CN116271613A - 一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统 - Google Patents

一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，通过在煤矸石山不同位置铺设不同数量传感器，实现对于煤矸石山内部的网格化全覆盖监测，数据通过LoRa无线自组网传输处理后以图表的形式显示，实现火源精准定位，同时将不同测点按预警指标分为不同等级进行分类观测和分级治理。最终将其相关信息传入灭火指挥中心，利用泡沫类灭火剂通过智能阀门进行定点喷淋灭火，若一段时间内无法恢复则自动开启相邻测点的智能阀门，以此类推，直至煤矸石山恢复正常，实现精准、高效灭火。同时将此次数据存储至数据库终端，用于后续分析研究。本发明应用及推广解决了目前煤矸石山自燃监测的盲目性和低效性，具有很好的推广应用价值。

Description

一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统
技术领域
本发明涉及煤矸石山自燃预测预警及高效灭火系统，尤其涉及一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统。
背景技术
煤矿在进行开采过程中会产生固体废弃物——煤矸石，主要包括选煤厂尾矿、煤岩巷剥离矸石等。目前，基于我国能源的结构煤田富余而油气缺乏的基本特征，煤矿仍是我国主体能源；一般情况下，煤矸石约占原煤产量的10％左右，在天然煤净化后可达到12～18％。由于煤矿地处位置、排矸机等基础条件的差异造成煤矸石山堆积工艺、粒度结构也不同；地处平原地区煤矿大部分将煤矸石直接堆积在未垦荒地，形成脊形或者锥形煤矸石山，有的间接被充填至矿井塌陷区。而地处山区的煤矿将煤矸石直接排至山坡自由滚落，填至山沟内。对于目前煤矸石山的安置，造成了大量土地的浪费和各类环境污染，而对人类生态生活与环境的直接危害是煤矸石自燃。煤矸石自燃将产生大量SO2、CO、H2S等多种有毒有害气体和大量烟尘，而且易发生煤矸石山坍塌和爆炸等事故，对煤矿工作人员及周边民众生命安全造成严重的威胁。
通过煤矸石山自燃机理过程和大量实际发生自燃事件表明，自燃发生前，煤矸石山内部的各类影响因素中，温度和CO指标气体作为主要且贯穿整个自燃发生过程的因素，能够直接反映煤矸石山自燃的发展阶段。随着煤自燃的进行，会产生大量的热，导致煤周围温度的升高，因此采用温度参数监测是最直接最有效的方式；CO不存在于煤的吸附气体中，是煤自燃过程中的产物，因此CO浓度参数也可作为指示煤自燃程度的重要指标，以上两个指标可以有效进行煤矸石山自燃的监控预警，并采取有效措施，降低煤矸石山自燃带来的危害。
以往对煤矸石山自然发火的监测预警技术存在以下问题：(1)目前主要采用红外热成像技术或者埋设测温探头对于煤矸石山仍侧重于表面及浅埋信息的研究，进而通过数值模拟、多维分析等手段进行煤矸石山深部温度预测，对煤矸石山深部温度变化的实时监测手段较少，从而难以实现对于煤矸石山内部火源的精准定位。(2)煤矸石山自燃监测手段大多没有形成包括监测、分析、预警、灭火的全套智能化系统，无法实现煤矸石山自燃火源的精准定位和及时灭火。(3)监测成本高、工程量大，传感器在煤矸石山内布置冗余。(4)现有的数据网络传输手段对于煤矸石山来说存在成本高、传输距离近、丢包严重等缺点。
基于以上问题，本发明采用无线监测手段，将多个传感器节点投放至在矿井煤矸石山内并记录位置，通过无线自组网实时互传进行内部温度场和CO浓度场变化监测预警，从而实现火源的精准定位，然后利用预先设置好的泡沫类灭火剂管道进行及时精确地灭火。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术对于煤矸石山自然发火过程中对于其内部火源无法实时检测、精准定位和及时灭火的缺点，而提出一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，包括信息处理终端、数据采集模块、网络数据接收及转发模块、数据处理模块、自燃预警火源精准定位及信息显示模块、精准灭火模块以及穿插安装于煤矸石山中的PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管；
数据采集模块为通过在煤矸石山内布置无线传感器，测试在煤矸石山内部参数的实时变化，实现对矸石山内部的全方位监测；具体的说，数据采集模块包括分布在PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管中的温度—CO复合型传感器，温度—CO复合型传感器将温度和CO浓度信息传输给网络数据接收及转发模块；
网络数据接收及转发模块为监测分站，通过LoRa无线自组网实现煤矸石山内各温度—CO复合型传感器的跳频多址通信，数据能够在各传感器节点跳频传输，最终将温度—CO复合型传感器监测到的温度和CO浓度信息传输至信息处理终端；
数据处理模块和自燃预警火源精准定位及信息显示模块集成于数据库终端中；
数据处理模块用于接收信息处理终端传输的数据后进行数据的筛选和分析，消除数据中可能出现的干扰因素(如：季节、昼夜、天气等)，把所得数据跟各个温度—CO复合型传感器所在位置相对应，形成立体全覆盖的煤矸石山内部温度网及CO浓度网示意图；
自燃预警火源精准定位及信息显示模块用于对于处理完成的温度和CO浓度数据进行动态危险辨识，当温度和CO浓度大于一定的阈值或者其一定时间的变化率大于一定的阈值时进行即判定为自燃，进行报警，同时在信息显示模块上显示报警区域
精准灭火模块包括泡沫类灭火剂喷头、泡沫类灭火剂供给池、增压泵、灭火指挥中心，灭火指挥中心信号连接数据库终端，泡沫类灭火剂喷头布置在PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管中，泡沫类灭火剂喷头通过增压泵连接泡沫类灭火剂供给池，灭火指挥中心调控增压泵开闭，用于对于系统判定的自燃区域进行泡沫类灭火剂喷淋，使其在煤矸石山内部自燃带域进行堆积，实现精准、快速、高效灭火。
作为更进一步的优选方案，PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管内设有橡胶管道，橡胶管道连接泡沫类灭火剂供给池，橡胶管道上沿长度方向布置若干泡沫类灭火剂喷头，所述PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管上设有供泡沫类灭火剂喷头喷出泡沫类灭火剂的开孔，温度—CO复合型传感器设置于开孔处。
作为更进一步的优选方案，PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管的开孔上设有滤网。
作为更进一步的优选方案，温度—CO复合型传感器外设有半圆形PA66外壳，泡沫类灭火剂喷头上具有智能阀门，智能阀门由灭火指挥中心控制开闭。
作为更进一步的优选方案，相邻两根PP聚丙烯竖管之间的间距为三米，相邻两根PP聚丙烯横管之间的间距为三米；PP聚丙烯横管上的开孔朝下，PP聚丙烯竖管上的开孔方向为上下交替式的。
作为更进一步的优选方案，煤矸石山的底部中心区域为窒息带、表面区域为不易自燃带，窒息带和不易自燃带之间的区域为自燃带，所述PP聚丙烯竖管和PP聚丙烯横管于自燃带区域中的开孔密度大于窒息带和不易自燃带。
作为更进一步的优选方案，数据处理和自燃预警火源精准定位及信息显示模块，其将数据由温度—CO复合型传感器传至数据库终端后，通过数据处理模块进行处理，将煤矸石山内部温度和CO浓度的时空变化以云图、图标和曲线的形式直观的表示出来，综合温度和CO浓度值及其一定时间内变化率为每个测点赋予一个自燃危险程度等级，分为无危险、轻度危险及重度危险，根据危险等级不同将各个测点进行分类观测，其中自燃危险程度等级为无危险的测点设置5个小时进行一次数据传输及分析，危险程度等级为轻度危险的测点设置3个小时进行一次数据传输及分析，危险程度等级为重度危险的测点则需要设置每1个小时进行一次数据传输及分析，此间隔频率可视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性进行适当调整；若测点在采取灭火措施后一段时间内其参数预警指标持续保持为安全，则可以按梯度逐级降低其危险程度等级，即若3天内指标持续为安全，则等级可降低为轻度危险，再过3天指标仍持续为安全，则等级可降低为无危险。同时针对不同危险等级的测点还会采取不同的灭火措施，做到分级治理。
泡沫类灭火剂喷淋灭火系统采用智能化设计实现精准灭火，经过信息处理终端判定的煤矸石山自燃异常节点会将相关信息传入灭火指挥中心，由灭火指挥中心下灭火指令，随后泡沫类灭火剂通过管道、智能总阀门及增压泵输入至PP聚丙烯竖管和横管中，实现精准高效灭火。其中，对于轻度危险等级的测点，若测点位于PP聚丙烯横管，则测点及测点同管前后两测点智能阀门自动开启，同时测点所在管道水平(左右)与竖直面(上下)两管道对应最近测点智能阀门自动开启，同时进行喷淋灭火，直至温度和CO浓度持续降低至正常水平，测点位于PP聚丙烯竖管同理；对于重度危险等级或轻度危险等级采取措施后仍无法恢复正常状态的测点，若测点位于PP聚丙烯横管，则除了上述智能阀门开启外，还需要开启邻近所有竖管的最近测点智能阀门，加入灭火喷淋，若5h后温度或CO浓度仍然处于升高水平，则目前所有开启智能阀门测点附近的PP聚丙烯横管和竖管内的第二批相邻测点继续开启智能阀门，以此类推，直至煤矸石山内部参数(温度、CO浓度)恢复正常时管口智能阀门自动关闭，同时记录存储此次数据至数据库终端，用于后续对煤矸石山自燃进行分析评价。
本发明的有益效果：
1、采用外管、喷淋管道、传感器分离式设计，一旦出现传感器电量不足或者管道堵塞等问题，便于随时进行拆卸修复，避免影响煤矸石山自燃实时监测。
2、传感器及分站间采用LoRa无线自组网进行跳频多址通信，能够满足在煤矸石山较密实的情况下透过管道进行低功耗、远距离传输的需求，同时当一个节点出现问题时候，数据信息还能通过邻近其他节点进行传输，保证了数据传输的可靠性，解决了在矸石山内部数据传输不畅的问题，始终能保持对煤矸石山内部的动态全覆盖监测。
3、采用泡沫类灭火剂喷淋进行灭火可以在煤矸石山内进行有效堆积，解决了传统水灭火无法扑灭高位火源的问题，同时在发泡剂作用下形成的二氧化碳，能够有效隔绝氧气，更快速地扑灭火源。
4、将煤矸石山划分为不同区域，按需布置不同数量的传感器，大大提高了监测的有效性和针对性，避免了大量布置导致的传感器冗余问题，减少投入成本。
5、采用PP聚丙烯横管和竖管相结合的布置方式，使煤矸石山内形成立体监测网，实时对自燃带内的温度场和CO浓度场进行监测，消除监测盲区，同时能够在发生火灾时对发生火灾地点进行精确定位、及时响应。
6、数据采集模块不仅采用了传统的温度传感器，还增加了CO传感器，增加了煤矸石山自燃监测的准确性和科学性，同时根据危险等级不同将各个测点进行分类观测，针对不同危险等级的测点采取不同的措施，做到分级治理，大大减少了长时间对所有测点进行监测分析的麻烦，提高了监测效率，节约资源。
7、本发明形成了集数据收集、传输、处理、显示、预警、灭火为一体的全套煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，克服了现有技术对于煤矸石山自然发火过程中对于其内部火源无法实时检测、精准定位和及时灭火的缺点。
附图说明
图1为本发明的系统实施总框架图；
图2为本发明具体实施方式的系统结构示意图；
图3为本发明管道内传感器及喷淋装置结构示意图；
图4为本发明煤矸石山内部自燃危险分布示意图；
图5为本发明煤矸石山内部管路布置俯视平面示意图；
图6为本发明煤矸石山内部管路布置剖面示意图。
其中：1—PP聚丙烯竖管；2—PP聚丙烯横管；3—智能阀门；4—半圆形PA66外壳；5—温度—CO复合型传感器；6—泡沫类灭火剂；7—橡胶管道；8—泡沫类灭火剂喷头；9—泡沫类灭火剂供给池；10—增压泵；11—灭火指挥中心；12—数据库终端；13—信息处理终端；14—监测分站；15—智能总阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
本发明为一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其包括以下模块：数据采集模块，网络数据接收及转发模块，数据处理模块，自燃预警火源精准定位及信息显示模块，精准灭火模块。
数据采集模块采用温度—CO复合型传感器，综合CO浓度及温度参数对自燃预警、火源位置进行精准判别定位；传感器附加半圆形PA66外壳，布置于PP聚丙烯管内，附于喷淋管口附近，需要提前在管内提前进行打孔；传感器在横管内布置为竖直朝下方向，竖管内布置为水平左右两侧，孔洞外侧加上滤网进行保护，防止通道堵塞或者被煤矸石砸坏。
系统实施总流程如图1所示，具体实施方式结合附图进行进一步说明。
在煤矸石山的形成过程中，大多采用倒坡式的翻头排矸，在重力的作用下会使煤矸石具有明显的分选性，造成了煤矸石在不同垂直梯度上的粒度分级，使煤矸石得到了更好的供氧条件。小粒径的煤矸石中含有更多的煤，更增加了自燃的可能性。而且矸石自然滚落会形成不同粒度分层堆积，位于矸石山边坡中下部的一般都是较大块矸石，其间具有较大的空隙，空气中的氧气从其缝隙中渗入，为矸石山内部供氧提供了良好的通风条件。同时由于矸石山中上部颗粒较小，在风雨季节容易风化、碎化，碎化后的矸石将孔隙堵住，空隙率变小，导致在矸石山中上部形成密闭性好的覆盖层，使中下部矸石中的混煤或硫铁矿氧化产生的热量无法有效地释放出去，极易促使矸石山内出现局部高温而自燃。综合煤矸石的堆积情况、风量、氧气含量以及煤矸石粒径分布可以推断出煤矸石山内部存在一条燃烧带，可将煤矸石山内部划分为三个带区，如图4所示：
(1)不自燃带：在矸石山表面，不断有氧气供应，可持续发生慢性的氧化反应，但是热量很快散失到周围环境中，不足以引起自燃。
(2)窒息带：在矸石山内部，空气中氧气体积分数很小，氧化反应过程中释放热量很少，基本不会令矸石升温，故此带区不会发生自燃。
(3)自燃带：在不自燃带和窒息带之间，既有一定的氧气供应，所产生的热量也不会全部被外界空气带走，氧化产生的热量令矸石升温，称为自燃带。
综合上述，本发明根据不同带区设置不同数量的传感器，大大提高监测的有效性和针对性，避免传感器冗余，减少投入成本。
本发明的具体实施方式的系统结构如图2所示，煤矸石山形成后，沿着煤矸石山的水平和竖直方向进行钻孔，并铺设若干一端开口的PP聚丙烯横管2和竖PP聚丙烯竖管1作为外管，其中：水平方向相邻PP聚丙烯横管2间隔为3m，竖直方向相邻PP聚丙烯横管2间隔为3m；水平方向相邻PP聚丙烯竖管1间隔为3m，竖直方向相邻PP聚丙烯竖管1间隔为3m；PP聚丙烯横管2与PP聚丙烯竖管1穿插布置，相邻两排PP聚丙烯横管2中间布置PP聚丙烯竖管1。管道具体布置方式如图5、6所示，图5为本发明煤矸石山内部管路布置俯视平面示意图，图6为本发明煤矸石山内部管路布置剖面示意图。PP聚丙烯横管2及PP聚丙烯竖管1必须全面覆盖于自燃带内，保证煤矸石山内部形成立体监测网，实时对自燃带内的温度场和CO浓度场进行监测，消除监测盲区。同时只需要在窒息带内布置少量管道即可，减少投入成本。
如图3所示，在PP聚丙烯管内铺设喷洒泡沫类灭火剂6的橡胶管道7，图3(a)为PP聚丙烯横管2内系统结构图，横管内朝下方向安装喷洒泡沫类灭火剂6的泡沫类灭火剂喷头8，同时在泡沫类灭火剂喷头8的最外端安装铁丝滤网，防止煤粉或者矸石粒落入管道内堵塞管道。泡沫类灭火剂喷头8的一侧安装有智能阀门3，智能阀门3配备有设备开停传感器，能够实时对智能阀门3开关状态进行监控，实现对煤矸石山内煤自燃的精准灭火。在泡沫类灭火剂喷头8的另一侧则安装有配备半圆形PA66外壳4的温度—CO复合型传感器5，半圆形PA66外壳4可以有效避免传感器浸湿或者被砸导致损坏，同时半圆形PA66外壳4还设计有两个孔洞，其中一个孔洞朝向管道内通过传输天线实现各个传感器之间的数据信息传输，另一个孔洞朝向管道外部使温度—CO复合型传感器5能够准确地获得测点的真实温度和CO浓度值。上述结构即为本系统所述数据采集模块，在管内间隔1m设置一处数据采集模块，实现对煤矸石山内部温度和CO浓度的实时监测。图3(b)为PP聚丙烯竖管1内系统结构图，竖管内数据采集模块结构与横管一致，但其位置设置于竖管的左右两侧，每间隔1m进行左右交叉布置，实现煤矸石山内部空间立体全覆盖式监测。
PP聚丙烯竖管1和PP聚丙烯横管2采用聚丙烯材料，导热系数为0.22，工作温度为-30℃～+100℃，短时可达+140℃，柔韧性好，耐化学腐蚀，能够满足在煤矸石山中长时间工作的要求；半圆形PA66外壳4采用尼龙PA66材料，导热系数为0.24，工作温度可达-40℃～+124℃，短时可达+150℃，柔韧性好,耐酸、润滑油、冷却液等，耐摩擦，可承受重压且不断裂、不变形，能够很好地保护温度—CO复合型传感器5在煤矸石山中不被砸坏，同时能够很好传递煤矸石山中热量，保证监测结果的准确性。
此后，温度—CO复合型传感器5在管内收集到的数据信息会通过LoRa无线自组网在煤矸石山内进行信息传输，LoRa无线自组网可以实现各传感器之间的跳频多址通信，即使一个传感器发生了损坏，仍然能够通过相邻的其他传感器进行数据传输，且其能够实现长距离低功耗传输，能够实现在煤矸石山内复杂环境下信息的稳定准确传输。目前已经成功在柳林沙曲二矿搭建煤矸石山实验平台，对矸石堆中无线传感器节点的最大通讯距离以及无线各节点的组网回传能力进行了测试。经测试得：无线测温设备中，主控站与节点之间的有效穿透传输距离不能超出8m，节点与节点间的最大有效穿透距离不能超过7.13m，故本系统采用LoRa无线自组网进行数据传输完全能够满足数据的稳定准确传输。煤矸石山内部数据通过LoRa无线自组网进行跳频传输，最终汇合传输至监测分站14，再经过光纤通信传输至信息处理终端13，此结构即为本系统的网络数据接收及转发模块。
所述数据处理模块即为信息处理终端13，信息处理终端13首先需要对煤矸石山的大小及形状进行预先设置，对煤矸石山内各个管道特别是管道内部的数据采集模块所处位置需要进行准确记录，以便于后续对于火源进行精准定位和信息显示。通过监测分站14传输过来的信息需要先进行预处理，根据预先输入的温度、湿度、天气、季节、昼夜等信息，对于数据进行数据的筛选和分析，消除数据中可能出现的干扰因素。预处理完成的数据信息与其在煤矸石山内部测点位置一一对应，煤矸石山内部煤自燃参数预警指标具体如下：
(1)当温度温度T＜30℃时，为安全；若T≥30℃且T＜80℃时，为轻度危险，系统进行一级报警；若T≥80℃时，为重度危险，系统进行二级报警。(温度临界值视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性可适当调整)；
(2)CO浓度C＜20ppm时，为安全；若CO浓度≥20ppm且CO浓度＜110ppm时，为轻度危险，系统进行一级报警；若CO浓度≥110ppm时，为重度危险，系统进行二级报警。(CO浓度临界值视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性可适当调整)；
(3)温度变化率K＝ΔT/t，若K＜0.85Kth(温度变化率阈值)，为安全；若K≥0.85Kth且K＜0.95Kth，为轻度危险，系统进行一级报警；若K≥0.95Kth，为重度危险，系统进行二级报警(温度变化率阈值视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性可适当调整)；
(4)CO气体浓度变化率J＝ΔC/t，若J＜0.85Jth(CO气体浓度变化率阈值)，为安全；若J≥0.85Jth且J＜0.95Jth，为轻度危险，系统进行一级报警；若J≥0.95Kth，为重度危险，系统进行二级报警(CO气体浓度变化率阈值视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性可适当调整)；
(5)以上预警指标出现不同结果时，选择更高的危险等级进行预警。
数据处理模块会根据煤矸石山内部各个测点一段时间内传输回来的温度及CO浓度值进行分析预警，并为每个测点赋予自燃危险程度等级。若某测点自燃参数预警指标全为安全，即可赋予其自燃危险程度等级为无危险；若某测点煤自燃参数预警指标为安全和一级报警，即赋予其自燃危险程度等级为轻度危险；若某测点煤自燃参数预警指标存在二级报警，将赋予其自燃危险程度等级为重度危险。随着危险等级的下降，相邻两次监测分析时间可以适当增加，避免长时间对所有测点进行监测分析，提高了监测效率，同时针对不同危险等级的测点采取不同的措施，做到分级治理，节约资源。自燃危险程度等级为无危险的测点可以设置5个小时进行一次数据传输及分析，危险程度等级为轻度危险的测点设置3个小时进行一次数据传输及分析，危险程度等级为重度危险的测点则需要设置每1个小时进行一次数据传输及分析，此间隔频率可视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性进行适当调整。若测点在采取灭火措施后一段时间内其参数预警指标持续保持为安全，则可以按梯度逐级降低其危险程度等级，即若3天内指标持续为安全，则等级可降低为轻度危险，再过3天指标仍持续为安全，则等级可降低为无危险。
在自燃预警火源精准定位及信息显示模块，煤矸石山内部温度和CO浓度的时空变化以云图、图表和曲线的形式直观的表示出来，每个温度、CO浓度与每个测点坐标相对应，可以清楚地了解煤矸石山内部温度变化，准确抓住高温测点，实现自燃火源的精准定位。根据数据处理模块中划分的自燃危险程度等级能够单独分析不同等级的测点分布，同时对于自燃危险程度等级达到轻度危险和重度危险的测点，在采取灭火措施并恢复后需要记录其时间、温度、CO浓度等相关数据并存入数据库终端12中，对于日后研究煤矸石山内部的自燃规律以及日后灭火和实施科学合理的灭火方式有着重大的研究意义。
精准灭火模块包括灭火指挥中心11和泡沫类灭火剂供给池9，经过信息处理终端13判定为具有自燃危险的测点会将相关信息传入灭火指挥中心11，由灭火指挥中心11下令采取相关措施，收到指令后泡沫类灭火剂供给池9出口通道打开，装有设备开停传感器的智能总阀门15同时自动打开，泡沫类灭火剂6通过管道及智能总阀门15到达增压泵10，由增压泵10提供动力将泡沫类灭火剂6输入至PP聚丙烯竖管1和PP聚丙烯横管2中，实现精准高效灭火。其中，对于轻度危险等级的测点，若测点位于PP聚丙烯横管2，则测点及测点同管前后两测点智能阀门3自动开启，测点所在管道水平(左右)与竖直面(上下)两管道对应最近测点智能阀门3也自动开启，同时进行泡沫类灭火剂6喷淋灭火，直至温度和CO浓度持续降低至正常水平，测点位于PP聚丙烯竖管1同理；对于重度危险等级或轻度危险等级采取措施后仍无法恢复正常状态的测点，若测点位于PP聚丙烯横管2，则除了上述智能阀门3开启外，还需要开启邻近所有竖管的最近测点智能阀门3，加入泡沫类灭火剂6灭火喷淋，若5h后温度或CO浓度仍然处于升高水平，则目前所有开启智能阀门3测点附近的PP聚丙烯横管2和PP聚丙烯竖管1内的第二批相邻测点自动开启智能阀门3，以此类推，直至CO浓度和温度水平得到控制。以上所述实例中时间及智能阀门3开启数量等均可视各个矿区条件不同或临场情况的多变性由灭火指挥中心11进行对应调整，以实现不同情况下的煤矸石山精准高效灭火。
精准灭火模块采用泡沫类灭火剂6进行高效灭火，对比于传统的水灭火，泡沫类灭火剂6可以有效扑灭煤矸石山内部的高位火灾，同时在发泡剂作用下形成的二氧化碳，也能够有效隔绝氧气，更快速地扑灭火源。所述泡沫类灭火剂可分为化学泡沫、空气泡沫、蛋白泡沫、高倍数泡沫和三相泡沫等，可以根据各种泡沫的特性和实际适用性，结合该地煤矸石山具体天气、干湿度、煤炭自燃倾向性等实际情况进行综合考虑，选择最合适最高效的泡沫类灭火剂6进行灭火。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：包括信息处理终端(13)、数据采集模块、网络数据接收及转发模块、数据处理模块、自燃预警火源精准定位及信息显示模块、精准灭火模块以及穿插安装于煤矸石山中的PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)；
数据采集模块包括分布在PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)中的温度—CO复合型传感器(5)，温度—CO复合型传感器(5)将温度和CO浓度信息传输给网络数据接收及转发模块；
网络数据接收及转发模块为监测分站(14)，通过LoRa无线自组网实现煤矸石山内各温度—CO复合型传感器(5)的跳频多址通信，最终将温度—CO复合型传感器(5)监测到的温度和CO浓度信息传输至信息处理终端(13)；
数据处理模块和自燃预警火源精准定位及信息显示模块集成于数据库终端(12)中；
数据处理模块用于接收信息处理终端(13)传输的数据后进行数据的筛选和分析，消除数据中可能出现的干扰因素，把所得数据跟各个温度—CO复合型传感器(5)所在位置相对应，形成立体全覆盖的煤矸石山内部温度网及CO浓度网示意图；
自燃预警火源精准定位及信息显示模块用于对于处理完成的温度和CO浓度数据进行动态危险辨识，当温度和CO浓度大于一定的阈值或者其一定时间的变化率大于一定的阈值时进行即判定为自燃，进行报警，同时在信息显示模块上显示报警区域
精准灭火模块包括泡沫类灭火剂喷头(8)、泡沫类灭火剂供给池(9)、增压泵(10)、灭火指挥中心(11)，灭火指挥中心(11)信号连接数据库终端(12)，泡沫类灭火剂喷头(8)布置在PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)中，泡沫类灭火剂喷头(8)通过增压泵(10)连接泡沫类灭火剂供给池(9)，灭火指挥中心(11)调控增压泵(10)开闭。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)内设有橡胶管道(7)，橡胶管道(7)连接泡沫类灭火剂供给池(9)，橡胶管道(7)上沿长度方向布置若干泡沫类灭火剂喷头(8)，所述PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)上设有供泡沫类灭火剂喷头(8)喷出泡沫类灭火剂(6)的开孔，温度—CO复合型传感器(5)设置于开孔处。
3.根据权利要求2所述的一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)的开孔上设有滤网。
4.根据权利要求2所述的一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：温度—CO复合型传感器(5)外设有半圆形PA66外壳(4)，泡沫类灭火剂喷头(8)上具有智能阀门(3)，智能阀门(3)由灭火指挥中心(11)控制开闭。
5.根据权利要求2所述的一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：相邻两根PP聚丙烯竖管(1)之间的间距为三米，相邻两根PP聚丙烯横管(2)之间的间距为三米；PP聚丙烯横管(2)上的开孔朝下，PP聚丙烯竖管(1)上的开孔方向为上下交替式的。
6.根据权利要求2所述的一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：煤矸石山的底部中心区域为窒息带、表面区域为不易自燃带，窒息带和不易自燃带之间的区域为自燃带，所述PP聚丙烯竖管(1)和PP聚丙烯横管(2)于自燃带区域中的开孔密度大于窒息带和不易自燃带。
7.根据权利要求2所述的一种用于煤矸石山自燃火源精准定位及高效灭火系统，其特征在于：数据处理和自燃预警火源精准定位及信息显示模块，其将数据由温度—CO复合型传感器(5)传至数据库终端(12)后，通过数据处理模块进行处理，将煤矸石山内部温度和CO浓度的时空变化以云图、图标和曲线的形式直观的表示出来，综合温度和CO浓度值及其一定时间内变化率为每个测点赋予一个自燃危险程度等级，分为无危险、轻度危险及重度危险，根据危险等级不同将各个测点进行分类观测，其中自燃危险程度等级为无危险的测点设置5个小时进行一次数据传输及分析，危险程度等级为轻度危险的测点设置3个小时进行一次数据传输及分析，危险程度等级为重度危险的测点则需要设置每1个小时进行一次数据传输及分析，此间隔频率可视煤种不同或实验室煤自燃测试结果的差异性进行适当调整；若测点在采取灭火措施后一段时间内其参数预警指标持续保持为安全，则可以按梯度逐级降低其危险程度等级。
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