[發明專利]一種煤礦采空區高溫探測預警及防滅火智能協同管控系統

有效

• 申請號: 202110963227.6
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113605983B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 劉偉;張鳳杰;褚翔宇;秦躍平;徐浩;閆林曉;郭文杰;宋奕澎;毋凡;張士顯
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00;E21F5/00;E21F17/04
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;劉素霞

1.一種煤礦采空區高溫探測預警及防滅火智能協同管控系統，其特征在于，包括：感溫模塊、信號解調模塊、可視化預警模塊和防滅火協同管控模塊；

所述感溫模塊、所述可視化預警模塊分別與所述信號解調模塊通訊連接，所述防滅火協同管控模塊與所述可視化預警模塊通訊連接；

所述感溫模塊為多組分布式鎧裝測溫光纖，多組分布式的所述測溫光纖以固定布線方式和移動布線方式呈網格狀埋設于所述采空區，用于對所述采空區的溫度進行實時監測；其中，所述鎧裝測溫光纖為外側包覆有柔性保護套的測溫光纖，所述柔性保護套能夠隨所述測溫光纖的布設進行彎折，且所述柔性保護套的表面設有抗壓金屬鋼絲，以對所述測溫光纖進行保護；所述柔性保護套的表面設有測溫孔，所述柔性保護套的抗壓強度的范圍為(50,60)MPa；

所述信號解調模塊接收所述測溫光纖監測到的所述采空區的溫度信號，并基于光時域和拉曼散射對所述溫度信號進行解調轉換，以及基于預設的校準數據庫對解調轉換得到的監測溫度數據進行自校準，得到所述采空區的校準溫度數據；其中，所述校準數據庫為溫度補償數據庫，通過在地面進行恒溫水浴測定與采空區的實際溫度測定對比擬合，建立不同條件下的溫度偏差、溫度補償數據庫；所述信號解調模塊調用所述溫度補償數據庫中的溫度補償系數，根據所述煤礦的煤質、遺煤厚度、初始煤巖溫度，對所述測溫光纖的監測溫度數據的偏差進行溫度補償，對所述監測溫度數據的偏差進行自校準；

所述可視化預警模塊中部署有所述煤礦的開采時空動態模型，用于根據所述校準溫度數據對所述采空區溫度場的時空分布進行顯示，并對高于預設溫度閾值的所述校準溫度數據對應的溫度位置進行定位顯示并報警；

所述防滅火協同管控模塊中部署有防滅火設備和自動控制器，所述防滅火設備根據所述可視化預警模塊發出的報警信息自動啟動，以對高于預設溫度閾值的所述校準溫度數據對應的溫度位置進行滅火準備，所述自動控制器根據所述報警信息確定所述防滅火設備的供氮能力、供氮壓力；

且按照公式：

確定所述防滅火設備的供氮能力Q_N；

按照公式：

確定所述防滅火設備的供氮壓力P₁；

其中，Q₀表示采空區的氧化帶內漏風量，單位為m³/min；C₁表示采空區的氧化帶內平均氧濃度；C₂表示采空區的惰化防火指標，取值為煤自燃臨界氧濃度；C_N表示注入氮氣的氮氣濃度；K的取值范圍為1.2～1.5；

P₂表示所述防滅火設備的輸氮管路末端的絕對壓力，單位為MPa，且P₂不小于0.2MPa；Q_MAX表示所述防滅火設備的最大輸氮流量，單位為m³/h；D₀表示輸氮管路的基準管徑，取值為150mm；D_i表示所述防滅火設備的實際輸氮管徑，單位為mm；L_i表示相同直徑的輸氮管路的長度，單位為km；λ₀為所述基準管徑的阻力損失系數，取值為0.026；λ_i表示所述實際輸氮管徑的阻力損失系數。

2.根據權利要求1所述的煤礦采空區高溫探測預警及防滅火智能協同管控系統，其特征在于，以所述固定布線方式沿傾向布設所述測溫光纖在所述煤礦的采煤工作面支架后方，從所述采煤工作面一側的順槽向另一側順槽布設。

3.根據權利要求1所述的煤礦采空區高溫探測預警及防滅火智能協同管控系統，其特征在于，以所述移動布線方式沿走向布設的所述測溫光纖，從所述煤礦的采煤工作面支架的后方向所述采空區布設；

和/或，

以所述移動布線方式沿走向布設的所述測溫光纖，隨所述煤礦的采煤工作面支架的前移，埋設于所述采空區的底板形成的縫槽。

4.根據權利要求1所述的煤礦采空區高溫探測預警及防滅火智能協同管控系統，其特征在于，所述柔性保護套有多段，相鄰兩端所述柔性保護套之間通過快接接頭固定連接。