储煤筒仓智能化保护系统的设计.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月储煤系统是煤矿、火电厂的重要设施，储煤筒仓作为一种全封闭存储的煤炭存储方式，具备环保，节能，节约土地，流程简单，存储过程损耗低等优点1。然而储煤筒仓由于结构复杂、空间密闭等特点，大幅增加了安全控制的难度。目前储煤筒仓煤炭发生自燃后，具有：前期不易觉察事故极易扩大化发展，救援过程中风险大，灭火难度高，变化趋势无法整体把控等一系列痛点；并对附近人员及设备造成潜在的高危风险亟需对筒仓煤炭自燃发火进行监测并设计行之有效的防灭火措施2。收稿日期：2022原10-24责任编辑：张夙作者简介：郭新安（1985），男，山东泰安人，工程师，硕士，2011 年毕业于中国矿业大学，主要从事露天煤矿安全管理工作。DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.05.022郭新安，田野，周鹏，等.储煤筒仓智能化保护系统的设计 J.露天采矿技术，2023，38（5）：86原88.GUO Xinan,TIAN Ye,ZHOU Peng,藻贼 葬造.Design of silo intelligent protection system允.Opencast MiningTechnology,2023,38（5）:86原88.移动扫码阅读储煤筒仓智能化保护系统的设计郭新安，田野，周鹏，李雪薇（新疆天池能源有限责任公司，新疆 昌吉 831100）摘要：为了系统解决储煤筒仓煤炭自燃无法及时预测及发火后难以处理的问题，从建立储煤筒仓智能保护系统和日常生产组织管理2个方面提供了解决方案；建立了包括监测系统、惰化保护系统、消防系统、自动泄爆系统以及控制系统在内的筒仓智能化保护系统，对筒仓内煤温、自燃指标气体进行监测，并通过泄爆、惰化、水消防系统进行应急处置；同时通过进仓煤温、仓位、动火、给煤机循环等日常管理，减少煤炭发热自燃可能性。结果表明：通过现场实际应用，筒仓智能化保护系统能够有效减少和处置筒仓储煤自燃发热情况，保护了筒仓的安全运行，提升了筒仓安全管理水平。关键词：筒仓智能化保护系统；监测系统；惰性保护系统；消防系统；自动泄爆系统；PLC控制系统中图分类号：TD824文献标志码：B文章编号：1671-9816（2023）05-0086-03Design of silo intelligent protection systemGUO Xinan,TIAN Ye,ZHOU Peng,LI Xuewei（Xinjinag Tianchi Energy Co.,Ltd.,Changji 831100,China）Abstract:In order to systematically solve the problem that spontaneous combustion of coal in coal storage silos cannot be predictedin time and difficult to handle after ignition,this article provides solutions from two aspects:establishing an intelligent protectionsystem for coal storage silos and daily production organization and management，establishes an intelligent protection system for siloincluding monitoring system,inerting protection system,fire protection system,automatic explosion venting system and controlsystem,monitors the coal temperature and spontaneous combustion indicator gas in the silo,and carries out emergency treatmentthrough explosion venting,inerting and water fire protection systems.At the same time,the possibility of coal heating andspontaneous combustion is reduced through daily management such as coal temperature,storage position,hot-fire,and coal feedercirculation.The results show that through on-site practical application,the intelligent protection system of silo can effectivelyreduce and deal with the spontaneous combustion and heating of coal in silo,protect the safe operation of silo,and improve thelevel of silo safety management.Key words:silo intelligent protection system;monitoring system;inert protection system;fire fighting system;automatic explosionrelief system;PLC control system86露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月表 员筒仓内检测仪器数量及安装位置情况表设备名称设备数量安装位置感温电缆愿仓 顶 至 筒 仓 中 下 部 靠 近内壁孕栽员园园温度传感器愿落煤口处和筒仓中部红外热成像仪员筒仓顶部悦匀源监测传感器圆筒仓顶部悦韵 监测传感器圆筒仓顶部筒仓顶刮板 员 个韵圆探测器源筒仓底部输送带 员 个出料口给煤机 圆 个束管监测系统员筒仓外部烟雾探测器圆筒仓顶部雷达料位计员筒仓顶部员筒仓智能化保护系统筒仓智能化保护系统包括监测系统、惰化保护系统、消防系统、自动泄爆系统以及控制系统缘大部分。监测系统在筒仓周围设置各种温度、烟雾、可燃气体、有毒气体、红外热成像仪、料位计等监测设备，对筒仓内部的煤炭进行全方位、多方面、深层次的监测3-5，根据煤种特性设定对应报警参数，当系统监测到某一参数超过设定参数上限时立刻发出相应的报警信号，在出现异常情况时，控制系统中的孕蕴悦接收检测系统监测的数据，依据相应的报警值，开启惰化保护系统一级锁、二级充、三级换保护手段，以上手段无效时，自动启动灭火系统，射流灭火装备启动阻止煤燃烧，一旦情况难以控制筒仓内发生煤火灾或爆炸，自动泄爆系统也可以抵挡爆炸带来的危害，实现智能化预防和防治筒仓煤火灾。员援员监测系统监测系统包括温度监测、可燃性气体监测、烟雾监测和料位监测，是筒仓智能化保护系统的眼睛。温度监测包括孕栽员园园温度传感器、红外热成像仪和测温电缆；栽员园园温度传感器安装在落煤口处和筒仓中部，监测这圆处仓壁的温度，为惰化保护系统提供开启信号；红外热成像仪在筒仓顶部开孔安装，对筒仓内情况进行巡航监测，并把内部煤表面的实时温度信号传给控制系统；测温电缆安装在仓顶至筒仓中下部，可监测煤层内部的温度，三者结合可以完美呈现筒仓内各部位煤体的温度。可燃性气体检测包括悦韵、韵圆和悦匀源；悦韵传感器和韵圆传感器均为电化学型传感器，悦韵监测传感器安装在筒仓顶部，韵圆探测器安装在筒仓顶刮板输送机、筒仓底部带式输送机和出料口给煤机，悦匀源监测传感器安装在筒仓顶部；束管监测系统通过抽气泵将仓体气体送入色谱仪进行分析，显示晕圆、悦韵圆、悦圆匀源、悦圆匀远、悦圆匀圆、匀圆等气体的变化。烟雾粉尘传感器通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范；烟雾传感器安装在筒仓顶部。料位检测采用雷达料位计，实时监测筒仓内煤的仓位。确保煤量处于安全仓位，筒仓内检测仪器数量及安装位置情况表见表员。员援圆惰化保护系统筒仓惰化保护系统装置主要包括：制氮系统、储气罐、阀堆、锁气、充气、换气、各种连接管路等，是筒仓智能化保护系统的预防煤火灾的有效手段。制氮系统大致分为猿类：深冷空分制氮、分子筛空分制氮、膜空分制氮。原理大致都为将空气中氮气以物理方法剥离；在实际现场应用中采用分子筛空分制氮，辅以膜空分制氮。储气罐储存得到的氮气，依据筒仓的数量和体积设计储气罐的数量和体积，一般采用匝猿源缘砸材质。阀堆由减压阀、电动阀、手动阀、压力表组成；将储气罐内的氮气经过三级减压，依次连接到锁、充、换气管道。锁气层位于落料口处，当监测系统监测到猿 凿没有进出煤时，发出初级报警信号，安全保护系统自动开启锁气阀，用氮气锁住出煤口，阻止空气从落煤口向储煤层渗透，使筒仓持续和外界封闭、隔绝，从而抑制煤的自燃阴燃。充气层安装在筒仓内，位于筒仓直段与锥段交接处；当安全监测系统监测到仓内温度逸源园 益或甲烷体积分数逸圆缘豫或一氧化碳体积分数逸缘园豫，发出高级报警信号；系统自动启动充气阀，使氮气最大限度、均匀的充入相应的煤层中；多点式的连续充气，可降低煤层温度及可燃性气浓度，确保煤层安全。换气层安装筒仓外部，筒仓的中上部。当安全监测系统监测到温度逸苑园 益或甲烷体积分数逸源园豫或一氧化碳体积分数逸员园园豫或有烟雾报警信号时，发出高级报警信号；系统自动开启换气阀和相应的自动跟踪换气组件，向煤层上表面充入氮气，将煤层上部空间的可燃气体从仓顶置换排出，达到另一级保护储仓目的。员援猿水消防系统消防系统包括火灾探测器、热追踪装置、消防87露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月（下转第92页）泵、电动阀和射流灭火装备，是筒仓智能化保护系统的治理煤火灾的有效手段。火灾探测器具有火焰探测及现场智能监控功能，火灾探测器将火灾信息传送到控制系统；火灾报警信息经控制系统处理后发出火警信号，通过热追踪装置将现场以红外图像呈现，同时启动相应的射流灭火装备装置在热追踪装置下自动定位并锁定火源点，通过远程控制自动启动消防泵和射流灭火装备，电动阀打开进行喷射氮气泡沫或高压水灭火；射流灭火装备装置也具有远程手动灭火方式和现场手动灭火方式：远程手动灭火通过在中控室的现场红外图像确定火源点，在控制面板启动射流灭火装备，实施灭火；现场手动灭火是在现场发现火源点，通过现场控制射流灭火装备，实施灭火；多种方式结合以确保灭火系统的可靠和稳定。员援源自动泄爆系统自动泄爆系统包括防爆门状态感受器和防爆门，是整个筒仓智能化保护系统的最后保障。当筒仓中的压力达到防爆门设定的起爆压力时，防爆门自动开启，将筒仓内的可燃气体和有毒气体释放出去，达到保护筒仓的目的。员援缘控制系统控制系统是整个筒仓智能化保护系统的大脑，穿插在整个安全保护系统中，其工作过程为：数据箱接收监测系统传来的监测数据，孕蕴悦分析处理采集信号与专业检测数据库对比数据的风险值；风险值若高于报警值，根据报警信号自动开启相应阀门，使气体充入仓内相应部位或开启消防系统，消除危险源；若严重失控时，防爆系统生效保护筒仓，多级多点及时的保护措施确保筒仓及周边设备的安全运行。圆筒仓生产管理1）进仓煤炭管控。在原煤进仓输送带上加装红外热成像仪，通过热成像能实时检测进仓煤温，严禁超过源园 益原煤进入筒仓内：检测煤在源园耀苑园 益时，立即停止一次破碎机翻煤作业，坑下上煤区间进行调整，进入仓内原煤快速进行循环。检测煤温逸苑园益时，立即急停输送带，对输送带上原煤进行洒水降温，并将发热原煤从输送带上清理下来，严禁将发热煤运入筒仓内。从源头切断煤火灾的发生。2）给煤机循环。储煤仓放煤时，严格按照给煤机的循环要求，每台给煤机每猿 凿循环员次，每次循环员 园园园 贼，通过加快筒仓原煤的循环，减少筒仓内原煤的存放时间，降低筒仓着火的风险。猿）动火作业管控。筒仓仓上、仓下给煤机平台区域动火作业提级管理，按特级动火作业审批；筒仓动火作业前制定安全技术措施，由专人检查安全防护措施，设双人监护；筒仓动火对仓口、刮板输送机、给煤机等进行封堵，防止焊渣、火星等点火源进入。火星作为点火源，煤作为可燃物，两者在合适的条件下会发生燃烧现象，另外筒仓内粉尘较多，且处于相对密封环境，易发生粉尘爆炸。源）筒仓仓位管理。将筒仓安全仓位定为苑 园园园 贼，储煤量在该位置时底部横梁均有储煤覆盖，避免仓底储煤接触氧气，加快氧化反应发生自燃6-8。储煤长时间存放，给煤机正上方储煤循环较快，但靠近筒仓仓壁储煤存在挂壁现象，始终无法放出，长时间存放易出现发热迹象，每月员日、员远日对储煤仓仓位降到安全仓位，通过热成像仪进行观察，将筒仓内储煤放至漏斗口处，靠近仓壁上的储煤全部放出。避免筒仓内的煤发生氧化放热行为。缘）构建多个煤发热指标。从原煤工作面上采取煤样，经过中国矿业大学防灭火研究实验室对煤炭自燃的气体指标检测，确定乙烯、一氧化碳为自然气体指标，同步使用乙烯气体检测仪，检测储煤仓内乙烯、乙炔气体含量，打破以往只检测一氧化碳和二氧化碳作为储煤发热的1个依据，从多个方面分析筒仓内储煤发热的原因，有效管控筒仓火灾的发生。猿现场应用为了得到智能化保护系统在储煤仓筒内的可行性和合理性，将该系统应用于露天煤矿筒仓，地面生产系统共苑座筒仓。圆园圆员年远月储煤筒仓曾出现煤发热现象，起初的判断数据来源于现场人员的实测和单一监测仪器，对发热煤的地区和面积无法及时掌握，对后续的处理措施效果无法有效评判。在采用智能化保护系统后，监测系统不仅可以掌握筒仓内的温度也可以通过检测仪器清楚确定发热煤的位置和周边环境，采取水射流、惰化等综合措施及时处置。源结语为了系统解决储煤筒仓煤炭自燃无法及时预测及发火后难以处理的问题，建立了储煤筒仓智能保护系统。88露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月（上接第88页）员）通过设置温度、烟雾、可燃气体、红外监控等监测设备，可以实时对筒仓储煤进行全方位、多方面、深层次的监测，掌握煤炭自燃发火情况，达到预测预警的目的。圆）通过设置惰化、水消防等灭火系统，对发热点进行精准灭火，设置自动泄爆系统也可以最大限度减少爆炸带来的危害，实现智能化预防和防治筒仓煤火灾。猿）通过加强日常生产管理，采取措施加快筒仓内储煤循环、防止高温煤等进入筒仓。参考文献：员 王彦援节能环保储煤技术的相关探讨 允 援山东工业技术，圆园员愿（员苑）：苑缘援圆 刘喆，马岩岩，赵晏博，等援大型储煤筒仓输煤智能化监控系统设计 允 援煤炭工程，圆园圆员，缘猿（缘）：圆愿原猿源援猿 殷鑫鑫援储煤仓远程智能化控制技术的研究 允 援中国矿山工程，圆园圆园，源怨（猿）：愿圆原愿缘援源 张立新援燃煤电厂储煤场储煤形式的探讨 允 援水力采煤与管道运输，圆园员远（猿）：苑圆原苑缘援缘 胡成功，赵奇援浅析几种储煤场储煤形式的优缺点 允 援露天采矿技术，圆园员猿（圆）：愿愿原怨园援远 梁馨予，范莹莹，陈潘鸿援基于 孕蕴悦 的煤仓智能监测系统 允 援电子技术与软件工程，圆园员苑（员）：员猿愿援苑 李亚超，赵国庆，王聖齐，等援含高温热源的储煤筒仓温度场实验研究 允 援节能，圆园员怨，猿愿（愿）：源员原源远援愿 李创援多孔介质煤层气体扩散规律的实验研究与数值模拟 阅 援北京：华北电力大学（北京），圆园圆园援脚处，以及复合边坡下部矿坑边坡沿泥岩顺层至坡脚处。对比压脚变形控制前的边坡，控制后边坡的水平位移大幅度减小。由图6可知：边坡的竖向位移最大值为圆缘猿 皂皂，且主要发生在坡顶位置。对比压脚变形控制前的边坡，控制后边坡的竖向位移变化幅度不大。说明压脚的边坡变形控制技术对水平位移影响较大，效果比较明显。由图7可知：经过压脚控制措施之后，边坡下部坡脚处无明显剪切破坏。坡体经过变形控制措施后，稳定性显著提高。缘结语员）以东明露天煤矿为项目背景，采用酝蚤凿葬泽 郧栽杂晕载有限元软件对复合边坡的破坏模式及变形控制技术进行研究。在变形控制之前，原始复合边坡上部主要发生圆弧状滑坡，下部矿坑边坡主要发生坐落滑移式滑坡。上部发生圆弧状滑坡主要因为排期物堆载方式导致，下部发生坐落滑移式滑坡主要由于上部排弃物的堆载作用，增大了坡体后缘的载荷，对中下部软弱带进行了挤压。从而导致后缘竖向位移较大，中下部水平位移较大。圆）在对复合边坡进行压脚变形控制措施之后，原始复合边坡的上部滑移发生明显改善，下部矿坑边坡在压脚的作用下，水平位移大幅度减小。由此可看出，影响复合边坡发生变形的主要因素是位于中下部的软弱带，对软弱带进行控制是对边坡整体变形有效的控制，使得边坡处于一个相对稳定的状态。参考文献：员 厉美杰，乔丽，田宇，等援露天矿软岩复合边坡变形机理分析 允 援煤炭科学技术，圆园圆员，源怨（愿）：员园愿原员员猿援圆 陈毓援露天矿外排土场分布对复合边坡稳定性影响机理 允 援煤矿安全，圆园圆园，缘员（员圆）：圆愿愿原圆怨员援猿 白润才，白文政，刘光伟，等援含弱层的复合边坡稳定性研究及应用 允 援辽宁工程技术大学学报（自然科学版），圆园员愿，猿苑（员）：远员原远缘援源 曹兰柱，祁利民，王东，等援露天矿含断层复合边坡稳定性 允 援辽宁工程技术大学学报（自然科学版），圆园员远，猿缘（愿）：愿园源原愿园怨援缘 毕小勇，闫天俊，鲁杰援酝蚤凿葬泽原郧栽杂（杂砸酝）在边坡二维稳定性分析中的运用 允 援自然灾害学报，圆园员缘，圆源（员）：员苑园原员苑远援远 程灿宇，罗富荣，戚承志，等援有限元强度折减法计算边坡稳定的对比分析 允 援岩土力学，圆园员圆，猿猿（员员）：猿源苑圆原猿源苑愿援苑 王凯，刁心宏，赖建英，等援云蕴粤悦猿阅应变软化与摩尔库伦模型工程应用对比 允 援中国科技论文，圆园员缘，员园（员）：缘缘原缘怨援愿 马骁尧，高启聚，石鹏程，等援基于摩尔原库伦准则级配碎石强度研究 允 援公路，圆园员苑，远圆（缘）：圆园怨原圆员缘援怨 梅毕祥，杨敏，贾尚华援基于摩尔库伦准则考虑渗流影响的孔扩张理论 允 援同济大学学报（自然科学版），圆园员苑，源缘（猿）：猿园怨原猿员远援92