一种矿井采空区火灾监测预警方法及预警系统与流程

1.本发明属于煤矿火灾安全技术领域，涉及一种矿井采空区火灾监测预警方法及预警系统。


背景技术：

2.矿井一旦发生火灾，不仅会烧毁大量的设备器材和煤炭资源，给生产带来损失，而且所附带的高温烟流和有害气体，会对环境造成极大破坏，还会危害到井下工作人员的生命，还极易导致瓦斯和煤尘爆炸等附加灾害，致使其危害性极大。矿井采空区火灾安全风向意识和应对措施的不足，致使火灾事故频发，如何有效减少井下矿工的等待救援时间，提高自主逃生及应急救援效率，避免矿难发生后的次生灾害所带来的伤亡，成为降低重大矿难事故人员伤亡的首要问题。井下环境中存在着易燃易爆气体，极易因为小范围起火就造成重大的火灾或者爆炸的发生，因而，需要对煤矿采空区煤需要进行火灾监测和预警。
3.目前，煤矿对采空区煤火灾的监测方法主要是通过设置在地面的监测中心和井下监测装置对采空区可能发生火灾情况的区域的温度和气体进行监测。但灾害感知装置所依赖的传感器受到井下环境恶劣，煤炭地质赋存条件不同，以及传感器灵敏度与使用寿命等诸多因素的影响，导致现有煤矿火灾预警系统的漏报率和误报率较高，且无法进行早期火灾预警。另外，传感器仅能够对安装位置处或周围小范围的监测，很难实现对矿井下灾情的大面积监控。
4.因此，提供一种能够实现早期火灾预警的监测方法，并对灾害源进行定位与跟踪，以及时发现火灾的发生而做出相应的预警，对于煤矿安全生产是非常重要的。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种矿井采空区火灾监测预警方法及预警系统，实施模块化监测管理，有利于火灾现场的准确把握，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种矿井采空区火灾监测预警方法，所述矿井采空区火灾监测预警方法包括：
8.(ⅰ)将采空区划分为若干监测区域，采集监测区域的实时温度信号，确定监测区域内存在火灾风险的目标区域；
9.(ⅱ)采集目标区域内的气体浓度，确定起火点；
10.(ⅲ)获取起火点处的图像信息，提取火焰蔓延速度，以确定警报等级。
11.本发明提供的一种矿井采空区火灾监测预警方法，将采空区划分监测区域，实施模块化监测管理，有利于火灾现场的准确把握，提高工作效率，通过检测各区域内的温度信号，进行火灾早期探测，得到目标区域，并结合检测环境内的气体浓度，能够识别起火虚实，确定起火点，实现精准定位，降低误报或漏报的风险；基于视觉图像识别进行实时监控，利
用动火焰态信息，确认火焰蔓延速度，评估井下火情危险程度，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警，具有准确度高，适应性强的优势。
12.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅰ)中，所述监测区域的划分包括：将采空区沿其长度方向划分为等距的至少两个监测区域，并对所述监测区域进行编号。
13.需要说明的是，本发明中通过对监测区域进行编号，在识别火灾情况时，能够迅速得出目标区域的位置，为启动应急方案提供了基础。
14.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅰ)中，所述目标区域的确定包括：
15.s101设定温度阈值与间隔阈值；
16.s102获取监测区域内的实时热成像图像，提取实时热成像图像中高温中心的温度，记为实时温度，对比实时温度与温度阈值，当实时温度高于温度阈值时，输出第一预警信号，记录输出时间点；
17.s103当输出第一预警信号的持续时间到达所述间隔阈值时，判定监测区域内存在火灾风险，获得目标区域；当第一预警信号持续时间小于间隔阈值时，判定监测区域内存在虚假火焰。
18.需要说明的是，本发明中每一个检测单元内的热成像图像能够覆盖整个监测区域，当检测到实时温度高于温度阈值，且在预先设定的间隔阈值内，第一预警信号持续响应，判定该监测区域内存在火灾风险，即获得目标区域；反之，在预先设定的间隔阈值内第一预警信号停止响应，判定该监测区域内存在虚假火焰，并非是目标区域。其中，根据热成像图像，采空区内存在火灾风险的监测区域可以为1个，也可以大于1个。
19.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅰ)中，所述目标区域的确定包括：
20.s111在监测区域内部署分布式感温光纤，使得每个监测区域内的感温光纤以监测区域的中心线为轴呈对称分布，且相邻两个感温光纤等距设置；
21.s112设定温度阈值；
22.s113采用感温光纤独立地采集监测区域内的实时温度，对比实时温度与温度阈值，当实时温度高于温度阈值时，对感温光纤进行识别标记；
23.s114根据识别标记所覆盖的面积，得到目标区域。
24.需要说明的是，本发明中可在每一个监测区域内铺设均匀分布式感温光纤进行温度监测，实现采空区的全覆盖，当检测到监测区域内温度异常时(超出预设的温度阈值)，可通过特定识别标记定位至具体感温光缆的位置，并根据检测出异常的感温光纤的数量，形成温度异常面，得到目标区域。
25.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅱ)中，所述起火点的确定包括：对所述目标区域环境内的多种气体进行激光浓度检测。
26.优选地，所述气体包括co2、ch4、co与o2中的至少两种。
27.优选地，所述激光浓度检测具体包括如下步骤：
28.s201设定浓度阈值，并根据目标区域，确定激光源的初始角度、切换次数与预设角度；
29.s202驱动激光源以初始角度发射激光，采集环境内多种气体的实时浓度；
30.s203对比实时浓度与浓度阈值，当实时浓度小于所述浓度阈值时，直接执行步骤s204，当实时浓度大于或等于所述浓度阈值时，输出第二预警信号，记录输出位点，再执行
步骤s204；
31.s204切换激光源的发射角度至预设角度，并驱动激光源发射激光，采集环境内多种气体的实时浓度，重复执行s203，直至完成切换次数的检测；
32.s205根据记录的最初输出第二预警信号与最后输出第二预警信号的覆盖位点，进行起火点的定位。
33.需要说明的是，本发明先根据目标区域的位置，确定激光源的射出的初始角度，并基于目标区域的面积，得到切换次数与预设角度，驱动激光源每次以预设角度进行角度切换，依次对环境内多种气体浓度进行检测，实现目标区域的全面覆盖，避免漏报的风险。在气体浓度检测过程中，记录出现每次第二预警信号的输出位点，提取第一个输出位点与最后一个输出位点之间的检测面，即为起火点的精准位置。
34.优选地，所述预设角度为5～45
°
，例如可以是5
°
、8
°
、10
°
、15
°
、20
°
、25
°
、30
°
、32
°
、35
°
、40
°
或45
°
，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
35.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅲ)中，所述警报等级的确定具体包括如下步骤：
36.s301设定经验阈值；
37.s302采集起火点的视频图像，获取火焰目标的实时图像；
38.s303处理实时图像，采用边缘分析计算，得到火焰目标的火焰面积；
39.s304对比前后两帧现场图像的火焰面积的变化量，得到火焰蔓延速度，对比火焰蔓延速度与经验阈值，输出危险程度分级警报信号。
40.需要说明的是，本发明由火焰目标的实时图像中提取火焰面积，通过对比前后两帧图像火焰面积是否有增长，确定火焰蔓延速度，还能得到火焰蔓延的方向，并将检测得到的实时火焰蔓延速度与经验阈值进行比较，确定危险等级，以分级警报信号，启动相应地应急方案。
41.第二方面，本发明提供了一种矿井采空区火灾监测预警装置，所述的矿井采空区火灾监测预警装置用于第一方面所述的矿井采空区火灾监测预警方法，所述矿井采空区火灾监测预警装置包括控制单元与若干检测单元，若干所述检测单元与监测区域一一对应；
42.所述检测单元包括温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，所述温度检测模块用于检测监测单元内的温度信号，所述浓度检测模块用于采集目标区域环境内的气体浓度信号，所述视觉监控模块用于获取起火点处的图像信息；
43.所述控制单元分别电性连接所述温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，以分别确定目标区域、起火点与警报等级，并发出警报。
44.本发明提供的矿井采空区火灾监测预警装置，通过设置温度检测模块检测采空区内是否出现温度异常，并利用浓度检测模块检测环境内气体浓度，以确定火焰虚实，并进行精确定位，再采用视觉监控模块把握火焰动态变化，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警，以启动应急方案。
45.作为本发明一个优选技术方案，所述控制单元包括井下交换装置、中心交换装置、信息处理服务装置与报警装置。
46.所述井下交换装置分别电性连接所述检测单元与中心交换装置，用于接收与交换
数据信号；所述中心交换装置电性连接所述信息处理服务装置，所述信息处理服务装置用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，并通过分析结果反馈控制所述报警装置输出警报信号。
47.本发明的控制单元作为运维人员在煤矿井下进行操作与监控的终端，包括布置在井上的中心交换装置，与布置于井下的井下交换装置，并在整个巡检区域内建立完整的通信网络，实现双向数据交互。
48.作为本发明一个优选技术方案，所述浓度检测模块包括激光检测装置与角度调节装置，所述激光检测装置用于检测监控区域内的多种气体浓度，所述角度调节装置用于切换所述激光检测装置发出激光的偏转角度。
49.优选地，所述激光检测装置包括激光发生器、激光控制器、激光接收器、光电探测器与准直器，所述激光发生器包括多种激光源，所述激光发生器连接所述准直器，用于将激光发射至开放的空气中，所述激光接收器用于接收反射激光，所述光电探测器用于将接收到的激光信号转换为电信号，所述激光控制器用于处理电信号，并得到多种气体浓度。
50.优选地，所述角度调节装置包括角度控制器，所述角度控制器分别电性连接所述控制单元、激光发生器与激光接收器，所述角度控制器用于驱动所述激光发生器与激光接收器切换角度。
51.作为本发明一个优选技术方案，所述视觉监控模块包括电性连接的ccd(charge coupled device，电荷耦合器件)摄像仪与管理模块，所述ccd摄像仪用于拍摄起火点处的实时图像，并传输至管理模块，所述管理模块用于分析处理实时图像。
52.优选地，所述温度检测模块包括红外热成像装置，所述红外热成像装置与解析模块，所述红外热成像装置用于采集监测区域内的热成像图像，所述解析模块用于分析处理热成像图像。
53.优选地，所述温度检测模块包括分布式感温光纤，所述分布式感温光纤铺设于所述监测区域内，所述分布式感温光纤包括若干感温光纤，每个监测区域内的所述感温光纤以监测区域的中心线为轴呈对称分布，且相邻两个感温光纤等距设置。
54.所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
55.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
56.本发明提供的一种矿井采空区火灾监测预警方法及预警系统，将采空区划分监测区域，实施模块化监测管理，有利于火灾现场的准确把握，提高工作效率，通过检测各区域内的温度信号，进行火灾早期探测，得到目标区域，并结合检测环境内的气体浓度，能够识别起火虚实，确定起火点，实现精准定位，降低误报或漏报的风险；基于视觉图像识别进行实时监控，利用动火焰态信息，确认火焰蔓延速度，评估井下火情危险程度，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警，具有准确度高，适应性强的优势。
附图说明
57.图1为本发明一个具体实施方式提供的通过获取采空区内热成像图像的方式进行目标区域确定的流程图；
58.图2为本发明一个具体实施方式提供的通过在采空区内布设分布式感温光纤的方式进行目标区域确定的流程图；
59.图3为本发明一个具体实施方式提供的激光浓度检测方式的流程图；
60.图4为本发明一个具体实施方式提供的警报等级的确定方式的流程图；
61.图5为本发明一个具体实施方式提供的矿井采空区火灾监测预警装置的结构示意图。
具体实施方式
62.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
63.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
65.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种矿井采空区火灾监测预警方法，所述矿井采空区火灾监测预警方法包括：
66.(1)将采空区划分为若干监测区域，采集监测区域的实时温度信号，确定监测区域内存在火灾风险的目标区域；
67.(2)采集目标区域内的气体浓度，确定起火点；
68.(3)获取起火点处的图像信息，提取火焰蔓延速度，以确定警报等级。
69.本发明提供的一种矿井采空区火灾监测预警方法，将采空区划分监测区域，实施模块化监测管理，通过检测各区域内的温度信号，进行火灾早期探测，得到目标区域，并结合检测环境内的气体浓度，能够识别起火虚实，确定起火点，实现精准定位；基于视觉图像识别进行实时监控，利用动火焰态信息，能够确认火焰蔓延速度，评估井下火情危险程度。
70.在一些实施方式中，步骤(1)中，所述监测区域的划分包括：将采空区沿其长度方向划分为等距的至少两个监测区域，并对所述监测区域进行编号。本发明中通过对监测区域进行编号，在识别火灾情况时，能够迅速得出目标区域的位置，为启动应急方案提供了基础。
71.在一些实施方式中，步骤(1)中，所述目标区域的确定可以通过获取采空区内热成像图像的方式进行确定，如图1所示，具体包括如下步骤：
72.s101设定温度阈值与间隔阈值；
73.s102获取监测区域内的实时热成像图像，提取实时热成像图像中高温中心的温度，记为实时温度，对比实时温度与温度阈值，当实时温度高于温度阈值时，输出第一预警
信号，记录输出时间点；
74.s103当输出第一预警信号的持续时间到达所述间隔阈值时，判定监测区域内存在火灾风险，获得目标区域；当第一预警信号持续时间小于间隔阈值时，判定监测区域内存在虚假火焰。
75.其中，每一个检测单元内的热成像图像能够覆盖整个监测区域，当检测到实时温度高于温度阈值，且在预先设定的间隔阈值内，第一预警信号持续响应，判定该监测区域内存在火灾风险，即获得目标区域；反之，在预先设定的间隔阈值内第一预警信号停止响应，判定该监测区域内存在虚假火焰，并非是目标区域。并且根据热成像图像，采空区内存在火灾风险的监测区域可以为1个，也可以大于1个。
76.在一些实施方式中，步骤(1)中，所述目标区域还可以通过在采空区内布设分布式感温光纤的方式进行确定，如图2所示，具体包括如下步骤：
77.s111在监测区域内部署分布式感温光纤，使得每个监测区域内的感温光纤以监测区域的中心线为轴呈对称分布，且相邻两个感温光纤等距设置；
78.s112设定温度阈值；
79.s113采用感温光纤独立地采集监测区域内的实时温度，对比实时温度与温度阈值，当实时温度高于温度阈值时，对感温光纤进行识别标记；
80.s114根据识别标记所覆盖的面积，得到目标区域。
81.其中，本发明中可在每一个监测区域内铺设均匀分布式感温光纤进行温度监测，实现采空区的全覆盖，当检测到监测区域内温度异常时(超出预设的温度阈值)，可通过特定识别标记定位至具体感温光缆的位置，并根据检测出异常的感温光纤的数量，形成温度异常面，得到目标区域。
82.在一些实施方式中，步骤(2)中，所述起火点的确定包括：对所述目标区域环境内的多种气体进行激光浓度检测。所述气体包括co2、ch4、co与o2中的至少两种。
83.在一些实施方式中，如图3所示，所述激光浓度检测具体包括如下步骤：
84.s201设定浓度阈值，并根据目标区域，确定激光源的初始角度、切换次数与预设角度；
85.s202驱动激光源以初始角度发射激光，采集环境内多种气体的实时浓度；
86.s203对比实时浓度与浓度阈值，当实时浓度小于所述浓度阈值时，直接执行步骤s204，当实时浓度大于或等于所述浓度阈值时，输出第二预警信号，记录输出位点，再执行步骤s204；
87.s204切换激光源的发射角度至预设角度，并驱动激光源发射激光，采集环境内多种气体的实时浓度，重复执行s203，直至完成切换次数的检测；
88.s205根据记录的最初输出第二预警信号与最后输出第二预警信号的覆盖位点，进行起火点的定位。
89.本发明先根据目标区域的位置，确定激光源的射出的初始角度，并基于目标区域的面积，得到切换次数与预设角度，驱动激光源每次以预设角度进行角度切换，依次对环境内多种气体浓度进行检测，实现目标区域的全面覆盖，避免漏报的风险。在气体浓度检测过程中，记录出现每次第二预警信号的输出位点，提取第一个输出位点与最后一个输出位点之间的检测面，即为起火点的精准位置。所述预设角度为5～45
°
。
90.在一些实施方式中，步骤(3)中，如图4所示，所述警报等级的确定具体包括如下步骤：
91.s301设定经验阈值；
92.s302采集起火点的视频图像，获取火焰目标的实时图像；
93.s303处理实时图像，采用边缘分析计算，得到火焰目标的火焰面积；
94.s304对比前后两帧现场图像的火焰面积的变化量，得到火焰蔓延速度，对比火焰蔓延速度与经验阈值，输出危险程度分级警报信号。
95.本发明由火焰目标的实时图像中提取火焰面积，通过对比前后两帧图像火焰面积是否有增长，确定火焰蔓延速度，还能得到火焰蔓延的方向，并将检测得到的实时火焰蔓延速度与经验阈值进行比较，确定危险等级，以分级警报信号，启动相应地应急方案。
96.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种矿井采空区火灾监测预警装置，所述的矿井采空区火灾监测预警装置用于一个具体实施方式中所述的矿井采空区火灾监测预警方法，所述矿井采空区火灾监测预警装置包括控制单元与若干检测单元，若干所述检测单元与监测区域一一对应；所述检测单元包括温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，所述温度检测模块用于检测监测单元内的温度信号，所述浓度检测模块用于采集目标区域环境内的气体浓度信号，所述视觉监控模块用于获取起火点处的图像信息；所述控制单元分别电性连接所述温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，以分别确定目标区域、起火点与警报等级，并发出警报。
97.本发明提供的矿井采空区火灾监测预警装置，通过设置温度检测模块检测采空区内是否出现温度异常，并利用浓度检测模块检测环境内气体浓度，以确定火焰虚实，并进行精确定位，再采用视觉监控模块把握火焰动态变化，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警，以启动应急方案。
98.如图5所示，所述控制单元包括井下交换装置、中心交换装置、信息处理服务装置与报警装置。所述井下交换装置分别电性连接所述检测单元与中心交换装置，用于接收与交换数据信号；所述中心交换装置电性连接所述信息处理服务装置，所述信息处理服务装置用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，并通过分析结果反馈控制所述报警装置输出警报信号。本发明的控制单元作为运维人员在煤矿井下进行操作与监控的终端，包括布置在井上的中心交换装置，与布置于井下的井下交换装置，并在整个巡检区域内建立完整的通信网络，实现双向数据交互。每个监测区域的检测单元独立地将采集得到的各种数据信号传送至井下交换装置；井下交换装置将传送的监测数据传输到井上的中心交换装置；中心交换装置将数据传输至信息处理服务装置，信息处理服务器对各传感器数据进行存储，并分析数据变化，根据分析结果，反馈控制报警装置发出警报信号。
99.所述温度检测模块包括红外热成像装置，所述红外热成像装置与解析模块，所述红外热成像装置用于采集监测区域内的热成像图像，所述解析模块用于分析处理热成像图像。本发明中每一个监测区域内均设置有红外热成像装置，并对应监测区域的编号，红外热成像装置均设置有第一专属编号，在监测过程中，红外热成像装置可以采取常开模式，控制单元在获取热成像图像的同时，能够得到对应的第一专属编号。
100.所述浓度检测模块包括激光检测装置与角度调节装置，所述激光检测装置用于检
测监控区域内的多种气体浓度，所述角度调节装置用于切换所述激光检测装置发出激光的偏转角度。所述激光检测装置包括激光发生器、激光控制器、激光接收器、光电探测器与准直器，所述激光发生器包括多种激光源，激光源可采用可调谐半导体激光器，可发出多种波长的激光，用于测量不同气体浓度。所述激光发生器连接所述准直器，用于将激光发射至开放的空气中，所述激光接收器用于接收反射激光，所述光电探测器用于将接收到的激光信号转换为电信号，所述激光控制器用于处理电信号，并得到不同角度下的多种气体浓度，通过通讯接口将数据传输至控制单元。所述角度调节装置包括角度控制器，所述角度控制器分别电性连接所述控制单元、激光发生器与激光接收器，所述角度控制器用于驱动所述激光发生器与激光接收器切换角度。
101.所述视觉监控模块包括电性连接的ccd摄像仪与管理模块，所述ccd摄像仪用于拍摄起火点处的实时图像，并传输至管理模块，所述管理模块用于分析处理实时图像。本发明中每一个监测区域内均设置有ccd摄像仪，并对应监测区域的编号，ccd摄像仪均设置有第二专属编号，在监测过程中，控制单元根据起火点位置，反馈控制具有对应第二专属编号的ccd摄像仪开启，采集实时图像上传至管理模块，以获得火焰目标的动态变化。
102.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种矿井采空区火灾监测预警装置，所述的矿井采空区火灾监测预警装置用于一个具体实施方式中所述的矿井采空区火灾监测预警方法，所述矿井采空区火灾监测预警装置包括控制单元与若干检测单元，若干所述检测单元与监测区域一一对应；
103.所述检测单元包括温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，所述温度检测模块用于检测监测单元内的温度信号，所述浓度检测模块用于采集目标区域环境内的气体浓度信号，所述视觉监控模块用于获取起火点处的图像信息；
104.所述控制单元分别电性连接所述温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，以分别确定目标区域、起火点与警报等级，并发出警报。
105.本发明提供的矿井采空区火灾监测预警装置，通过设置温度检测模块检测采空区内是否出现温度异常，并利用浓度检测模块检测环境内气体浓度，以确定火焰虚实，并进行精确定位，再采用视觉监控模块把握火焰动态变化，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警，以启动应急方案。
106.所述控制单元包括井下交换装置、中心交换装置、信息处理服务装置与报警装置。所述井下交换装置分别电性连接所述检测单元与中心交换装置，用于接收与交换数据信号；所述中心交换装置电性连接所述信息处理服务装置，所述信息处理服务装置用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，并通过分析结果反馈控制所述报警装置输出警报信号。本发明的控制单元作为运维人员在煤矿井下进行操作与监控的终端，包括布置在井上的中心交换装置，与布置于井下的井下交换装置，并在整个巡检区域内建立完整的通信网络，实现双向数据交互。每个监测区域的检测单元独立地将采集得到的各种数据信号传送至井下交换装置；井下交换装置将传送的监测数据传输到井上的中心交换装置；中心交换装置将数据传输至信息处理服务装置，信息处理服务器对各传感器数据进行存储，并分析数据变化，根据分析结果，反馈控制报警装置发出警报信号。
107.所述温度检测模块包括分布式感温光纤，所述分布式感温光纤铺设于所述监测区
域内，所述分布式感温光纤包括若干感温光纤，每个监测区域内的所述感温光纤以监测区域的中心线为轴呈对称分布，且相邻两个感温光纤等距设置。感温光纤具有抗水性、抗拉抗压性好，便于安装和维护，且抗腐蚀，能准确找出1.5米间隔以内的起火源头。
108.所述浓度检测模块包括激光检测装置与角度调节装置，所述激光检测装置用于检测监控区域内的多种气体浓度，所述角度调节装置用于切换所述激光检测装置发出激光的偏转角度。所述激光检测装置包括激光发生器、激光控制器、激光接收器、光电探测器与准直器，所述激光发生器包括多种激光源，激光源可采用可调谐半导体激光器，可发出多种波长的激光，用于测量不同气体浓度。所述激光发生器连接所述准直器，用于将激光发射至开放的空气中，所述激光接收器用于接收反射激光，所述光电探测器用于将接收到的激光信号转换为电信号，所述激光控制器用于处理电信号，并得到不同角度下的多种气体浓度，通过通讯接口将数据传输至控制单元。所述角度调节装置包括角度控制器，所述角度控制器分别电性连接所述控制单元、激光发生器与激光接收器，所述角度控制器用于驱动所述激光发生器与激光接收器切换角度。
109.所述视觉监控模块包括电性连接的ccd摄像仪与管理模块，所述ccd摄像仪用于拍摄起火点处的实时图像，并传输至管理模块，所述管理模块用于分析处理和存储实时图像。本发明中每一个监测区域内均设置有ccd摄像仪，并对应监测区域的编号，ccd摄像仪均设置有第二专属编号，在监测过程中，控制单元根据起火点位置，反馈控制具有对应第二专属编号的ccd摄像仪开启，采集实时图像上传至管理模块，以获得火焰目标的动态变化。ccd摄像仪具备网线、长线传输接口和光纤接口，支持点对点、点对多点的数据传输，无主从节点之分，满足井下的可能存在的光纤、阻燃网线及电力载波长线传输接入方式。
110.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种矿井采空区火灾监测预警方法，其特征在于，所述矿井采空区火灾监测预警方法包括：(ⅰ)将采空区划分为若干监测区域，采集监测区域的实时温度信号，确定监测区域内存在火灾风险的目标区域；(ⅱ)采集目标区域内的气体浓度，确定起火点；(ⅲ)获取起火点处的图像信息，提取火焰蔓延速度，以确定警报等级。2.根据权利要求1所述的矿井采空区火灾监测预警方法，其特征在于，步骤(ⅰ)中，所述监测区域的划分包括：将采空区沿其长度方向划分为等距的至少两个监测区域，并对所述监测区域进行编号。3.根据权利要求1或2所述的矿井采空区火灾监测预警方法，其特征在于，步骤(ⅰ)中，所述目标区域的确定包括：s101设定温度阈值与间隔阈值；s102获取监测区域内的实时热成像图像，提取实时热成像图像中高温中心的温度，记为实时温度，对比实时温度与温度阈值，当实时温度高于温度阈值时，输出第一预警信号，记录输出时间点；s103当输出第一预警信号的持续时间到达所述间隔阈值时，判定监测区域内存在火灾风险，获得目标区域；当第一预警信号持续时间小于间隔阈值时，判定监测区域内存在虚假火焰。4.根据权利要求1或2所述的矿井采空区火灾监测预警方法，其特征在于，步骤(ⅰ)中，所述目标区域的确定包括：s111在监测区域内部署分布式感温光纤，使得每个监测区域内的感温光纤以监测区域的中心线为轴呈对称分布，且相邻两个感温光纤等距设置；s112设定温度阈值；s113采用感温光纤独立地采集监测区域内的实时温度，对比实时温度与温度阈值，当实时温度高于温度阈值时，对感温光纤进行识别标记；s114根据识别标记所覆盖的面积，得到目标区域。5.根据权利要求1-4任一项所述的矿井采空区火灾监测预警方法，其特征在于，步骤(ⅱ)中，所述起火点的确定包括：对所述目标区域环境内的多种气体进行激光浓度检测；优选地，所述气体包括co2、ch4、co与o2中的至少两种；优选地，所述激光浓度检测具体包括如下步骤：s201设定浓度阈值，并根据目标区域，确定激光源的初始角度、切换次数与预设角度；s202驱动激光源以初始角度发射激光，采集环境内多种气体的实时浓度；s203对比实时浓度与浓度阈值，当实时浓度小于所述浓度阈值时，直接执行步骤s204，当实时浓度大于或等于所述浓度阈值时，输出第二预警信号，记录输出位点，再执行步骤s204；s204切换激光源的发射角度至预设角度，并驱动激光源发射激光，采集环境内多种气体的实时浓度，重复执行s203，直至完成切换次数的检测；s205根据记录的最初输出第二预警信号与最后输出第二预警信号的覆盖位点，进行起火点的定位；
优选地，所述预设角度为5～45
°
。6.根据权利要求1-5任一项所述的矿井采空区火灾监测预警方法，其特征在于，步骤(ⅲ)中，所述警报等级的确定具体包括如下步骤：s301设定经验阈值；s302采集起火点的视频图像，获取火焰目标的实时图像；s303处理实时图像，采用边缘分析计算，得到火焰目标的火焰面积；s304对比前后两帧现场图像的火焰面积的变化量，得到火焰蔓延速度，对比火焰蔓延速度与经验阈值，输出危险程度分级警报信号。7.一种矿井采空区火灾监测预警装置，其特征在于，所述的矿井采空区火灾监测预警装置用于权利要求1-6任一项所述的矿井采空区火灾监测预警方法，所述矿井采空区火灾监测预警装置包括控制单元与若干检测单元，若干所述检测单元与监测区域一一对应；所述检测单元包括温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，所述温度检测模块用于检测监测单元内的温度信号，所述浓度检测模块用于采集目标区域环境内的气体浓度信号，所述视觉监控模块用于获取起火点处的图像信息；所述控制单元分别电性连接所述温度检测模块、浓度检测模块与视觉监控模块，用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，以分别确定目标区域、起火点与警报等级，并发出警报。8.根据权利要求7所述的矿井采空区火灾监测预警装置，其特征在于，所述控制单元包括井下交换装置、中心交换装置、信息处理服务装置与报警装置；所述井下交换装置分别电性连接所述检测单元与中心交换装置，用于接收与交换数据信号；所述中心交换装置电性连接所述信息处理服务装置，所述信息处理服务装置用于接收与分析温度信号、气体浓度信号与图像信息，并通过分析结果反馈控制所述报警装置输出警报信号。9.根据权利要求7或8所述的矿井采空区火灾监测预警装置，其特征在于，所述浓度检测模块包括激光检测装置与角度调节装置，所述激光检测装置用于检测监控区域内的多种气体浓度，所述角度调节装置用于切换所述激光检测装置发出激光的偏转角度；优选地，所述激光检测装置包括激光发生器、激光控制器、激光接收器、光电探测器与准直器，所述激光发生器包括多种激光源，所述激光发生器连接所述准直器，用于将激光发射至开放的空气中，所述激光接收器用于接收反射激光，所述光电探测器用于将接收到的激光信号转换为电信号，所述激光控制器用于处理电信号，并得到多种气体浓度；优选地，所述角度调节装置包括角度控制器，所述角度控制器分别电性连接所述控制单元、激光发生器与激光接收器，所述角度控制器用于驱动所述激光发生器与激光接收器切换角度。10.根据权利要求7-9任一项所述的矿井采空区火灾监测预警装置，其特征在于，所述视觉监控模块包括电性连接的ccd摄像仪与管理模块，所述ccd摄像仪用于拍摄起火点处的实时图像，并传输至管理模块，所述管理模块用于分析处理实时图像；优选地，所述温度检测模块包括红外热成像装置，所述红外热成像装置与解析模块，所述红外热成像装置用于采集监测区域内的热成像图像，所述解析模块用于分析处理热成像图像；
优选地，所述温度检测模块包括分布式感温光纤，所述分布式感温光纤铺设于所述监测区域内，所述分布式感温光纤包括若干感温光纤，每个监测区域内的所述感温光纤以监测区域的中心线为轴呈对称分布，且相邻两个感温光纤等距设置。

技术总结
本发明提供了一种矿井采空区火灾监测预警方法及预警系统，所述矿井采空区火灾监测预警方法包括：(Ⅰ)将采空区划分为若干监测区域，采集监测区域的实时温度信号，确定监测区域内存在火灾风险的目标区域；(Ⅱ)采集目标区域内的气体浓度，确定起火点；(Ⅲ)获取起火点处的图像信息，提取火焰蔓延速度，以确定警报等级。本发明实施模块化监测管理，有利于火灾现场的准确把握，能够快速、准确地得出警报等级，进行分级报警。分级报警。分级报警。


技术研发人员：龙大鹏 王磊 刘博磊 杨淑欣 普璐 孙奇志 宋永玲 李志鹏 张太浩 郭昕鹏 周正 闫超 刘薇 李桂敏 杨青山 闫萍 胡开庚 马龙 王春青 高燕 李胜利 韩国庆 董辉 苗祥
受保护的技术使用者：中滦科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/6