摘 要：针对采空区分布式光纤测温安全监测系统将光纤传感器应用于煤矿安全监测，特别是煤矿采空区遗煤易发火区域环境的监测，将对采空区自然发火的预测预报起到重要作用。掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段，对煤矿采空区灾害监测和控制有着重大意义。

关键词：采空区；光纤测温；发火；预警

矿井火灾是煤矿生产中的主要灾害之一，我国矿井每年都会有因工作面发生火灾而导致采面封闭，这不仅使大量装备被封闭其中，而且还造成了大量煤炭损失，为国家为矿井带来了巨大的经济损失和重大安全事故隐患。

目前，对采空区防灭火监测的方法现主要采用束管分析化验法，但该方法在井下现场应用中，经常受到管路漏气、埋设束管被堵或监测范围局部性的限制，从而达不到对采空区大范围的监测需求。为充分弥补束管分析化验方法预警的不足，既减小了由于束管长距离传输所带来的气体分析误差，又提高了实时性。可以及时准确的对采空区隐患进行预警，及时发现采空区发火隐患，提高井下作业的安全性，现采用分布式光纤测温系统来对采空区进行监测。

1分布式光纤测温系统

1.1系统的工作原理

利用先进的计算机技术、网络技术、光纤传感测控技术、光纤通讯技术，通过矿井分布式光纤测温系统实时在线监测采空区及回风巷（以下统称“采空区”）温度。分布式光纤测温安全监测系统获取空间温度分布信息的原理是利用光在光纤中传输能够产生后向散射，在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生后向散射光波，这些后向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波经波分复用，检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。

1.2系统软件构成

系统由以下几个主要部分构成：服务器数据库，客户端数据库，客户端监控管理软件。

服务器数据库用于发布客户端所需的所有信息，并存储客户端上传的数据，服务器数据库还运行一些后台任务如SQL Server代理，触发器等。

客户端数据库从服务器数据库订阅所需数据，并将通过记录等数据定期上传至服务器。

服务器与客户端数据库之间通过SQL Server 的数据同步机制实现同步，通过该机制，服务器能够将每个客户端区分开来，只向其发送对应的数据，使用户数据更安全，也减小服务器、客户端双方的处理压力。

2技术创新点

2.1技术创新点

煤矿采空区分布式温度监测系统采用长距离矿用铠装光缆作为温度传感器，与传统的温度传感器相比具有本质安全，耐腐蚀，不受电磁干扰等优点，光缆沿走向敷设于井下巷道、工作面及采空区内，也可直接埋设于火灾隐患的高温区域，连续监测长距离大范围的环境温度信息，为煤矿井下温度监测等应用提供优质的温度监测方案。该系统的稳步分布可以用于确定发火点的位置，避免了由于束管漏气造成的误差，对指导防治火灾和保证工作人员安全具有重要意义，可为深入研究煤矿采空区发火机理和掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段，对煤矿采空区灾害监测和控制有着重大意义。

光纤采空区分布式温度在线监测系统则采用不带电的感温光缆作为传感器，能够真实有效的检测整个采空区内部的温度分布，而采空区的有害气体释放及自然发火等情况均与温度有直接的关系，所以对采空区进行温度的监测更具有直观性；本系统通过连续的监测，可以监视采空区从起火、自燃到灭火的整个过程，且可以观察记录起火的位置、范围大小等数据，对采空区自然发火的研究有重要意义；感温光缆可以在回采工作面的回撤过程中连续监测之前已经采完塌落的采空区内部的情况，而不需要等整个工作面采完后再对采空区进行监测。这些优点都是束管系统无法比拟和取代的。

2.2技术特点

1）、数据能实时采集显示，感温光缆可在60s内检测到温度变化。

2）、可监测最多8km长度的采空区内部温度情况，监测全面性广。

3）、采空区发火点精准定位，误差小，显示直观，反应迅速。

4）、光纤具有耐高温（能承受超过400℃高温）、抗腐蚀、阻水和长寿命的特质，可在回采过程中连续使用。

5）、可对特殊钻孔实施在线连续监测。

3工作面应用及效果检验

3.1工作面概况

盆底区北翼18层三分段底板层综放面，走向长680m，倾斜长143m，煤层平均倾角12°，平均煤厚12m，煤炭储量155.2万吨，原始瓦斯储量827万m3，剩余瓦斯储量348万m3，瓦斯压力0.2MPa，煤层自燃发火期3-6个月，瓦斯绝对涌出量6.36m3/min，相对瓦斯涌出量2.29m3/t，煤尘爆炸指数53%。

邻区对照：

本区上区段为盆底区北翼18层二分段底板层综放面采空区；本区上区段初期回风道上部为北五外区18-2层三分段底板層综放面采空区。

邻层对照：

本区上覆，工作面开采初期上部为北五外区15层底板层综放面采空区和北五外区15-2层四分段下块底板层综放面采空区；北五外区15-2层四分段下块底板层综放面采空区。工作面开采中期上部为盆底区北翼15层三分段底板层综放面采空区；工作面开采后期上部为盆底区南翼15层一分段底板层综放面采空区。

本区上区段上覆为盆底区北翼15层二分段底板层综放面采空区；本区下区段上覆依次分别为：盆底区南翼15-3层一分段底板层综放面采空区、盆底区南翼15-3层二分段底板层综放面采空区。

因15#煤层在本区下区段分两层，所以本区下区段上覆另有盆底区南翼15层二分段底板层综放面采空区和盆底区南翼15层三分段底板层综放面采空区。

3.2效果检验

该面在回采时，因受周边采空区及冲击地压等藕合因素影响，导致回采速度缓慢，回采跨度长达2年之久。为防止该面产生发火隐患而顺利回采，采用分布式光纤测温系统对采空区进行温度监控，并己成功应用。

随着工作面的回采，利用KJ558测温系统监测对采空区温度进行定时监测，期间测点位置1570M处（工作面推近35米采空区内）温度最大值50.2℃，出现高温隐患趋势，说明采空区内部出现了氧化。为防止高温产生的复发影响，消火队立即利用消火道内钻孔对高温范围注静压水降温。期间通过连续处理，消除了高温氧化而产生的发火隐患。

4结论

煤矿煤炭自燃是我国煤矿开采过程中的主要自然灾害之一，目前煤矿针对采空区内自然发火倾向的预测主要是通过束管系统抽取样气到地面，对标志气体进行分析预警；该手段欠缺实时性和直观性，束管易损伤漏气导致测量不准确。采空区分布式光纤测温安全监测系统将光纤传感器应用于煤矿安全监测，特别是煤矿采空区遗煤易发火区域环境的监测，将对采空区自然发火的预测预报起到重要作用。掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段，对煤矿采空区灾害监测和控制有着重大意义。

参考文献：

[1]韩远红，朱翔宇，分布式光纤测温系统在煤矿火灾预警中的应用[J]太原科技，2007，165（10）：91-92；

[2]梁运涛，罗海珠，中国煤矿火灾防治技术现状与趋势[J].煤炭学报，2008（2）：126-130；

[3]于庆，分布式光纤测温技术在煤矿中的应用[J].工矿自动化，2012（4）：5-8；

作者简介：

张金超，男，汉族，1989年出生，毕业于黑龙江科技术学院安全工程专业，本科，现就职南山煤矿通风区，从事于通风与安全管理工作。