CN108613755B - 一种煤堆高温点预测系统及预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤堆高温点预测系统及预测方法，其中，所述煤堆高温点预测系统包括预测管理单元以及分别与所述预测管理单元信号连接的输出控制单元和数据存储单元；所述数据存储单元用于存储不同类型煤堆的内部温度场分布规律数据，所述预测管理单元包括用于输入目标煤堆的参数信息的输入模块，所述预测管理单元根据所输入的参数信息从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过所述输出控制单元进行输出。通过本发明提供的煤堆高温点预测系统及预测方法，可实现对目标煤堆内部温度场的准确预测，并可从温度场中定位出高温点。

Description

一种煤堆高温点预测系统及预测方法

技术领域

本发明涉及煤储运技术领域，尤其涉及一种可对煤堆(层)内部的高温点进行预测的系统以及预测方法。

背景技术

煤是一种重要的燃料，煤堆中的煤与空气接触，会发生氧化反应，并放出热量。煤发生氧化反应后，使煤堆的温度升高。煤的温度升高后，又加速了煤的氧化反应速度。这样，就使煤堆的温度越来越高。当温度超过煤的自燃点时，就会自燃。

煤层自燃火灾危及人员生命，是煤矿的自然灾害之一，每场火灾发生轻则影响生产，重则烧毁设备及有用资源，更严重的则可能造成人员的伤亡及重大的恶性事故，严重地危害着矿井安全与正常持续生产。为了杜绝此类火灾事件的发生，研究煤炭自燃发火的早期预测越来越受到人们的重视。

如今，预防煤堆(层)自燃的方法主要分为有两种：一种是通过在煤堆(层)内部布置大量的测温装置，对煤堆进行实时温度测量，获得煤堆内部的温度分布情况，并通过煤堆内部的温度对煤堆的自燃倾向进行预测，便于及时发现煤堆自燃事件，并通过煤堆高温点的定位，及时对煤堆自燃位置进行降温处理，以避免出现大面积的煤层自燃。预防煤堆(层)自燃的另一种方法是基于对煤堆自燃特性的深入分析，建立可预测煤堆自燃的数学模型，该数学模型通常将影响煤堆自燃的多种参数进行关联，以实现对煤堆自燃发火周期的预测，从而便于相关的煤堆储运管理人员及时采取相应的应对措施。上述两种预防煤堆(层)自燃的方法中，第一种方法测量所得到的是煤堆内部的实际温度，能够较为准确的反应煤堆内部的实际温度，然而，该方法需要在煤堆内部布置大量的温度测量装置，成本较高。第二种方法是通过数学模型来实现对煤堆自燃发火周期的预测，其无需在实体煤堆中布置测温装置，然而，在实际煤堆自燃事件中，影响煤堆自燃的因素较为复杂，其很难通过某种数学模型对其自燃事件进行准确的预测，即实际情况与模拟结果不能实现很好的对应。由此，目前还缺乏既能对煤堆内部的温度实现准确高效的监控，同时又能降低人力物力成本的煤堆(层)自燃预防方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够准确、高效的对煤堆(层)内部的高温点进行预测的系统以及预测方法。

本发明的目的是这样实现的，一种煤堆高温点预测系统，包括预测管理单元以及分别与所述预测管理单元信号连接的输出控制单元和数据存储单元；所述数据存储单元用于存储不同类型煤堆的内部温度场分布规律数据，所述预测管理单元包括用于输入目标煤堆的参数信息的输入模块，所述预测管理单元根据所输入的参数信息从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过所述输出控制单元进行输出。

作为优选的，所述参数信息至少包括煤的种类和煤堆形态参数。

进一步的，所述煤堆形态参数包括煤的粒度构成、煤堆的高度以及煤堆的堆积角度中的任意一种，或者几种的组合。

更进一步的，所述数据存储单元中至少存储有主流煤种煤堆的内部温度场分布规律数据，所述主流煤种包括烟煤、无烟煤和褐煤三大类。

作为优选的，所述参数信息还包括煤堆的储存环境信息，所述环境信息包括气温、湿度以及通风状况。

作为优选的，所述参数信息还包括煤堆的存储时间。

作为优选的，所述数据存储单元所存储的数据包括：同一类型的煤堆在不同存储时间下所对应的煤堆内部温度场的分布规律数据。

进一步的，所述存储时间包括煤堆从其开始堆放直至煤堆开始出现自燃的多个时间段。

作为优选的，所述预测管理单元上还依次连接有数据筛选单元和温度校对单元，所述数据筛选单元用于对预测管理单元从数据存储单元所调取的内部温度场分布规律数据进行筛选，输出与设定的煤堆内部测温点位置和存储时间对应的预测温度值；所述温度校对单元用于接收对所述目标煤堆的与所述设定的煤堆内部测温点位置相对的位置处在所述设定的存储时间下所测量得到的实测温度值，对比所述预测温度值和实测温度值，并将对比结果输出给所述输出控制单元。(该方案可以理解为煤堆的实测温度值可以是对实际煤堆内部的任意位置进行测温而得到的，而本发明中的实施例部分优先选择的是通过对煤堆氧化层的测温得到所述的煤堆实测温度值，理由在于：结合现有技术中对实际煤堆内部的温度测量表明：煤堆的窒息层和冷却层的温度随存储时间的变化不明显(具体可以参考相关资料)，因此很难通过检测煤堆的窒息层和冷却层的温度来预测氧化层的温度，也就是说很难通过窒息层和冷却层的温度来预测煤堆内部的高温点，比如，当氧化层的温度由起始温度达到煤的自燃温度时，煤堆窒息层的温度可能就是从起始的35摄氏度变化到40摄氏度，并且温升过程很慢，其主要原因是由于煤堆内部导热性较差，氧化层的温度很难快速传导到窒息层。同样的，煤堆冷却层由于处于煤堆表层，其实时与外部空气进行热交换，冷却层的温度基本维持不变，并且冷却层的温度容易受到外部温度的干扰，所以通过对冷却层的温度监测也很难预测煤堆内部的高温点。因此，煤堆的氧化层由于随存储时间的变化较为敏感，并且煤堆的高温点基本都出现在氧化层，所以通过对氧化层的温度检测来预测煤堆内部的高温点事最为有效的。)

作为优选的，所述输出控制单元的输出端连接有显示设备，用于显示输出结果。

作为优选的，所述温度监控单元的输出端还与预测管理单元信号连接，温度监控单元将所述实测温度值发送给预测管理单元，预测管理单元将所述实测温度值与对应的所述设定的存储时间以及设定的煤堆内部测温点位置进行关联，并通过数据存储单元进行对应的数据存储。

作为优选的，所述预测管理单元包括数据更新模块，数据更新模块结合存储的实测温度值对所述预测温度进行更新存储，从而使得预测温度值更为准确有效。

进一步的，所述数据更新模块计算至少10个实测温度值的平均值，并通过所述平均值来更新替换所述预测温度值。

作为优选的，通过所述控制输出单元对煤堆内部温度场分布规律数据的展现形式进行输出控制。进一步的，在某一存储时间下所对应的煤堆内部温度场分布规律数据的展现形式包括：通过不同的色块来区分标识煤堆内部不同的温度区域，或者，将煤堆内部相同温度的测温点进行连接形成等温线。

进一步的，煤堆内部温度场分布规律数据的展现形式还包括：煤堆内部的同一测温点随煤堆存储时间的变化趋势线。

作为优选的，煤堆高温点预测系统还包括与输出控制单元连接的报警单元。

进一步的，所述报警单元的报警条件包括：输出控制单元所接收到的所述预测温度值与实测温度值的误差超过设定值时，通过所述报警单元发出报警。进一步优选的，所设定的误差为正负5℃。

作为优选的，所述报警单元的报警条件包括：所述输出控制单元所输出的煤堆的内部温度场分布中的最高温度值超过设定温度。

进一步的，所述设定温度根据煤堆的煤种类不同，设置不同的设定温度。作为一种优选的，所述设定温度为70℃或者80℃。

作为优选的，所述预测管理单元还包括数据录入存储模块，用于存储新的煤堆内部温度场分布规律数据。

本发明的另一目的在于，提供一种煤堆高温点预测方法，其实施步骤包括：预测管理单元根据输入的目标煤堆的参数信息，从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过输出控制单元进行输出。

作为优选的，所述参数信息至少包括煤的种类和煤堆形态参数。

作为优选的，还包括对所述数据存储单元中所存储的煤堆内部温度场的分布规律数据的有效性进行监测的步骤，具体为：

通过数据筛选单元对预测管理单元从数据存储单元所调取的内部温度场分布规律数据进行筛选，输出与设定的煤堆内部测温点位置和存储时间对应的预测温度值；并通过温度校对单元将目标煤堆在设定的存储时间下对设定的煤堆内部测温点位置所测量得到的实测温度值，对比所述预测温度值和实测温度值，并将对比结果输出给所述输出控制单元。

相比现有技术，本发明的有益效果体现在：通过所提供的煤堆高温点预测系统及预测方法，可快速高效的实现对目标煤堆内部高温点的准确预测，可极大减少在实体煤堆中布置温度测量装置，同时确保对煤堆内部温度分布的准确预测，便于煤储运相关的管理人员及时发现煤堆(层)的自燃事件，及时采取相应的预防措施。

附图说明

图1为本发明实施例的煤堆高温点预测系统的结构框图；

图2为本发明另一实施例的煤堆高温点预测系统的结构框图；

图3为本发明实施例的某一存储时间下的煤堆内部温度场分布规律示意图；

图4为本发明实施例的煤堆内部的测温点随煤堆存储时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的煤堆高温点预测系统及预测方法作进一步的阐述说明，应该说明的是，提供以下实施例的目的在于使得本领域技术人员能够更为清楚的明了本发明的技术方案，其并不能构成对本发明实际实施方式的限定。

参阅附图1-4所示，本发明提供的实施例如下。

一种煤堆高温点预测系统，包括预测管理单元以及分别与所述预测管理单元信号连接的输出控制单元和数据存储单元。

所述数据存储单元用于存储不同类型煤堆的内部温度场分布规律数据，数据存储单元中至少存储有主流煤种煤堆的内部温度场分布规律数据，所述主流煤种包括烟煤、烟煤和褐煤三大类；

所述预测管理单元包括用于输入目标煤堆的参数信息的输入模块，所述预测管理单元根据所输入的参数信息从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过所述输出控制单元进行输出。

进一步的，由于煤堆的种类不同，其自燃特性也不同；另外，即使属于相同大类的煤种，由于煤的热值、全水分、挥发分等参数不同，煤堆的自燃特性也有明显的差别，进一步影响煤堆的自燃发火周期。因此，可依据影响煤堆自燃特性的具体参数的不同，对煤堆的类型进行进一步的细分，以提高数据存储单元中所存储的煤堆煤种与待监测目标煤堆煤种的匹配程度，从而利于通过所存储的煤堆内部温度场的分布规律对目标煤堆内部温度场分布规律进行准确、有效的推测。更进一步的，可根据影响煤堆自燃发火期的煤堆的形态参数以及煤堆储存的环境参数，对煤堆的类型进行进一步的细分。综合而言，考虑到能够影响煤堆自燃特性的众多因素，依据煤堆的具体种类和煤堆形态参数进行煤堆类型的细分，从而提高所存储的煤堆内部温度场的分布规律对目标煤堆内部温度场分布规律推测的准确性和有效性。

进一步的，每种类型的煤堆还对应记录有煤堆储存的环境信息，所述环境信息包括气温、湿度以及通风状况。存储的环境信息对于煤堆的氧化进度有着一定的影响，比如，在高温、低通风的条件下，煤堆的氧化反应加快，氧化反应释放的热量容易存储在煤堆内部，造成煤堆内部温度升高，加剧了煤堆自燃倾向，从而缩短了煤堆自燃发火期。因此，对应记录煤堆储存的环境信息有助于准确预测煤堆的高温点。

进一步的，所述数据存储单元所存储的数据包括：同一类型的煤堆在不同存储时间下所对应的煤堆内部温度场的分布规律数据。一种具体的，所述存储时间包括煤堆从其开始堆放直至煤堆开始出现自燃的多个时间段。再进一步的，所述数据存储单元所存储的数据还包括：同一类型煤堆在存储一定时间后，煤堆由表层被部分移除后剩余煤堆内部温度场的分布随存储时间变化的数据。更进一步的，所述数据存储单元所存储的数据还包括：同一类型煤堆在存储一定时间后，煤堆在经历周期性的翻动(目的在于通过对煤堆的氧化层和冷却层的煤进行翻动混合，从而将部分原氧化层的煤翻动到表层进行降温，从而在一定程度上减缓煤堆的自燃进度)的情况下，煤堆内部温度场的分布随存储时间变化的数据。由上述方案，可使得所述数据存储单元所述存储的煤堆内部温度场分布规律与实际存储煤堆的匹配更为准确，从而提高对实际存储煤堆内部温度场分布进行预测的准确性和有效性。

作为优选的，通过所述输入模块可输入的所述参数信息包括煤的种类、煤堆形态参数和煤堆存储时间。更具体的，所述煤堆形态参数包括煤的粒度构成、煤堆的高度以及煤堆的堆积角度中的任意一种，或者几种的组合。更进一步的，所述参数信息还包括煤堆的储存环境信息，所述环境信息包括气温、湿度以及通风状况。

作为优选的，所述预测管理单元上还依次连接有数据筛选单元和温度校对单元，所述数据筛选单元用于对预测管理单元从数据存储单元所调取的内部温度场分布规律数据进行筛选，输出与设定的煤堆内部测温点位置和存储时间对应的预测温度值；所述温度校对单元用于接收对所述目标煤堆的与所述设定的煤堆内部测温点位置相对的位置处在所述设定的存储时间下所测量得到的实测温度值，对比所述预测温度值和实测温度值，并将对比结果输出给所述输出控制单元。由此，可通所述对比结果，校验所述预测温度值是否有效可靠。过作为一种优选的，所述设定的煤堆内部测温点位置可选取在煤堆的氧化层。通常情况下，煤堆按照从中心到表层可分为：窒息层、氧化层和冷却层，而煤堆的自燃通常发生在氧化层，因此，检测煤堆氧化层的温度有助于及时、准确的预测出煤堆是否有自燃的情况出现。根据煤堆类型的不同，所述氧化层位于距离煤堆表面1—4米的区域。

作为优选的，所述煤堆温度监测单元包括温度探测器，所述温度探测器包括长度为0.5—4米的中空金属杠体，所述杠体内部沿杆体的长度方向间隔设置有多个温度传感器，用于煤堆内部不同深度的位置进行温度探测。所述金属杆体的长度使得其能够伸入到煤堆的氧化层，以探测煤堆氧化层的温度。

作为优选的，所述温度监控单元的输出端还与预测管理单元信号连接，温度监控单元将所述实测温度值发送给预测管理单元，预测管理单元将所述实测温度值与对应的所述设定的存储时间以及设定的煤堆内部测温点位置进行关联，并通过数据存储单元进行对应的数据存储。

作为优选的，所述预测管理单元包括数据更新模块，数据更新模块结合存储的实测温度值对所述预测温度进行更新存储，从而使得预测温度值更为准确有效。作为一种具体的，所述数据更新模块计算至少10个实测温度值的平均值，并通过所述平均值来更新替换所述预测温度值。

作为优选的，所述输出控制单元的输出端连接有显示设备，用于显示输出结果。

作为优选的，通过所述控制输出单元对煤堆内部温度场分布规律数据的展现形式进行输出控制。具体的，在某一存储时间下所对应的煤堆内部温度场分布规律数据的展现形式包括：通过不同的色块来区分标识煤堆内部不同的温度区域，或者，将煤堆内部相同温度的测温点进行连接形成等温线。如图3所示为煤堆高度为15m，底部圆周半径为20m的煤堆在某一存储时间下的内部温度场分布。进一步的，煤堆内部温度场分布规律数据的展现形式还包括：煤堆内部的同一测温点随煤堆存储时间的变化趋势线。如图4所示为煤堆内部的某一测温点的温度随存储时间的变化曲线。

作为优选的，煤堆高温点预测系统还包括与输出控制单元连接的报警单元。作为一种具体的，所述报警单元的报警条件包括：输出控制单元所接收到的所述预测温度值与实测温度值的误差超过设定值时，或，所述输出控制单元所输出的煤堆的内部温度场分布中的最高温度值超过设定温度。一种具体的，所设定的误差为正负5℃，即当预测温度值与实测温度值的温度数值误差超过5℃时，视为偏差过大，由此，可认为数据存储单元中所存储的煤堆内部温度场分布规律数据已不适合用于预测目标煤堆内部的温度场分布，由此，通过报警单元发出警报予以提示。

进一步的，煤堆的煤种类不同，煤的最低自燃温度不同，由此，设置不同的设定温度。作为一种优选的，所述设定温度为70℃或者80℃。

作为优选的，所述预测管理单元还包括数据录入存储模块，用于存储新的煤堆内部温度场分布规律数据。由此，可以不断丰富数据存储单元所存储的煤堆内部温度场部分规律数据，使得对目标煤堆的内部高温点的预测更为准确。

本发明的另一目的在于，提供一种煤堆高温点预测方法，其实施步骤包括：预测管理单元根据输入的目标煤堆的参数信息，从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过输出控制单元进行输出。作为优选的，所述参数信息至少包括煤的种类和煤堆形态参数。

作为优选的，还包括对所述数据存储单元中所存储的煤堆内部温度场的分布规律数据的有效性进行监测的步骤，具体为：

通过数据筛选单元对预测管理单元从数据存储单元所调取的内部温度场分布规律数据进行筛选，输出与设定的煤堆内部测温点位置和存储时间对应的预测温度值；并通过温度校对单元将目标煤堆在设定的存储时间下对设定的煤堆内部测温点位置所测量得到的实测温度值，对比所述预测温度值和实测温度值，并将对比结果输出给所述输出控制单元。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种煤堆高温点预测系统，其特征在于，包括预测管理单元以及分别与所述预测管理单元信号连接的输出控制单元和数据存储单元；所述数据存储单元用于存储不同类型煤堆的内部温度场分布规律数据，所述预测管理单元包括用于输入目标煤堆的参数信息的输入模块，所述预测管理单元根据所输入的参数信息从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过所述输出控制单元进行输出；

所述参数信息至少包括煤的种类和煤堆形态参数；

所述参数信息还包括煤堆的储存环境信息，所述环境信息包括气温、湿度以及通风状况；

所述参数信息还包括煤堆的存储时间；

所述数据存储单元所存储的数据包括：同一类型的煤堆在不同存储时间下所对应的煤堆内部温度场的分布规律数据；

所述存储时间包括煤堆从其开始堆放直至煤堆开始出现自燃的多个时间段；

所述预测管理单元上还依次连接有数据筛选单元和温度校对单元，所述数据筛选单元用于对预测管理单元从数据存储单元所调取的内部温度场分布规律数据进行筛选，输出与设定的煤堆内部测温点位置和存储时间对应的预测温度值；所述温度校对单元用于接收对所述目标煤堆的与所述设定的煤堆内部测温点位置相对的位置处在所述设定的存储时间下所测量得到的实测温度值，对比所述预测温度值和实测温度值，并将对比结果输出给所述输出控制单元。

2.根据权利要求1所述的煤堆高温点预测系统，其特征在于，所述输出控制单元的输出端连接有显示设备，用于显示输出结果。

3.一种煤堆高温点预测方法，应用于权利要求1所述的煤堆高温点预测系统，其特征在于，实施步骤包括：预测管理单元根据输入的目标煤堆的参数信息，从数据存储单元调取与目标煤堆的参数信息相匹配煤堆的内部温度场的分布规律数据，并通过输出控制单元进行输出。

4.根据权利要求3所述的煤堆高温点预测方法，其特征在于，所述参数信息至少包括煤的种类和煤堆形态参数。

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