一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法，属于矿井通风技术领域；本发明专利技术通过实测矿井岩层热参数数据、矿井风机数据、采掘设备热数据构建完备的矿井通风系统热参数数据库，与矿井通风三维井巷模型热参数进行匹配，建立矿井通风系统热模型，动态模拟矿井通风系统实际工况，预测模型中采掘面风温突变的湿球温度异常点，采用红外热像仪在预测异常点采集红外热像图，绘制热像图等温线，定位采掘面热害区，无需依赖于现场大量环境监测，避免了矿井环境对检测设备的干扰，使采掘面热害区定位更为快速、准确、高效，为采掘面热害区治理提供准确数据，提高了热害区治理效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法


[0001]本专利技术涉及一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法，属于矿井通风


技术介绍

[0002]随着金属非金属矿开采深度的增加和采掘机械化程度的大幅提升，井下采掘面高温热害愈发显现，高温热害已成为制约深部资源安全高效开采的主要问题之一。由于金属非金属矿中段数量多，采掘作业面多、机电设备多，通风系统复杂且随着采掘作业动态变化，如何快速精确定位井下采掘面热害区成为了热害防治的重点和难点。
[0003]授权公告号为CN106837421A的中国专利，公开了一种矿井风流预测及热害治理方法，该方法基于温度传感器、湿度传感器、风流状态传感器参数及相关热物理参数，通过矿井风流温度预测平台进行井下风流的数值模拟计算，得到井下各个节点的风流温度，将矿井风流温度预测平台预测的风流温度及温度传感器、湿度传感器、风流状态传感器、井下热物理参数模块的各项参数，无线传输至矿井热害治理方案平台进行数值模拟分析，从而提出经济、有效、合理的热害治理方案。但该方法需设置大量温度、湿度、风流状态传感器采集数据，受限于井下高温高湿的恶劣环境，传感器容易受环境因素干扰，故障率高，且这些传感器仅能对安装位置或周围小范围进行监测，很难对井下全系统进行覆盖。故该方法投资高，施工时间长。同时由于该方法未考虑围岩温度场与采掘面风流温度场的相互耦合、采掘设备活动轨迹，故风流温度预测值不够准确。故该方法并不能快速、准确定位井下采掘面热害区。

技术实现思路

[0004]为了克服背景技术中存在的问题，本专利技术通过实测矿井岩层热参数数据、矿井风机数据、采掘设备热数据构建完备的矿井通风系统热参数数据库，与矿井通风三维井巷模型热参数进行匹配，建立矿井通风系统热模型，动态模拟矿井通风系统实际工况，预测模型中采掘面风温突变的湿球温度异常点，采用红外热像仪在预测异常点采集红外热像图，绘制热像图等温线，定位采掘面热害区，无需依赖于现场大量环境监测，避免了矿井环境对检测设备的干扰，使采掘面热害区定位更为快速、准确、高效，为采掘面热害区治理提供准确数据，提高了热害区治理效率。
[0005]为了克服
技术介绍
中存在的问题，为解决上述问题，本专利技术通过如下技术方案实现：一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法包括以下步骤：S1.建立矿井通风系统热参数数据库，包括矿井通风三维井巷模型、矿井岩层热参数、矿井风机数据、采掘设备热数据；S2.利用S1中建立的矿井通风系统热参数数据库，对矿井通风三维井巷模型进行热参数匹配，建立矿井通风系统热模型，并赋予相应的矿井参数完善矿井通风系统热模型；
S3.根据矿井通风系统热模型模拟矿井通风系统工况，预测模型中采掘面风温突变且风流湿球温度大于27℃的异常点；S4.在矿井通风系统热模型预测的采掘面风温异常点对应的井巷位置设置红外热像仪，拍摄可见光图像及对应的红外热像图；S5.导出可见光图像和对应的红外热像图，叠加可见光图像和对应的红外热像图，绘制热像图等温线，以31℃为界分割可见光图像和红外热像图叠加图像，确定31℃以上的采掘面热害区，以直方图计算各采掘面热害区平均温度。
[0006]1. 根据权利要求1所述的一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法，其特征在于：所述S1收集的矿井岩层热参数包括各种岩体的岩石导热系数、岩石比热容、岩石热扩散率、岩石密度、地温梯度；矿井风机数据包括主扇、局扇风机额定转速、扩散器出口端最大内径、风机全压特性曲线对应的风量、风压，风机效率特性曲线对应的风量、风机效率，风机功率特性曲线对应的风量、轴功率，以及三种曲线对应的风流密度。
[0007]优选地，S2所述矿井通风系统热模型完善过程包括，S2.1,根据岩层热参数数据，分别对矿井通风三维井巷模型各段巷道所处围岩赋予热参数值：将矿井通风三维井巷模型导入Ventsim Design或VUMA三维矿井通风仿真软件，确定自地表井口至最深部的各段井巷所处的标高及岩层类别，借助软件热模块，选定各段三维井巷后编辑其属性，分别将S1所收集的对应标高岩层的岩石导热系数、岩石比热容、岩石热扩散率、岩石密度、地温梯度定义给对应标高的井巷。
[0008]S2.2,根据矿井风机数据，给矿井通风系统热模型中的主扇、辅扇风机匹配对应风机运转曲线：将主扇、辅扇风机全压特性曲线图导入Ventsim Design或VUMA三维矿井通风仿真软件，借助风机数字化模块，定义风机全压特性曲线图对应的最大风量、最小风量、最大风压、最小风压，得到风量风压数字化作图区间，并使得导入的风机全压特性曲线图与数字化作图区间完全重合；在数字化作图区间标定风机各叶片角对应的风量风压曲线与效率特性曲线的交点，从而数字化得到风机风量
‑
风压全压特性曲线、风量
‑
效率特性曲线；选定主风机、辅扇所处的三维井巷后编辑其风机属性，分别将对应的主风机型号及风机运转曲线进行匹配。
[0009]S2.3,根据矿井采掘设备热数据和采掘设备活动区域，在通风网络模型中建立采掘设备活动轨迹，采用流量加权法匹配采掘设备放热参数，对井下采掘设备按柴油、电动设备分类，分别建立各采掘设备的利用率f、柴油机点热源功率Nc、电机功率Nd，确定各采掘设备在模型中的活动轨迹范围内平均每小时的进入次数分别为t1、t2、t3、
……
、t
n
，总次数T=t1+t2+t3+
……
+t
n
，则柴油设备采用流量加权法匹配的采掘设备放热量为：Qc=Nc1* t1*f/T+ Nc2* t2*f/T+
……
+ Nc
n
* t
n
*f/T
ꢀꢀꢀ
（1）Qd=Nd1* t1*f/T+ Nd2* t2*f/T+
……
+ Nd
n
* t
n
*f/T
ꢀꢀꢀ
（2）由此匹配各采掘设备放热值，构建矿井通风系统热模型。
[0010]优选地，所述S3采掘面风温突变且风流湿球温度大于27℃的异常点预测过程为，将建立的矿井通风系统热模型导入Ventsim Design或VUMA三维矿井通风仿真软件，设置环境气温、湿度参数，并保持井巷围岩热参数值、采掘设备放热参数值、风机运转曲线与系统实际工况一致,借助热模块进行热模拟解算，模拟成功后调用解算结果，显示全模型井巷湿球温度，找出模型中相邻井巷风温温差大于3℃，且高温井巷湿球温度大于27℃的异常点。
[0011]优选地，所述S5各采掘面热害区平均温度直方图计算过程为，采用IRSOFT，导出风温异常点采场可见光图像及对应的红外热像图，在风温异常点采场可见光图像和红外热像图上顺时针按照相同的顺序，完全相同的位置，标定图像4个角点，叠加可见光图像和对应的红外热像图，以31℃、45℃绘制热像图等温线，以31℃为界分割可见光图像和红外热像图叠加图像，从而定位31℃以上区域为采掘面热害区，以叠合图上像素点云温度值在整个温度图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法，其特征在于，所述采掘面热害区快速定位方法包括以下步骤：S1.建立矿井通风系统热参数数据库，包括矿井通风三维井巷模型、矿井岩层热参数、矿井风机数据、采掘设备热数据；S2.利用S1中建立的矿井通风系统热参数数据库，对矿井通风三维井巷模型进行热参数匹配，建立矿井通风系统热模型，并赋予相应的矿井参数完善矿井通风系统热模型；S3.根据矿井通风系统热模型模拟矿井通风系统工况，预测模型中采掘面风温突变且风流湿球温度大于27℃的异常点；S4.在矿井通风系统热模型预测的采掘面风温异常点对应的井巷位置设置红外热像仪，拍摄可见光图像及对应的红外热像图；S5.导出可见光图像和对应的红外热像图，叠加可见光图像和对应的红外热像图，绘制热像图等温线，以31℃为界分割可见光图像和红外热像图叠加图像，确定31℃以上的采掘面热害区，以直方图计算各采掘面热害区平均温度。2.根据权利要求1所述的一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法，其特征在于：所述S1收集的矿井岩层热参数包括各种岩体的岩石导热系数、岩石比热容、岩石热扩散率、岩石密度、地温梯度；矿井风机数据包括主扇、局扇风机额定转速、扩散器出口端最大内径、风机全压特性曲线对应的风量、风压，风机效率特性曲线对应的风量、风机效率，风机功率特性曲线对应的风量、轴功率，以及三种曲线对应的风流密度。3.根据权利要求1所述的一种基于红外热像的井下采掘面热害区快速定位方法，其特征在于：S2所述矿井通风系统热模型构建过程包括以下步骤，S2.1,根据岩层热参数数据，分别对矿井通风三维井巷模型各段巷道所处围岩赋予热参数值：将矿井通风三维井巷模型导入Ventsim Design或VUMA三维矿井通风仿真软件，确定自地表井口至最深部的各段井巷所处的标高及岩层类别，借助软件热模块，选定各段三维井巷后编辑其属性，分别将S1所收集的对应标高岩层的岩石导热系数、岩石比热容、岩石热扩散率、岩石密度、地温梯度定义给对应标高的井巷；S2.2,根据矿井风机数据，给矿井通风系统热模型中的主扇、辅扇风机匹配对应风机运转曲线：将主扇、辅扇风机全压特性曲线图导入Ventsim Design或VUMA三维矿井通风仿真软件，借助风机数字化模块，定义风机全压特性曲线图对应的最大风量、最小风量、最大风压、最小风压，得到风量风压数字化作图区间，并使得导入的风机全压特性曲线图与数字化作图区间完全重合；在数字化作图区间标定风机各叶片角对应的风量风压曲线与效率特性曲线的交点，从而数字化得到风机风量
‑
风压全压特性曲线、风量

【专利技术属性】
技术研发人员：尤祎，孙思赞，李思宇，毛明发，胡体才，张泽裕，李春祥，李永兴，肖磊，王界，
申请(专利权)人：云南驰宏锌锗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：