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束管監測系統存在問題分析及解決對策
礦井束管監測系統是一種有效的專用監測技術，可對井下各易自然發火地點進行全面監控，通過對監測系統采集的礦井火災標志性氣體分析，可以早期預測預報煤層自然發火狀況，為礦井自然火災和瓦斯的防治下作提供科學依據。束管監測系統按系統安裝使用的方式不同可分為：主機井上固定式系統、主機井下固定式系統和搶險救災移動式系統，目前我國主要的束管系統大多是井上固定式系統。按分析儀類型不同，可以分為色譜類束管監測儀和紅外類柬管監測儀。色譜儀類系統分析氣體的種類較多，精度也較高，町以以低量氣體作為標志氣體，發現煤層低溫氧化的情況；紅外線類系統監測對低濃度氣體的監測精度較低，作為標志性氣體主要是CO，參數較單一，判斷自然發火時還應該考慮與其它氣體的相對變化趨勢。由于相關智能分析技術不夠成熟，例如，自然發火的自動分析判斷，束管監測系統在實際應用中還存在較多問題，本文在對當前柬管監測系統應用現狀分析的基礎上，探討了其應用中的問題，并提出了解決的技術途徑。
1、存在的主要問題
在煤礦的實際應用中，束管監測系統的應用現狀并不是特別好，甚至沒有發揮應有的作用，究其原因，主要有以下幾個方面：
1)監測數據具有一定的時滯性。氣相色譜儀本身特性決定了要分析一個氣體單樣，其分析的時間需要8—12min 以上，加上氣體從主泵氣流中經采樣泵采樣進入分析儀的時間及每一個不同樣品之間均需要進行一次氣路沖洗，即沖洗時間，因此，單樣分析需要的總時間一般在10rain 以上，從目前罔內中等系統的容量(監測路數)16 路來算，要完成一個監測循環需要的時間在60rain 以上。單樣氣體分析結果一般都是10min 之前的數據，然而所使用的軟件監測系統并不能考慮到氣體分析的時滯性問題，所得結果并非當前監測點狀態，不利于實時分析。另一方面，如系統出現故障，那么系統再啟動還需要采樣氣體由井下抽到地面主機的時間(一般在30rain 以上)及色譜儀預熱與校驗時間(一般在2h／次)(可同時進行)，所以采用此類系統的礦井根據這一特性及其實際需要，一般每天的監測次數為l～2 次，監測的連續性較差，不利于分析監測點氣體變化規律。
2)監測系統對自然發火的標志性氣體的選擇針對性不夠。煤炭自然指標氣體是指能預測和反映其自然發火狀態的某種氣體，這種氣體的產率隨煤溫的上升而發生規律性的變化。現在束管監測系統普遍使用CO 作為判斷自然發火的標志性氣體，通過監測軟件對CO 濃度進行記錄并做出趨勢圖，再南技術人員分析該時刻井下煤層自燃狀態。然而井下環境復雜，在實際監測過程中，不同環境氣體成分還可分自然發火區氣體成分，瓦斯爆炸氣體成分，火災煙霧中氣體成分，炮煙氣體成分，在煤礦實際生產過程中，上述幾種成分都有不同程度的涉及。傳統的軟件無法對不同情況的做出區分、判斷。而且，單一的判斷標準也缺乏科學性，不同的煤質，應根據實際情況使用不同的自然發火判別標準，并根據各煤礦、煤層的不同條件選擇不同的指標性氣體。
3)監測系統對自然發火程度的自動分析判斷較差。傳統的柬管系統監測軟件只能將所采集到氣體濃度記錄、顯示并打印出來，然后監測人員再根據采集到氣體濃度的趨勢判斷煤自燃狀況。監測軟件不能根據煤氧化過程中生成的氣體類型和濃度對煤自燃程度做出判定以及等級劃分，不方便監測人員分析、判斷井下煤的自燃程度，很難應對一些突發情況。
4)檢測技術人員能力不足。礦井火災束管監測系統屬高科技含量產品，在煤礦投入運轉過程中涉及儀器分析基礎知識，微機技術等領域，尤其在使用色譜儀進行氣體分析時，色譜圖基線選取的是否合理，直接影響到結果是否精確。然而在許多中小煤礦中，該方面人員往往只能進行簡單的機械操作，缺乏一定的應變能力。
5)管理層對系統的管理較松或不夠重視。束管監測系統設備多。管路維護量較大。需專人管理。束管管路容易積水、積塵，而積水、積塵堵塞管路后難以處理。許多中、小煤礦因為束管系統維護及使用不方便，需要投入大量的人力和物力而并沒用真正的將束管監測系統用好或使用起來。
2、解決的技術途徑
針對束管監測系統在應用中存在的問題，提出了以下解決途徑。
2．1 監測系統氣樣分析中滯后時間的計算與處理監測系統在束管傳輸氣樣和對氣樣進行分析的工程中存在的時間滯后是必然存在的，因此，在設計監測軟件時，必須將時間的滯后性問題考慮在內，綜合束管系統使用的具體環境以及分析氣樣所需要的時間，在軟件設計上采用平移時間軸的方法，將測得氣體的準確時間反饋給井上監測人員，使工作人員可以更加直觀的了解井下自然發火的過程，并做出更精確的預測、預報。其具體步驟是：設束管長度為￡，氣流流速y，根據氣流在束管管網中的時間7'和每次單樣分析所需時間L，在時間軸上向前平移r+Ls，則町得到該氣樣的準確時間，方便監測人員更好的判斷井下情況。
2．2 標志性氣體的選擇
煤自然發火指標氣體主要有CO，C：l{6，CH．，C：H．，c：H：，AO：(A02 為氧氣消耗量)等，在這一系列氣體中，在什么情況下，選擇哪些氣體作為指標氣體，才能可靠、準確的判斷自然發火的征兆，是至關重要的。煤在氧化升溫過程中釋放的氣體因煤的種類、煤巖性質、地質條件等內外因素的不同而有差別，如何選擇一種合適的指標氣體，主要基于以下幾個原則心]：①靈敏性；②規律性；③可測性；④惟一性；⑤單調變化性；⑥早期顯現性。因此，在選擇煤層自燃標志性氣體時應按煤種選擇從緩慢氧化階段發展為加速氧化階段時的氣體為指標：
1)低變質程度的煤種，如褐煤、長焰煤、氣煤和肥煤，應以烯烴或烯烷比為自然發火的標志氣體，對C2H。其預報范圍為100—180℃；對烯烷比其溫度范圍則依自燃煤層瓦斯組份、礦內空氣成份具體確定；上述煤種相應的輔助指標應為CO 及其派生指標；
2)焦煤、貧煤和瘦煤則以CO 及其派生的指標為準，CO 預報溫度范圍為90～150℃；相對的輔助指標可謂C2H。或烯烷比值；
3)高變質程度的無煙煤和高硫煤僅能選用CO 及其派生為指標，其預報溫度范圍值為100 一150℃¨1。因此，在設計監測系統軟件時，要將礦井及煤層、煤種的實際情況考慮在內，根據選定地點煤層的自燃傾向性、變質程度等條件來確定自然發火的標志性氣體，從而更加準確地預判自然發火的狀態。
2．3 監測系統對煤自然發火程度判斷
根據采集到氣體濃度的趨勢判斷煤自燃狀況是束管監測系統的一個重要步驟。但是，監測軟件不能根據監測得到的數據對煤自燃程度做出判定，如果可以根據煤低溫氧化過程的氣體產物特性及濃度將煤各個氧化階段劃分等級，存儲到數據庫中，及時報警，則極大的方便了監測人員了解掌握井下煤層白燃狀況。根據煤低溫氧化實驗H。j。可以得到褐煤、氣煤、氣肥煤和無煙煤在低溫氧化過程中氣體產物的生成規律以及出現溫度，如表1 所示。按照煤低溫氧化過程生成的氣體產物特征、氣體生成量隨氧化溫度的變化規律，以及CO 產生率開始急
劇上升的拐點溫度，將煤低溫氧化過程可劃分三個階段，其三個階段氧化特征和相應溫度段如表2 所示。
根據表1、表2，可在設計監測系統軟件時，根據不同煤種將煤自燃階段按照等級劃分，蓄熱階段為等級l，氧化自熱階段為等級2，深度氧化階段為等級3，并做出報警。這樣即町使監測人員直觀的及時、準確地了解井下的自然發火狀況，并做出及時處理，應對一些突發狀況。
2．4 使用中盼注意事項
一個合格的檢測分析員要了解井下作業內容，井下設備的變化以及自燃條件。熟練掌握束管監測設備原理、用途和使用方法，能根據歷史資料預測氣體變化的規律和方向，并提供準確的町靠數據，使其依據數據可初步判斷井下情況。煤礦使用單位應在購入束管系統時，選部分有經驗的工作人員，去設備廠家進行相關的操作和使用培訓，使束管系統在煤礦更好的使用起來。煤礦使用單位應建立具體的規章制度和操作程序，無論從技術方面還是質量方面都要保證該體系的有效運行，從樣品的采集、分析到程度判斷都要遵循一定的標準和操作程序，促進人員行為規范化。對監測儀器要進行定期的檢查維修以及清理，井下條件復雜，束管在井下隨時有積水、積塵的可能而導致系統無法正常運作，因此，在實際運作中，必須對井下束管進行定期的清理維護，保證監測系統穩定運行。
3、結論
綜上所述，束管監測系統仍存在較多的問題：監測數據的時滯性、對自然發火的標志性氣體的選擇針對性不夠、以及對自然發火程度的自動分析判斷較差等，岡此，在系統設計時，應對軟件部分做進一步的改進：采用平移時間軸的方法解決時滯性問題；根據不同煤層的不同特性，選擇相應的標志性氣體；根據不同煤種將煤自燃階段按照等級劃分，準確掌握井下煤層自燃狀況。同時，必須要有規范的技術標準、優秀的檢測人員、嚴格的管理體系，才能充分發揮束管監測系統在煤礦安全生產中的作用。