一种井下防灭火自动控制方法与流程

1.本发明涉及一种井下防灭火自动控制方法。


背景技术：

2.随着我国煤矿高效、绿色、智能开采理念的不断深化，开采技术及装备的不断进步，煤矿智能化无人开采已成为我国煤炭开采的重要发展方向，。但同时对矿井防灭火工作提出了新的挑战和压力，在煤炭的实际生产中，由于煤炭自燃现象时有发生，一旦矿井发生自燃火灾，不仅造成资源的浪费，而且给煤矿生产带来巨大的隐患。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种井下防灭火自动控制方法，是煤炭无人操作开采的防灭火自动控制方法，在控制中心根据煤层的自燃发火期、采空区的自燃三带宽度、自燃指标气体确定控制中心进行预警并动作的气体浓度，当从采空区、联巷密闭处测得的束管气体有超限时，立即发出预警信号，当工程技术人员、智能判断模块分析需要进行注氮时开启注氮模式；当气体中出现发生明火的标志气体时，立即在井下和地面发出预警信号并经工程技术人员、智能判断模块分析需要时开启注浆模式。
4.为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是：一种井下防灭火自动控制方法，包括建立防灭火自动控制系统，其中：所述防灭火自动控制系统包括注氮及注浆系统、控制中心和跟随采煤工作面连续移动设置的温度传感器、氧气浓度传感器、co浓度传感器，温度传感器、氧气浓度传感器、co浓度传感器通过can数据总线连接至控制中心，控制中心通过can数据总线经plc控制器连接注氮及注浆系统的注氮机和注浆机，在采煤工作面两侧平行设置的联通巷中一侧巷道设置束管支架，束管支架上铺设有传感器束管，另一侧巷道设置注氮及注浆系统喷射嘴设置活动支架，温度传感器、氧气浓度传感器、co浓度传感器设置在联通巷和采空区与采煤工作面保持一定距离并跟随采煤工作面前移，传感器信号传递至控制中心，喷射嘴设置活动支架也随跟随采煤工作面前移并覆盖采空区传感器设置区域，控制中心根据煤层的自燃发火期、采空区的自燃三带宽度、自燃指标气体确定进行预警并动作的气体浓度及温度；当从采空区测得的传感器温度及气体浓度超限时，立即发出预警信号，开启注氮模式；当气体中出现发生明火的标志气体时，开启注浆模式。
5.方案进一步是：所述一定距离是13至20米距离。
6.方案进一步是：所述束管支架是活动支架，传感器束管从活动支架伸出至采煤工作面后的采空区上端面，活动支架跟随采煤工作面的前移而移动与采煤工作面保持一定距离。
7.方案进一步是：所述传感器信号首先连接至plc控制器，plc控制器将传感器模拟信号转换为数字信号，经 can 适配器调制信号传至井上， can 适配器调制成标准 rs485 数字信号与控制中心工控上位机的 rs485 接口相连，将数字信号采集到工控机内部寄存
器进行存储并显示，将采集到的数字信号在控制中心进行对比、分析和处理，将各种控制信号传输到plc控制器，并与现场设备通信，发出执行指令实现对注氮机、注浆机设备的控制。
8.方案进一步是：所述自燃三带是散热带、氧化升温带、窒息带；散热带：采空区散热带是指具备充足的供氧条件但不具备蓄热条件的区域，或者具备充足的供氧条件但浮煤厚度h小于极限厚度hmin或没有浮煤的区域，其判定条件为(c》18%)∪(10%≤c≤18%∩h《h
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)；氧化升温带：氧化升温带是指具备充足的供氧条件和良好的蓄热条件，煤自燃产生的热量只有部分被带走，所剩热量能维持煤继续氧化升温的区域，其判定条件为(10%≤c≤18%)∩(h》h
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)；窒息带：窒息带是指由于不具备维持煤继续自燃升温的供氧条件，煤氧化反应减缓或停止的区域，其判定条件为c《10%；其中：c为氧气浓度， h为采空区浮煤厚度。
9.本发明的有益效果是：实用性强，操作便捷、安全。在发生自燃征兆的情况下，能够远程、快速进行预警与动作，防止发生火灾；本发明反应时间快，一般只需要5分钟即可完成，所有操作均可实现远程动作，保障人员安全，为煤炭无人操作开采提供了防灭火自动控制方法。
10.下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
附图说明
11.图1是本发明系统结构示意图；图2是本发明系统控制电路框图示意图。
具体实施方式
12.一种井下防灭火自动控制方法，是对针井下煤炭无人操作开采的防灭火自动控制方法，适用于煤炭井下无人操作开采，包括建立防灭火自动控制系统，如图1和图2所示：所述防灭火自动控制系统包括注氮系统1及注浆系统2、控制中心3和跟随采煤工作面连续移动设置的温度传感器4、氧气浓度传感器5、co浓度传感器6，所述注氮系统1及注浆系统2、控制中心3在地面，所述温度传感器4、氧气浓度传感器5、co浓度传感器6在地下采空区，温度传感器4、氧气浓度传感器5、co浓度传感器6通过can数据总线7连接至控制中心，控制中心3通过can数据总线7经plc控制器8连接注氮及注浆系统的注氮机101和注浆机201，同时还连接报警系统9，在采煤工作区域10及采煤工作面两侧平行设置联通巷11，其中在联通巷中一侧巷道设置束管支架12，束管支架12上铺设有传感器束管13，另一侧巷道设置注氮及注浆系统喷射嘴设置活动支架14，温度传感器4、氧气浓度传感器5、co浓度传感器6设置在联通巷和采空区15与采煤工作面保持一定距离并跟随采煤工作面1001前移，传感器信号传递至控制中心3，喷射嘴设置活动支架14也随跟随采煤工作面前移并覆盖采空区传感器设置区域，为了保证数据传输的质量，在can数据总线7中设置有can适配器701以及中继站702连接plc控制器8以及温度传感器4、氧气浓度传感器5、co浓度传感器6，控制中心3根据煤层的自燃发火期（从已知的研究资料中得到）、采空区的自燃三带宽度、自燃指标气体确定进行预警并动作的气体浓度及温度；当从采空区测得的传感器温度及气体浓度超限时，立即发出
预警信号，开启注氮模式；当气体中出现发生明火的标志气体时，开启注浆模式。当然当接到预警信号时，进一步通过工程技术人员、智能判断模块分析需要进行注氮时开启注氮模式；当气体中出现发生明火的标志气体时，经工程技术人员、智能判断模块分析需要时开启注浆模式。
13.其中：所述一定距离是13至20米距离。所述束管支架12是活动支架，活动支架和喷射嘴设置活动支架14由采煤机带动前移，传感器束管从活动支架伸出至采煤工作面后的采空区上端面，活动支架跟随采煤工作面的前移而移动与采煤工作面保持一定距离。
14.实施例中：所述传感器的信号首先连接至plc控制器8，plc控制器8将传感器模拟信号转换为数字信号，经 can 适配器调制信号传至井上控制中心， can 适配器调制成标准 rs485 数字信号与控制中心工控上位机的 rs485 接口相连，将数字信号采集到工控机内部寄存器进行存储并显示，将采集到的数字信号在控制中心进行对比、分析和处理，将各种控制信号传输到plc控制器，并与现场设备通信，发出执行指令实现对注氮机、注浆机设备的控制。
15.实施例中：所述自燃三带是散热带、氧化升温带、窒息带；是将采空区15分为三带，而煤炭的自燃一般发生在自燃带；采空区自燃三带的划分是防范采空区自燃的重要基础。合理地确定采空区自燃三带的范围，可以增强防灭火措施的针对性，提高防灭火工程的效果，有效预防自然发火事故，将对预防采空区的自然发火及保障综采面的安全生产具有十分重要的现实意义。
16.自燃三带划分的理论依据是煤氧复合理论，该理论认为煤炭自然发火必须同时满足3个条件，即：1煤自燃倾向，且呈现破碎堆积状态；2具有持续供氧的漏风条件；3具有良好的蓄热条件。分析自然发火的条件可以看出：自燃的第1个和第3个条件与浮煤的厚度相关，只有煤层达到一定厚度才具备蓄热条件；自燃的第2个 条件与氧气浓度相关，只有氧气浓度达到一定值后才能维持浮煤的氧化反应。因此，氧气浓度场分布和采空区浮煤厚度分布可以正确反应采空区浮煤的自燃环境和自 燃条件，利用这2个指标就可以将采空区科学地划分为空间自燃三带。
17.自然发火是煤氧复合发生反应的结果，在进行采空区空间自燃三带划分时，不仅要考虑采空区氧气浓度的分布，还要考虑煤自然发火的物质基础——煤的分布，只有把氧气浓度c与浮煤厚度h分布相结合，才能正确反应综放采空区浮煤的自燃状态。具体划分办法有以下3种散热带：采空区散热带是指具备充足的供氧条件但不具备蓄热条件的区域，或者具备充足的供氧条件但浮煤厚度h小于极限厚度hmin或没有浮煤的区域，其判定条件为(c》18%)∪(10%≤c≤18%∩h《h
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)；氧化升温带：氧化升温带是指具备充足的供氧条件和良好的蓄热条件，煤自燃产生的热量只有部分被带走，所剩热量能维持煤继续氧化升温的区域，其判定条件为(10%≤c≤18%)∩(h》h
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)；窒息带：窒息带是指由于不具备维持煤继续自燃升温的供氧条件，煤氧化反应减缓或停止的区域，其判定条件为c《10%；其中：c为氧气浓度， h为采空区浮煤厚度，h
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为100mm。
18.上述井下防灭火自动控制方法实施例，实用性强，操作便捷、安全。在发生自燃征
兆的情况下，能够远程、快速进行预警与动作，防止发生火灾；本方法反应时间快，一般只需要5分钟即可完成，所有操作均可实现远程动作，保障人员安全，为煤炭无人操作开采提供了防灭火自动控制方法。

技术特征：
1.一种井下防灭火自动控制方法，包括建立防灭火自动控制系统，其特征在于，所述防灭火自动控制系统包括注氮及注浆系统、控制中心和跟随采煤工作面连续移动设置的温度传感器、氧气浓度传感器、co浓度传感器，温度传感器、氧气浓度传感器、co浓度传感器通过can数据总线连接至控制中心，控制中心通过can数据总线经plc控制器连接注氮及注浆系统的注氮机和注浆机，在采煤工作面两侧平行设置的联通巷中一侧巷道设置束管支架，束管支架上铺设有传感器束管，另一侧巷道设置注氮及注浆系统喷射嘴设置活动支架，温度传感器、氧气浓度传感器、co浓度传感器设置在联通巷和采空区与采煤工作面保持一定距离并跟随采煤工作面前移，传感器信号传递至控制中心，喷射嘴设置活动支架也随跟随采煤工作面前移并覆盖采空区传感器设置区域，控制中心根据煤层的自燃发火期、采空区的自燃三带宽度、自燃指标气体确定进行预警并动作的气体浓度及温度；当从采空区测得的传感器温度及气体浓度超限时，立即发出预警信号，开启注氮模式；当气体中出现发生明火的标志气体时，开启注浆模式。2.根据权利要求1所述的井下防灭火自动控制方法，其特征在于，所述一定距离是13至20米距离。3.根据权利要求1所述的井下防灭火自动控制方法，其特征在于，所述束管支架是活动支架，传感器束管从活动支架伸出至采煤工作面后的采空区上端面，活动支架跟随采煤工作面的前移而移动与采煤工作面保持一定距离。4.根据权利要求1所述的井下防灭火自动控制方法，其特征在于，所述传感器信号首先连接至plc控制器，plc控制器将传感器模拟信号转换为数字信号，经 can 适配器调制信号传至井上， can 适配器调制成标准 rs485 数字信号与控制中心工控上位机的 rs485 接口相连，将数字信号采集到工控机内部寄存器进行存储并显示，将采集到的数字信号在控制中心进行对比、分析和处理，将各种控制信号传输到plc控制器，并与现场设备通信，发出执行指令实现对注氮机、注浆机设备的控制。5.根据权利要求1所述的井下防灭火自动控制方法，其特征在于，所述自燃三带是散热带、氧化升温带、窒息带；散热带：采空区散热带是指具备充足的供氧条件但不具备蓄热条件的区域，或者具备充足的供氧条件但浮煤厚度h小于极限厚度hmin或没有浮煤的区域，其判定条件为(c>18%)∪(10%≤c≤18%∩h<h
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)；氧化升温带：氧化升温带是指具备充足的供氧条件和良好的蓄热条件，煤自燃产生的热量只有部分被带走，所剩热量能维持煤继续氧化升温的区域，其判定条件为(10%≤c≤18%)∩(h>h
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)；窒息带：窒息带是指由于不具备维持煤继续自燃升温的供氧条件，煤氧化反应减缓或停止的区域，其判定条件为c<10%；其中：c为氧气浓度， h为采空区浮煤厚度。

技术总结
本发明公开了一种井下防灭火自动控制方法，包括建立防灭火自动控制系统，所述防灭火自动控制系统包括注氮及注浆系统、控制中心和跟随采煤工作面连续移动设置的温度传感器、氧气浓度传感器、CO浓度传感器，温度传感器、氧气浓度传感器、CO浓度传感器通过CAN数据总线连接至控制中心，控制中心通过CAN数据总线经PLC控制器连接注氮及注浆系统的注氮机和注浆机，本发明为煤炭无人操作开采提供了防灭火自动控制方法，实用性强，操作便捷、安全。在发生自燃征兆的情况下，能够远程、快速进行预警与动作，防止发生火灾；本方法反应时间快，一般只需要5分钟即可完成，所有操作均可实现远程动作，保障人员安全。保障人员安全。保障人员安全。


技术研发人员：胡兴涛 郑光辉 邢旭东 朱涛 张国玉 代双成 刘小哲 高运增 刘炳权 苏继敏
受保护的技术使用者：北京天地华泰矿业管理股份有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/21