【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及火灾预测，具体涉及一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法与系统。
技术介绍
1、在煤矿开采过程中，矿工通过取出煤炭而形成的空洞被称为采空区，这些区域可能存在大量的煤屑、煤尘等可燃物质，采空区内的煤炭残留物，由于长时间的氧化作用和自身的热量产生，可能引发自然发火，这种自燃现象会释放引发火灾气体，对矿井安全和环境造成威胁。
2、现有技术存在以下不足：
3、对于大型煤矿开采而言，会存在多个采空区，由于采空区的结构复杂且存在多类发火因素，现有技术中，对煤矿采空区无有效的发火预测处理，从而不便于对采空区进行提前管理，若采取实时人力巡逻的方式对采空区进行发火检测，则会增加人力负担和增加人工成本，若采取定期人力巡逻的方式对采空区进行发火检测，则采空区可能在非检测时期发火引发安全事故。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法与系统，以解决
技术介绍
中不足。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，所述预测方法包括以下步骤：
3、s1：系统端口获取煤矿采空区数据后，建立采空区的三维地质模型；
4、s2：获取采空区的多场数据后，将多场数据耦合计算为采空区生成发火系数；
5、s3：通过发火系数与预设发火阈值的对比结果预测采空区是否存在火灾风险，并将发火系数以及火灾预测结果进行整合后嵌入
6、s4：当预测采空区存在火灾风险时，获取采空区的环境数据，分析环境数据后预测采空区出现火灾时的火灾蔓延速度，依据火灾蔓延速度为采空区生成相应的管理决策；
7、s5：向煤矿管理员发送预警信号以及管理决策，煤矿管理员接收预警信号和管理决策后，及时对采空区进行管理。
8、优选的，步骤s2中，获取采空区的多场数据后，将多场数据耦合计算为采空区生成发火系数包括以下步骤：
9、获取采空区的多场数据，多场数据包括采空区的环境煤粉浓度、温度上升率以及气体聚集指数；
10、将环境煤粉浓度、温度上升率以及气体聚集指数综合计算获取发火系数fhx，表达式为：式中，mfd为环境煤粉浓度，wds为温度上升率，qtj为气体聚集指数，α、β、γ分别为环境煤粉浓度、温度上升率以及气体聚集指数的比例系数，且α、β、γ均大于0。
11、优选的，步骤s3中，通过发火系数与预设发火阈值的对比结果预测采空区是否存在火灾风险包括以下步骤：
12、将发火系数fhx值与预设的发火阈值进行对比；
13、若发火系数fhx值小于等于预设的发火阈值，预测采空区不存在火灾风险；
14、若发火系数fhx值大于预设的发火阈值，预测采空区存在火灾风险。
15、优选的，所述气体聚集指数通过多参数气体监测仪或气体检测网络系统在线获取：
16、多参数气体监测仪：配备不同气体传感器，监测多种引发火灾气体的浓度获得气体聚集指数；
17、气体检测网络系统：部署多个气体传感器，通过网络实时汇报采空区内的气体浓度计算气体聚集指数。
18、优选的，所述温度上升率通过红外热像仪或温度传感器阵列在线获取：
19、红外热像仪：使用红外辐射检测技术，实时监测采空区内的温度分布，获取温度上升率；
20、温度传感器阵列：部署多个温度传感器以测量不同位置的温度，通过对比不同时刻的数据来计算温度上升率。
21、优选的，所述环境煤粉浓度通过激光煤尘浓度监测仪或光纤光谱法在线获取：
22、激光煤尘浓度监测仪：使用激光散射原理，通过测量光散射的强度计算煤粉浓度；
23、光纤光谱法：利用光谱技术，通过测量光在煤尘中的传播来确定煤粉的浓度。
24、优选的，步骤s3中，将发火系数以及火灾预测结果进行整合后嵌入三维地质模型中进行可视化展示包括以下步骤：
25、计算得到的发火系数和火灾预测结果整合为一个综合的数据集；
26、将数据与地质模型的坐标系和尺度进行匹配，使整合后的数据嵌入已建立的三维地质模型中；
27、通过三维可视化软件呈现整合后的数据，将整合后的数据映射到三维地质模型的相应位置，包括在三维地质模型上标记不同位置的发火系数和火灾概率。
28、本专利技术还提供一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测系统，包括模型建立模块、耦合模块、可视化模块、数据采集模块、分析模块：
29、模型建立模块：获取煤矿采空区数据后，建立采空区的三维地质模型，采空区数据包括煤层分布、地质构造、采空区形状和大小，获取采空区的多场数据后；
30、耦合模块：将多场数据耦合计算为采空区生成发火系数，通过发火系数与预设发火阈值的对比结果预测采空区是否存在火灾风险；
31、可视化模块：将发火系数以及火灾预测结果进行整合后嵌入三维地质模型中进行可视化展示；
32、数据采集模块：当预测采空区存在火灾风险时，获取采空区的环境数据；
33、分析模块：分析环境数据后预测采空区出现火灾时的火灾蔓延速度，依据火灾蔓延速度为采空区生成相应的管理决策，向煤矿管理员发送预警信号以及管理决策，预警信号包括采空区的发火预测结果以及火灾蔓延速度，煤矿管理员接收预警信号和管理决策后，及时对采空区进行管理。
34、在上述技术方案中，本专利技术提供的技术效果和优点：
35、1、本专利技术通过系统端口获取煤矿采空区数据后，建立采空区的三维地质模型，获取采空区的多场数据后，将多场数据耦合计算为采空区生成发火系数，通过发火系数与预设发火阈值的对比结果预测采空区是否存在火灾风险，并将发火系数以及火灾预测结果进行整合后嵌入三维地质模型中进行可视化展示，当预测采空区存在火灾风险时，获取采空区的环境数据，分析环境数据后预测采空区出现火灾时的火灾蔓延速度，依据火灾蔓延速度为采空区生成相应的管理决策。该预测系统能够有效对煤矿采空区进行发火预测，从而能够在预测采空区存在火灾风险时发出预警信号，便于提前管理。
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1.一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，其特征在于：所述预测方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，其特征在于：步骤S2中，获取采空区的多场数据后，将多场数据耦合计算为采空区生成发火系数包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，其特征在于：步骤S3中，通过发火系数与预设发火阈值的对比结果预测采空区是否存在火灾风险包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，其特征在于：所述气体聚集指数通过多参数气体监测仪或气体检测网络系统在线获取：
5.根据权利要求4所述的一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，其特征在于：所述温度上升率通过红外热像仪或温度传感器阵列在线获取：
6.根据权利要求5所述的一种基于多场耦合数学模型下的采空区三维自然发火预测方法，其特征在于：所述环境煤粉浓度通过激光煤尘浓度监测仪或光纤光谱法在线获取：
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