用于工作面采空区的温度监控系统的制作方法

本发明属于矿山安全智能检测，具体是用于工作面采空区的温度监控系统。

背景技术：

1、自然发火是矿井防灭火工作的治理重点，绝大部分自然发火发生在采空区。随着煤矿开采的深度增加，采空区面积不断增大，采空区遗留煤的厚度不断加大，导致采空区内煤层自燃发火事故频发，经济损失巨大。

2、现有技术中自然发火所采用的综合性防治措施，如均压、喷注阻化剂、注浆、惰化等技术手段，都对抑制煤炭自燃起到了一定的作用；现有技术存在盲目性的同时，往往耗资巨大，且不能有效的杜绝或延缓工作面采空区自然发火现象的出现，严重影响了工作面的安全高效生产；因此，亟须一种用于工作面采空区的温度监控系统。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了用于工作面采空区的温度监控系统，用于解决现有技术在进行自然发火防治时，存在盲目性，成本高，不能有效的杜绝或延缓工作面采空区自然发火现象的出现，严重影响工作面安全高效生产的技术问题。

2、本发明通过光纤测温主机、分布式测温分站和分布式测温光纤，通过分布式测温光纤采集采空区的温度数据，根据温度数据渲染获取温度分布图，再将温度分布图划分为若干子区域，可对不同子区域进行针对性监测、预警和防范，能够有效监测采空区自然发火现象，降低成本。

3、为实现上述目的，本发明的第一方面提供了用于工作面采空区的温度监控系统，包括光纤测温主机、分布式测温光纤、交换机和工控机，且工控机和光纤测温主机通过交换机连接；

4、所述光纤测温主机通过传输光纤与分布式测温分站相连接，且所述分布式测温分站通过分布式测温光纤采集采空区的温度数据；

5、根据温度数据渲染生成采空区的温度分布图；其中，温度分布图实时或者定时更新；

6、对温度分布图进行区域划分，获取若干子区域；

7、根据若干子区域的温度情况对工作人员进行预警，并基于若干子区域的温度情况进行防治。

8、优选的，根据所述温度数据获取温度分布图，包括：

9、通过分布式测温光纤获取温度数据；

10、将流体力学软件和温度数据结合，获取采空区的温度分布图。

11、优选的，根据所述温度分布图获取若干子区域，包括：

12、获取温度阈值；其中，温度阈值用于区分采空区温度的危险程度，包括第二阈值和第三阈值，且第二阈值小于第三阈值；

13、获取温度分布图中温度值小于第二阈值的数据点，标记为第一位置点，将由第一位置点组成的区域标记为第一区域；

14、获取温度分布图中温度值大于等于第三阈值的位置点，标记为第三位置点，将由第三位置点组成的区域标记为第三区域；

15、将采空区中除了第一区域和第三区域的之外的区域标记为第二区域。

16、优选的，将所述温度分布图和束管数据相结合获取若干子区域，包括：

17、提取束管数据中指标气体的浓度；其中，指标气体包括一氧化碳和甲烷；

18、当指标气体浓度超过对应阈值时，获取指标气体对应检测点周围的温度数据；

19、将由温度数据大于等于第二阈值的位置点组成的区域标记为危险区域。

20、优选的，所述束管数据为采空区中检测点的气体组分浓度，且束管数据通过束管检测装置获取。

21、优选的，所述束管检测装置包括抽气泵、控制柜和多芯束管；其中，多芯束管为矿用抗静电阻燃聚乙烯束管。

22、优选的，基于所述光纤测温主机、所述分布式测温光纤、所述交换机和所述工控机获取的数据，结合采空区内压力场、氧浓度场建立采空区自然发火数学模型；

23、所述采空区自然发火数学模型为：

24、

25、边界条件为：

26、

27、其中，k为多孔介质的渗透系数，单位是m/s；ρg为控制体内的气体密度，单位是kg/m3；g为重力加速度，单位是m/s2；p为静压和速压之和，单位是pa；α为煤层的倾角，单位是度；n为采空区内浮煤的孔隙率，单位是％；ko2为氧气的扩散系数常数；co2为氧气摩尔浓度，单位是mol/m3；tg为气体温度，单位是k；ts为煤岩温度，单位是k；ρs为煤岩的密度，单位是kg/m3；cs为煤岩的比热容kj/(kg·k)；ρs为固体颗粒的密度，单位是kg/m3；λg为气体导热系数，单位是w/m·℃；ρg为采空区气体的密度，单位是kg/m3；cg为气体的比热容kj/(kg·℃)；u(t)为单位时间单位体积的耗氧量，单位是mol/(s·m3)；λs为采空区冒落煤岩导热系数，单位是w/m·℃；q(t)为单位时间内控制体内遗煤的放热量，单位是kj/(mol·s)；ke为煤岩与气体对流换热系数，单位是j/(m2·s·k)；

28、所述采空区自然发火数学模型的解算方法包括：确定模型的解算范围，对计算区域进行网格划分，再对模型及其边界条件按有限体积法进行离散，得到了压力、氧气浓度和温度的节点方程组，最后通过计算机程序对节点方程组进行耦合求解。

29、优选的，所述采空区自然发火数学模型的解算方法具体包括以下步骤：

30、s1、定义常量、变量、数组；

31、s2、输入基本参数；

32、s3、采空区剖分网络；

33、s4、节点关联矩阵；

34、s5、节点数组初始化；

35、s6、各场的系数矩阵赋值；

36、s7、迭代计算；

37、s8、各场中变量赋迭代初值；

38、s9、用密度修正压力系数矩阵；

39、s10、调用子程序求解压力场；

40、s11、取压力变化最大值并保存；

41、s12、由压力求速度分量；

42、s13、由速度和温度修改氧浓度系数矩阵；

43、s14、调用子程序求氧浓度场；

44、s15、取氧浓度最大变化值并保存；

45、s16、由速度和氧浓度修改温度系数矩阵；

46、s17、调用子程序求解温度场；

47、s18、取温度场的最大变化值保存；

48、s19、比较三场中的变化最大值；

49、s20、取三者的最大值；

50、s21、判断是否达到精度，是则进入s22，否则返回s7；

51、s22、保存计算结果；

52、s23、输出压力、速度、氧浓度及温度的.dat文件；

53、s24、后处理软件显图；

54、s25、输出压力、速度、氧浓度及温度的分布图。

55、优选的，一台所述光纤测温主机配置一台所述分布式测温分站，或者

56、一台所述光纤测温主机配置n台所述分布式测温分站；其中，n为大于1的整数。

57、优选的，所述采空区的机巷中铺设一路分布式测温光纤，所述采空区的风巷中均匀铺设有若干路分布式测温光纤；其中，埋入采空区内部的光纤测温光纤采用筛管进行保护，采空区上下隅角的光纤测温光纤采用高压油管进行保护。

58、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

59、1、本发明通过光纤测温主机、分布式测温分站和分布式测温光纤，通过分布式测温光纤采集采空区的温度数据，根据温度数据渲染获取温度分布图，再将温度分布图划分为若干子区域，可对不同子区域进行针对性监测、预警和防范，能够有效监测采空区自然发火现象，降低防治成本。

60、2、本发明可通过温度分布图将采空区划分成若干子区域，也可以结合束管装置获取的指标气体相关数据将采空区划分成若干子区域，能够准确评定子区域的危险等级，为针对性防治提供基础。

61、3、本发明可通过温度检测结果，结合采空区内压力场、氧浓度场建立采空区自然发火数学模型，通过三场的解算，获取采空区的自然发火结果，其中，采集到的采空区的温度数据为模型提供精准的温度数据，从而可以准确地获取到采空区的自然发火模拟结果和预测结果。