一种监测预警煤堆自燃的方法技术

技术编号：40833482 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-01 14:57

本发明专利技术提供了一种监测预警煤堆自燃的方法，包括：预先在煤堆内配置无线温度感应设备和气体收集装置；将无线温度感应设备和气体收集装置的感应数据按照时间维度进行排列，温度‑气体时空记录矩阵；将温度‑气体时空记录矩阵输入发火特征筛选网络，确定发火特征，评估发火概率；搭建煤堆三维立体模型，并在每个发火特征的实时位置进行概率标记，当发火概率超过预设值时，进行煤堆自燃报警。在温度检测方面可以实时测定煤堆不同点位的温度，降低煤堆自燃风险。气体监测方面可以识别煤堆释放的气体种类、浓度判断煤堆各区域是否处在自燃状态。可视化显示方面，可以三维立体的孪生监测，孪生报警。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤堆监测，特别涉及一种监测预警煤堆自燃的方法。

技术介绍

1、目前，煤炭是我国最重要的能源之一，在国民生产生活中占据着重要的地位。但是煤自燃发火严重地威胁着矿井安全生产、下游煤炭储运。而且我国绝大部分煤矿属于自燃或易自燃煤层。因此，我国煤炭面临的自燃灾害情形十分严峻。煤火灾害不但威胁人类生命健康，而且会造成巨大的资源损失和严重的环境破坏。伴随着我国煤炭资源东部地区的逐渐去产能，西北部地区变质程度较低的易自燃煤种承接我国煤炭的主要产能，因此我国将会面临更为严峻的煤炭自然发火情况，煤炭自燃仍长期是煤炭行业亟待解决的重要问题。

2、因运距远、储运时间长，煤受低温氧化作用时间长，导致储运期间时有煤炭发生自燃。煤矿和铁路货运站台饱受煤炭运输自燃的困扰。

3、目在煤堆监测方面，多采用手持式热电阻测温、手持式红外测温和煤炭自然发火期试验。

4、手持式热电阻测温具有以下特点：

5、手持式热电阻测温只能测定堆煤浅层0.5m深度，不能测定煤堆深层温度。手持式热电阻测温具有随机性，不能准确识别煤堆整体的温度状态。手持式热电阻测温数据是单点，非连续，不能连续监测煤堆整体状态。

6、手持式红外测温具有以下特点：手持式红外测温设备主要测量的煤堆表面温度，受太阳辐射强度影响大；手持式红外测温设备数据是面温，非连续，不能连续监测煤堆整体状态。手持式红外测温设备具有随机性，不能准确识别煤堆整体的温度状态。

7、煤炭自然发火期试验采用程序升温炉，模拟煤炭自燃过程，具有以下特点：</p>

8、通过程序升温炉模拟煤炭自燃计算煤的自然发火期天数，因炉体无法完全模拟现场环境，模拟计算出发火天数长于实际煤炭自燃天数。程序升温炉用煤量较少，试验煤样无法完全代表堆存煤堆。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种监测预警煤堆自燃的方法，用以解决上述
技术介绍
中情况。

2、一种监测预警煤堆自燃的方法，包括：

3、预先在煤堆内配置无线温度感应设备和气体收集装置；

4、将无线温度感应设备和气体收集装置的感应数据按照时间维度进行排列，温度-气体时空记录矩阵；

5、将温度-气体时空记录矩阵输入发火特征筛选网络，确定发火特征，评估发火概率；

6、搭建煤堆三维立体模型，并在每个发火特征的实时位置进行概率标记，当发火概率超过预设值时，进行煤堆自燃报警。

7、优选的，所述温度感应设备包括铠装热电阻、工业级无纸记录仪、太阳能板、供电装置和温度套管构成；其中，

8、太阳能板与供电装置连接，供电装置分别连接铠装热电阻和工业级无纸记录仪；

9、铠装热电阻设置在温度套管中。

10、优选的，所述气体收集装置包括气相色谱仪、采气泵、硅胶管、气体套管、氢气钢瓶和空气钢瓶；其中，

11、硅胶管预埋在煤堆中，并与采气泵连接，硅胶管外套有气体套管；

12、采气泵连接氢气钢瓶和空气钢瓶，氢气钢瓶和空气钢瓶连接气相色谱仪。

13、优选的，所述气相色谱仪与氢气钢瓶和空气钢瓶之间还设置有气体分组标定装置气体分组标定装置用于将气体进行关联性分组，并在分组之后设置分组标记。

14、优选的，所述关联性分组包括：

15、根据温度-气体时空记录矩阵，获取不同硅胶管的实时位置以及对应温度信息；

16、对每个硅胶管的气体检测信息进行协同矩阵分解，得到每个硅胶管在监测时间段内气体信息的线性投影矩阵；

17、根据线性投影矩阵，确定每个硅胶管的气体变化曲线和温度变化曲线；

18、根据气体变化曲线和温度变化曲线，判断是否超过预警值；

19、将超过预警值时间段内采集的气体信息进行等份分组，生成关联性分组，并确定分组标记。

20、优选的，所述温度-气体时空记录矩阵包括如下构建步骤：

21、构建基于时间维度的时空时间轴，将煤堆内的温度检测位置和气体检测位置的检测数据按照时空匹配规则一一进行匹配，获取各匹配记录；

22、根据各匹配记录，生成基于时间和位置进行温度记录和气体记录的时空矩阵；

23、根据时空矩阵，将温度记录数据和气体记录数据相对应，生成温度-气体时空记录矩阵。

24、优选的，所述发火特征筛选网络的构建步骤如下：

25、预先设定煤堆发火的气体指标参数和温度指标参数；

26、根据气体指标参数和温度指标参数确定可能造成煤堆自燃的温度气体变动参数，并生成对应的发火指标数据集；其中，

27、发火指标数据集包括温度变动数据、气体变动数据和温度气体关联性数据；

28、将发火指标数据集输入至待训练的发火分类模型的特征提取网络，获得发火指标数据集对应的特征向量；其中，

29、特征向量用对应发火特征；

30、基于发火指标数据集和预设损失函数对发火分类模型进行迭代更新，得到发火特征筛选网络。

31、优选的，所述发火概率包括如下计算步骤：

32、根据发火特征，确定每个发火特征在煤堆中的目标位置；

33、获取目标位置的温度检测数据和气体监测数据，并生成对应的高斯分布模型；

34、基于极大似然估计以及期望最大化算法分别对高斯分布模型进行迭代优化，确定收敛值；

35、根据收敛值，确定发火概率。

36、优选的，所述煤堆三维立体模型包括如下构建步骤：

37、获取实时监测煤堆的全景监控图；

38、根据全景监控图搭建三维立体坐标系，并按照全景监控图中煤堆外部轮廓坐标信息，构建第一三维立体图；

39、获取无线温度感应设备和气体收集装置在煤堆中的实时位置，并在第一三维立体图中进行坐标标记；

40、根据坐标标记，确定每个无线温度感应设备和每个气体收集装置的监测范围；

41、根据监测范围，对应第一三维立体图进行区域划分，并在区域划分进行区域渲染，生成渲染后的煤堆三维立体模型。

42、优选的，所述煤堆自燃报警包括如下步骤：

43、根据煤堆三维立体模型，设置不同监测区域的发火响应通道；

44、将发火响应通道和煤堆三维立体模型以及报警装置关联，生成孪生监测模型；

45、根据孪生监测模型，当存在监测区域的发火概率超过预设值时，生成可视化报警界面。

46、本专利技术的有益效果在于：

47、本申请在温度检测方面可以准确、快速、实时测定煤堆不同点位的温度，降低煤堆自燃风险。

48、本方法在气体监测方面可以准确、快速、实时识别煤堆释放的气体种类、浓度判断煤堆各区域是否处在自燃状态。

49、本申请在可视化显示方面，可以实现三维立体的孪生监测，孪生报警，快速定位可能发生自燃的区域。

50、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述温度感应设备包括铠装热电阻、工业级无纸记录仪、太阳能板、供电装置和温度套管构成；其中，

3.如权利要求1所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述气体收集装置包括气相色谱仪、采气泵、硅胶管、气体套管、氢气钢瓶和空气钢瓶；其中，

4.如权利要求3所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述气相色谱仪与氢气钢瓶和空气钢瓶之间还设置有气体分组标定装置气体分组标定装置用于将气体进行关联性分组，并在分组之后设置分组标记。

5.如权利要求4所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述关联性分组包括：

6.如权利要求1所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述温度-气体时空记录矩阵包括如下构建步骤：

7.如权利要求1所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述发火特征筛选网络的构建步骤如下：

8.如权利要求1所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述发火概率包括如下计算步骤：

9.如权利要求1所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述煤堆三维立体模型包括如下构建步骤：

10.如权利要求9所述的一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，所述煤堆自燃报警包括如下步骤：

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【技术特征摘要】

1.一种监测预警煤堆自燃的方法，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，金士魁，王敏辉，解承章，王可峰，张鑫旭，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所，
类型：发明
国别省市：

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