【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于煤礦火災防治領域，具體涉及一種采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統及方法。
技術介紹
1、隨著煤礦開采深度和規模的增加，采空區煤層的自燃問題日益嚴重。采空區煤層由于通風不良、氧氣積聚和熱量累積，極易形成高溫區，引發煤層自燃、導致火災的發生。采空區自燃帶的分布通常分為三帶結構，即散熱帶、氧化帶和窒息帶。自燃三帶的動態變化性給煤礦安全管理帶來了極大的挑戰，傳統的監測與防治手段難以滿足快速、準確監測及高效滅火的需求。現有的煤礦采空區煤自燃監測方法多采用人工定點檢測，效率低且無法實時反映采空區內各位置的溫度及氣體濃度變化。傳統的阻燃技術，如單純的注水、注氣或單一化學藥劑注入，也難以有效覆蓋和控制自燃區，并且由于位置不夠精準，往往耗費大量資源且效果有限。
2、因此，為了提高采空區煤自燃監測的準確性和阻燃的有效性，亟需一種系統及方法，能夠智能、精準、實時監測自燃三帶分布和煤自燃發生情況，并根據煤自燃發生情況，實現對采空區煤層自燃的精確定位及快速自動化阻燃過程，以保障煤礦開采的安全性，是本專利技術所需的研究方向。
技術實現思路
1、針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統及方法，能夠智能、精準、實時監測自燃三帶分布和煤自燃發生情況，并根據煤自燃發生情況，實現對采空區煤層自燃的精確定位及快速自動化阻燃過程，以保障煤礦開采的安全性。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種采空區煤自燃智能化監測及阻燃一
3、所述氣體采集裝置包括氣體采集總管和多個氣體采集支管，多個氣體采集支管一端分別伸入采空區內、且該端均裝有密封塞一，各個氣體采集支管等間距且相互平行布設；多個氣體采集支管另一端均與氣體采集總管連接，處于采空區內的氣體采集支管上等間距開設多個氣體采集口，氣體采集口用于采集各自周圍環境的氣樣；每個氣體采集口處均裝有過濾網和控制閥門一，過濾網用于阻擋煤屑防止堵塞氣體采集支管，控制閥門一用于控制氣體采集口的開閉；氣體采集總管端部設有閥門開關，用于對氣體采集總管的通斷進行控制；
4、所述煤自燃檢測系統包括殼體、微型抽采泵、氣體檢測模塊、煤自燃判定模塊和氣管，殼體兩側分別設有進氣口和排氣口，氣管裝在殼體內且其兩端分別與進氣口和排氣口連接；氣體采集總管通過快插接頭與進氣口連接，用于向氣管內輸送采集的氣體；微型抽采泵裝在氣管上，用于對氣管內部提供抽采負壓；氣體檢測模塊裝在氣管內，用于檢測流經氣管的氣體數據；煤自燃判定模塊與氣體檢測模塊連接，用于獲取氣體檢測模塊的檢測數據進行分析處理后判斷煤自燃情況；
5、所述注漿阻燃系統包括注漿總管、注漿泵、儲漿裝置和多個注漿支管，多個注漿支管一端分別伸入采空區內、且該端均裝有密封塞二，每個注漿支管對應一個氣體采集支管、且各個注漿支管等間距且相互平行布設；多個注漿支管另一端均與注漿總管連接，處于采空區的注漿支管上開設多個注漿噴口，且注漿噴口的位置及數量與各自對應氣體采集支管的氣體采集口一一對應，用于對各自位置處進行注漿阻燃；每個注漿噴口處均裝有控制閥門二，用于控制注漿噴口的開閉；注漿總管通過注漿泵與儲漿裝置連接，儲漿裝置內盛放阻燃漿液，注漿泵用于將阻燃漿液通過注漿總管輸送至各個注漿支管，對采空區所需位置進行注漿阻燃；
6、所述智能控制系統包括plc控制器和顯示裝置，plc控制器與煤自燃檢測系統、注漿泵、控制閥門一、控制閥門二和顯示裝置連接，用于控制不同控制閥門一打開并獲取煤自燃檢測系統反饋的檢測數據，若存在煤自燃，則發出指令開啟注漿泵及對應的控制閥門二，對判斷煤自燃的位置進行注漿阻燃，同時通過顯示裝置顯示采空區存在煤自燃的位置。
7、進一步，所述氣體檢測模塊包括氧氣濃度傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器和二氧化碳濃度傳感器，所述氣管材質為pvc阻燃管；所述氧氣濃度傳感器的測量范圍為0～25％，甲烷濃度傳感器測量范圍為0～100％，一氧化碳濃度傳感器測量范圍為0～100％,二氧化碳濃度傳感器測量范圍為0～100％。
8、進一步，所述氣體采集支管上相鄰氣體采集口的間距為4～6米。
9、進一步，所述注漿噴口為圓柱形，在圓柱側面均勻設置一圈噴嘴，在開啟時能夠以旋轉升降的方式向周圍噴灑阻燃漿液，使漿液覆蓋周圍煤體，噴灑漿液的最大覆蓋半徑為10～15m。
10、進一步，所述氣體采集支管由多根長度2m、直徑50mm的空心管通過密封螺紋同軸連接而成，氣體采集支管的長度根據采空區深度調整；所述空心管采用鋁塑材質制成。
11、進一步，在采空區內相鄰兩個氣體采集支管和相鄰兩個注漿支管之間的距離均為5～10m。
12、進一步，所述煤自燃判定模塊根據采空區不同位置氣體采集口反饋的氣體數據，自動劃分采空區自燃三帶的分布情況以及判斷發生煤自燃區域的位置，根據氣體檢測模塊檢測到的氧氣濃度，分別以8％和18％作為臨界值來劃分采空區自燃三帶的分布情況，并將不同位置檢測數據與預先設定的閾值進行比較后判斷發生煤自燃區域的位置，并將信息反饋到plc控制器。
13、上述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統的工作方法，具體步驟為：
14、a、布設煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統：首先根據采空區的大小確定相鄰氣體采集支管和相鄰注漿支管均為間距d和長度l，依據確定好的間距d和長度l，分別將氣體采集支管和注漿支管預埋在采空區的相應位置，依次對氣體采集支管上的氣體采集口和注漿支管上的注漿噴口進行編號，記錄各個編號氣體采集口和注漿噴口的位置存儲在煤自燃判定模塊內，接著依次將各個部件連接，完成煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統布設；
15、b、煤自燃監測：在plc控制器設定程序，使plc控制器控制按照氣體采集口編號順序依次開啟各個氣體采集口的控制閥門一，并在各個氣體采集口的控制閥門一開啟時，控制煤自燃檢測系統采集對應位置的氣體情況，氣體檢測模塊將每個位置檢測到的氣體數據輪流傳輸給煤自燃判定模塊，煤自燃判定模塊對該位置數據進行分析、判定煤自燃情況，并將該信息反饋給plc控制器；
16、c、注漿阻燃：plc控制器接收煤自燃判定模塊反饋的信息，當檢測到某個編號的氣體采集口采集的氣體有煤自燃傾向或發生煤自燃時，plc控制器向該編號氣體采集口對應注漿噴口的控制閥門二和周圍臨近的四個控制閥門二發送開啟指令，并啟動注漿泵輸送阻燃漿液并從各個開啟的控制閥門二處噴出進行注漿阻燃，在注漿過程中，plc控制器打開該編號氣體采集口的控制閥門一，對該位置氣體進行持續采集檢測，直到煤自燃判定模塊判定該位置未發生煤自燃時，plc控制器對各個開啟的控制閥門二發送關閉指令，并停止注漿泵工作，完成注漿阻燃過程；
17、d、監測與阻燃系統移動：隨著工作面的不斷推進，采空區自燃三帶的分布范圍也隨之發生變化，根據煤自燃檢測系統持續的檢測數據，劃分采空區自燃三帶的分布情況，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，包括氣體采集裝置、煤自燃檢測系統、智能控制系統和注漿阻燃系統；
2.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述氣體檢測模塊包括氧氣濃度傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器和二氧化碳濃度傳感器，所述氣管材質為PVC阻燃管。
3.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述氣體采集支管上相鄰氣體采集口的間距為4～6米。
4.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述注漿噴口為圓柱形，在圓柱側面均勻設置一圈噴嘴，在開啟時能夠以旋轉升降的方式向周圍噴灑阻燃漿液，使漿液覆蓋周圍煤體，噴灑漿液的最大覆蓋半徑為10～15m。
5.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述氣體采集支管由多根長度2m、直徑50mm的空心管通過密封螺紋同軸連接而成，氣體采集支管的長度根據采空區深度調整；所述空心管采用鋁塑材質制成。
6.根據權利要求1所述采空區煤自燃智
7.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述煤自燃判定模塊根據采空區不同位置氣體采集口反饋的氣體數據，自動劃分采空區自燃三帶的分布情況以及判斷發生煤自燃區域的位置，根據氣體檢測模塊檢測到的氧氣濃度，分別以8％和18％作為臨界值來劃分采空區自燃三帶的分布情況，并將不同位置檢測數據與預先設定的閾值進行比較后判斷發生煤自燃區域的位置，并將信息反饋到PLC控制器。
8.一種根據權利要求1至7任一項所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統的工作方法，其特征在于，具體步驟為：
9.根據權利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述步驟B中煤自燃判定模塊根據采集的氣體數據判定煤自燃情況具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，包括氣體采集裝置、煤自燃檢測系統、智能控制系統和注漿阻燃系統；
2.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述氣體檢測模塊包括氧氣濃度傳感器、甲烷濃度傳感器、一氧化碳濃度傳感器和二氧化碳濃度傳感器，所述氣管材質為pvc阻燃管。
3.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述氣體采集支管上相鄰氣體采集口的間距為4～6米。
4.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述注漿噴口為圓柱形，在圓柱側面均勻設置一圈噴嘴，在開啟時能夠以旋轉升降的方式向周圍噴灑阻燃漿液，使漿液覆蓋周圍煤體，噴灑漿液的最大覆蓋半徑為10～15m。
5.根據權利要求1所述采空區煤自燃智能化監測及阻燃一體化系統，其特征在于，所述氣體采集支管由多根長度2m、直徑50mm的空心管通過密封螺紋同軸連接而成，氣體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭仰峰，來永帥，翟成，孫勇，王宇，徐鶴翔，徐宏陽，程忠武，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：
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