CN109540337A - 一种新型测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型测温装置，包括：气体监测器，用于监测煤层中CO的浓度；服务器，用于接收气体监测器传输的数据信息，并将CO的浓度值与0进行比较，若CO的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度大于25℃；若CO的浓度值小于0，则服务器判断煤层温度小于25℃。由于煤层煤样的CO在初始温度25℃左右时已开始出现，CO的产生量随着煤温的升高而增大，CO的出现表明煤层已经开始氧化，CO浓度越来越高则表明煤层复合作用越剧烈，煤层自然发火危险性越高。因此，本发明将CO作为预测预报煤自然发火的标志气体之一，采用气体监测器监测煤层的CO浓度，服务器判断CO浓度大于0后，认为煤层温度接近25℃，服务器发出煤层开始氧化的报警信息。

Description

一种新型测温装置

技术领域

本发明属于预防煤层自然发火的检测设备领域，尤其涉及一种新型测温装置。

背景技术

目前，矿井通常采用综采放顶煤工艺开采的厚煤层或特厚煤层，由于综放面推进速度相对较慢，采空区一次冒落空间大，漏风严重，且遗留大量浮煤，这就增强了采空区遗煤的自燃危险性。

由于采空区破碎煤体存在大量的孔隙，且煤体具有较好的蓄热性，导热性能较差，随着氧化自热过程的进行，放出的热量会使煤体温度上升，遗煤温度升高又会加速遗煤氧化自热，最终导致遗煤自燃或出现明火。

此外，煤自燃火灾事故也是造成瓦斯爆炸事故的主要诱因之一，尤其是在因煤自燃封闭区域、巷道高冒顶、破碎煤柱及采空区等特殊地点，高温火点比较隐蔽，难以发现。

可见如何处理高产高效的综合机械化采煤矿井的煤层自燃等一系列自然发火问题是制约煤矿安全生产的主要因素，也是亟需我们去研究解决的关键问题。

发明内容

为了加强矿井自燃发火监控技术、提高煤炭自燃早期预报能力，本发明提供了一种新型无源测温装置，采用分布式光纤测温方法建立采空区自燃监测预警系统，为防止煤矿自然发火事故的发生与发展、保障煤矿生产和职工人身安全提供支撑。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种新型测温装置，包括：

气体监测器，用于监测煤层中CO的浓度；

服务器，用于接收气体监测器传输的数据信息，并将CO的浓度值与0进行比较，若CO的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度大于25℃；若CO的浓度值小于0，则服务器判断煤层温度小于25℃。由于煤层煤样的CO在初始温度25℃左右时已开始出现，CO的产生量随着煤温的升高而增大，CO的出现表明煤层已经开始氧化，CO浓度越来越高则表明煤层复合作用越剧烈，煤层自然发火危险性越高。因此，本发明将CO作为预测预报煤自然发火的标志气体之一，采用气体监测器监测煤层的CO浓度，服务器判断CO浓度大于0后，认为煤层温度接近25℃，服务器发出煤层开始氧化的报警信息。

作为本发明的进一步改进，所述气体监测器还用于监测煤层中C₂H₄的浓度，所述服务器将C₂H₄的浓度值与0进行比较，若C₂H₄的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度大于160℃；若C₂H₄的浓度值小于0，则服务器判断煤层温度小于160℃。随着煤温的升高而增大，C₂H₄的产生与煤温之间基本呈单一递增关系，由于C₂H₄是煤氧化过程中的产物，当煤层未氧化之前，煤层中不含有C₂H₄，况且煤层产生C₂H₄时的温度为160℃左右。煤层中C₂H₄的出现表明煤的氧化已经进入快速氧化阶段。同时，C₂H₄与CO气体相比，有一个明显的时间差和温度差，这比单用CO的浓度值分析又准确了一步。如果现场检测到C₂H₄，则表明煤层局部已经达到活性温度值(160℃左右)，因此，C₂H₄是测试煤样进入加速氧化阶段的一个标志性气体指标。

作为本发明的进一步改进，所述气体监测器还用于监测煤层中C₂H₂的浓度，所述服务器将C₂H₂的浓度值与0进行比较，若C₂H₂的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度超过170℃，同时，服务器发出报警信号。由于在煤层的整个升温氧化过程中都未检测到C₂H₂气体，C₂H₂又是煤自然发火的重要标志气体，是煤进入激烈氧化阶段的标志。在煤层的整个升温氧化过程中没有检测到C₂H₂，说明一旦C₂H₂出现，则煤温已经超过170℃。本发明的新型测温装置密切注意C₂H₂气体，一旦监测到C₂H₂的浓度值大于0，则发出报警信号，提醒操作者在采取措施时要谨慎小心，以免高温煤体引发爆炸等事故。

作为本发明的进一步改进，还包括：若干个温度传感光缆、信号采集仪，若干个所述温度传感光缆分别布设在井下，用于采集巷道以及采空区的温度；所述信号采集仪既与每个温度传感光缆电连接，还与服务器电连接，所述信号采集仪将每个温度传感光缆传输的信号处理成温度值后发送给服务器；所述服务器将接收到的温度值经过处理后显示在矢量地图上。

本发明的矢量地图上显示有每条温度传感光缆的铺设线路，经服务器处理后的温度值显示在对应的铺设线路上，若要查看某一条线路的实时温度值，可用鼠标选中此线路并缓慢移动鼠标，即可随时查看到线路上任一地点的实时温度数据。

本发明采用的分布式光纤测温系统能够自动连续地测定采空区各点的温度，具有灵敏性高、精度高和抗干扰能力强等特点，适时反映温度变化情况，减少了其他测温手段带来的人工强度大的问题，较大程度上提高了温度测试及预警的效率。

作为本发明的进一步改进，所述服务器将每条线缆的温度值与根据气体的浓度值判断煤层的温度范围相关联，给出工作面和采空区的发火预测。本发明的温度传感光缆采用拉曼散射原理和光时域反射技术实现温度和距离的测定，结合光纤温度分布监测测温技术，实现工作面及采空区发火点定位和预警；研究建立基于工作面光纤温度分布与相邻采空区温度数据的相关性，建立基于温度分布的工作面及采空区发火预测预报及定位技术。

作为本发明的进一步改进，所述气体监测器为光纤气体监测器。本发明采用光纤气体监测器，对采空区实现现场在线监测，结合采空区温度监测，建立基于采空区光纤温度分布与采空区气体数据的相关联，完成温度分布和气体参数的采空区发火预测预报及定位技术。

作为本发明的进一步改进，所述服务器内设置有救援系统，所述救援系统检测每条线缆上的温度值和浓度值，所述服务器预测任一条线路上任一地点发火，所述救援系统在该地点对应的线路上显示求救图标。本发明服务器的显示模块中显示的绿色线路即表示分布式温度监控系统的光缆铺设线路，若要查看某一条线路的实时温度值，可用鼠标选中此线并缓慢移动鼠标，即可随时查看到线路上任一地点的实时温度数据。本发明服务器的显示模块中显示的黄黑斑马线代表了实际中救援系统光缆铺设线路(即监测线路)。当监控过程中出现求救信号，在该地点的对应的线路上会出现求救图标，鼠标选中该图标会显示出此时求救的具体位置。

附图说明

图1为加热升温实验流程图；

图2为煤样产生的CO气体浓度变化情况折线图；

图3为煤样中C₂H₆和C₂H₄浓度与温度关系曲线图；

图4为温度传感光缆分布的示意图；

图5为温度传感光缆在工作面设置的示意图；

图6为温度传感光缆安装的示意图。

图中，1、测温表；2、恒温箱；3、气相色谱仪；4、流量计；5、空气；6、煤块；100、温度传感光缆；100-1、巷帮；100-2、底板；100-21、沟槽；200、信号采集仪；300、服务器；10、井上部分；20、井下部分；01、工作面；01-1、皮带延伸上山；01-2、回风上山；02、掘进工作面；03、采空区；a1、南三回风巷；a2、南三轨道巷；a3、中央轨道巷；b1、北二轨道巷；b2、北二回风巷；b3、北三轨道巷；b4、西轨道巷。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

请参图1所示，图1为加热升温实验流程图，在一个直径10cm，长22cm的钢管中，装入煤量1kg，为使通气均匀，上下两端分别留有2cm左右自由空间(采用100目不锈钢丝网托住煤样)，然后置于利用可控硅控制温度的程序升温箱内加热，并送入预热空气5，测定分析不同煤温时的气体成份，当温度达到要求后，停止加热，打开炉门，进行自然对流降温，并测定分析不同煤温时气体成份。

整个实验测定系统分气路，控温箱，和气样采集分析三部分。气体由全自动空气5泵提供，通过三通流量控制阀，浮子流量计4进入控温箱内预热，然后，流入试管通过煤样，从排气管经过干燥管，直接进入气相色谱仪3进行气样分析。

为了能反应出煤样的动态连续耗氧过程和气体成分变化，按照与大煤样试验的相似条件，推算出试验管面积为70.88cm²时，最小供风量为：

Q_小＝Q_大×S_小/S_大＝41.8～83.6ml/min (3-1)

式中，Q_小，Q_大——试管的供风量和大试验台的供风量，ml/min；

S_小，S_大——试管的断面积和大试验台的断面积，cm²；

Q_小/S_小——试管的供风强度，cm³/(min.cm²)。

一般煤样常温时最大耗氧速度小于2×10^-10mol/(s.cm³)，确定试管装煤长度为22cm，气相色谱仪3分分辨率为0.5％(即最大氧浓度为20.89)，为使试管煤样入口和出口之间的氧浓度之差能在矿用气相色谱仪3分辨范围内，最大供风量为：

式中，V₀(T)——煤样常温时最大耗氧速度，mol/(s.cm³)；

L——试管装煤长度，cm；

f——气相色谱仪3分分辨率，％；

C——氧化浓度，％。

因此，实验供风量范围在41.8～190.0ml/min之间，气流与煤样的接触时间为：

t＝L·f·S_小/Q＝4.1～18.65min (3-3)

为了使进气温度与煤温度基本相同，在程序升温箱内盘旋2m铜管，气流先通过盘旋管预热后再进入煤样。程序升温箱采用可控硅控制调节器自动控制，其炉膛空间为50cm×40cm×30cm。

在实验过程中发现试管内松散煤样导热性很差，在实验前期(110℃以下)，炉膛升温速度快而试管内煤样升温速度很慢，实验测定时，探头显示的温度基本上是煤样最低温度，煤样升温滞后于程序升温箱内温度，在实验后期(110℃以上)，煤氧化放热速度加快，煤样内温度超过程序升温箱温度，探头显示的温度基本上是煤样的最高温度。

试管内煤样采用压入式供风，试管煤样中的气体排入空气5中，然后由针管取气，由气相色谱仪3进行气体成份分析，排气管路长1m，管径2mm。

在矿井中切眼取煤样，利用程序升温箱进行加热升温实验，采集不同煤温时的气体进行气相色谱分析。实验过程中煤样前期(煤温小于70℃)升温速度较慢，后期(煤温大于110℃)升温速度较快，说明当煤温加热到110℃以上时，煤样氧化放热量明显加大，加快了煤体升温。综合分析实验结果，得到煤样在不同环境温度影响下的温度和气体变化情况。

在程序升温过程中，如图2所示为煤样产生的CO气体浓度变化情况(其中，图2(a)为1#煤样的折线图；图2(b)为2#煤样的折线图；图2(c)为3#煤样的折线图；图2(d)为4#煤样的折线图；图2(e)为5#煤样的折线图；图2(f)为6#煤样的折线图；图2(g)为不同粒径煤样的折线图；图2(h)为低温阶段不同粒径煤样的折线图)。

从图2可以看出，CO浓度随温度的升高而逐渐升高，且随着温度的升高，CO浓度升高速率也逐渐增大。在低温阶段，CO浓度随煤样平均粒径的减小而增大表现出一定的规律性，在温度大于60℃以后，这种规律性表现得较为明显，混样的CO浓度数值中等偏高。这反映出在程序升温实验中，随着煤样粒度的减小，煤与氧气接触的比表面积逐渐增大，煤样变得更加容易氧化，煤氧复合反应强度越大，产生的CO量也越大。即粒径越小，单位煤样的耗氧量越大，不完全氧化反应越激烈，产生的CO越多，反映出CO浓度随煤样平均粒径的减小而增大的规律性。

临界温度是常温下煤温由低至高上升过程中，引起煤氧复合自动加速的第一个温度点。从微观上看，就是煤中桥键与氧复合的三步反应总速度加快，煤的化学吸附达到最大平衡点后，解析速度加快的起点温度。宏观上表现为煤对氧的消耗速率增大，反应产物CO、CO₂的产生量开始增多，放热强度增强，煤体升温速度加快。CO产生率的变化率曲线中发生第一次突变的起点温度即为临界温度。煤的干裂温度是煤结构中的侧链开始断裂，并参与氧化反应的初始温度。CO产生率的变化率与温度的关系曲线中发生第二次突变的起点温度即为干裂温度。

不同粒度煤样临界温度、干裂温度如下表所示，根据数据分析可以得出矿煤层的临界温度范围为60～70℃，干裂温度为105～115℃。

煤矿不同粒度煤样的临界温度和干裂温度

图3所示为煤样C₂H₆和C₂H₄浓度与温度关系曲线图(其中，图3(a)为1#煤样的折线图；图3(b)为2#煤样的折线图；图3(c)为3#煤样的折线图；图3(d)为4#煤样的折线图；图3(e)为5#煤样的折线图；图3(f)为6#煤样的折线图；图3(g)为不同粒径煤样C₂H₆浓度与温度关系曲线图；图3(h)为不同粒径煤样C₂H₄浓度与温度关系曲线图)。从图3中可以看出，煤样在实验初始阶段没有C₂H₄气体，在140℃左右时才出现少量的C₂H₄气体。说明柴家沟矿煤样不含C₂H₄气体，而随后在高温阶段产生的C₂H₄气体主要是煤样高温裂解的气体，这与煤样的裂解温度有关。在实验初始阶段就检测到了C₂H₆气体，说明柴家沟矿煤样中含有C₂H₆气体，随着温度的升高，C₂H₆气体逐渐发生脱附，在110℃以后不同粒径煤样的脱附逐渐达到峰值，达到峰值后逐渐降低。浓度峰值之后的C₂H₆气体中有部分是煤样高温热解所产生的。

根据以上结果可知，在煤矿煤层的煤样氧化过程中所分解出来的气体产物有CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄和C₂H₂。由于烯烃、炔烃以及CO是煤自然发火过程中所产生的产物，这几种气体组分在煤吸附气体中不存在。因此，这几种气体组分是标志煤自燃氧化过程的特征气体。

上述分析可知，煤层煤样的CO在初始温度25℃左右时已开始出现，其产生量随着煤温的升高而增大，在测试温度范围内变化规律基本符合单一指数递增关系。CO的出现表明煤样已经开始氧化，CO浓度越来越高则表明煤样复合作用越剧烈，煤层自然发火危险性越高。因此，本实施例将CO作为预测预报煤自然发火的标志气体之一。

由于在煤的吸附气体中没有C₂H₄，C₂H₄是煤氧化过程中的产物。煤样中C₂H₄的产生与煤温之间的变化关系比较明确，随着煤温的升高而增大，基本呈单一递增关系，煤样产生C₂H₄时的温度为160℃左右。C₂H₄的出现表明煤的氧化已经进入快速氧化阶段。同时，C₂H₄与CO气体相比，有一个明显的时间差和温度差，这比单用CO又准确了一步。如果现场检测到C₂H₄，则表明煤层局部已经达到活性温度值(160℃左右)。因此，本实施例将C₂H₄作为煤样进入加速氧化阶段的一个标志性气体指标。

从煤样的测试结果来看，在整个升温氧化过程中都未检测到C₂H₂气体。但是C₂H₂是煤自然发火的重要标志气体，是煤进入激烈氧化阶段的标志。在图1的测试温度区间没有检测到C₂H₂，说明一旦C₂H₂出现，则煤温已经超过170℃。在煤矿现场工作中，应密切注意C₂H₂气体，一旦出现则在采取措施时要谨慎小心，以免高温煤体引发爆炸等事故。

以上分析可以看出，CO的出现表明煤样已经开始氧化，CO浓度越高则表明煤样氧化越来越剧烈，煤层自然发火危险性越高。C₂H₂的出现标志着煤层局部温度超过170℃，一旦在井下检测到C₂H₂，应视为煤层局部已经可能出现明火或阴燃，采取措施时需要较为谨慎。

本实施例的新型无缘测温装置采用长距离、高精度分布式光纤测温技术，可以监测到光缆探头所到之处的温度，并能精确定位，无缝式的连续监测。该装置包含井上信号采集仪200和服务器300，以及连接光缆、温度传感光缆100等，本装置中所有井下部分20均不带电，工作介质只是光缆。本装置的优点有：(1)测温光缆无源工作，无需供电，本质安全；(2)可以实现井上集中管理，实时在线监测；(3)传感器与井上监测设备采用光缆直接连接，无中间转换环节，可靠性高；(4)监测精度高，稳定性好，长期工作无需校准，维护成本低；(5)连续无缝式监测光缆经过之处任意点的温度，能即时显示最长达20km范围内间隔1m的各点的温度变化。

一种新型测温装置，包括：

气体监测器，用于监测煤层中CO的浓度；

服务器300，用于接收气体监测器传输的数据信息，并将CO的浓度值与0进行比较，若CO的浓度值大于0，则服务器300判断煤层温度大于25℃；若CO的浓度值小于0，则服务器300判断煤层温度小于25℃。由于煤层煤样的CO在初始温度25℃左右时已开始出现，CO的产生量随着煤温的升高而增大，CO的出现表明煤层已经开始氧化，CO浓度越来越高则表明煤层复合作用越剧烈，煤层自然发火危险性越高。因此，本实施例将CO作为预测预报煤自然发火的标志气体之一，采用气体监测器监测煤层的CO浓度，服务器300判断CO浓度大于0后，认为煤层温度接近25℃，服务器300发出煤层开始氧化的报警信息。

本实施例中优选气体监测器还用于监测煤层中C₂H₄的浓度，服务器300将C₂H₄的浓度值与0进行比较，若C₂H₄的浓度值大于0，则服务器300判断煤层温度大于160℃；若C₂H₄的浓度值小于0，则服务器300判断煤层温度小于160℃。随着煤温的升高而增大，C₂H₄的产生与煤温之间基本呈单一递增关系，由于C₂H₄是煤氧化过程中的产物，当煤层未氧化之前，煤层中不含有C₂H₄，况且煤层产生C₂H₄时的温度为160℃左右。煤层中C₂H₄的出现表明煤的氧化已经进入快速氧化阶段。同时，C₂H₄与CO气体相比，有一个明显的时间差和温度差，这比单用CO的浓度值分析又准确了一步。如果现场检测到C₂H₄，则表明煤层局部已经达到活性温度值(160℃左右)，因此，C₂H₄是测试煤样进入加速氧化阶段的一个标志性气体指标。

本实施例中优选气体监测器还用于监测煤层中C₂H₂的浓度，服务器300将C₂H₂的浓度值与0进行比较，若C₂H₂的浓度值大于0，则服务器300判断煤层温度超过170℃，同时，服务器300发出报警信号。由于在煤层的整个升温氧化过程中都未检测到C₂H₂气体，C₂H₂又是煤自然发火的重要标志气体，是煤进入激烈氧化阶段的标志。在煤层的整个升温氧化过程中没有检测到C₂H₂，说明一旦C₂H₂出现，则煤温已经超过170℃。本实施例的新型测温装置密切注意C₂H₂气体，一旦监测到C₂H₂的浓度值大于0，则发出报警信号，提醒操作者在采取措施时要谨慎小心，以免高温煤体引发爆炸等事故。

本实施例的新型无源测温装置还包括：若干个温度传感光缆100、信号采集仪200，若干个温度传感光缆100分别布设在井下，用于采集巷道以及采空区的温度；信号采集仪200既与每个温度传感光缆100电连接，还与服务器300电连接，信号采集仪200将每个温度传感光缆100传输的信号处理成温度值后发送给服务器300；服务器300将接收到的温度值经过处理后显示在矢量地图上。

本实施例的矢量地图上显示有每条温度传感光缆100的铺设线路，经服务器300处理后的温度值显示在对应的铺设线路上，若要查看某一条线路的实时温度值，可用鼠标选中此线路并缓慢移动鼠标，即可随时查看到线路上任一地点的实时温度数据。

本实施例采用的分布式光纤测温系统能够自动连续地测定采空区各点的温度，具有灵敏性高、精度高和抗干扰能力强等特点，适时反映温度变化情况，减少了其他测温手段带来的人工强度大的问题，较大程度上提高了温度测试及预警的效率。

本实施例中优选服务器300将每条线缆的温度值与根据气体的浓度值判断煤层的温度范围相关联，给出工作面和采空区的发火预测。本实施例的温度传感光缆100采用拉曼散射原理和光时域反射技术实现温度和距离的测定，结合光纤温度分布监测测温技术，实现工作面及采空区发火点定位和预警；研究建立基于工作面光纤温度分布与相邻采空区温度数据的相关性，建立基于温度分布的工作面及采空区发火预测预报及定位技术。

本实施例中优选气体监测器为光纤气体监测器。本实施例采用光纤气体监测器，对采空区实现现场在线监测，结合采空区温度监测，建立基于采空区光纤温度分布与采空区气体数据的相关联，完成温度分布和气体参数的采空区发火预测预报及定位技术。

本实施例中优选服务器300内设置有救援系统，救援系统检测每条线缆上的温度值和浓度值，服务器300预测任一条线路上任一地点发火，救援系统在该地点对应的线路上显示求救图标。本实施例服务器300的显示模块中显示的绿色线路即表示分布式温度监控系统的光缆铺设线路，若要查看某一条线路的实时温度值，可用鼠标选中此线并缓慢移动鼠标，即可随时查看到线路上任一地点的实时温度数据。本实施例服务器300的显示模块中显示的黄黑斑马线代表了实际中救援系统光缆铺设线路(即监测线路)。当监控过程中出现求救信号，在该地点的对应的线路上会出现求救图标，鼠标选中该图标会显示出此时求救的具体位置。

本实施例的新型无源测温装置采用无缝式温度监测技术，实现海量、分布式、无源温度监测，将发火危险消灭在早期阶段，较好的回避了电子定点及人工红外温度探测法的缺点，能更好的满足煤矿温度监测和火灾预警的需求，将无源测温技术应用到煤矿领域，通过进行矿井无缝式监测与煤层自然发火预警的可行性、实用化、工程化研究，探索煤层自然发火的规律，及时准确地检测出发火位置，为防灭火措施的准确实施提供可靠的理论依据，为矿井防灭火工作提供更为精准的指导，从而建立有效、准确、科学的煤自然发火预警系统，实现矿井火灾的早期预警。

煤自燃预报一般要根据煤自燃产生的物理、化学变化表征信息与煤自燃状态的对应关系来判别煤自燃程度，寻求和描述煤自燃特征信息与煤自燃状态的关系是煤自燃预报判别方法解决的主要问题。煤自燃标志性气体与煤自燃状态或煤温的对应关系成为煤自燃预报判别方法研究的关键。

本实施例中，温度传感光缆100由监控室引出，经过主斜井、皮带大巷、皮带下山、轨道上山，在轨道上山延伸段与42223运顺交口处，这一路线组成地下主干环网。地下环网主干选24芯单模光缆，每个光纤分接处均配有一个光缆接线盒。

本实施例将分布式光纤温度探测系统测温光缆布置到矿井关键采空区等关键位置。系统中计划测温光缆从监控室开始敷设，经过主斜井、皮带大巷、皮带下山、轨道上山，在轨道上山延伸段与42223运顺交口处，利用接线盒将光缆分为两个线路，线路一由42223运顺铺设，到达工作面下隅角；线路二经轨道上山延伸段与42223回顺铺设，到达上隅角，全程约6.5km，实现沿途巷道、采空区温度火灾监测目的，测试系统的性能。

本实施例采用长距离矿用铠装光缆作为温度传感器，与传统的温度传感器相比具有本质安全，耐腐蚀，不受电磁干扰等优点，光缆沿走向敷设于井下巷道、工作面及采空区内，也可直接埋设于火灾隐患的高温区域，连续监测长距离大范围的环境温度信息，为煤矿井下温度监测等应用提供优质的温度监测方案。本实施例在铺设时事先要开凿一条小槽，将测温缆铺设于槽内，测温缆的类型为高抗毁缆。特殊地质情况还可穿钢管保护，钢管壁厚大于2mm，从工作面形成后就可以全程监控整个采空区和工作面运顺和回顺巷的温度分布。

如图5和图6所示，温度传感光缆100在安装时采用埋地安装，安装时先在地面挖一条10cm深、5cm宽的沟槽，然后将温度传感光缆100放置于其中后掩埋。温度传感光缆100与井下地面平行，由于光缆只能走弧形，光缆必需保持松弛状态，每隔一段，特别是矿压大巷道变形严重的地方，在其附近必需预留一定长度的温度传感光缆100，避免温度传感光缆100因矿压损坏。

温度传感光缆100施工前勘察好现场路由，清理障碍物疏通管道，遇有通讯井内积水的地方将水抽干方便施工。敷设温度传感光缆100前，应对温度传感光缆100进行检查；温度传感光缆100应无断点，其衰耗值应符合设计要求；核对温度传感光缆100的长度，并应根据施工图的敷设长度来选配光缆。

综采工作面在正常回采期间，确定采空区浮煤不出现自燃危险是非常重要的。然而前提是要确定采空区内的自燃危险区域，并划分煤自燃“三带”，即散热带、氧化升温带、窒息带，同时根据确定的危险区域制定实施相应的防治措施。根据煤矿综采工作面开采后采空区遗煤自燃特点，在煤自然程序升温实验定量测定相关参数的基础上，利用无源无缝式测温装置，通过在采空区两道铺设光纤，对采空区两道内沿光纤各点的采空区温度进行实时在线监测，根据所监测采空区内温度的变化，可以很直观的判断出采空区煤自燃的变化情况，为煤矿采空区自燃火灾防治提供了切实可靠的现场监测依据。

煤矿利用无源无缝式测温装置对工作面自开切眼处开始对采空区的温度进行了实时在线监测。在回风巷从开切眼到距离切眼450m每50m设置一个监测点，共确定10个温度监测点，由于自开切眼处距工作面不同距离的采空区温度监测表数据量比较庞大，因此，本实施例中将工作面的全程采空区温度监测分为三大部分：初采阶段温度监测、正常回采期间温度监测、末采及回撤期间温度监测。首先从每天的监测数据中剔除监测无效值，分别选择最大值、最小值和平均值作为采空区温度的参考依据，由此筛选出初采阶段采空区各点处温度监测数据，并绘制出相应温度随着时间的变化曲线。

在开切眼处采空区内的温度随着工作面的正常回采，埋深逐渐增加，温度的变化范围基本稳定在20℃～25℃之间，此温度属于室温温度，也属于井下正常温度，采空区内的浮煤在此温度下虽然会发生氧化反应，但因为温度较低，氧化反应速度很慢，产生的热量不足以集聚，并对氧化反应起到促进作用。因此，在正常回采条件下，采空区的浮煤不会发生氧化自燃发火状态，并且随着后续顶板垮落逐步压实，漏风量减少，此处将进入煤自燃“三带”中的窒息带，不会对工作面产生不利的影响。

在正常回采期间，采空区各测点温度值变化不大，在同样的测点位置采空区内温度较初采期间的温度值有所下降，下降值较小，在4℃左右，平均温度基本在22℃左右，在正常回采期间采空区内温度均处于正常温度范围，工作面回采过程中根据束管监测结果可知采空区气体也无异常现象发生，工作面在回采过程中所采取的综合防灭火措施对采空区的煤自燃防治起到了至关重要的作用，以保证工作面可持续顺利进行开采。

在矿井的工作面，采用束管监测系统对采空区上下隅角进行了气体浓度监测，随着时间的增加，采空区上隅角CO浓度近似呈线性缓慢上升趋势，增加的幅度不大，由于本系统中，上隅角束管监测每60m会采取截管措施，因此，束管监测数据出现分阶段现象。但在每一个束管监测阶段内，随着束管进入采空区深度的增加，CO浓度呈线性上升趋势，但上升趋势都很小，截止进入60m左右时，采空区内CO浓度最高为15.6ppm，远远低于安全规程规定的24ppm，说明在工作面回采过程中，采空区的遗煤基本不会发生自燃危险，工作面可安全进行回采。为了保证监测数据的真实有效性，在监测采空区温度的同时还利用束管检测系统对采空区内的气体浓度情况进行了每日监测。

伴随综采工作面的回采过程，距离工作面越远的点其温度越高，且呈线性形式递增，但增加的速度很小；在同一统计单元内，伴随开采时间的增加，同一地点处CO浓度也会随着埋进采空区深度的增加而不断增大，增加的幅度也很小，其变化规律与采空区内温度变化趋势相似。CO浓度随采空区内温度的升高而呈现出增大的趋势，这与煤在低温阶段与采空区内的氧气发生低温氧化有关，煤在低温条件下与氧发生氧化反应，产生CO气体，部分CO气体会随着采空区的风流流向上隅角，导致上隅角CO浓度呈现了上升趋势，这与升温实验的结果是相吻合的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种新型测温装置，其特征在于，包括：

气体监测器，用于监测煤层中CO的浓度；

服务器，用于接收气体监测器传输的数据信息，并将CO的浓度值与0进行比较，若CO的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度大于25℃；若CO的浓度值小于0，则服务器判断煤层温度小于25℃。

2.根据权利要求1所述的新型测温装置，其特征在于，所述气体监测器还用于监测煤层中C₂H₄的浓度，所述服务器将C₂H₄的浓度值与0进行比较，若C₂H₄的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度大于160℃；若C₂H₄的浓度值小于0，则服务器判断煤层温度小于160℃。

3.根据权利要求1或2所述的新型测温装置，其特征在于，所述气体监测器还用于监测煤层中C₂H₂的浓度，所述服务器将C₂H₂的浓度值与0进行比较，若C₂H₂的浓度值大于0，则服务器判断煤层温度超过170℃，同时，服务器发出报警信号。

4.根据权利要求1或2所述的新型测温装置，其特征在于，还包括：若干个温度传感光缆、信号采集仪，

若干个所述温度传感光缆分别布设在井下，用于采集巷道以及采空区的温度；

所述信号采集仪既与每个温度传感光缆电连接，还与服务器电连接，所述信号采集仪将每个温度传感光缆传输的信号处理成温度值后发送给服务器；

所述服务器将接收到的温度值经过处理后显示在矢量地图上。

5.根据权利要求4所述的新型测温装置，其特征在于，所述服务器将每条线缆的温度值与根据气体的浓度值判断煤层的温度范围相关联，给出工作面和采空区的发火预测。

6.根据权利要求5所述的新型测温装置，其特征在于，所述气体监测器为光纤气体监测器。

7.根据权利要求4所述的新型测温装置，其特征在于，所述服务器内设置有救援系统，所述救援系统检测每条线缆上的温度值和浓度值，所述服务器预测任一条线路上的任一地点发火，所述救援系统在该地点对应的线路上显示求救图标。