火的探测中发挥了重要作用。经验表明，红外测温仪技术对于测量巷壁煤柱等的自然发火十分有效。
2.3 安全监测监控系统
太平煤矿装备有KJ76N安全监测监控系统，多次对自然发火做出了准确预报。比如6F301上顺槽回风口处自然发火时CO传感器报警情况如表2所示[4]。
接到报警后的现场调查发现：六复301上顺槽入口处顶板喷浆体裂隙多；多处裂隙渗出CO，个别地点浓度最大达到1000ppm（达到仪器最大量程）；有煤油味；顶板温度与周边温差不大。排除因放炮引起CO超限的可能，判断六复 301上顺周边煤体破碎，迎头探眼漏风进入上顺周围破碎煤体，形成漏风通道，加剧了顶板浮煤的氧化。
3 早期发现技术分析
3.1 根据感官判断
通过人体感觉发现自然发火是最简单、最直观的方法，通过肉眼观察可以发现明火、冒烟、巷壁挂汗等。但通过观察发现的自燃已经发展到相当程度，很难对自然发火进行早期预测。通过嗅觉发现煤油味等，但并不是所有的井下工作人員都能通过嗅觉发现自然发火，一个切实可行的方法是对井下全体工作人员，特别是通风员和瓦检员等专职人员进行训练和教育，提高工作人员的热别能力和警觉，使每位工作人员都成为“嗅觉传感器”，提高发现自然发火的几率。
3.2 红外测温法
煤自燃会在煤岩中产生高温异常区，通过异常温度的测定可以确定火源点的位置，这种方法干扰因素少、可靠性高[5]。采用便携式红外测温可以发现煤壁等的高温点。红外测温只能探测表面温度，而且煤岩的热传导率极低，所以通过温度探测发现的自然发火，火源点的温度已相当高，通过红外测温早期预报并准确确定火源位置并非易事。但红外测温法简单、便捷、实用。
3.3 安全监测监控系统
太平煤矿装备的KJ76N安全监测监控系统，对自然发火预报发挥了重要作用，但难以确定自然发火的地点，容易产生误报。针对上述具体问题进行了如下改进。
（1）合理布置CO报警仪。
如图1所示，在采煤工作面的上隅角A、回风顺槽B、回风上山C处分别设置3台CO报警仪。当回风顺槽B的CO浓度上升时，确认A和C的CO浓度变化情况，如果A和C的CO浓度均呈上升趋势，则可以确认A的上风侧发生自然发火；如果A的CO浓度无变化，C的CO浓度呈上升趋势，但浓度低于B，则可以确认A、B间发生自然发火。
（2）避免CO报警仪误报。
井下放炮作业干扰了监测监控系统的正常工作，是引起CO报警仪产生误报的主要原因，因此放炮时提前监测监控室联系，确认防炮地点。如在图1的A点放炮，B出现CO浓度峰值的时间要早于C，而且CO浓度没有持续变化，可以判断是引起的CO浓度异常。
（3）强化日常监测数据的管理。
加强对日常CO监测数据的管理是通过安全监测监控系统早期发现自然发火的重要途径，特别是加强对检修班CO监测数据的分析。一般情况下，检修班没有放炮的影响，风流比较稳定。通过对一周内检修班CO浓度变化情况的分析，可以发现CO浓度的微小变化，实现在低温阶段早期预报。
4 结语
太平煤矿自六复采区开采以来多次出现高温点，但都没有引起火灾，主要归功于在多年经验的基础上总结出了一套自然发火早期预测预报的方法。首先是加强作业人员的训练，提高对自然发火的警觉；其次是合理布置CO报警仪，强化日常CO监测数据的管理，发现CO浓度的微小变化，在低温阶段早期预报；最后辅之以红外测温和经验定位火源位置。做到了早发现、早处理，将自然发火消灭于萌芽状态。
参考文献
[1]尹晓丹.煤为什么会自燃[N].中国能源报，2010-08-30.
[2]武建军，蒋卫国，刘晓晨，等.地下煤火探测、监测与灭火技术研究进展[J].煤炭学报，2009，35（12）：1669-1673.
[3]程卫民，陈平，崔洪义.矿井煤炭自燃高温火源点区域的探测实践[J].煤炭科学技术，1999，27（11）：4-7.
[4]吴士坤，扈振波，徐伟.太平煤矿六复采区冒空区CO超限治理研究[J].煤矿现代化，2015（6）：57-59.
[5]王新成.煤炭自然发火预测预报技术及其应用[A].第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C].2008.endprint
