CN108661717B - 一种露天煤炭自燃预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种露天煤炭自燃预警系统，包括探杆，探杆上设置有若干个温度传感器和气体检测仪；探杆的顶部设置有信号发射器，信号发射器通过导线分别与温度传感器和气体检测仪连接；探杆的中部设置有支撑板，支撑板上设置有气象监测仪，气象监测仪通过导线连接有控制器，控制器的另一端与信号发射器连接；信号发射器通过无线模块与信号接收器连接，信号接收器通过导线与计算机连接。该系统使用太阳能供电太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简略。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭自然预警技术领域，特别涉及一种露天煤炭自燃预警系统。
背景技术
煤炭作为我国主体的能源，在国民经济发展过程中起着至关重要的作用。煤炭的自燃是煤炭的开采过程中主要的灾害之一，我国的新疆、宁夏等地每年因为煤炭自燃而造成的煤炭损失超过1000万吨。煤炭的自燃不仅带来能源的巨大损失，同时在煤炭自燃过程中生成的大量的SO2、H2S、CO和CO2等有害气体，也给环境造成了严重的污染，同时造成植被的死亡，土壤的沙漠化，煤炭自燃在世界范围内也是一个亟需解决的难题。
煤体温度变化是衡量煤炭自燃发火的重要指标之一，所以在煤炭自燃的预测预报方法中，比较直接的方法是对煤体的温度进行测定，通过分析煤体温度的变化，可以在煤炭发生自燃之前，进行预防措施，如喷水、灌浆等，来防止煤炭自燃。在对不易进行煤体温度测量的区域或煤体温度测定存在一定误差的时候，可以通过对煤体受热分解或氧化分解释放的产物进行监测来推测煤体温度变化，煤样升温试验和实践都证明，气体产物和煤的温度有着密切的关系，分析煤样在不同温度时气体的成分(尽管气体很微量)，从中找出煤温与氧化气体产物对应关系，把那些直接、易于检测、有代表性和规律性的气体，即所谓的“指标气体”，通过分析某监测点的气体，就可以间接得到煤体的温度，采取相应的措施。
露天煤矿开采要考虑开采经济问题根据经济合理剥采比的确定开采境界不可避免的存在端帮遗煤问题，端帮遗煤和工作面煤体长期暴露在空气中使得煤体氧化加剧，煤体整体性因采掘设备遭到破坏，使得煤体裂隙度增加与空气有效接触面积增大，进一步加快其氧化速度，大量积聚的热量由于煤炭所在的特殊地形很难散出，造成自燃。
目前，针对露天矿火灾的处理主要是在于“治”是指暴露在空气中的煤炭发生自燃后，采取相应的措施，如洒水，灌浆等，这在一定程度上能够获得比较好的效果，但是一旦在煤炭发火后消防人员救援不及时，会造成巨大的煤炭资源损失，煤炭自燃后会造成边坡应力重新分布，弱面增加影响露天矿边坡的稳定，严重的话会造成露天矿滑坡，甚至增加后期的井工的开采遗煤难度，尤其是发火产生的有害气体，高温烟流及粉尘会造成露天矿坑内空气污染，甚至会影响工作人员的健康与生命，一旦由于煤炭自燃而出现停工停产其所造成的开采成本会急剧增加，因此，对露天矿火灾的预警报警研究及预警报警系统的开发显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种露天煤炭自燃预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供了一种露天煤炭自燃预警系统，包括探杆，所述探杆上设置有若干个温度传感器和气体检测仪；所述探杆的顶部设置有信号发射器，所述信号发射器通过导线分别与温度传感器和气体检测仪连接；所述探杆的中部设置有支撑板，所述支撑板上设置有气象监测仪，所述气象监测仪通过导线连接有控制器，所述控制器的另一端与信号发射器连接；所述信号发射器通过无线模块与信号接收器连接，所述信号接收器通过导线与计算机连接。
较佳地，所述支撑板上设置有蓄电池组，所述蓄电池组通过导线与信号发射器连接。
较佳地，所述支撑板上设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过导线与蓄电池组连接。
较佳地，所述探杆为可伸缩性探杆。
较佳地，所述温度传感器的规格型号为：WRM-101。
较佳地，所述气体检测仪为CO气体浓度检测传感器。
本发明的有益效果是：
1)根据权利要求所述的煤炭自燃预警系统，其煤炭温度监测子系统可以对煤体不同深度进行温度的监测。
2)根据权利要求所述的煤炭自燃预警系统，其煤炭自燃指标气体监测子系统可对煤炭氧化反应产生的CO进行监测。
3)根据权利要求所述的煤炭自燃预警系统，气象条件监测子系统可对露天矿坑区域范围内的风力、风向、大气温度、空气湿度等气象条件进行监测。
4)根据权利要求所述的煤炭自燃预警系统，数据交换与处理子系统利用GPS技术对监测点进行定位，利用GPRS技术进行监测数据的无线传输，利用非线性理论对数据进行分析。
5)根据权利要求所述的煤炭自燃预警系统，其人机对话子系统根据数据交换与处理子系统的数据，可以反馈给用户煤体不同深度、不同时间的温度变化曲线；煤体自燃指标气体的变化曲线；气象参数的变化曲线；并根据分析结果对采场的煤炭自燃危险程度进行判断，对将发生自燃的监测点报警。
本发明提供的一种露天煤炭自燃预警系统，使用太阳能供电太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简略，运转不变牢靠。一套光伏发电系统只需有太阳能电池组件就能发电，加之主动节制技术的普遍采用，根本上可完成无人值守，维护成本低。而且在安装完成之后可持续为检测设备和GPRS信号发射器持续供电，当光照充足时可把多余的电量储存起来用于光照不足时候给设备供电，这样就解决了阴雨天等光照不足的时候设备不因关照不足而停止工作。使用太阳能给设备供电也可以不用因电能耗尽而频繁的更换蓄电池。太阳能电池组件构造简略，体积小，分量轻，便于运输和装置。光伏发电系统建立周期短，而用依据用电负荷容量可大可小，便利灵敏，极易组合、扩容。使用GPRS技术可以对检测系统所采集的数据信息随时发送到计算机进行数据处理，不用人员专门去现场检测和记录数据，实现了“一劳永逸”的目标。使用该检测系统在火灾风险大的地方多设置风险小的地方少设置甚至不设置，这样就可以不用因检测采集数据在露天矿台阶上进行频繁的进行打孔而破坏露天矿边坡的整体性和软弱夹层增多增加滑坡的风险。在数据处理系统方面使用非线性理论使得在处理数据方面更能有效的分析煤炭自燃过程中温度动态变化规律以及“指标气体”产生和浓度变化规律。
附图说明
图1为本发明提供的一种露天煤炭自燃预警系统结构示意图。
附图标记说明：
1、探杆；2、温度传感器；3、气体检测仪；4、信号发射器；5、支撑板；6、气象监测仪；7、控制器；8、蓄电池组；9、太阳能电池板；10、信号接收器；11、计算机。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种露天煤炭自燃预警系统，包括探杆1，探杆1上设置有若干个温度传感器2和气体检测仪3；探杆1的顶部设置有信号发射器4，信号发射器4通过导线分别与温度传感器2和气体检测仪3连接；探杆1的中部设置有支撑板5，支撑板5上设置有气象监测仪6，气象监测仪6通过导线连接有控制器7，控制器7的另一端与信号发射器4连接；信号发射器4通过无线模块与信号接收器10连接，信号接收器10通过导线与计算机11连接。
在本发明实施例中，支撑板5上设置有蓄电池组8，蓄电池组8通过导线与信号发射器4连接。支撑板5上设置有太阳能电池板9，太阳能电池板9通过导线与蓄电池组8连接。探杆1为可伸缩性探杆。温度传感器2的规格型号为：WRM-101。气体检测仪3为CO气体浓度检测传感器。
本发明所涉及的煤炭自燃预警系统，具体的实施包括以下步骤：
1、用户在选取的监测地点，打孔，安装搭载测温子系统和指标气体的探杆，测温子系统由四个不同深度的的测温传感器、传输导线、数据传输模块、供电模块构成，供电通过太阳能蓄电池解决解决供电问题。所测温度数据由GPRS技术传到数据交换处理子系统，数据处理子系统利用GPS技术定位数据监测点位置。指标气体的供电同样通过太阳能蓄电池解决，数据的传输与定位与温度数据同样；
2、在矿坑范围内选取监测点，安设气象监测子系统，根据实际需要可设多点，气象子系统的供电、数据传输、定位与测温子系统和指标气体子系统相同；
3、数据交换处理子系统接收由温度监测子系统、指标气体子系统、气象参数监测子系统的传输的数据，根据距离需要，可能增设信号中继塔。温度数据、指标气体数据、气象参数数据经过数据交换处理子系统的处理，提供给人机对话子系统；
4、人机对话用户界面根据数据交换处理子系统的数据，可能反馈给用户温度变化情况、指标气体的变化情况，对采场可能出现的自燃险情，进行预警。煤炭的预警包括几种模型或方法，预警的等级分为黄色预警、橙色预警和红色预警。对于煤体温度，当煤体温度超过60℃，进行橙色预警，当煤体温度超过110℃，进行红色预警。对于指标气体一项指标，本发明选取CO为指标气体，与井工煤矿的封闭空间不同，露天煤矿为开放的空间，指标气体的扩散和稀释较封闭空间更加容易和迅速，因此在露天煤矿的预警中，当指标气体CO被监测出现时，将进行红色预警。当煤体温度未超过60℃，结合当时的气象条件中的风向、风力、大气温度、大气湿度等参数，利用模型进行非线性的分析，给出预警等级，因为环境的气象参数对于煤体的自燃有很大的影响，如风力较大时，则在煤体特别容易发生自燃，因此在煤体温度处于黄色预警时需要融入其它因素进行综合分析，得到准确的预警等级。预警的等级将在人机对话子系统中传达给用户。根据预警等级和险情的主要影响因素，提供给用户相应的处理措施；
5、用户可以根据煤炭自燃预警系统所反馈的预警等级和险情的主要影响因素信息和相应的处理措施，而采取相应的处理措施。
综上所述，本发明实施例提供的一种露天煤炭自燃预警系统，使用太阳能供电太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简略，运转不变牢靠。一套光伏发电系统只需有太阳能电池组件就能发电，加之主动节制技术的普遍采用，根本上可完成无人值守，维护成本低。而且在安装完成之后可持续为检测设备和GPRS信号发射器持续供电，当光照充足时可把多余的电量储存起来用于光照不足时候给设备供电，这样就解决了阴雨天等光照不足的时候设备不因关照不足而停止工作。使用太阳能给设备供电也可以不用因电能耗尽而频繁的更换蓄电池。太阳能电池组件构造简略，体积小，分量轻，便于运输和装置。光伏发电系统建立周期短，而用依据用电负荷容量可大可小，便利灵敏，极易组合、扩容。使用GPRS技术可以对检测系统所采集的数据信息随时发送到计算机进行数据处理，不用人员专门去现场检测和记录数据，实现了“一劳永逸”的目标。使用该检测系统在火灾风险大的地方多设置风险小的地方少设置甚至不设置，这样就可以不用因检测采集数据在露天矿台阶上进行频繁的进行打孔而破坏露天矿边坡的整体性和软弱夹层增多增加滑坡的风险。在数据处理系统方面使用非线性理论使得在处理数据方面更能有效的分析煤炭自燃过程中温度动态变化规律以及“指标气体”产生和浓度变化规律。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种露天煤炭自燃预警系统，其特征在于，包括探杆(1)，所述探杆(1)上设置有若干个温度传感器(2)和气体检测仪(3)；
所述探杆(1)的顶部设置有信号发射器(4)，所述信号发射器(4)通过导线分别与温度传感器(2)和气体检测仪(3)连接；
所述探杆(1)的中部设置有支撑板(5)，所述支撑板(5)上设置有气象监测仪(6)，所述气象监测仪(6)通过导线连接有控制器(7)，所述控制器(7)的另一端与信号发射器(4)连接；
所述信号发射器(4)通过无线模块与信号接收器(10)连接，所述信号接收器(10)通过导线与计算机(11)连接；
在进行具体实施时按照如下步骤进行：
步骤一：用户在选取的监测地点，打孔，安装搭载测温子系统和气体检测仪(3)的探杆(1)，测温子系统由四个不同深度的温度传感器(2)、传输导线、数据传输模块、供电模块构成，所测温度数据由GPRS传到数据交换处理子系统，数据交换处理子系统利用GPS定位出数据监测点位置；
步骤二：在矿坑范围内选取监测点，安设气象监测子系统，根据实际需要可设多点；
步骤三：数据交换处理子系统接收由温度监测子系统、气体检测仪(3)、气象参数监测子系统传输的数据；温度数据、指标气体数据、气象参数数据经过数据交换处理子系统的处理，提供给人机对话子系统；
步骤四：人机对话用户界面根据数据交换处理子系统的数据，反馈给用户温度变化情况、指标气体的变化情况，对采场可能出现的自燃险情，进行预警；预警的等级分为黄色预警、橙色预警和红色预警；对于煤体温度，当煤体温度超过60℃，进行橙色预警，当煤体温度超过110℃，进行红色预警；对于指标气体指标，当指标气体CO被监测出现时，将进行红色预警；
当煤体温度未超过60℃，结合当时的气象条件中的风向、风力、大气温度、大气湿度参数，利用模型进行非线性的分析，给出预警等级；因此在煤体温度处于黄色预警时需要融入其它因素进行综合分析，得到准确的预警等级；预警的等级将在人机对话子系统中传达给用户；根据预警等级和险情的主要影响因素，提供给用户相应的处理措施；
步骤五：用户可以根据煤炭自燃预警系统所反馈的预警等级、险情的主要影响因素和相应的处理措施，而采取相应的处理措施。
2.如权利要求1所述露天煤炭自燃预警系统，其特征在于，所述支撑板(5)上设置有蓄电池组(8)，所述蓄电池组(8)通过导线与信号发射器(4)连接。
3.如权利要求2所述露天煤炭自燃预警系统，其特征在于，所述支撑板(5)上设置有太阳能电池板(9)，所述太阳能电池板(9)通过导线与蓄电池组(8)连接。
4.如权利要求1所述露天煤炭自燃预警系统，其特征在于，所述探杆(1)为可伸缩性探杆。
5.如权利要求1所述露天煤炭自燃预警系统，其特征在于，所述温度传感器(2)的规格型号为：WRM-101。
6.如权利要求1所述露天煤炭自燃预警系统，其特征在于，所述气体检测仪(3)为CO气体浓度检测传感器。
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