一种煤矿采空区自燃三带的判定方法与测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种煤矿采空区自燃三带的判定方法与测量系统，通过布置在井下巷道里的网络集中控制器，在井下采空区内布置的无线气体浓度传感器，无线气体浓度传感器通过自组网将所有无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器，网络集中控制器根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息，判定采空区的自燃三带，利用网络集中控制器实现采煤工作面采空区自燃三带的动态绘制和展示，为矿井进行合理的工作面回采速度设计、巷道布置设计、瓦斯抽采设计、火灾预警及应急救援等工作提供直观的数据依据，可大幅度提高矿井的信息化水平，实现矿井的精细化管理。

A Judgment Method and Measurement System of Three Spontaneous Combustion Zones in Goaf of Coal Mine

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿采空区自燃三带的判定方法与测量系统
本专利技术属于煤矿采空区自燃危险区域判定
，具体涉及一种煤矿采空区自燃三带的判定方法与测量系统。
技术介绍
煤自燃火灾是煤矿井下开采面临的五大灾害之一，随着煤矿开采条件的复杂性和规模的不断扩大，矿井煤自燃火灾的灾害程度也在增加，导致每年都有大量的生产工作面因为火而封闭。采空区煤自燃三带观测是划分采空区煤自燃危险区域的必经途径，是采空区煤自燃预防技术的必要条件，现有煤矿采空区三带(不燃带、自燃带、窒息带)的观测方法是在采煤工作进行时预先埋设一系列取气管道，当采煤工作完毕后，在撤离液压支架后顶板垮落后，根据从预先埋设的管道中抽取出的气体并分析气体成分所得到的数据来判断采空区三带的大致分布。但这种传统的采用预先埋管的方法有着许多缺点，预先埋管在顶板垮落时导致管道破损、堵塞、甚至是管道断裂；管道铺设成本和布置束管监测系统成本高；测点位置较固定，无法灵活布置，观测周期长，在特殊情况下人员需要进入危险区域检测，危险性高。现有技术中，公开号为CN107227954A的中国专利提出了“一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法”，该方法通过如图1所示的钻机向采空区煤岩体钻孔测温、取气的方式，检测采空区的自燃三带，检测时间长，长达五天，工作效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种煤矿采空区自燃三带的判定方法与测量系统，用于解决现有技术检测采空区自燃带工作时间长、效率低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种煤矿采空区自燃三带的判定方法，包括以下方法方案：方法方案一，包括如下步骤：1)在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；2)所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器；3)网络集中控制器根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息，判定采空区的自燃带、不燃带或窒息带。方法方案二，在方法方案一的基础上，所述气体浓度测量信息包括氧气浓度，将采空区内所述氧气浓度在第一设定值和第二设定值之间范围内的区域判定为自燃带，第一设定值小于第二设定值。方法方案三，在方法方案二的基础上，将采空区内所述氧气浓度大于第二设定值的区域判定为不燃带。方法方案四，在方法方案二的基础上，将采空区内所述氧气浓度小于第一设定值的区域判定为窒息带。方法方案五、六、七，分别在方法方案二、三、四的基础上，所述第一设定值为10％的氧气浓度，所述第二设定值为18％的氧气浓度。方法方案八，在方法方案一的基础上，根据已知坐标的三个无线气体浓度传感器的位置信息，采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线气体浓度传感器的位置信息，得到所述剩余无线气体浓度传感器的定位信息。方法方案九，在方法方案一的基础上，每个无线气体浓度传感器均包括微处理器，及连接微处理器的透地通信定位模块和气体浓度测量模块、电池。方法方案十，在方法方案一的基础上，在布置无线气体浓度传感器时，按照以下步骤布置：根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当所述采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿着所述采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置下一列无线气体浓度传感器；或者在采空区塌陷后，根据测量需求通过打钻方式将无线气体浓度传感器布置到采空区的预期位置。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种煤矿采空区自燃三带的测量系统，包括以下系统方案：系统方案一，包括网络集中控制器和三个以上的无线气体浓度传感器，其中，在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器；网络集中控制器根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息，判定采空区的自燃带、不燃带或窒息带。系统方案二，在系统方案一的基础上，所述气体浓度测量信息包括氧气浓度，将采空区内所述氧气浓度在第一设定值和第二设定值之间范围内的区域判定为自燃带，第一设定值小于第二设定值。系统方案三，在系统方案二的基础上，将采空区内所述氧气浓度大于第二设定值的区域判定为不燃带。系统方案四，在系统方案二的基础上，将采空区内所述氧气浓度小于第一设定值的区域判定为窒息带。系统方案五、六、七，分别在系统方案二、三、四的基础上，所述第一设定值为10％的氧气浓度，所述第二设定值为18％的氧气浓度。系统方案八，在系统方案一的基础上，根据已知坐标的三个无线气体浓度传感器的位置信息，采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线气体浓度传感器的位置信息，得到所述剩余无线气体浓度传感器的定位信息。该定位算法的效果在于定位精度能够达到5米。系统方案九，在系统方案一的基础上，每个无线气体浓度传感器均包括微处理器，及连接微处理器的透地通信定位模块和气体浓度测量模块、电池。系统方案十，在系统方案一的基础上，在布置无线气体浓度传感器时，按照以下步骤布置：根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当所述采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿着所述采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置下一列无线气体浓度传感器；或者在采空区塌陷后，根据测量需求通过打钻方式将无线气体浓度传感器布置到采空区的预期位置。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过布置在井下巷道里的网络集中控制器，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，无线气体浓度传感器通过自组网将所有无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器，网络集中控制器根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息，检测采空区的自燃带，还可以检测采空区的不燃带和窒息带，利用网络集中控制器实现采煤工作面采空区自燃三带的动态绘制和展示，为矿井进行合理的工作面回采速度设计、巷道布置设计、瓦斯抽采设计、火灾预警及应急救援等工作提供直观的数据依据，可大幅度提高矿井的信息化水平，实现矿井的精细化管理。本专利技术在布置无线气体浓度传感器时，根据采空区内不同位置的气体浓度测量需求，及矿井采煤工作面特点，沿着采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置一列无线气体浓度传感器，当所述采煤工作面推进到设定的第二距离时，沿着所述采煤工作面液压支架走向以每隔设定的第一距离布置下一列无线气体浓度传感器，实现采空区内不同气体浓度测点的部署。或者在采空区塌陷后，根据测量需求通过打钻方式将无线气体浓度传感器布置到采空区的预期位置。本专利技术基于现有技术的透地通信系统，当个别无线气体浓度传感器因采空区顶板垮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；2)所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器；3)网络集中控制器根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息，判定采空区的自燃带、不燃带或窒息带。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在井下巷道里布置网络集中控制器，在井下采空区塌陷前，在井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；或者在井下采空区塌陷后，通过打孔在塌陷的井下采空区内布置三个以上的无线气体浓度传感器，并且其中三个无线气体浓度传感器的坐标已知；2)所述无线气体浓度传感器之间在通信范围内通过自组网形成透地通信系统，将各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息发送给网络集中控制器；3)网络集中控制器根据各个无线气体浓度传感器的定位信息和气体浓度测量信息，判定采空区的自燃带、不燃带或窒息带。2.根据权利要求1所述的煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，所述气体浓度测量信息包括氧气浓度，将采空区内所述氧气浓度在第一设定值和第二设定值之间范围内的区域判定为自燃带，第一设定值小于第二设定值。3.根据权利要求2所述的煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，将采空区内所述氧气浓度大于第二设定值的区域判定为不燃带。4.根据权利要求2所述的煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，将采空区内所述氧气浓度小于第一设定值的区域判定为窒息带。5.根据权利要求2-4任一项所述的煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，所述第一设定值为10％的氧气浓度，所述第二设定值为18％的氧气浓度。6.根据权利要求1所述的煤矿采空区自燃三带的判定方法，其特征在于，根据已知坐标的三个无线气体浓度传感器的位置信息，采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线气体浓度传感器的位置信息，得到所述剩余无线气体浓度传感器的定位信息。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彤宇，杨相玉，路培超，任吉凯，刘天伟，宋艳珂，
申请(专利权)人：光力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41