本發(fā)明涉及煤礦安全監(jiān)測，具體涉及一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、當地下煤炭或煤矸石等被開采完成后，在煤礦開采區(qū)會留下空洞或空腔區(qū)域，即采空區(qū)，通常這些采空區(qū)都會用密閉墻密封，這樣在采空區(qū)內部的氧氣會因為殘余煤炭的氧化而逐漸減少，當采空區(qū)內的含氧量減少到一定程度后，在采空區(qū)中不同位置形成不同的物理狀態(tài)區(qū)域，也叫“三帶”(散熱帶、氧化帶、窒息帶)區(qū)域，煤炭的氧化就會停止，從而達到防止采空區(qū)內殘余煤炭因氧化發(fā)熱引起火災事故的目的。但是，由于采煤面具有推進距離長、煤層厚、頂板地質結構復雜、密閉墻或巷道空側有裂縫等特點，在煤礦不斷開采掘進過程中，或地質結構變化過程中，容易在采空區(qū)產生漏風供氧，構成了采空區(qū)自然發(fā)火的隱患。因此，對煤礦采空區(qū)煤自燃現(xiàn)象需要進行實時長期監(jiān)測和預警。

2、由于采空區(qū)處于密封狀態(tài)，工作人員無法進入地點進行監(jiān)測，目前對采空區(qū)溫度的檢測可以采用觀測孔通過檢測閉墻內的一氧化碳等標志性氣體的濃度來推算采空區(qū)內部溫度，該種方法存在效率低，檢測周期長，且數據不準確等缺點。相關技術中，可利用束管采樣系統(tǒng)的真空泵和多芯塑料束管，采取預埋束管采樣地點的氣體，利用氣相色譜分析儀可以分析各個測點氣體組分濃度的變化，也可利用埋設溫度傳感器的方式對采空區(qū)內部的溫度進行監(jiān)測。然而，雖然相關技術中已有對于采空區(qū)內溫度和/或氣體進行監(jiān)測的相關方案，但仍存在一定的局限性，難以實現(xiàn)對于采空區(qū)中煤炭自燃發(fā)火的演變過程的充分監(jiān)測。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)及方法，以實現(xiàn)對采空區(qū)中煤炭自燃發(fā)火的演變過程的全過程監(jiān)測。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面，提供了一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，包括：多點激光光纖微風監(jiān)測裝置、光纖分布式溫度監(jiān)測裝置、多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置、激光一氧化碳監(jiān)測裝置和監(jiān)測主機；所述多點激光光纖微風監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的多點激光光纖微風傳感器，和與多點激光光纖微風傳感器相連的多點激光光纖微風監(jiān)測模塊；所述光纖分布式溫度監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的光纖分布式溫度傳感光纜，和與光纖分布式溫度傳感光纜相連的光纖分布式溫度監(jiān)測模塊；所述多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的多點激光光纖甲烷傳感器，和與多點激光光纖甲烷傳感器相連的多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊；所述激光一氧化碳監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的激光一氧化碳束管，和與激光一氧化碳束管相連的激光一氧化碳監(jiān)測模塊；所述監(jiān)測主機設置在采空區(qū)外，且多點激光光纖微風監(jiān)測模塊、光纖分布式溫度監(jiān)測模塊、多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊、激光一氧化碳監(jiān)測模塊均集成在監(jiān)測主機內。

3、優(yōu)選的，所述多點激光光纖微風傳感器、光纖分布式溫度傳感光纜、多點激光光纖甲烷傳感器均為無源器件。

4、優(yōu)選的，若干多點激光光纖微風傳感器預埋在采空區(qū)密閉墻內側的預設位置，并通過光纜與監(jiān)測主機的多點激光光纖微風監(jiān)測模塊相連。

5、優(yōu)選的，若干條光纖分布式溫度傳感光纜預埋在采空區(qū)密閉墻內側的預設位置，并通過引導光纜與監(jiān)測主機的光纖分布式溫度監(jiān)測模塊相連。

6、優(yōu)選的，若干多點激光光纖甲烷傳感器預埋在采空區(qū)密閉墻內側的預設位置，并通過光纜與監(jiān)測主機的多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊相連。

7、優(yōu)選的，多個激光一氧化碳束管預設排布在采空區(qū)三帶區(qū)域的預設位置，各激光一氧化碳束管均與激光一氧化碳監(jiān)測模塊相連。

8、優(yōu)選的，所述監(jiān)測主機還包括通訊模塊，所述通訊模塊與外部終端通訊連接，用于實時上傳多點激光光纖微風監(jiān)測裝置、光纖分布式溫度監(jiān)測裝置、多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置、激光一氧化碳監(jiān)測裝置的監(jiān)測數據。

9、優(yōu)選的，所述通訊模塊通過交換機與外部終端通訊連接，或者，所述通訊模塊與外部終端無線通信連接。

10、優(yōu)選的，所述監(jiān)測主機還包括電源模塊，所述電源模塊用于為監(jiān)測主機及多點激光光纖微風監(jiān)測模塊、光纖分布式溫度監(jiān)測模塊、多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊、激光一氧化碳監(jiān)測模塊供電。

11、本發(fā)明的第二方面，提供了一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測方法，包括：

12、實時獲取煤礦采空區(qū)內的微風、溫度、甲烷、一氧化碳的監(jiān)測數據；

13、基于微風監(jiān)測數據對采空區(qū)進行漏風監(jiān)測，基于溫度監(jiān)測數據對采空區(qū)內煤炭氧化進行發(fā)熱監(jiān)測，基于甲烷監(jiān)測數據對采空區(qū)內煤炭發(fā)熱釋放的甲烷進行監(jiān)測，基于一氧化碳監(jiān)測數據對采空區(qū)內煤炭低溫氧化釋放的一氧化碳進行監(jiān)測。

14、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、本發(fā)明提供了一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)了對采空區(qū)中煤炭自燃發(fā)火的演變過程的全過程監(jiān)測。在采空區(qū)“三帶”形成過程中對采空區(qū)內部的四種物理參數進行同時的監(jiān)測，從對可能引起煤炭氧化的漏風監(jiān)測，到對氧化過程中引起的煤炭發(fā)熱溫度監(jiān)測，再到對由于煤炭發(fā)熱釋放的多余甲烷濃度監(jiān)測，再到對煤炭低溫氧化釋放的一氧化碳監(jiān)測，這樣就形成了對采空區(qū)中煤炭自燃發(fā)火的演變過程的全過程監(jiān)測，特別是針對采空區(qū)自燃發(fā)火的不同階段，對不同種類的物理參數進行監(jiān)測，增加了監(jiān)測信息種類和信息量，為準確判斷采空區(qū)的狀態(tài)提供可靠的技術支撐。此外，埋設在采空區(qū)內的監(jiān)測裝置均采用本質安全的無源器件，從而確保在易燃的采空區(qū)內部監(jiān)測的安全性，且能夠長期埋設在采空區(qū)密閉墻內部，對采空區(qū)密閉墻內部煤炭自燃發(fā)火前期的四種主要物理量進行實時的在線監(jiān)測，確保長期監(jiān)測過程的可靠性。

16、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術特征：

1.一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：多點激光光纖微風監(jiān)測裝置、光纖分布式溫度監(jiān)測裝置、多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置、激光一氧化碳監(jiān)測裝置和監(jiān)測主機；所述多點激光光纖微風監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的多點激光光纖微風傳感器，和與多點激光光纖微風傳感器相連的多點激光光纖微風監(jiān)測模塊；所述溫度監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的光纖分布式溫度傳感光纜，和與光纖分布式溫度傳感光纜相連的光纖分布式溫度監(jiān)測模塊；所述多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的多點激光光纖甲烷傳感器，和與多點激光光纖甲烷傳感器相連的多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊；所述激光一氧化碳監(jiān)測裝置包括設置在采空區(qū)內的激光一氧化碳束管，和與激光一氧化碳束管相連的激光一氧化碳監(jiān)測模塊；所述監(jiān)測主機設置在采空區(qū)外，且多點激光光纖微風監(jiān)測模塊、光纖分布式溫度監(jiān)測模塊、多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊、激光一氧化碳監(jiān)測模塊均集成在監(jiān)測主機內。

2.如權利要求1所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述多點激光光纖微風傳感器、光纖分布式溫度傳感光纜、多點激光光纖甲烷傳感器均為無源器件。

3.如權利要求2所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，若干多點激光光纖微風傳感器預埋在采空區(qū)密閉墻內側的預設位置，并通過光纜與監(jiān)測主機的多點激光光纖微風監(jiān)測模塊相連。

4.如權利要求2所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，若干條光纖分布式溫度傳感光纜預埋在采空區(qū)密閉墻內側的預設位置，并通過引導光纜與監(jiān)測主機的光纖分布式溫度監(jiān)測模塊相連。

5.如權利要求2所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，若干多點激光光纖甲烷傳感器預埋在采空區(qū)密閉墻內側的預設位置，并通過光纜與監(jiān)測主機的多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊相連。

6.如權利要求2所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，多個激光一氧化碳束管預設排布在采空區(qū)三帶區(qū)域的預設位置，各激光一氧化碳束管均與激光一氧化碳監(jiān)測模塊相連。

7.如權利要求1所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測主機還包括通訊模塊，所述通訊模塊與外部終端通訊連接，用于實時上傳多點激光光纖微風監(jiān)測裝置、光纖分布式溫度監(jiān)測裝置、多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置、激光一氧化碳監(jiān)測裝置的監(jiān)測數據。

8.如權利要求7所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊模塊通過交換機與外部終端通訊連接，或者，所述通訊模塊與外部終端無線通信連接。

9.如權利要求1所述的一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測主機還包括電源模塊，所述電源模塊用于為監(jiān)測主機及多點激光光纖微風監(jiān)測模塊、光纖分布式溫度監(jiān)測模塊、多點激光光纖甲烷監(jiān)測模塊、激光一氧化碳監(jiān)測模塊供電。

10.一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

技術總結
本發(fā)明提供了一種煤礦采空區(qū)無源多參數監(jiān)測系統(tǒng)及方法，涉及煤礦安全監(jiān)測技術領域，包括：多點激光光纖微風監(jiān)測裝置、光纖分布式溫度監(jiān)測裝置、多點激光光纖甲烷監(jiān)測裝置、激光一氧化碳監(jiān)測裝置和監(jiān)測主機。本發(fā)明通過無源器件，對煤礦內采空區(qū)“三帶”形成過程中采空區(qū)內部的四種物理參數進行同時監(jiān)測，能夠實現(xiàn)對采空區(qū)中煤炭自燃發(fā)火的演變過程的全過程監(jiān)測。

技術研發(fā)人員：劉統(tǒng)玉,寧雅農,孟輝,姜龍,蓋曉軍,金光賢,顏亮
受保護的技術使用者：山東微感光電子有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2