矿井监控系统在防灭火注浆领域的应用

赵晓联，任慧斌，刘慧鹏

(1.晋能集团有限公司， 山西 太原 030000； 2.长治三元吉安煤业， 山西 长治 046000)



·技术经验·

矿井监控系统在防灭火注浆领域的应用

赵晓联，任慧斌，刘慧鹏

(1.晋能集团有限公司， 山西 太原 030000； 2.长治三元吉安煤业， 山西 长治 046000)

煤层自燃是影响煤矿安全生产的主要因素之一，采空区注浆可以有效抑制煤层自燃事故。传统注浆工艺中注浆流量的计算与统计通常凭经验估计，缺乏科学依据。本文介绍了矿井注浆在线监测系统的原理及制作工艺，通过在许厂煤业矿井安装注浆在线监测系统，实现了注浆参数的自动采集、处理，有效防止了采空区煤炭自燃的发生，为该矿井防灭火工作提供了保障。

煤层；自燃；采空区；注浆；在线监测

目前，我国煤矿主要以井工开采为主，并向大型现代化集约高效方向发展[1]，采用综采放顶煤工艺可以实现矿井高产高效，但在开采容易自燃和自燃煤层时，采空区的丢煤容易引起煤炭自燃，给矿井防灭火带来新的问题。

《煤矿安全规程》(2016年版)第260条规定，开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须编制矿井防灭火专项设计，采取综合预防煤层自然发火的措施。目前，我国煤矿主要采用灌浆、阻化剂、均压技术和氮气防灭火，其中灌浆防灭火是煤矿中常用的效果较好、成本较低的防灭火措施之一[2]. 但是，长期以来国内在灌浆防灭火技术的应用中，对注浆流量、注浆浓度的测试，仅仅是凭经验值估算，缺乏量化数据，不利于煤矿的安全管理[3]. 因此，通过对注浆过程进行实时监测，掌握注浆流量、注浆浓度的实时参数，发现问题及时调整，实现注浆的量化监测与管理，对矿井防灭火具有极其重要的意义。

1 注浆防灭火的机理

矿井煤炭自然发火必须具备3个条件，即可燃性的碎煤堆积、足够的供氧条件和热量积蓄的环境和时间。在工作面采空区存在碎煤的堆积，同时采空区没有主风流通过，风速不大不小，具有漏风通道，具备煤炭氧化升温和热量积蓄的环境，极易发生煤炭自燃。

向采空区预防性注浆主要有两个作用：1)隔绝氧气。2)散热。浆液流入采空区后，固体物沉淀，充填于浮煤缝隙之间，形成断绝漏风的隔离带，有的还能包裹浮煤隔绝其与空气的接触，防止氧化。而浆水所到之处，增加煤的外在水分，抑制氧化过程的发展；同时对已经自热的煤炭具有冷却散热的作用。注浆消除了煤炭自然发火的两个条件，即消除了“足够的供氧条件和热量积蓄的环境和时间”，从而达到防灭火的目的。

2 注浆在线监测系统工作原理及制作

2.1 系统简介及工作原理

注浆监测系统是通过焊接在输浆管路上2个丝头形成的2条线路采集信号，当开启放浆闸门后，浆液通过时2条线路就处于常闭状态，反之关闭放浆闸门，就处于常开状态；输浆开始后，2条线路闭合，开始采集信号，采集的信号经信号转换装置转成标准模拟输出信号，信号首先传输到监控分站，再从监测分站把信号传输到许厂煤矿KJ76型安全监控系统，监控系统终端可以永久存贮、查询注浆浆液的流量、浓度的参数，注浆在线监测系统装置配备图见图1.

图1 注浆在线监测系统装置配备图

2.2 装置的制作及安装

主注浆管路采用2英寸钢管，注浆管路内侧焊接2个丝头(两丝头间距宜为20～30 cm)，2个丝头引出的2条线路与断电仪连接，断电仪与信号转换器相连接，然后信号转换器通过KJ76型安全监控系统将信号上传至地面监控中心，监控中心实现对注浆过程的实时监测。注浆在线监测装置示意图见图2.

图2 注浆在线监测装置示意图

3 现场应用

3.1 试验矿井概况

许厂煤业矿井位于山东省济宁市，设计生产能力150万t/年，通风核定能力350万t/年，含煤地层总厚246.33 m，含煤25层，煤层总厚10.27 m，其中可采煤层为3上、3下、15上、16上、17，共5层，平均总厚5.95 m. 目前许厂煤业开采3下号煤层。

矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，现采的3下号煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，为自燃煤层，自然发火期为3～6个月，最短发火期20±3天，煤尘具有爆炸性。因此，防止煤层自燃成为矿井安全工作的重中之重。

该矿主要采用向采空区注浆来防止煤炭自燃。

3.2 现场应用

目前，许厂煤业工作面采空区安装了注浆在线监测系统，系统运行原始记录数据(部分)见表1，数据查询见表2.

表1 注浆监测系统运行原始记录数据(部分)表

表2 注浆监测系统运行原始记录数据(部分)查询表

系统安装使用后，性能稳定可靠，传输数据准确，为许厂煤业注浆量的计算与统计提供了准确详实的第一手资料。

许厂煤业注浆在线监测系统运行以来，实现了矿井注浆量定量精细控制，可以在现场查看实时注浆流量、注浆体积流量、注浆总累计体积量、当日累计体积量及当月每日的历史数据；注浆现场的数据可以实现网络上传与发布，监测终端机采用可编程序控制器作为主机，实现了注浆参数的自动采集、处理注浆情况24 h连续在线监测，数据通讯的可靠性和系统运行稳定性得到较大的提高。注浆在线监测系统的应用，有效防止了采空区煤炭自燃的发生，创造了较好的经济效益和社会效益。

4 结 语

该注浆在线监测系统自调试成功并投入运行以来，许厂煤业矿井各采空区内气体指标均在规定要求范围之内，各采空区均未发生过煤炭自燃现象。因此，该系统的实用性强，具有一定的推广应用价值。

[1] 吴嘉林，辛德林，张建平.井工开采技术的创新与发展[J].煤炭工程，2014，46(1)：4-8.

[2] 张广龙．关于煤矿常用灌浆防灭火系统的研究[J]．中国科技博览，2015(31)：55-55.

[3] 秦俊辉，蒋曙光，陈 雷，等.新型煤矿注浆监测系统的研究[J].西部探矿工程，2009(增刊)：149-151.

Application of Mine Monitoring and Control System in Field of Fire Prevention and Grouting

ZHAO Xiaolian, REN Huibin, LIU Huipeng

Spontaneous combustion of coal seam is one of the main factors affecting coal mine safety production. Gob injection can effectively restrain or control the spontaneous combustion of coal seam. The calculation and statistics of the grouting flow in the traditional grouting process are usually estimated empirically and lack of scientific basis. In this paper, the principle and production process of mine grouting on-line monitoring system are introduced. The grouting on-line monitoring system is installed in the coal mine of Xuchang Coal Mine to realize automatic data collection and processing, it effectively prevents coal spontaneous combustion in underground mined-out area, and provides good guarantee for fire prevention in coalmine production.

Coal seam; Spontaneous combustion; Goaf; Grouting; On-line monitoring

2016-07-06

赵晓联(1969—)，女，山西长治人，1991年毕业于山西矿业学院，硕士研究生，工程师，主要从事煤矿培训工作(E-mail)94212899@qq.com

TD75+2.1

B

1672-0652(2016)08-0018-02