CN111311870A - 煤堆自燃监测方法及防控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了煤堆自燃监测方法及防控系统，系统包括抽气测温联合装置，由气体抽采束管和铠装测温光纤组成，用以抽采煤堆内部指标气体并采集周围煤体温度；感烟探测巡检装置，用以探测煤堆表面烟雾浓度并发送信号；测氡装置，用以采集煤堆氡并发送信号；红外探测装置，用以采集煤堆红外图像和现场检测视频；信号接收装置，用于接收感烟探测巡检装置、红外探测装置及测氡装置采集的信号；数据处理装置，与信号接收和抽气测温联合装置相连，综合判断煤堆内部阴燃情况；自燃防控灭火系统，根据煤堆内部的燃烧情况执行不同的灭火控制措施。本发明涉及煤堆实时监测预警领域，能够综合多方面技术实时监测判断煤堆自燃情况并及时处理。

Description

煤堆自燃监测方法及防控系统
技术领域
本发明煤堆自燃监测方法及防控系统，涉及煤堆实时监测并综合判断进行 及时控制，属于煤堆自燃探测防控领域。
背景技术
港口等大型储煤基地通常为露天煤场，由于外部环境的变化以及时间的积 累，露天存放的煤堆内温度会逐渐升高，甚至引发自燃。因此，煤堆自燃的早期 预测预报和火源探测技术是煤炭储存管理、储煤基地防灾灭火的关键技术。
目前煤炭自燃的探测技术主要采用的是红外探测技术、指标气体探测技术、 光纤测温技术等方法，但主要都是利用单一某种技术判断煤堆自燃情况，存在一 定的误差和延迟性，无法准确确定煤堆内部自燃的位置。针对露天煤堆的监测目 前并没有一套综合系统可以结合多种探测技术进行实时监测，并综合分析多个 指标共同判断煤堆内部自燃情况，根据煤堆自燃的不同情况及时进行相应的处 理措施。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供煤堆自燃监测方法及防控系统，实现对煤堆的 实时监测、综合判断和及时处理。
本发明实施例一提供一种煤堆自燃监测及防控的系统，包括：抽气测温联合 装置，与数据处理装置相连，用以抽采煤堆内部指标气体，采集周围煤温数据； 感烟探测巡检装置，用以采集煤堆表面烟雾浓度，并实时向信号接收装置发射采 集到的烟雾浓度信息；测氡装置，用以采集煤堆惰性气体氡，并定时向信号接收 装置发射采集到的惰性气体氡的浓度；红外探测装置，由红外热像仪和高速摄像 机组成，通过信号接收装置接收与数据处理装置相连，用以采集煤堆红外图像和 现场检测视频；信号接收装置，与数据处理装置相连，用以接收感烟探测巡检装 置、测氡装置以及红外探测装置采集的信号；数据处理装置，与抽气测温联合装 置和信号接收装置相连，用以分析处理指标气体浓度、烟雾浓度、惰性气体氡浓 度和温度的动态变化并进行综合判断；防控系统，根据煤堆的实际自燃情况采取不同的灭火防控技术对煤堆自燃进行治理。
可选的，所述抽气测温联合装置，包括气体抽采束管、铠装测温光纤和套管、 支架，所述套管和所述支架具有伸缩性，所述支架可以根据煤堆的大小调整长度； 所述套管圆周方向上有位置相对的两个凹槽，圆周方向的其他地方开设有圆孔； 所述套管内部铺设所述气体抽采束管，所述套管外部的凹槽铺设所述铠装测温 光纤，所述凹槽上装有卡扣用以固定所述铠装测温光纤，随着煤堆的增大可以向 外拉伸所述套管。
可选的，所述抽气测温联合装置还包括与所述气体抽采束管相连的外部抽 气泵、除杂装置、气体采样控制器和气相色谱仪在内的其他装置，所述气相色谱 仪与所述数据处理装置相连；与所述铠装测温光纤连接的光纤测温装置，通过所 述信号接收装置与所述数据处理装置相连。
可选的，所述支架底端连接物一边的长宽比5～10，伸长后相邻两边的夹角 最大为150°，伸长后的距离可达原来长度的10～20倍。
可选的，所述套管是由多个直径不同的圆管连接相套组成，相邻两个圆管的 直径之比为0.80～0.95。
可选的，所述套管上所述的凹槽的深度为10～20mm，每段所述凹槽上最少 装有3个所述卡扣，每段所述凹槽上的所述卡扣均匀分布。
可选的，所述气体抽采束管最前端是封闭的，在所述气体抽采束管的前端圆 周方向上开设有通气孔，开孔面积可达0.2～0.7。
可选的，所述感烟探测巡检装置依次包括智能移动小车、可调直杆、感烟探 测器和信号发射机，所述可调直杆位于所述智能移动小车上，所述感烟探测器和 所述信号发射机安装在所述可调直杆上，所述感烟探测器的实时监测信息由所 述信号发射机实时发送给所述信号接收装置。
可选的，所述智能移动小车可以围绕煤堆做匀速圆周运动，并可以人为设置 匀速圆周运动的周长和周期；所述可调直杆可以根据形成煤堆的倾角调节相应 的角度，使感烟探测器平行分布于煤堆表面。
可选的，位于所述可调直杆上包括多个均匀分布的感烟探测器和一个信号 发射机，每个感烟探测器与信号发射机通过所述可调直杆连接。
可选的，所述测氡装置包括用以采集煤堆惰性气体氡的探测杯和定时发射 探测杯中惰性气体氡浓度的无线信号发射装置，所述测氡装置中的所述无线信 号传输装置位于所述探测杯上。
可选的，灭火控制系统包括定向钻孔注惰技术、向煤堆注入泡沫或凝胶、使 用旋转水泡进行灭火。根据煤堆内部自燃不同情况实施不同的防控技术以达到 防止煤自燃的目的。
本发明实施例二提供一种煤堆自燃监测的方法，基于上述实施例所述的任 一煤堆自燃监测的系统，包括：根据堆放的煤堆的大小将所述底端连接物拉伸到 一定的长度，将所述支架的底端连接物与所述支撑装置连接起来，将所述气体抽 采束管和所述铠装测温光纤预先铺设在所述套管中，将抽气测温联合装置中的 所述套管架放在所述支架上，将所述整体装置预埋在堆煤的场地，利用所述套管 中的气体抽采束管采集煤堆内部指标气体，所述套管中的铠装测温光纤探测周 围煤体温度；将感烟探测巡检装置置于距离煤堆D处，利用所述感烟探测巡检 装置对煤堆表面进行烟雾浓度的探测，并定时发射采集到的烟雾浓度信息；将测 氡装置预埋在煤堆表面，利用所述测氡装置采集惰性气体氡的浓度，并定时发射 采集到的惰性气体氡的浓度；将红外探测装置安装在煤堆场地较外侧，利用所述红外探测装置实时采集煤堆红外图像和现场检测视频；将信号接收装置安装在 煤堆场地较外侧，利用所述信号接收装置接收所述感烟探测巡检装置、所述测氡 装置和所述红外探测装置发射的数据信号；利用数据处理装置处理分析多个数 据并综合判断以确定煤堆内部自燃的大致范围；根据煤堆内部自燃的程度和大 致范围利用防控技术执行不同的灭火方法。
可选的，根据煤堆的大小拉伸支架底端的连接物使所述支架的长度与堆煤 半径之比为0.9～1.0，根据拉伸后所述支架的长度确定所述支撑物的个数。
可选的，在可以承受所述套管重量的前提下，所述支撑物可以连续与所述底 端连接物连接，也可以间隔一个空位进行连接。
可选的，根据所述底端连接物的长度改变所述支撑物的高度和上部连接两 个支撑物的装置的长度，使置于所述上部装置上的所述套管距离地面的高度为 0.5～1.0m。
可选的，所述套管内部铺设所述气体抽采束管，所述套管外部的凹槽铺设所 述铠装测温光纤，所述凹槽上装有卡扣用以固定所述铠装测温光纤，随着煤堆的 增大可以向外拉伸所述套管，使所述套管拉伸至煤堆最外层。
可选的，所述套管上的两个所述凹槽位于同一水平面，即所述铠装测温光纤 铺设在所述套管的左右两侧，用于连续采集煤体的温度，所述气体抽采束管铺设 在所述套管的上下两侧，用于采集周围煤堆的指标气体。
可选的，所述套管中的气体采样器的分布位置的距离不相同，随着与煤堆中 心的距离的减小相邻两个所述气体采样器的距离越大，即相邻的两个所述气体 采样器的距离成等比数列，公比为1.1～1.3。
可选的，通过所述抽气测温联合装置对相应束管进行预先抽采，预抽时间为 2～8min之后每间隔5～30min进行一次抽采指标气体，抽采气体的流量为30～90 ml/min。
可选的，O2以及以CO为主要的碳氧化物为判断煤自燃的主要指标气体， 饱和烃和链烷比以及不饱和烃为次要指标气体，O2浓度在5％～15％之间或CO 浓度骤然增加视为异常状况。
可选的，分析检测所述气体抽采束管采集到的指标气体，结合指标气体的浓 度和组成成分以及所述铠装测温光纤测得的煤温判断煤堆内部达到的温度，根 据不同的温度设定不同等级的预警，当煤堆内部最高温度到达50～80℃时设为一 级预警，当煤堆内部最高温度到达80～110℃时设为二级预警，当煤堆内部最高 温度到达110℃以上时设为三级预警。
可选的，根据煤堆的大小预先设定所述感烟探测巡检装置中的所述智能移 动小车的匀速圆周运动的周长C值和运动周期T值；根据煤堆的角度调节所述 感烟探测巡检装置中所述可调直杆与水平面的夹角，使所述可调直杆与煤堆表 面平行。
可选的，所述感烟探测巡检装置的运动周期T值范围为4～6h，所述可调直 杆的可调角度与水平面的夹角为15°～90°。
可选的，所述测氡装置预埋于煤堆表面，距离煤堆表面2～5m，同一水平的 所述测氡装置不少于4个，随煤堆高度的增加，同一水平面相邻两个所述测氡 装置距离减小，竖直方向相邻两个所述测氡装置距离相等，距离大小为2～6m。
可选的，所述数据处理装置通过收集到所述抽气测温联合装置中的所述指 标气体浓度和所述温度判断煤堆的散热带、自燃带和窒息带的大致范围；通过收 集接收到的烟雾浓度大小判断所述煤堆自燃大致高度；通过接收到的所述测氡 装置中的惰性气体氡的浓度与周围所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度的差值 大小的变化判断煤堆自燃大致范围；通过接收并显示的红外热图像确定煤堆表 面温度较高的区域；通过综合分析所有指标确定煤堆内部温度较高的区域；根据 所述区域的煤体温度执行不同的防控灭火技术。
可选的，所述指标气体浓度和所述煤体温度随时间的曲线均会出现一个峰 谷，根据所述峰谷的范围确定煤堆的自燃带。
可选的，所述烟雾探测器包括：离子型感烟探测器、散射光型光电感烟探测 器、减光型光电感烟探测器，各类型探测器的响应阈值根据煤堆的实际要求设定。
可选的，在同一探测时间段内，所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度超过下 方所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度25％，相邻探测时间段内，同一位置的 所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度骤增，可确定煤堆自燃的大致高度范围。
可选的，红外热图像上显示温度超过35℃的煤堆表面区域为异常区域。
可选的，根据已确定的煤堆的自燃带的温度，判断最高温度所处的范围，发 出相应等级的预警，根据预警的级别执行不同的防控灭火技术：一级预警可采取 定向钻孔注氮技术，向煤堆自燃带注入氮气以达到窒息的目的；二级预警可向煤 堆的自燃带注入泡沫或注入胶体以达到降温、隔绝氧气的目的；三级预警可在煤 堆外部实施旋转水泡或同时与所述三种防控灭火技术的一种相结合使得煤堆内 外同时进行灭火，以达到快速灭火的目的。
本发明实施例提供的煤堆自燃监测方法及防控系统，可以利用抽气测温联 合装置抽采煤堆内部指标气体，采集周围煤温数据；可以利用所述感烟探测巡检 装置采集煤堆表面烟雾浓度；可以利用所述测氡装置采集并传输煤堆惰性气体 氡的浓度；还可以利用所红外探测装置采集煤堆红外图像和现场检测视频。不仅 深入煤堆内部探测到煤体温度的变化并采集到不同煤温下指标气体的浓度，还 从外部探测到煤堆的烟雾浓度和表面温度变化，结合多个指标综合多方面全方 位对煤堆进行探测，相较单一某种探测技术而言，降低了对煤炭自燃探测的延迟 性并减小探测误差的重要程度。而且，通过所述信号接收装置和所述数据处理装 置实时接收处理多个数据，并综合各个指标的动态变化分析确定煤堆内部异常 情况的范围，较常规探测方法而言缩小了范围，提高了定位的精确度。另外，根据所确定范围的温度异常情况可以发出不同的预警等级，并且执行相应的防控 灭火技术，实现煤堆自燃早期快速治理的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中 的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的实施例一的露天煤堆实时监测防控系统的使用状态示意图；
图2为本发明的实施例一中的预埋在煤堆的可伸缩支架装置示意图；
图3为本发明的实施例一中的套管伸长前后的示意图；
图4为本发明的实施例一中的套管伸长后的侧视图；
图5为本发明的实施例一中的气体采样束管的示意图；
图6为本发明的实施例一中的感烟探测巡检装置的示意图。
图7为露天煤堆内部煤温及CO浓度变化趋势图。
图1中：1-抽气测温联合装置；2-气体抽采束管；3-铠装测温光纤；4-感烟 探测巡检装置；5-感烟探测器；6-发射机；7-可调直杆；8-测氡装置；9-红外热像 仪；10-高速摄像机；11-信号接收装置；12-数据处理装置；13-其他装置；14-定 向钻孔；15-旋转水泡；
图2中：1-1-套管；1-2-底端连接物；1-3-支撑装置；
图3中：1-4-卡扣；1-5-凹槽；1-6-圆孔；
图5中：2-1-气体采样器；2-2-透气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一提供的煤堆自燃监测及防控的系统，如图1所示， 该系统包括：抽气测温联合装置1，与数据处理装置12相连，用以抽采煤堆内 部指标气体，采集周围煤温数据；感烟探测巡检装置4，用以采集煤堆表面烟雾 浓度，并实时向信号接收装置11发射采集到的烟雾浓度信息；测氡装置8，用 以采集煤堆惰性气体氡，并定时向信号接收装置11发射采集到的惰性气体氡的 浓度；红外探测装置，由红外热像仪9和高速摄像机10组成，通过信号接收装 置11接收与数据处理装置12相连，用以采集煤堆红外图像和现场检测视频； 信号接收装置11，与数据处理装置12相连，用以接收感烟探测巡检装置4、α 杯测氡装置8以及红外探测装置采集的信号；数据处理装置12，与抽气测温联 合装置1和信号接收装置11相连，用以分析处理指标气体浓度、烟雾浓度、惰 性气体氡浓度和温度的动态变化并进行综合判断；根据煤堆内部自燃的程度和 大致范围利用定向钻孔14或旋转水泡15等防控技术执行不同的灭火方法。
本实施例，如图2所示，根据堆放的煤堆的大小将所述底端连接物1-2拉伸 到一定的长度，将所述支架的底端连接物1-2与所述支撑装置1-3连接起来，如 图4所示，将所述气体抽采束管2和所述铠装测温光纤3预先铺设在所述套管 1-1中，将抽气测温联合装置中的所述套管1-1架放在所述支架上，将所述整体 装置沿煤堆的场地的径向方向铺设，随堆煤量的增加将其埋入，以使所述套管中 的气体抽采束管采集煤堆内部指标气体，使所述套管中的铠装测温光纤探测周 围煤体温度，并将所述抽气测温联合装置采集到煤堆内部不同地方的指标气体 和相应的煤体温度的数据实时传输到所述数据处理装置，根据分析的结果判断 煤堆的散热带、自燃带和窒息带的大致范围。这样，对煤堆内部的煤体温度有着 良好较为精准的探测作用。
如图1所示，可选的，所述抽气测温联合装置1还包括与所述气体抽采束 管2相连的外部抽气泵、除杂装置、气体采样控制器和气相色谱仪在内的其他 装置13，所述气相色谱仪与所述数据处理装置12相连；与所述铠装测温光纤2 连接的光纤测温装置，通过所述信号接收装置11与所述数据处理装置12相连。
本实施例，包括与所述气体抽采束管相连的外部抽气泵、除杂装置、气体采 样控制器和气相色谱仪在内的其他装置为现有设备，本领域技术人员根据上述 描述能够轻易与所述数据处理装置相连接，因此，在此不再进行赘述。通过所述 抽气泵对束管进行预抽，使管内形成负压状态，煤堆的气体通过压差作用由套管 上的圆孔和气体抽采束管圆周方向上的透气孔进入束管，之后束管中采集到的 气体通过除杂装置并进入气相色谱仪进行指标气体分析，并将相关数据传送给 所述数据处理装置；通过所述铠装测温光纤探测到相应煤体的温度，并通过所述 信号接收装置将温度数据实时传送给所述数据处理装置。
本实施例，可选的，通过所述抽气测温联合装置对相应束管进行预先抽采时， 预抽时间为2～8min，之后每间隔5～30min进行一次抽采指标气体，抽采气体 的流量为30～90ml/min。可选的，O2以及以CO为主要的碳氧化物为判断煤自 燃的主要指标气体，饱和烃和链烷比以及不饱和烃为次要指标气体，O2浓度在 5％～15％之间或CO浓度骤然增加视为异常状况。
以判断煤自燃的主要指标气体CO为例，通过所述数据处理装置可以得到 各个监测点处CO随时间的浓度变化和煤体温度的变化，以及同一时间各个监 测点处CO的浓度和煤体温度，结合CO的浓度和煤体温度大致判断煤堆的散 热带、自燃带和窒息带的大致范围。如图7所示，在某一时间，各个监测点处 CO和煤体温度不同，会在某一距离内出现急剧升高的现象，即图像中的波峰， 可由波峰的范围确定煤堆的自燃带。
由图7可得知，煤体的温度在1.5～4.8m范围内出现异常，CO浓度在2～4 m范围内急剧增加，故综合煤温和CO浓度可大致确定煤堆横向的自燃带范围 为1.5～4.8m。
如图1所示，煤堆的横向三带由煤堆表面向内部分别为散热带、自燃带、窒 息带，三带的孔隙率有明显的差别，其中散热带的孔隙率＞0.4，自燃带的孔隙率 为0.2～0.4，窒息带的孔隙率＜0.2。散热带的孔隙率过大，较易散热，不容易积蓄 热量；窒息带的孔隙率过小，氧气浓度过低也不易容易发生煤体自燃；自燃带的 煤体呈破碎状有适当的氧气浓度并且可以持续积热，故自燃带的煤体容易发生 自燃。
可选的，分析检测所述气体抽采束管采集到的指标气体，结合指标气体的浓 度和组成成分以及所述铠装测温光纤测得的煤温判断煤堆内部达到的温度，根 据不同的温度设定不同等级的预警，当煤堆内部最高温度到达50～80℃时设为 一级预警，当煤堆内部最高温度到达80～110℃时设为二级预警，当煤堆内部最 高温度到达110℃以上时设为三级预警。
如图1所示，可选的，根据已确定的煤堆的自燃带的温度，判断最高温度所 处的范围，发出相应等级的预警，根据预警的级别执行不同的防控灭火技术：一 级预警可采取定向钻孔14，向煤堆自燃带注入氮气以达到窒息的目的；二级预 警可向煤堆的自燃带注入泡沫或注入胶体以达到降温、隔绝氧气的目的；三级预 警可在煤堆外部实施旋转水泡15或同时与所述三种防控灭火技术的一种相结合 使得煤堆内外同时进行灭火，以达到快速灭火的目的。
如图2和图3所示，可选的，所述抽气测温联合装置中的所述套管1-1和所 述支架的所述底端连接物1-2具有伸缩性，并且所述套管1-1圆周方向上有位置 相对的两个凹槽1-5，其他地方开设有圆孔1-6，所述套管1-1上所述凹槽1-5的 深度为10～20mm，每段所述凹槽1-5上最少装有3个所述卡扣1-4，每段所述 凹槽1-5上的所述卡扣1-4均匀分布。
如图2所示，可选的，所述支架底端连接物1-2一边的长宽比5～10，伸长 后相邻两边的夹角最大为150°，伸长后的距离可达原来长度的10～20倍。
如图3所示，可选的，所述套管1-1是由多个直径不同的圆管连接相套组 成，相邻两个圆管的直径之比为0.80～0.95。
如图5所示，可选的，所述气体抽采束管2最前端是封闭的，在所述气体抽 采束管2的前端圆周方向上开设有通气孔2-2，开孔面积可达0.2～0.7；所述套管 中的气体采样器2-1的分布位置的距离不相同，随着与煤堆中心的距离的减小相 邻两个所述气体采样器2-1的距离越大，即相邻的两个所述气体采样器2-1的距 离成等比数列，即L2/L1＝1.1～1.3。
如图1所示，根据煤堆堆放的角度调节所述可调直杆7与水平面的夹角， 使所述可调直杆7与煤堆表面平行，可选的，所述可调直杆的可调角度与水平 面的夹角为15°～90°，将所述感烟探测巡检装置4置于距离所述煤堆外围一定距 离处，可选的，距离范围为0.5～3.0m，之后设定感烟探测巡检装置4的运动周 长和运动周期使其在煤堆外围作匀速圆周运动，可选的，所述感烟探测巡检装置 的运动周期为4～6h，以使感烟探测器5对煤堆表面进行烟雾浓度的探测，并将 探测到的烟雾浓度信号通过发射机6发送给所述信号接收装置11，并由所述数 据处理装置12分析判断烟雾浓度超过阈值的煤堆大致高度。这样，可以几乎实 现对煤堆的全方面实时监测。
本实施例，所述感烟探测巡检装置在距离煤堆外围1.5m处做匀速圆周运 动，每隔一个运动周期T＝4h，所述感烟探测巡检装置运动到相同的位置，每个 感烟探测器的探测范围也与原来相同，但每个感烟探测器都有一定的保护范围， 对同一地点的烟雾浓度探测的时间间隔远小于T，几乎可以实现实时探测。探测 到的烟雾浓度信号实时发射到所述信号接收装置，并由所述数据处理装置中的 多个通道储存显示对应的每个感烟探测器的探测到的烟雾浓度，并进行分析判 断，根据煤堆的具体情况，设定烟雾浓度阈值为3％obs/m，当探测到的烟雾浓 度超过预先设定的阈值，数据处理装置对应的通道会记录下探测到该烟雾浓度 的时间和位置，并进行标记。由此可大致判断煤堆发生自燃的高度。并结合所述抽气测温联合装置初步确定的自燃带范围进一步缩小了煤堆内部发生自燃的范 围，提高煤堆探测的准确度，便于进行施工治理煤自燃，并为治理煤堆自燃节省 了大量的资源。
如图1所示，可选的，所述可调直杆7可以根据形成煤堆的倾角调节相应 的角度，使感烟探测器5平行分布于煤堆表面。可选的，位于所述可调直杆上包 括多个均匀分布的感烟探测器5和一个信号发射机6，每个感烟探测器5与信号 发射机6通过所述可调直杆有线连接，信号发射机6可以实时向所述信号接收 装置11发送探测到的烟雾浓度信号。
可选的，所述烟雾探测器包括：离子型感烟探测器、散射光型光电感烟探测 器、减光型光电感烟探测器，各类型探测器的响应阈值根据煤堆的实际要求设定。
可选的，所述测氡装置包括用以采集煤堆惰性气体氡的探测杯和定时发射 探测杯中惰性气体氡浓度的无线信号传输装置；所述测氡装置中的所述无线信 号传输装置位于所述探测杯上。
如图1所示，可以将所述测氡装置5沿煤堆表面埋入距离表面H＝2～5m处， 同一水平的所述测氡装置不少于4个，随所述煤堆高度的增加，同一水平面相 邻两个所述测氡装置距离L减小，竖直方向相邻两个所述测氡装置距离相等， 距离大小为2～6m，并将所述测氡装置5收集到的氡浓度传递给所述信号接收装 置11，并由所述数据处理装置12分析氡气浓度异常的大致范围。
本实施例，将沿煤堆表面距离表面2～5m处埋入的所述测氡装置放置一定 时间用来采集该位置的惰性气体氡的浓度，首次埋入采集惰性气体氡的时间较 长，为4～6h，之后每隔一定较短的时间由所述测氡装置上的信号发射装置向所 述信号接收装置发射测得的信息，可选的，时间间隔为10～30min，并由所述数 据处理装置对每个位置的所述探测杯前后两次采集到的惰性气体氡的浓度的差 值以及每次所述探测杯与周围所述探测杯的浓度差值与设定的阈值进行比较， 当差值超过阈值时会出现相应的反应并进行记录。可选的，在同一探测时间段内， 所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度超过下方所述测氡装置中的惰性气体氡的 浓度25％，相邻探测时间段内，同一位置的所述测氡装置中的惰性气体氡的浓 度骤增，可确定煤堆自燃的大致高度范围。结合所述测氡装置对煤堆进行探测， 进一步缩小了煤堆自燃高度的范围，即再次缩小了将煤自燃的范围，提高了探测 的精确度。
如图1所示，可以将所述红外探测装置安装在所述煤堆场地较外侧，以使 所述红外热像仪9和所述高速摄像机10实时采集所述煤堆红外图像和现场检测 视频；将信号接收装置11安装在所述煤堆场地较外侧，以使所述信号接收装置 11接收所述感烟探测巡检装置4、所述测氡装置5和所述红外探测装置发射的 信号，并传送给所述数据处理装置12；所述数据处理装置12综合多个指标分析 判断确定煤堆内部自燃的位置。
本实施例，通过所述红外探测装置探测煤堆表面的温度，可选的，红外热图 像上显示温度超过35℃的煤堆表面区域为异常区域，辅助前面所述三种方法， 对所确定的煤堆自燃范围具有一定的验证作用。结合多种探测技术对煤堆进行 多方面全方位的探测，综合多个指标确定煤堆自燃的范围，较常规的单一的探测 技术而言，减弱了误差在探测分析过程中的重要程度，缩小了煤堆自燃的范围， 提高了定位的精确度。
本发明实施例二提供一种煤堆自燃监测及防控的方法，基于上述实施例一 中所述的任一煤堆自燃监测及防控的系统，包括：根据堆放的煤堆的大小将所述 底端连接物拉伸到一定的长度，将所述支架的底端连接物与所述支撑装置连接 起来，将所述气体抽采束管和所述铠装测温光纤预先铺设在所述套管中，将抽气 测温联合装置中的所述套管架放在所述支架上，将所述整体装置预埋在堆煤的 场地，利用所述套管中的气体抽采束管采集煤堆内部指标气体，所述套管中的铠 装测温光纤探测周围煤体温度；将感烟探测巡检装置置于距离煤堆D处，利用 所述感烟探测巡检装置对煤堆表面进行烟雾浓度的探测，并定时发射采集到的 烟雾浓度信息；将测氡装置预埋在煤堆表面，利用所述测氡装置采集惰性气体氡 的浓度，并定时发射采集到的惰性气体氡的浓度；将红外探测装置安装在煤堆场 地较外侧，利用所述红外探测装置实时采集煤堆红外图像和现场检测视频；将信 号接收装置安装在煤堆场地较外侧，利用所述信号接收装置接收所述感烟探测 巡检装置、所述测氡装置和所述红外探测装置发射的数据信号；利用数据处理装 置处理分析多个数据并综合判断以确定煤堆内部自燃的大致范围；根据煤堆内 部自燃的程度和大致范围利用防控技术执行不同的灭火方法。
可选的，所述支架底端连接物伸长后相邻两边的夹角最大为150°，伸长后 的距离可达原来长度的10～20倍；根据煤堆的大小拉伸支架底端的连接物使所 述支架的长度与堆煤半径之比为0.9～1.0，根据拉伸后所述支架的长度确定所述 支撑物的个数。
可选的，在可以承受所述套管重量的前提下，所述支撑物可以连续与所述底 端连接物连接，也可以间隔一个空位进行连接。
可选的，根据所述底端连接物的长度改变所述支撑物的高度和上部连接两 个支撑物的装置的长度，使置于所述上部装置上的所述套管距离地面的高度为 0.5～1.0m。
可选的，所述套管内部铺设所述气体抽采束管，所述套管外部的凹槽铺设所 述铠装测温光纤，所述凹槽上装有卡扣用以固定所述铠装测温光纤，随着煤堆的 增大可以向外拉伸所述套管，使所述套管拉伸至煤堆最外层。
可选的，所述套管上的两个所述凹槽位于同一水平面，即所述铠装测温光纤 铺设在所述套管的左右两侧，用于连续采集煤体的温度，所述气体抽采束管铺设 在所述套管的上下两侧，用于采集周围煤堆的指标气体。
可选的，所述套管中的气体采样器的分布位置的距离不相同，随着与煤堆中 心的距离的减小相邻两个所述气体采样器的距离越大，即相邻的两个所述气体 采样器的距离成等比数列，公比为1.1～1.3。
可选的，通过所述抽气测温联合装置对相应束管进行预先抽采，预抽时间为 2～8min，之后每间隔5～30min进行一次抽采指标气体，抽采气体的流量为30～90 ml/min。
可选的，O2以及以CO为主要的碳氧化物为判断煤自燃的主要指标气体， 饱和烃和链烷比以及不饱和烃为次要指标气体，O2浓度在5％～15％之间或CO 浓度骤然增加视为异常状况。
可选的，分析检测所述气体抽采束管采集到的指标气体，结合指标气体的浓 度和组成成分以及所述铠装测温光纤测得的煤温判断煤堆内部达到的温度，根 据不同的温度设定不同等级的预警，当煤堆内部最高温度到达50～80℃时设为一 级预警，当煤堆内部最高温度到达80～110℃时设为二级预警，当煤堆内部最高 温度到达110℃以上时设为三级预警。
可选的，根据煤堆的大小预先设定所述感烟探测巡检装置中的所述智能移 动小车的匀速圆周运动的周长C值和运动周期T值；根据煤堆的角度调节所述 感烟探测巡检装置中所述可调直杆与水平面的夹角，使所述可调直杆与煤堆表 面平行。
可选的，所述感烟探测巡检装置的运动周期T值范围为4～6h，所述可调直 杆的可调角度与水平面的夹角为15°～90°。
可选的，所述测氡装置预埋于煤堆表面，距离煤堆表面2～5m，同一水平的 所述测氡装置不少于4个，随煤堆高度的增加，同一水平面相邻两个所述测氡 装置距离减小，竖直方向相邻两个所述测氡装置距离相等，距离大小为2～6m。
可选的，所述数据处理装置通过收集到所述抽气测温联合装置中的所述指 标气体浓度和所述温度判断煤堆的散热带、自燃带和窒息带的大致范围；通过收 集接收到的烟雾浓度大小判断所述煤堆自燃大致高度；通过接收到的所述测氡 装置中的惰性气体氡的浓度与周围所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度的差值 大小的变化判断煤堆自燃大致范围；通过接收并显示的红外热图像确定煤堆表 面温度较高的区域；通过综合分析所有指标确定煤堆内部温度较高的区域；根据 所述区域的煤体温度执行不同的防控灭火技术。
可选的，所述指标气体浓度和所述煤体温度随时间的曲线均会出现一个峰 谷，根据所述峰谷的范围确定煤堆的自燃带。
可选的，所述烟雾探测器包括：离子型感烟探测器、散射光型光电感烟探测 器、减光型光电感烟探测器，各类型探测器的响应阈值根据煤堆的实际要求设定。
可选的，在同一探测时间段内，所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度超过下 方所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度25％，相邻探测时间段内，同一位置的 所述测氡装置中的惰性气体氡的浓度骤增，可确定煤堆自燃的大致高度范围。
可选的，红外热图像上显示温度超过35℃的煤堆表面区域为异常区域。
可选的，根据已确定的煤堆的自燃带的温度，判断最高温度所处的范围，发 出相应等级的预警，根据预警的级别执行不同的防控灭火技术：一级预警可采取 定向钻孔注氮技术，向煤堆自燃带注入氮气以达到窒息的目的；二级预警可向煤 堆的自燃带注入泡沫或注入胶体以达到降温、隔绝氧气的目的；三级预警可在煤 堆外部实施旋转水泡或同时与所述三种防控灭火技术的一种相结合使得煤堆内 外同时进行灭火，以达到快速灭火的目的。
本发明实施例提供的煤堆自燃监测的方法，可以利用抽气测温联合装置抽 采煤堆内部指标气体，采集周围煤温数据；可以利用所述感烟探测巡检装置采集 煤堆表面烟雾浓度；可以利用所述测氡装置采集并传输煤堆惰性气体氡浓度；还 可以利用所红外探测装置采集煤堆红外图像和现场检测视频，不仅深入煤堆内 部探测到煤体温度的变化和采集到不同煤温下指标气体的浓度，还从外部探测 到煤堆的烟雾浓度和表面温度变化，结合多个指标从多个方面对煤堆进行探测， 相较单一某种探测方法而言，降低了对煤炭自燃探测的延迟性并减小误差的重 要程度。另外，通过所述信号接收装置和所述数据处理装置实时接收处理多个数 据，并综合各个指标的动态变化分析确定煤堆内部异常情况的大致范围，较一般 方法而言缩小了范围，提高了定位的精确度。另外，根据所确定范围的温度异常 情况可以发出不同的预警等级，并且执行相应的防控灭火技术，实现煤堆自燃早 期快速治理的效果。
需要说明的是，在本文中，诸如指标气体和指标等之类的术语包括但不局限 于本专利所提及的。″阈值＂、″范围＂等表示界限的用语只是为了简化说明相关 方法，应根据不同场所的要求设置不同的值。术语″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；可以是直接相连，也可 以通过中间媒介间接相连。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系的用语， 不是指示或暗示所指的装置必须位于特定的方位，因此不能理解为对本专利的 限制。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包 括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所 固有的要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权 利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.煤堆自燃监测方法及防控系统，其特征在于，包括：
抽气测温联合装置，与数据处理装置相连，用以抽采煤堆内部指标气体，采集周围煤温数据。
感烟探测巡检装置，用以采集煤堆表面烟雾浓度，并实时向信号接收装置发射采集到的烟雾浓度信息。
测氡装置，用以采集煤堆惰性气体氡，并定时向信号接收装置发射采集到的惰性气体氡的浓度。
红外探测装置，由红外热像仪和高速摄像机组成，通过信号接收装置接收与数据处理装置相连，用以采集煤堆红外图像和现场检测视频。
信号接收装置，与数据处理装置相连，用以接收感烟探测巡检装置、测氡装置以及红外探测装置采集的信号。
数据处理装置，与抽气测温联合装置和信号接收装置相连，用以分析处理指标气体浓度、烟雾浓度、惰性气体氡浓度和温度的动态变化并进行综合判断。
灭火控制系统，根据数据处理装置判断得出的煤堆内部的着火情况执行不同方式的灭火控制措施。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气测温联合装置，包括气体抽采束管、铠装测温光纤和套管、支架，所述套管和所述支架具有伸缩性，并且所述套管圆周方向上有位置相对的两个凹槽，圆周方向的其他地方开设有圆孔。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述套管是由多个直径不同的圆管连接相套组成，相邻两个圆管的直径之比为0.80～0.95。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述套管上所述的凹槽的深度为10～20mm，所述凹槽上下装有多个卡扣。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述支架由具有伸缩性的底端连接物和与所述连接物相连接的支撑物构成，所述连接物的伸长距离可达原来长度的2～5倍。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述气体抽采束管最前端是封闭的，在所述气体抽采束管的前端圆周方向上开设有通气孔，开孔面积可达0.2～0.7。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述套管中的气体采样器的分布位置的距离不相同，随着与煤堆中心的距离的减小相邻两个所述气体采样器的距离越大，即相邻的两个所述气体采样器的距离成等比数列，公比为1.1～1.3。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测氡装置包括用以采集煤堆惰性气体氡的探测杯和定时发射探测杯中惰性气体氡浓度的无线信号发射装置，所述无线信号传输装置位于所述探测杯上。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，灭火控制系统包括定向钻孔注惰技术、向煤堆注入泡沫或凝胶、使用旋转水泡进行灭火。根据煤堆内部自燃不同情况实施不同的防控技术以达到防止煤自燃的目的。
10.一种煤堆自燃监测的方法，基于上述权利要求中1至9任一所述的煤堆自燃监测及防控的系统，其特征在于，包括：
根据堆放的煤堆的大小将所述底端连接物拉伸到一定的长度，将所述支架的底端连接物与所述支撑装置连接起来，将所述气体抽采束管和所述铠装测温光纤预先铺设在所述套管中，将抽气测温联合装置中的所述套管架放在所述支架上，将所述整体装置预埋在堆煤的场地，利用所述套管中的气体抽采束管采集煤堆内部指标气体，所述套管中的铠装测温光纤探测周围煤体温度；
将感烟探测巡检装置置于距离煤堆D处，利用所述感烟探测巡检装置对煤堆表面进行烟雾浓度的探测，并定时发射采集到的烟雾浓度信息；
将测氡装置预埋在煤堆表面，利用所述测氡装置采集惰性气体氡的浓度，并定时发射采集到的惰性气体氡的浓度；
将红外探测装置安装在煤堆场地较外侧，利用所述红外探测装置实时采集煤堆红外图像和现场检测视频；
将信号接收装置安装在煤堆场地较外侧，利用所述信号接收装置接收所述感烟探测巡检装置、所述测氡装置和所述红外探测装置发射的数据信号；
利用数据处理装置处理分析多个数据并综合判断以确定煤堆内部自燃的大致范围。根据煤堆内部自燃的程度和大致范围执行不同的灭火防控技术。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，可以根据所述底端连接物的长度改变所述支撑物的高度和上部连接两个支撑物的装置的长度。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述套管内部铺设所述气体抽采束管，所述套管外部的凹槽铺设所述铠装测温光纤，所述凹槽上装设的卡扣用以固定所述铠装测温光纤，随着煤堆的增大可以向外拉伸所述套管。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述套管上的两个所述凹槽位于同一水平面，即所述铠装测温光纤铺设在所述套管的左右两侧，用于连续采集煤体的温度，所述气体抽采束管铺设在所述套管的上下两侧，通过所述气体抽采束管圆周方向上的通气孔采集周围煤堆的指标气体。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述测氡装置预埋于煤堆表面，距离煤堆表面2～5m，随煤堆高度的增加，同一水平面相邻两个所述测氡装置距离减小，竖直方向相邻两个所述测氡装置距离相等。
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