基于指標氣體的采空區煤自燃危險程度判別與預警方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于煤礦安全技術領域，具體涉及一種基于指標氣體的采空區煤自燃危險程度判別與預警方法。
【背景技術】
[0002]煤自燃火災是嚴重威脅我國煤礦安全生產的五大災害之一，我國國有重點煤礦中有56%存在煤自然發火危險，而采空區煤自燃占到礦井煤自燃火災的絕大部分，由于我國煤礦的采空區頂板管理采用自燃垮落法，開采過后的采空區會被上層巖石垮落而覆蓋，使得采空區遺煤自燃的狀態不能直接簡單的進行探測，因此采空區遺煤的自燃程度的判定依然是一個困擾我國煤礦安生產的難題。然而傳統的采空區監測和煤自燃判定程度判定方法主要有，采空區束管監測系統，其只能監測工作面兩道很小的一段范圍的采空區遺煤的自燃情況，同時需要大量的人員維護工作監測效果不佳，采空區無線監測其可以范圍的布置測點，然而采空區中無線信號只能傳5到10m，其采用多跳的方式傳遞信息，由于礦井的采空區的復雜環境使得，如果要精確的監測采空區的煤自燃情況需要大量的布點，而且其成本過高且可靠性不高。目前國內外普遍采用煤自燃過程中產生的CO氣體作為煤層自燃情況預測的指標性氣體，通過煤自燃過程中產生的CO氣體的量來判定煤的自燃程度，在氣體采集過程中現有方法其本身的缺點是不能準確完整的采集采空區遺煤自燃過程中產生的氣體，因此只能大概的判定采空區煤自燃的程度。而且不能精確定位和判定采空區具體的煤自燃狀態，這給采空區煤自燃火災的高效準確的預防帶來了較大的難，在火災防治過程中耗費人力物力。由于不能準確的定位和判定采空區那一部分遺煤自燃危險性較大，而造成采空區煤自燃火災防治效果不佳。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于指標氣體的采空區煤自燃危險程度判別與預警方法，其方法步驟簡單，設計新穎合理，實現方便，自動化程度高，可靠性高，對采空區煤自燃程度預測全面準確，適用范圍廣，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種基于指標氣體的采空區煤自燃危險程度判別與預警方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0005]步驟一、煤礦采空區煤自燃指標氣體監測裝置的布置:在煤礦采空區布置多個用于檢測CO氣體濃度、C2H4氣體濃度和溫度的氣體濃度及溫度感測探頭，定義布置有氣體濃度及溫度感測探頭的位置為監測點，并將多個氣體濃度及溫度感測探頭連接至井下監控主機，所述氣體濃度及溫度感測探頭內集成有CO氣體傳感器、C2H4氣體傳感器和溫度傳感器，所述井下監控主機通過通信光纖接入工業環網并與地面監控計算機通信；
[0006]步驟二、煤礦采空區煤自燃指標氣體濃度的采集及傳輸:多個氣體濃度及溫度感測探頭分別對其布置位置處的CO氣體濃度、C2H4氣體濃度和溫度進行周期為T的周期性檢測并傳輸給井下監控主機，井下監控主機將其接收到的信號通過通信光纖和工業環網傳輸給地面監控計算機;其中，!~的取值為3?20分鐘；
[0007]步驟三、地面監控計算機對煤礦采空區各個氣體濃度及溫度感測探頭檢測到的CO氣體濃度、C2H4氣體濃度和溫度信號進行分析處理，進行煤火災害危險預警，具體過程為:
[0008]步驟301、以工作面傾向方向為X軸，走向方向為Y軸，以CO氣體濃度、C2H4氣體濃度和溫度的高低為Z軸，建立空間直角坐標系，繪制煤礦采空區CO氣體濃度、C2H4氣體濃度和溫度場圖；
[0009]步驟302、判斷煤礦采空區是否出現了C2H4氣體，當出現了C2H4氣體時，執行步驟303，否則，執行步驟304;
[0010]步驟303、將出現了C2H4氣體的監測點組成的區域定義為采空區遺煤自燃危險區域；
[0011]步驟304、在采空區除搜索出C2H4氣體區域外的區域內，搜索出CO氣體濃度最高的監測點和溫度最高的監測點；
[0012]步驟305、將CO氣體濃度最高的監測點處CO氣體濃度與400ppm相比較，將溫度最高的監測點處溫度與7 O °C相比較，當C O氣體濃度最高的監測點處C O氣體濃度大于等于400ppm，或溫度最高的監測點處溫度大于等于70°C時，執行步驟306;當⑶氣體濃度最高的監測點處CO氣體濃度小于400ppm，且溫度最高的監測點處溫度小于70°C時，執行步驟309;
[0013]步驟306、以CO氣體濃度最高的監測點或溫度最高的監測點為中心點向外搜索相鄰的監測點，當相鄰的監測點中有監測點的CO氣體濃度大于等于400ppm，或溫度大于等于700C時，在相鄰點外再搜索監測點，直到搜索到CO氣體濃度小于400ppm，且溫度小于70°C的監測點，將搜索出的CO氣體濃度大于等于400ppm，或溫度大于等于70°C的監測點組成的區域定義為采空區遺煤自燃危險區域；當相鄰的監測點CO氣體濃度均小于400ppm，且溫度均小于70°C時，將中心點相鄰監測點圍成的區域定義為采空區遺煤自燃危險區域；
[0014]步驟307、在采空區除搜索出的采空區遺煤自燃危險區域外的區域內，搜索出CO氣體濃度最高的監測點和溫度最高的監測點；
[0015]步驟308、重復步驟305至步驟307，直至采空區的剩余區域中CO氣體濃度最高的監測點處CO氣體濃度小于400ppm，且溫度最高的監測點處溫度小于70°C;
[0016]步驟309、將CO氣體濃度最高的監測點處CO氣體濃度與10ppm相比較，將溫度最高的監測點處溫度與5 O °C相比較，當C O氣體濃度最高的監測點處C O氣體濃度大于等于lOOppm，或溫度最高的監測點處溫度大于等于50°C時，執行步驟3010;當CO氣體濃度最高的監測點處CO氣體濃度小于lOOppm，且溫度最高的監測點處溫度小于50°C時，執行步驟3013;
[0017]步驟3010、以CO氣體濃度最高的監測點或溫度最高的監測點為中心點向外搜索相鄰的監測點，當相鄰的監測點中有監測點的CO氣體濃度大于等于lOOppm，或溫度大于等于500C時，在相鄰點外再搜索監測點，直到搜索到CO氣體濃度小于lOOppm，且溫度小于50°C的監測點，將搜索到的CO氣體濃度大于等于lOOppm，或溫度大于等于50°C的監測點組成的區域定義為采空區遺煤出現自燃傾向區域；當相鄰的監測點CO氣體濃度均小于lOOppm，且溫度均小于50°C時，將中心點相鄰監測點圍成的區域定義為疑似采空區遺煤出現自燃傾向區域；
[0018]步驟3011、在采空區除搜索出的采空區遺煤自燃危險區域、采空區遺煤出現自燃傾向區域和疑似采空區遺煤出現自燃傾向區域外的區域內，搜索出CO氣體濃度最高的監測點和溫度最高的監測點；
[0019]步驟3012、重復步驟309至步驟3011，直至采空區的剩余區域中CO氣體濃度最高的監測點處CO氣體濃度小于lOOppm，且溫度最高的監測點處溫度小于50°C;
[0020]步驟3013、將采空區除搜索出的采空區遺煤自燃危險區域、采空區遺煤出現自燃傾向區域和疑似采空區遺煤出現自燃傾向區域外的區域定義為采空區遺煤自燃低溫緩慢氧化區域；
[0021]步驟3014、將所述采空區遺煤自燃危險區域、所述采空區遺煤出現自燃傾向區域、所述疑似采空區遺煤出現自燃傾向區域和所述采空區遺煤自燃低溫緩慢氧化區域標記為不同的顏色，表示不同的危險預警等級。
[0022]上述的基于指標氣體的采空區煤自燃危險程度判別與預警方法，