煤矿自燃火灾光纤测温束管监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿自燃火灾光纤测温束管监测系统及方法，属于监测和预报煤矿自燃发火趋势领域。
【背景技术】
[0002]据统计，在我国开采的煤矿中，存在自燃发火危险的矿井占总矿井数的70%左右，自燃发火煤层占累计可采煤层数的80%，且自燃火灾发生的次数占矿井火灾总数的94%以上。因此，自然发火事故的预防必然成为煤矿安全研宄的重点。及时准确地发出火灾早期预报，并能及时确定火源点位置，不仅可以及时采取防灭火措施，将火灾事故消除于萌芽状态，而且大大减少灭火造成的经济损失，防止火灾甚至爆炸事故的发生，避免因此造成的巨大经济损失。
[0003]研宄表明，煤的自燃发展，一般要经过三个时期，即潜伏期、自热期和燃烧期。在潜伏期，也称准备期，煤体温度与周围环境温度基本没有什么变化，但煤的着火温度降低，化学活性增强。进入自燃期，煤的氧化速度增加，并分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化生成热开始使煤体温度升高，当煤温超过自热的临界值60?80°C时，煤温将急剧上升，氧化速度加快，并出现煤的干馏，生成碳氢化合物CmHn、氢H2及一氧化碳CO等可燃气体。这时也是防火灭火最关键的时期。如果此时不及时采取一些防灭火措施，煤温将继续上升至着火温度而进入燃烧期。
[0004]煤在氧化自燃过程中，不仅放出一定的热量，而且还热解释放出CCKC2H4和C2H6等碳氢化合物，且分解的气体成分及其浓度与煤温之间有一定的对应关系。因此，直接检测煤的热解气体产物和空气中成分变化即可判断煤的自燃发展程度，以便进行火灾的早期预报。
[0005]目前，煤矿矿井安全束管监测系统已经开始在煤矿中得到越来越多的普及和应用。矿井安全束管监测系统是借助束管将井下各处的空气抽取、汇总到指定的地点，再借助色谱检测装置对管束所采集的空气样本进行分析，实现对CO、CO2, CH4, C2H4, C2H6、02、N2等气体含量的在线监测，其分析结果在以实时监测报告、分析日报两种方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势进行分析，从而实现了对矿井自燃火灾的早期预测，但是因矿井面积非常大，难以找到火源点，有时为避免爆炸或造成大的火灾，不得不封闭矿井，造成巨大经济损失。
[0006]分布式测温光纤系统作为一种新兴的煤矿矿井火灾预警系统，可以实时、准确测知测温光纤上的位置及温度，集传感和传输与一体，光纤既是感应器又是信号传输通道，系统利用光纤所处空间温度场对光纤中的向后散射光信号进行调研，再经过信号调解、采集和处理将温度及位置信息实时显示出来，设定预警温度，及时预警。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种煤矿自燃火灾光纤测温束管监测系统，既能够判定发火趋势，进行火灾预警，同时又可以测知火源点位置，极大便利了火灾治理，减少经济损失。
[0008]本发明的另一目的是提供一种煤矿自燃火灾光纤测温束管监测方法，对束管监测系统的判断发火趋势的分析数据和分布式光纤测温监测系统的位置及温度的相关数据进行相关性统计分析，确定发火趋势，确定火源点位置。
[0009]本发明所述的煤矿自燃火灾光纤测温束管监测系统，包括束管监测系统、分布式光纤测温监测系统及监测分析系统；束管监测系统包括束管组件，束管组件与井上的控制柜之间通过束管相连，控制柜连接色谱仪，色谱仪位于井上；束管组件包括单管，单管沿回风巷道布置，并随采煤工作面推进不断移动，单管位于回风巷道内的一端设置粉尘过滤器，另一端连接输气泵站，输气泵站与束管分路箱相连，束管分路箱与控制柜相连；分布式光纤测温监测系统包括测温光纤与测温分站，采空区两侧回风巷道和进风巷道内分别布置测温光纤，测温光纤与测温分站；监测分析系统位于井上，包括监测主机，监测主机连接交换机，交换机分别与测温分站、输气泵站、控制柜、色谱仪相连。
[0010]本发明所述的煤矿自燃火灾光纤测温束管监测系统，束管监测系统采集井下气体，并由控制柜将气体输送到色谱仪进行分析，色谱仪将分析数据传输到监测主机；分布式光纤测温监测系统采集井下采空区测温光纤上相应位置及温度信息并将数据传输到监测主机；监测主机对两组数据进行相关性统计分析，确认发火趋势，确定火源点位置。
[0011]所述的色谱仪连接报警装置，达到设定值时，及时报警；色谱仪对采样气体进行分析，达到火灾预警的数据时，报警装置报警。报警装置为常规报警装置，可以设置声音报警、短信报警等。
[0012]所述的控制柜连接2-60个束管组件，一般连接2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、16个、30个、60个；所述的测温分站连接4-8条布置到不同矿井的测温光纤，一般一个矿井布置2条测温光纤，分别布置在进风巷道和回风巷道；相应的，2个矿井可以布置4条光纤，3个矿井可以布置6条光纤，4个矿井可以布置8条光纤，这8条光纤可以连接到一个测温分站。分布式光纤测温监测系统可以设置多个，可以设置2-60个，一般设置2个、3个、4个。可以同时对多个矿井设置束管监测系统，方便简单。
[0013]所述的测温分站连接报警装置，可以设置多种报警模式，比如连续升温报警、最高温度报警、快速升温报警等，达到报警设定值后，报警装置报警。报警装置为常规报警装置，可以设置声音报警、短信报警等。
[0014]分布式光纤测温监测系统能够准确测知光纤上相应位置及温度并实时返回数据，但是因为受到周围工作设备温度影响，以及光纤距离火源点远近不同的影响，温度并不能绝对反应火源温度，不能判定发火趋势。
[0015]束管监测系统采集井下气体，并由控制柜将气体分路输送到色谱仪进行分析，计算出采集气体成分以及气体组成成分的含量，通过气体成分的变化趋势来判定发火趋势，监测主机利用常规的爆炸三角形和四方图，烷烯比等数据规律判定发火趋势，确定发火趋势，并将发火趋势的相关数据与分布式光纤测温监测系统输送到监测主机的温度及位置信息数据进行相关性统计分析，确定发火趋势，并依据火源高温度位置分布，判定火源点的位置。
[0016]确定火源点的位置后，极大地提高了火灾治理可控程度，简化了火灾预防和治理，减少了巨大的经济损失。对应束管监测系统预警级别，采取相应措施进行处置即可。
[0017]当一氧化碳气体含量缓慢上升，浓度达到100PPM以上，出现乙烷时，有发火可能，早期预警，立即查看火源点位置，及时灭火。避免了原来需要人工查找火源点位置的繁杂，有效节省了时间，能够在最关键的抢救时间做好抢救工作，减少了经济损失，避免了人员伤亡。
[0018]—氧化碳气体含量缓慢上升，浓度达到300PPM以上，出现乙烯时，发火趋势较大，中期预警；立即组织消防措施，组织人员到火源点位置及时灭火。避免了原来需要人工查找火源点位置的繁杂，有效节省了时间，减少了经济损失，避免了人员伤亡。
[0019]当乙烷和乙烯比例达到I时，火灾即将发生，紧急预警；需要立刻灭火，或者采取其他紧急措施，如无法确定火源点位置，根据情况需要封井以避免造成大的火灾或者爆炸。
[0020]监测主机是进行束管监控和光纤测温的操作控制、数据收集、数据处理分析、实现指标气体趋势分析、煤矿自燃发火趋势判断、火源高温点判定、数据库存储、人机交互的计算机软硬件系统。系统包含用户界面、设备