一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法技术

本发明专利技术公开了一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法


[0001]本专利技术涉及煤自燃火灾防治
，具体涉及一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法
。

技术介绍

[0002]煤炭是我国重要的基础能源和原料，在国民经济中具有重要的战略地位
。
随着我国煤炭产业重心不断向西部转移，大型矿井占比越来越高，开采深度也逐年增加，所形成的采空区空间更大，遗煤分布范围更广，自然发火位置更为隐蔽，进而导致在高地温
、
高地应力条件下采空区自然发火十分频繁，煤自燃危险区域难以确定，采空区自然发火防控难度增加，煤炭的安全开采面临煤自燃灾害的严重威胁
。
大空间采空区遗煤自燃通常发生在自燃“三带”中的氧化升温带，在有充足的通风供氧条件下，一旦存在一定的遗煤堆积厚度且堆积时间大于自然发火期，就会容易出现采空区空间范围内遗煤自然发火现象
。
因此，有必要确定大空间采空区自燃危险区域，便于采取高效的防灭火措施进行针对性防治，以此保证矿井的安全生产
。
[0003]在采空区煤自燃火灾防治技术方面，目前主要是通过埋设束管监测采空区氧气浓度
、
温度等因素，以行业公认的划分指标值进行自燃危险区域判定，如
CN202111635403.X
提供了一种对综放回采工作面采空区遗煤自燃危险区域监测的方法，应用于煤自燃火灾防治
，该方法根据工作面实际情况，沿工作面上
、
下隅角向工作面中间区域等距布置多个测点，安设温度传感器及取气束管，并根据以此方法获取的数据划分采空区自燃危险区域
。
上述专利技术搜集水平范围内的参数进行划分，但划分结果仅针对水平范围上的防治区域，并未考虑空间上遗煤分布导致的潜在自然发火隐患，并不适用于空间大
、
断层多
、
托顶煤严重或是上分层采空区内部存在大量遗煤的煤层工作面的开采
。
空间范围上参数观测的缺失，导致大空间采空区自燃危险区域的判定结果并不准确，隐蔽潜在火源点自然发火的氧化进程难以遏制，因此如何获取采空区空间较大范围内的监测参数以及实现大空间采空区煤自燃危险区域的确定是未来现场研究与应用的重点
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，对采空区自燃危险区域的划分更加全面
、
合理，脱离了原有的水平范围内采空区自燃危险区域划分的限制，实用性与可操作性强，对于遗煤分布较为复杂的采空区自燃火灾的针对性
、
有效防治具有重要指导意义
。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，包括如下步骤：
[0007]S1
：监测采空区不同位置处的氧气及一氧化碳浓度变化
、
温度变化；
[0008]S2
：通过步骤
S1
得到的氧气及一氧化碳浓度变化
、
温度变化数据导入
MATLAB
中，绘制氧气
、
一氧化碳
、
温度在整个采空区的基于底板数据的立体分布图；并确定采空区自燃
“
三带”，即散热带
、
氧化升温带
、
窒息带；
[0009]S3
：通过步骤
S1
得到的氧气及一氧化碳浓度变化
、
温度变化数据，采用粒子群优化算法进行反演，得到采空区内部高温点位置；
[0010]S4
：通过地质勘探及现场调研，确定采空区内部遗煤分布位置，绘制采空区内部遗煤厚度分布图；
[0011]S5
：在采空区上部区域开辟高位钻场，从高位钻场向采空区方向施工若干钻孔，且钻孔布置在采空区散热带
、
氧化升温带上部；
[0012]S6
：钻孔中通过束管和热电偶进行氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据采集，通过时间序列预测分析氧气
、
一氧化碳浓度及温度的变化趋势，得到氧气
、
一氧化碳浓度及温度的基于顶板数据的立体分布图；
[0013]S7
：根据步骤
S6
的基于顶板数据的立体分布图，结合步骤
S2
的基于底板数据的立体分布图
、
步骤
S3
的采空区内部高温点位置
、
步骤
S4
的采空区内部遗煤厚度分布图，确定遗煤厚度较大
、
温度较高且处于氧化升温带的区域为自燃危险区域
。
[0014]优选地，步骤
S1
具体包括：在工作面
、
回风巷布置监测线路，工作面的监测线路设置在液压支架后侧的底板上，回风巷的监测线路紧贴巷帮布置，位于工作面的监测线路随工作面推进埋入采空区，监测线路包括分布式光纤及若干束管，每根束管上均设有一个束管探头，在回风巷布置采集主机
、
抽气泵，分布式光纤与采集主机相连，束管均与抽气泵相连，通过束管探头抽取气体进而监测采空区不同位置处的氧气及一氧化碳浓度变化，通过采集主机监测采空区不同位置处的温度变化
。
[0015]优选地，步骤
S5
中若干钻孔孔底的连线平行于工作面，终孔位置位于采空区顶板裂隙位置
。
[0016]优选地，步骤
S6
中时间序列预测分析具体过程为：
[0017]S61
：获得钻孔中通过束管和热电偶采集的氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据；
[0018]S62
：利用
SPSS
软件建立
ARIMA
气体浓度及温度预测模型；对步骤
S61
获得的数据通过差分进行平稳化处理，得到平稳化处理后的氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据时间序列；
[0019]S63
：进行白噪声检验：通过
SPSS
软件对步骤
S2
得到的平稳化处理后的氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据时间序列进行自相关系数和偏相关系数求解；
[0020]S64
：将步骤
S62
中的差分次数以及步骤
S63
中的自相关系数
、
偏相关系数分别作为
ARIMA(p
，
d
，
q)
模型中的参数
d、p、q
的值，通过拟合函数求解出氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据时间序列的拟合曲线，优选处理后进行未来数据预测
。
[0021]优选地，步骤
S2
中采空区自燃“三带”用氧气浓度划分，氧气浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：监测采空区不同位置处的氧气及一氧化碳浓度变化
、
温度变化；
S2
：通过步骤
S1
得到的氧气及一氧化碳浓度变化
、
温度变化数据导入
MATLAB
中，绘制氧气
、
一氧化碳
、
温度在整个采空区的基于底板数据的立体分布图；并确定采空区自燃“三带”，即散热带
、
氧化升温带
、
窒息带；
S3
：通过步骤
S1
得到的氧气及一氧化碳浓度变化
、
温度变化数据，采用粒子群优化算法进行反演，得到采空区内部高温点位置；
S4
：通过地质勘探及现场调研，确定采空区内部遗煤分布位置，绘制采空区内部遗煤厚度分布图；
S5
：在采空区上部区域开辟高位钻场，从高位钻场向采空区方向施工若干钻孔，且钻孔布置在采空区散热带
、
氧化升温带上部；
S6
：钻孔中通过束管和热电偶进行氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据采集，通过时间序列预测分析氧气
、
一氧化碳浓度及温度的变化趋势，得到氧气
、
一氧化碳浓度及温度的基于顶板数据的立体分布图；
S7
：根据步骤
S6
的基于顶板数据的立体分布图，结合步骤
S2
的基于底板数据的立体分布图
、
步骤
S3
的采空区内部高温点位置
、
步骤
S4
的采空区内部遗煤厚度分布图，确定遗煤厚度较大
、
温度较高且处于氧化升温带的区域为自燃危险区域
。2.
根据权利要求1所述的大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，其特征在于，步骤
S1
具体包括：在工作面
、
回风巷布置监测线路，工作面的监测线路设置在液压支架后侧的底板上，回风巷的监测线路紧贴巷帮布置，位于工作面的监测线路随工作面推进埋入采空区，监测线路包括分布式光纤及若干束管，每根束管上均设有一个束管探头，在回风巷布置采集主机
、
抽气泵，分布式光纤与采集主机相连，束管均与抽气泵相连，通过束管探头抽取气体进而监测采空区不同位置处的氧气及一氧化碳浓度变化，通过采集主机监测采空区不同位置处的温度变化
。3.
根据权利要求1所述的大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，其特征在于，步骤
S5
中若干钻孔孔底的连线平行于工作面，终孔位置位于采空区顶板裂隙位置
。4.
根据权利要求1所述的大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，其特征在于，步骤
S6
中时间序列预测分析具体过程为：
S61
：获得钻孔中通过束管和热电偶采集的氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据；
S62
：利用
SPSS
软件建立
ARIMA
气体浓度及温度预测模型；对步骤
S61
获得的数据通过差分进行平稳化处理，得到平稳化处理后的氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据时间序列；
S63
：进行白噪声检验：通过
SPSS
软件对步骤
S2
得到的平稳化处理后的氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据时间序列进行自相关系数和偏相关系数求解；
S64
：将步骤
S62
中的差分次数以及步骤
S63
中的自相关系数
、
偏相关系数分别作为
ARIMA(p
，
d
，
q)
模型中的参数
d、p、q
的值，通过拟合函数求解出氧气
、
一氧化碳浓度及温度数据时间序列的拟合曲线，优选处理后进行未来数据预测
。5.
根据权利要求1所述的大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，其特征在于，步骤
S2
中采空区自燃“三带”用氧气浓度划分，氧气浓度
≥15
％为散热带，氧气浓度
≤5
％为窒息带，其间为氧化升温带
。
6.
根据权利要求1所述的大空间采空区煤自燃危险区域判定方法，其特征在于，步骤
S3
中采用粒子群优化算法进行反演，得到采空区内部高温点位置具体过程为：
S31
：初始化粒子群各参数：包括粒子群规模包含粒子个数
N
，解空间的维数
D
，目标函数
J(v)
，计算粒子所处位置的适应度大小，粒子飞行速度范围
[Vmin
，
Vmax]
，粒子搜索空间
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦波涛，马祖杰，史全林，李延河，杨红旗，张海庆，邵旭，郝明跃，徐镱桢，张兴才，王晓龙，蒋哲，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：