煤礦自燃火災(zāi)光纖測溫束管監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦自燃火災(zāi)光纖測溫束管監(jiān)測系統(tǒng)及方法，屬于監(jiān)測和預(yù)報(bào)煤礦自燃發(fā)火趨勢領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國開采的煤礦中，存在自燃發(fā)火危險(xiǎn)的礦井占總礦井?dāng)?shù)的70%左右，自燃發(fā)火煤層占累計(jì)可采煤層數(shù)的80%，且自燃火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)占礦井火災(zāi)總數(shù)的94%以上。因此，自然發(fā)火事故的預(yù)防必然成為煤礦安全研宄的重點(diǎn)。及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出火災(zāi)早期預(yù)報(bào)，并能及時(shí)確定火源點(diǎn)位置，不僅可以及時(shí)采取防滅火措施，將火災(zāi)事故消除于萌芽狀態(tài)，而且大大減少滅火造成的經(jīng)濟(jì)損失，防止火災(zāi)甚至爆炸事故的發(fā)生，避免因此造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]研宄表明，煤的自燃發(fā)展，一般要經(jīng)過三個(gè)時(shí)期，即潛伏期、自熱期和燃燒期。在潛伏期，也稱準(zhǔn)備期，煤體溫度與周圍環(huán)境溫度基本沒有什么變化，但煤的著火溫度降低，化學(xué)活性增強(qiáng)。進(jìn)入自燃期，煤的氧化速度增加，并分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化生成熱開始使煤體溫度升高，當(dāng)煤溫超過自熱的臨界值60?80°C時(shí)，煤溫將急劇上升，氧化速度加快，并出現(xiàn)煤的干餾，生成碳?xì)浠衔顲mHn、氫H2及一氧化碳CO等可燃?xì)怏w。這時(shí)也是防火滅火最關(guān)鍵的時(shí)期。如果此時(shí)不及時(shí)采取一些防滅火措施，煤溫將繼續(xù)上升至著火溫度而進(jìn)入燃燒期。
[0004]煤在氧化自燃過程中，不僅放出一定的熱量，而且還熱解釋放出CCKC2H4和C2H6等碳?xì)浠衔?，且分解的氣體成分及其濃度與煤溫之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。因此，直接檢測煤的熱解氣體產(chǎn)物和空氣中成分變化即可判斷煤的自燃發(fā)展程度，以便進(jìn)行火災(zāi)的早期預(yù)報(bào)。
[0005]目前，煤礦礦井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)開始在煤礦中得到越來越多的普及和應(yīng)用。礦井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)是借助束管將井下各處的空氣抽取、匯總到指定的地點(diǎn)，再借助色譜檢測裝置對管束所采集的空氣樣本進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對CO、CO2, CH4, C2H4, C2H6、02、N2等氣體含量的在線監(jiān)測，其分析結(jié)果在以實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)告、分析日報(bào)兩種方式提供數(shù)據(jù)的同時(shí)，亦可自動存入數(shù)據(jù)庫中，以便今后對某種氣體含量的變化趨勢進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)了對礦井自燃火災(zāi)的早期預(yù)測，但是因礦井面積非常大，難以找到火源點(diǎn)，有時(shí)為避免爆炸或造成大的火災(zāi)，不得不封閉礦井，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
[0006]分布式測溫光纖系統(tǒng)作為一種新興的煤礦礦井火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測知測溫光纖上的位置及溫度，集傳感和傳輸與一體，光纖既是感應(yīng)器又是信號傳輸通道，系統(tǒng)利用光纖所處空間溫度場對光纖中的向后散射光信號進(jìn)行調(diào)研，再經(jīng)過信號調(diào)解、采集和處理將溫度及位置信息實(shí)時(shí)顯示出來，設(shè)定預(yù)警溫度，及時(shí)預(yù)警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種煤礦自燃火災(zāi)光纖測溫束管監(jiān)測系統(tǒng)，既能夠判定發(fā)火趨勢，進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警，同時(shí)又可以測知火源點(diǎn)位置，極大便利了火災(zāi)治理，減少經(jīng)濟(jì)損失。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種煤礦自燃火災(zāi)光纖測溫束管監(jiān)測方法，對束管監(jiān)測系統(tǒng)的判斷發(fā)火趨勢的分析數(shù)據(jù)和分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)的位置及溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，確定發(fā)火趨勢，確定火源點(diǎn)位置。
[0009]本發(fā)明所述的煤礦自燃火災(zāi)光纖測溫束管監(jiān)測系統(tǒng)，包括束管監(jiān)測系統(tǒng)、分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測分析系統(tǒng)；束管監(jiān)測系統(tǒng)包括束管組件，束管組件與井上的控制柜之間通過束管相連，控制柜連接色譜儀，色譜儀位于井上；束管組件包括單管，單管沿回風(fēng)巷道布置，并隨采煤工作面推進(jìn)不斷移動，單管位于回風(fēng)巷道內(nèi)的一端設(shè)置粉塵過濾器，另一端連接輸氣泵站，輸氣泵站與束管分路箱相連，束管分路箱與控制柜相連；分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)包括測溫光纖與測溫分站，采空區(qū)兩側(cè)回風(fēng)巷道和進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)分別布置測溫光纖，測溫光纖與測溫分站；監(jiān)測分析系統(tǒng)位于井上，包括監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測主機(jī)連接交換機(jī)，交換機(jī)分別與測溫分站、輸氣泵站、控制柜、色譜儀相連。
[0010]本發(fā)明所述的煤礦自燃火災(zāi)光纖測溫束管監(jiān)測系統(tǒng)，束管監(jiān)測系統(tǒng)采集井下氣體，并由控制柜將氣體輸送到色譜儀進(jìn)行分析，色譜儀將分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測主機(jī)；分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)采集井下采空區(qū)測溫光纖上相應(yīng)位置及溫度信息并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測主機(jī)；監(jiān)測主機(jī)對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，確認(rèn)發(fā)火趨勢，確定火源點(diǎn)位置。
[0011]所述的色譜儀連接報(bào)警裝置，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，及時(shí)報(bào)警；色譜儀對采樣氣體進(jìn)行分析，達(dá)到火災(zāi)預(yù)警的數(shù)據(jù)時(shí)，報(bào)警裝置報(bào)警。報(bào)警裝置為常規(guī)報(bào)警裝置，可以設(shè)置聲音報(bào)警、短信報(bào)警等。
[0012]所述的控制柜連接2-60個(gè)束管組件，一般連接2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)、16個(gè)、30個(gè)、60個(gè)；所述的測溫分站連接4-8條布置到不同礦井的測溫光纖，一般一個(gè)礦井布置2條測溫光纖，分別布置在進(jìn)風(fēng)巷道和回風(fēng)巷道；相應(yīng)的，2個(gè)礦井可以布置4條光纖，3個(gè)礦井可以布置6條光纖，4個(gè)礦井可以布置8條光纖，這8條光纖可以連接到一個(gè)測溫分站。分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)可以設(shè)置多個(gè)，可以設(shè)置2-60個(gè)，一般設(shè)置2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)?？梢酝瑫r(shí)對多個(gè)礦井設(shè)置束管監(jiān)測系統(tǒng)，方便簡單。
[0013]所述的測溫分站連接報(bào)警裝置，可以設(shè)置多種報(bào)警模式，比如連續(xù)升溫報(bào)警、最高溫度報(bào)警、快速升溫報(bào)警等，達(dá)到報(bào)警設(shè)定值后，報(bào)警裝置報(bào)警。報(bào)警裝置為常規(guī)報(bào)警裝置，可以設(shè)置聲音報(bào)警、短信報(bào)警等。
[0014]分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測知光纖上相應(yīng)位置及溫度并實(shí)時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，但是因?yàn)槭艿街車ぷ髟O(shè)備溫度影響，以及光纖距離火源點(diǎn)遠(yuǎn)近不同的影響，溫度并不能絕對反應(yīng)火源溫度，不能判定發(fā)火趨勢。
[0015]束管監(jiān)測系統(tǒng)采集井下氣體，并由控制柜將氣體分路輸送到色譜儀進(jìn)行分析，計(jì)算出采集氣體成分以及氣體組成成分的含量，通過氣體成分的變化趨勢來判定發(fā)火趨勢，監(jiān)測主機(jī)利用常規(guī)的爆炸三角形和四方圖，烷烯比等數(shù)據(jù)規(guī)律判定發(fā)火趨勢，確定發(fā)火趨勢，并將發(fā)火趨勢的相關(guān)數(shù)據(jù)與分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)輸送到監(jiān)測主機(jī)的溫度及位置信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，確定發(fā)火趨勢，并依據(jù)火源高溫度位置分布，判定火源點(diǎn)的位置。
[0016]確定火源點(diǎn)的位置后，極大地提高了火災(zāi)治理可控程度，簡化了火災(zāi)預(yù)防和治理，減少了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對應(yīng)束管監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警級別，采取相應(yīng)措施進(jìn)行處置即可。
[0017]當(dāng)一氧化碳?xì)怏w含量緩慢上升，濃度達(dá)到100PPM以上，出現(xiàn)乙烷時(shí)，有發(fā)火可能，早期預(yù)警，立即查看火源點(diǎn)位置，及時(shí)滅火。避免了原來需要人工查找火源點(diǎn)位置的繁雜，有效節(jié)省了時(shí)間，能夠在最關(guān)鍵的搶救時(shí)間做好搶救工作，減少了經(jīng)濟(jì)損失，避免了人員傷亡。
[0018]—氧化碳?xì)怏w含量緩慢上升，濃度達(dá)到300PPM以上，出現(xiàn)乙烯時(shí)，發(fā)火趨勢較大，中期預(yù)警；立即組織消防措施，組織人員到火源點(diǎn)位置及時(shí)滅火。避免了原來需要人工查找火源點(diǎn)位置的繁雜，有效節(jié)省了時(shí)間，減少了經(jīng)濟(jì)損失，避免了人員傷亡。
[0019]當(dāng)乙烷和乙烯比例達(dá)到I時(shí)，火災(zāi)即將發(fā)生，緊急預(yù)警；需要立刻滅火，或者采取其他緊急措施，如無法確定火源點(diǎn)位置，根據(jù)情況需要封井以避免造成大的火災(zāi)或者爆炸。
[0020]監(jiān)測主機(jī)是進(jìn)行束管監(jiān)控和光纖測溫的操作控制、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理分析、實(shí)現(xiàn)指標(biāo)氣體趨勢分析、煤礦自燃發(fā)火趨勢判斷、火源高溫點(diǎn)判定、數(shù)據(jù)庫存儲、人機(jī)交互的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)包含用戶界面、設(shè)備