[发明专利]采空区温度场高密度网络化无线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及采空区煤自燃隐蔽火源监测技术，特别是一种大面积采空区温度场高密度网络化无线监测装置及方法，主要用于监测大面积采空区煤自燃隐蔽区域温度场及其变化趋势。

背景技术

近年来，随着矿井开采强度加大，采空区范围不断扩大，特别是综采放顶煤采煤法的推广应用后，采空区留有大量遗煤，煤自燃火灾尤为严重，特别是采空区遗煤高温点位置的隐蔽性与不易确定性，易导致发现与采取措施的滞后，造成人力、物力的浪费，给矿井安全生产带来隐患。据不完全统计，我国国有重点煤矿中具有自然发火危险的矿井约占51.3％，煤自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90％以上。煤自燃释放出大量的有毒有害气体及烟流，由于受限空间火灾气体的扩散区域较小且扩散通路集中，极易引起相关人员中毒、窒息，严重威胁着人员的生命安全。与此同时，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，如果稍有疏忽，便可能引起瓦斯(煤尘)爆炸(燃烧)，造成巨大的损失。据一项不完全统计，在开采过的220个综放工作面中发生了182次煤自燃火灾事故，煤自燃火灾已成为制约矿井安全生产与发展的主要因素之一。煤自然发火形成环境的复杂性、高温火源的隐蔽性给煤自燃监测、预报带来极大的困难，导致目前该类技术的发展相对滞后，同时也制约了煤自燃火灾防治技术的发展。在实际条件下，很难确定煤多少天会发生自燃、自燃高温区发展到何种程度、火区范围有多大，在煤自燃的早期及火区治理过程中如何知道高温区位置及其温度，实施灭火工程后的效果如何，怎样考察，火区熄灭后为什么会复燃，火区在怎样的条件下会复燃等等。这些问题为煤自燃的监测、预防和治理工作带来了很多的困惑。

若对上述采空区自燃隐蔽区域进行常规检测，一是危险区域内气体流动性差，一般情况下取出的基本上是自燃区域内附近的气样，若是距离取样点较远处发生煤自燃，很难通过气样分析在较早的时间内发现；二是红外测温仪只能测量物体表面温度，很难通过表面温度反演危险区域内温度变化情况；三是，采空区隐蔽区域内煤自燃信息监测点少，监测范围小，人员工作量大，获取的信息可靠性差，且针对性不强；四是，自燃隐蔽区域特征信息的动态监测技术的发展不成熟，很难保证检测参数的可靠性、稳定性和全面性；五是，现有煤自燃火灾监测预报系统信息共享差，只实现了指标参数的在线监测，缺少对火灾信息的全面采集与处理，在线综合分析预警功能不完善，一般只具有单指标超限报警功能；五是，系统误报率和漏报率高，很难准确判定火源位置。

目前，国内外煤自燃监测方法主要有：指标气体分析法、测温法、示踪气体法、气味检测法等。指标气体分析法主要包括人工检测和矿井监测系统，人工检测人工取样工作量大、间隔时间长，不能连续实时进行检测；矿井监测系统由于传感器数量种类少、价格昂贵、布置范围小，该监测技术的缺点是受风流影响大、很难推断高温区域、自燃发展速度等。测温法主要包括温度传感器测温、红外测温、光纤测温。温度传感器由于点接触，预测预报范围较小，安装、维护工作量大，特别是探头、引线极易破坏。红外测温不适应于巷道松散煤体内部或采空区内部的温度检测。光纤测温法由于光纤强度较低，埋入采空区后常常被损坏而无法应用。示踪气体法无法确定火源位置和发火程度。无线电波测温法由于采用的通信频段较高(多采用2.4G、433MHz)，埋入采空区后无线信号衰减较大，可靠通信距离一般不足3m；气味检测法依赖于矿井检测场所正常生产条件下的本底情况，探测准确性易受影响。温度是最直接的火灾表征指标，测温法是判别自燃隐患程度和探寻高温点的重要方法，但采空区松散煤岩体是不良导热介质，发火高温点形成后影响范围小、热量传导慢，因此存在单点测温范围小、响应时间慢、低温检测难等问题，再加上采空区自然发火区域有隐蔽性、着火点分散、距离远、范围大、环境复杂等特点，目前还没有很好的方法和技术能解决大面积采空区隐蔽火区温度场高密度网络化监测预警的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种监测范围大、稳定性和可靠性高，以及可以实时监测的采空区温度场高密度网络化无线监测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所提供的采空区温度场高密度网络化无线监测装置，其特殊之处在于：包括测温单元、无线收发基站、环网交换机、以太环网、监测中心，其中测温单元和无线收发基站之间通过无线自组织多跳网络相互通信连接，测温单元包括多个测温仪，无线收发基站设置在回风顺槽和/或进风顺槽且位于综放面的端头；测温单元、无线收发基站、环网交换机、以太环网、监测中心之间依次相互通信连接(即相互间通过无线方式传输信号)；