第 1 章 煤层自燃预测预报监测系统
1.1 系统概述
为确保矿井安全生产， 井下环境监测需设一套束管监测系统， 主要利用红外 技术对井下气体成份的分析，实现 CO C02 CH4 02 N2 （计算值）等气体含 量的 24 小时在线连续监测，对其含量变化情况进行预测。
煤层自燃预测预报系统是利用真空泵和一束多芯的塑料管缆远距离的抽取 监测地点的气样， 利用专用气相色谱仪连续分析， 实时测定各测点的气体组分浓 度，同时可以对监测地点煤自燃过程中标志气体浓度超值时发出警报的成套装 置。
该系统主要应用在以下三个方面：
1 早期预测预报煤层自然发火，连续监测煤自燃过程中标志气体组分 浓 度变化规
律，防止自然发火和瓦斯爆炸。
2 判断密闭火区的发展情况和火区熄灭程度，为启封火区提供科学数据。 3 在采用惰气防灭火作业中，跟踪了解作业区惰化情况，为灭火措施提供 保障。
1.2 系统功能特点
1.2.1 系统功能
1 微机自动控制， 24 小时在线检测，实现无人值守；
2 自动设置参数，每次进入系统均按上一次修改的最新参数设置；
3 可建立气样数据库，通过系统自动求出或输入的组份表，可按用户要求 形成文
件，组份名称可输入汉字；
4 自动输出每路束管气体的分析结果。在微机控制下，每一路数据分析完 成后，可
根据要求自动将结果输出到打印机；
5 独特的数据库分析功能。在束管监测下，系统自动将分析数据存入数据 库，并可
用数据库分析某一采样点的气体含量在一段时间内的变化趋势， 可用图 形方式表现，非常直观；
6 具有气体含量超限自动报警功能；
7、系统具有联网功能，实现分析数据的共享，便于领导和调度人员对井下 气体的变
化情况进行直接检测。
1.2.2 系统特点
1、气体分析中心主要设置在地面，井下无电气设备，安全可靠，便于维护。 2、特别对采空区和密闭区内采取气样，安全容易。 3、一套系统服务于井下多点采样和气样的多组分分析。 4、可实现较长距离地点的采样、监控。
1.3 系统优势
1）产品至少申请三项中国专利，拥有的知识产权，该系统通过专家鉴 定，具有
技术先进、 运行稳定、连续监测、 功能多、灵敏可靠、 操作方便等特点， 在国内同类产品中处于领先水平。
2）无泵房控制柜。该控制柜取代了传统的使用水环抽气泵运载井下气体的 缺点，新
集成了低噪音无油抽气泵组。 并增加了崭新实用的功能。 主要新增功能 如下：
1、由于使用了我公司开发的独有专利技术的无油泵组，可以完全替代过去 的抽气泵
站， 并省去了过去必须配备的清洗管路的束管清洗机， 无需再建抽气泵 房，大大节省了占地面积及设备投资；
2、在电脑控制下实现了气体进样检测、管路清洗的自动化运作；
3、由于控制柜全部采用无油泵组，所以对检测气体无污染，更能真实地反 映出井下
气体变化情况，有利于延长色谱仪使用寿命；
由于泵体采用最新耐磨材料，使用寿命长，运行可靠； 采用了降噪及冷却新技术，所以噪音低，体积小，效率高。
6、管路自动清洗技术，本系统不在需要束管清洗机进行管路清洗，通过电 脑控制自
动清洗管路， 大大提高了设备的自动化、 智能化水平； 提高了维护人员 的工作效率，降低了劳动强度，消除了束管清洗机工作时带来的巨大噪声影响。
3）系统所选用的色谱仪具有独特的编程功能和自检功能。当检测高浓度气 体时，可
以通过编制色谱仪的程序和其他气体同时监测而不受某种气体浓度高低 的影响, 国内其它色谱仪需要多次重复进样才能检测，所用时间长。系统选用的
色谱仪如出现问题，可通过色谱仪自身的自检功能查找所出现的问题并解决。
4） 系统具有火灾瓦斯爆炸三角预测技术。
5） 系统具有强大的数据库功能。可通过查找数据库的历史记录，对火灾和 瓦斯爆
炸危险程度进行正确的判断，从而达到更好的预测预报功能。
6） 监测距离
系统监测距离可达到20KM监测路数可达60路,满足了现场需要。
7） 联网功能
系统,调度微机可调用系统的数据结果，并显示在调度微机上，便于领导和 有关人员，对井下气体的变化情况进行直接监示。
8） 气体含量超限自动报警
系统具有含量超限报警功能。
9） 用于氮气灭火
系统因能监测N2（色谱监测）指标，能够提供氮气灭火效果的技术数据。
1.4系统组成及原理
1.4.1系统组成
KSS-200系统共有7大部分组成（如图所示）
矿井火灾多参数色谱监测系统示意图
气体分 井下束管取样系统 采样点I
（1）束管部分：由粉尘过滤器、单管、分路箱（含滤水器） 、束管等组成， 其作用是运载井下气体。
（2）采样控制部分：由输出控制接口板、电磁阀驱动电路、抽气泵、自动 进样器等组成， 它们各自装在微机和控制柜内。 其作用是按规定的顺序和时间将 气体送入气相色谱仪中。
（3）气体分析部分：由气相色谱分析仪、专用输入输出接口、载气等部分 组成。其作用是将气体进行分析并送入采样接口板中。
（4）数据采样部分：由数据采样接口板、采样程序组成，用以采集色谱仪 传来的数据，并进行数据预处理。
（5）数据分析部分：由测控软件内的数据分析、图形显示、谱图检 测、计算结果等部分组成。通过分析将采样数据形成分析报告及谱图。
（6）打印输出部分：由打印机及检测软件中的打印控制部分组成。用以输 出所有的分析报告、图表等。
（7）联网调度部分（可选）：由网卡及测控软件中的通讯服务部分组成。其 作用是将有关的数据送往远端机，以便在远端机上观察及分析有关数据 本工程主要在雷公山煤矿工作面的上隅角、采空区及密闭区进行束管监测。
1.4.2 系统工作原理
KSS-200D煤矿束管色谱检测系统是在微机分析与控制、色谱高精度分析、 束管负
压运载气体这三项高新技术基础上开发出来的高科技产品。
系统工作时，先启动抽气泵， 使束管内形成负压， 即井下外部的压力大于束 管内的压力，使井下气体被吸入束管， 到达井上的电磁阀前并处于等待检测状态。 气相色谱仪达到稳定工作状态后， 微机通过控制接口板输出一个开关量给驱动电 路，驱动电路的继电器吸合， 接通某一路束管的电磁阀， 该路束管内的气体被送 入色谱仪中，由色谱仪开始分析。 色谱仪的分析结果被送到微机内的数据采样接 口板上，经过信号放大，模数转换，将模拟量变成数字量，然后由分析软件进行 处理，形成谱图和分析结果， 分别在屏幕和打印机上表现出来， 完成某一路束管 气体的检测分析过程。 在需要多路检测的时候， 由微机按照用户设定的检测顺序 和检测次数自动循环进行， 无需人工干涉， 可实现 24 小时连续在线检测与分析， 所有分析数据均可保留。以便工作人员对数据的再利用。
1.5 主要技术参数及性能特点
1.5.1 气体分析中心
1、真空泵：旋片式真空泵。通过气体取样控制装置汇接总管缆，将各监测 取样点的
气体抽至气体分析中心的分析仪器。
2、气体取样控制部件：内置设定程序，自动控制，巡回取样，逐点分析。 3、专用气相色谱分析仪
① 双柱箱（高、低温）分别控温、三柱并联和甲烷转化装置。
② 专用色谱柱和预切柱系统， 满足煤矿气体常量、 微量组分和无机、 有机组 分全分析的特定需要。
实现煤矿气体全组分的自动分析， 含矿井空气、 火灾气体、 瓦斯爆炸气体的 常量（％浓度）及微量（ppm浓度）组分的分析。
常量： H2、 O2、 N2、 CH4、 CO、 CO2、 C2H6、 C2H4、 C3H8、
C2H2 。
微量： CH4、 CO、 CO2、 C2H4、 C2H6、 C3H8、 i-C4H10 、 n-C4H10、
C2H2 。
③ 多种检测器互换，结构紧凑，灵敏度高。
④ 自动控制，手动（球胆取样）和自动进样可选，检测点可设置 各监控点连续、巡回采样监测。
⑤ 专用色谱数据处理工作站，实现自动控制采样、分析、结果数据存储、报 表打印等。
⑥ 分析速度快：
1〜32路，
4〜8 分钟内完成矿井瓦斯爆炸气体常量 H2、 O2、 N2、 CH4、 CO、 CO2、 C2H4、 C2H6 C3H8等和火灾气体微量 CO C02 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 C3H8 C4H10 等组分的分析。
6〜10分钟内， 一次进样完成瓦斯爆炸气体全组分分析和爆炸危险程度判别 （爆炸
三角形法） 。
自然发火标志气体最小检测浓度
COC 0.05ppm C2H4C 0.05ppm C2H6 C2H2C 0.05ppm
C3H8^0.5ppm CH举 I.Oppm C02C 2ppm
系统精度w 1% ⑦
02
< 5ppm
、N2H2热导检测器灵敏度》5000mv- 氢焰检测器检出限w 1.0 x
ml/mg 10-11g/s
4、专用色谱数据处理工作站
① 微机数据采集处理装置， 色谱仪分析结果输出的模拟信号经 A/D 转换器转 换为数字信号。
② 最新的四通道 24 位 A/D 转换器，自动显示分析谱图、分析结果，自动存 储、打印。
③ 单点、多点曲线校正，数据自动关联、显示、打印结果报告。 ④ 峰检测方式：峰面积、峰高。
⑤ 采样频率： 20次/秒、 30次/秒、 60次/秒。 ⑥ 采样灵敏度： 0.1mv/s；。 ⑦ 量程：土 1伏。
1.5.2 井下束管取样部分
取样管：聚乙烯塑料管或金属管，
© 6mm © 8mm © 10mm
取气管缆：多芯聚乙烯管集束而成，作为主干管将多路取样管连接 芯管缆到气体分析仪器进样单元。
管路附件：包括分缆箱、滤尘器、储、放水器等。
12〜32
1.5.3 色谱仪扩展应用
1 、实验室煤矿专用的自动取样气体分析色谱仪。快速、全自动化操作。
2、 作适当配置（增加ECD,可分析示踪气体六氟化硫，为均压防灭火技术 服务。 3、 增加火焰光度检测器（FPD可分析硫化氢（H2S和二氧化硫（S02， 为高硫煤矿
井气体分析服务。
1.5.4 专用管理软件
（一）分析数据管理数据库、数据查询功能
1、分析结果的自动存储，容量大，数据处理准确。 2、可随时查询单点、多点当
日、周内、月内组分分析结果浓度值。
（二） 采样点特征气体组分（如 CO C2H4 C2H2或02、C02 CH4等）时 间—浓
度变化趋势曲线，超限报警等功能。
（三） 分析结果与局、矿等监测部门直接连网，实现网络共享，在线监控。 瓦斯爆炸危险程度判别 （爆炸三角形法） 专用软件，分析结果直接自动关联， 自动判别爆炸点。
1.6 设备清单
附后
