束管监测系统升级改造方案

佳峰煤矿束管监测系统升级改造方案煤的自然过程可分为三个阶段，即潜伏期、自热期和燃烧期。潜伏期一般无明显征兆，自热期煤的氧化速度加快，空气中的氧含量减少而C0、CO2含量增高，空气温度升高，这是我们进行早期预报和采取预防性措施的良好机会。而燃烧期时氧化速度急剧加快，空气和煤温显著增高，产生大量可燃气体。正因为对煤炭自然过程的三个阶段及其表现特征有较清楚的认识与了解，完全可以采取一些监测设备和手段对煤层标志性气体进行分析，做到早期预报，从而达到“防患于未然”的目的。因此，采用束管监测系统对自燃发火标志气体分析，及时预测预报煤层自燃发火状况，成为了矿井防止自燃发火的重要手段。一、简述束管系统发展历程什么是束管监测系统：就是把直径８mm或１０mm的聚乙烯管多根扎在一起，外层包裹阻燃抗静电材料，从地面一直铺设到井下监测点，用抽气泵把测点的气体抽到地面并送到气体分析设备进行检测。这种方法和技术适用于煤矿自然发火的预测预报。第一代束管监测系统：八十年代我国引进了这种方法和技术，由当时的抚顺煤研所研制了这种设备，并在兖州矿务局的兴隆庄煤矿和南屯煤矿首先使用。当时的束管监测系统使用的气体分析设备是由佛山分析仪器厂生产的红外线气体分析仪和磁导式氧气分析仪，分析的指标气体是一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氧气。使用过程中发现稳定性差，特别是分析微量气体的红外线一氧化碳分析仪不但不稳定，而且受到甲烷和二氧化碳气体的影响（气体交叉干扰）使分析数据不准确。分析氧气的磁导式氧气分析仪对气体流量的稳定性要求高，而束管系统管路的长短不一样，管路的阻力不同使气体的流量不同，导致磁导式氧气分析仪分析的数据误差较大。这些原因的存在使当时的束管监测系统的使用效果不好。第二代束管监测系统：以气相色谱仪为主要分析仪器的束管监测系统。气相色谱仪是利用某些材料对不同气体的吸附和解吸特性，即分离的原理制成的气体分析设备。配置不同原理的检测器，可分析煤矿自然发火的所有指标气体，而且分析精度高（对C2H4，C2H6，C2H2，C3H8的最小检测浓度可达到0.1ppm）。气相色谱仪的缺点是设备操作复杂，对操作人员的素质要求高；设备准备时间长，从开机到可以工作要2小时左右；每天开机都要作标准气体的组分表以保证其分析的准确性；分析速度慢，作一个气样的全分析要8-10分钟左右；气相色谱仪工作参数（温度，气体压力，流量，色谱柱状态等）发生微小变化都使结果产生误差，需要经常进行校正；井下测点不同，气体浓度变化范围很大，高浓度的气体使色谱仪产生严重拖尾。由于普通气相色谱仪不适合长期连续工作，由气相色谱仪组成的束管监测系统并不是真正意义上的“监测系统”。第三代束管监测系统：红外线和色谱仪结合分析气体模式。煤矿使用的色谱仪分析气体成份为CO,CO2,CH4,C2H2,C2H6,C2H4,O2,N2等,色谱仪分析CO,CO2,CH4，O2,N2难度很大，要求高，且很不稳定。但分析碳氢化合物相对来说很容易。由于C2H4,C2H6,C2H2的出峰很稳定，对流量比要求不高。一般来说，只要点火成功之后，最快在２分钟就可以顺利得出C2H4,C2H6,C2H2这三种气体的分析结果。德国进口的不分光原理的红外线分析仪可以同时分析CO,CO2,CH4和O2四种气体,分析一个气样的时间为1-2分钟，气体之间的交叉影响基本为零,稳定性和可靠性非常高。由以上两种设备结合而成的束管监测系统具有分析指标气体全，分析速度快，可长期连续运行的优点。它成功地克服了以气相色谱仪为分析设备的束管监测系统的缺点，发扬了以红外线气体分析仪为分析设备的束管监测系统的优势，是一种目前最完善的束管监测系统。二、佳峰煤矿束管监测系统针对采空区等人员无法进入的地点，气样的采集目前最常用的是矿井自燃火灾束管监测系统，该系统由束管采样系统和气体分析中心组成。1.束管监测系统的选择根据束管采样方式的不同，分为地面固定式和井下移动式。地面固定式是整个采样系统都设置在地面，通过束管将气体直接抽至地面，利用气相色谱仪连续分析气体组分和浓度；井下移动式是在井下监测点附近设置采样系统，人工采样后送至地面气相色谱仪分析。地面固定式具有连续、在线监测采空区气体成分，系统安装、运行、安全稳定并可实现数据共享等优点；井下移动式具有体积小、重量轻、管路短、维护容易等优点，但不能对井下气体进行连续监测。结合佳峰煤矿的实际情况，设计矿井防灭火选择本矿井已有的一套KYSC-1型井下移动式火灾气体束管采样系统，以实现对井下煤层自然发火情况的监测、监控。同时在地面设置有GC-950型煤矿专用色谱分析系统进行采空区气体监测和成分分析。2.KYSC-1型井下移动式火灾气体束管采样系统本矿井现已有KYSC-1型井下移动式火灾气体束管采样系统。该套系统可用于在井下对重点危险区域进行现场实时采样，多个密闭集中采样，现场和实验室分析，监测火灾气体成份的变化，为煤层自燃预测预报提供了有效的手段，为分析煤层发火情况及其变化趋势提供了依据。系统由安装在井下的管缆及接管箱、储水器、粉尘过滤器等附件。检测点设在采空区、密闭区、运输巷道及掘进巷道。三、束管监测系统存在的问题佳峰煤矿的束管监测系统，存在以下缺点或问题:1.气相色谱仪故障率高，分析精度低2.气相色谱仪气路故障时,调整比较复杂，对操作人员的技术水平要求高;3.5A色谱柱需经常老化，影响正常使用;4.色谱仪稳定时间长，每7—10天需进行校正，从开机到能使用一般要2小时左右;5.分析一个气样要十几分钟左右;6.真空抽气泵噪音大;7.以上决定了系统不具备在线使用功能。由以上原因，束管监测系统经常不能正常使用，影响了自然发火的预测预报和煤矿的防灭火工作。四、束管监测系统的新技术鉴于由气相色谱仪组成的束管监测系统存在的以上缺点和通病，矿务会研究决定选择以红外线气体分析仪和气相色谱仪两种分析设备组成的束管监测系统，不但克服了以上所列缺点，而且实现束管监测真正的在线使用:1.红外线气体分析仪分析CO、CO2、CH4和O2;气相色谱仪分析C2H4，C2H6，C2H2和C3H8，两个分析设备由一套软件控制，数据合成一个报表。2.3分钟完成一个气样的全分析;3.气相色谱仪7-10天校正一次，不需老化色谱柱;4.系统开机5分钟即可正常使用;5.操作人员摆脱了繁琐低效的工作;6.由进口真空泵组成的抽气泵站抽气距离长，噪音低，无油无水，安全环保;7.前置4路球胆进样口，方便人工采样分析;8.具有微机控制配气功能，可高精度成比例的稀释标准气体和样品气体。9.系统可长期不间断运行。这种模式的束管监测系统，高稳定高可靠性。五、升级改造内容1、井下管路部分不动;2、增加红外线气体分析仪;3、改造色谱仪和机柜的连接，通过机柜控制色谱仪自动进样，自动采样，自动分析4、更换系统控制柜;5、更换系统数据工作站和系统软件;6、更换抽气泵7、不需要氮气作载气，氢气既可做燃烧气也可做载气六、系统改造后可实现的主要指标1.能分析CO，CO2，CH4，O2，C2H4，C2H6，C2H2，C3H8，N2等九种预报自然发火的指标气体(N2由计算得出)。CO最小分辨率为1ppm;量程:0-1%CH4最小分辨率为0.01%,量程为0-25%CH4.CO2最小分辨率为0.01%,量程为0-25%CO2.O2最小分辨率为0.01%,量程为0-25%O2.C2H4,C2H6，C2H2,C3H8最小分辨率均为0.1ppm.2.可移动抽气泵站无油，不需冷却水，低噪音，不需专用泵房，抽气距离可达20公里。3、系统能无人职守长期连续运行.4.配备12路束管接口和4路前置球胆采样进样口。系统自动巡回分析12路束管接口和4路前置球胆进样口气样。分析一路气样的时间小于3分钟.5.分析数据、报表、趋势曲线等自动生成，并可进行网络传输。附：束管监测系统分析模式对比表2018年6月6日