煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统

技术领域

本发明属于矿井防灭火技术领域，涉及一种煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统。

背景技术

矿井火灾是煤矿最常见的灾害之一，其中煤自燃内因火灾危害更大，隐蔽性更强，治理更加复杂。因此，矿井防灭火工作的重心在于防，强调关口前移，突出矿井自燃火灾的监测、预测和早期预警。近年来，多数煤矿都配备了综合信息平台，利用硬件系统采集实时数据，并通过矿井火灾分析软件系统进行数据的分析，为煤矿安全管理人员提供决策的基础参数。

但是现有技术的综合信息平台仅能够实现数据的实时汇总，仅限于针对阈值是否超标进行简单的判断，缺乏对监测数据的深度挖掘、深入分析和综合利用，且智能化程度不高，过度依赖安全管理人员的主观判断，导致对于煤自燃的预测预报难以做到快速、精准且有效。

因此，构建基于多源信息融合分析的煤矿井下自燃火灾预警系统，以实现对矿井自燃火灾危险区域及危险等级的精准自主分析研判，为管理人员提供更为便捷、快速且有效的决策处置依据，成为煤火灾害智能化防治领域的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统，解决了现有技术缺乏对监测数据的深度挖掘、深入分析和综合利用，智能化程度不高，对于煤自燃的预测预报难以做到快速、精准的问题。

本发明的目的是提供一种煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统，包括依次连接的煤矿火灾多源信息采集模块、煤自燃危险区域分析模块、煤自燃程度量化分级模块、煤自燃动态预警模块。

本发明的煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统，其特征还在于：

煤矿火灾多源信息采集模块用于对矿井自燃火灾相关的信息进行全方位实时采集，根据信息来源及种类的不同，将矿井火灾信息分类分地点录入并储存，能够实时查询并调用；煤矿火灾多源信息采集模块内部包括矿井基础信息录入子模块、煤自燃监测系统数据采集子模块、安全监测系统数据采集子模块；矿井基础信息录入子模块用于录入并存储矿井火灾相关的基础信息；煤自燃监测系统数据采集子模块用于采集并存储煤自燃监测系统的实时数据；安全监测系统数据采集子模块用于采集并存储安全监测系统的实时数据。

煤自燃危险区域分析模块用于将煤矿火灾多源信息采集模块所获取的参数进行数值模拟，分析并判定矿井煤自燃危险区域；煤自燃危险区域分析模块内部包括物理模型建立子模块、物理场建立子模块、煤自燃危险区域判定子模块；物理模型建立子模块用于构建工作面采空区三维物理模型；物理场建立子模块用于建立工作面采空区漏风流场、氧浓度场以及温度场；煤自燃危险区域判定子模块用于分析采空区可能存在自然发火危险性的高温区域地点及范围。

煤自燃程度量化分级模块用于计算煤自燃指标气体临界值，确定煤自燃程度预警等级；煤自燃程度量化分级模块内部包括煤自燃预测预报指标分析子模块和煤自燃程度分级定性模块；煤自燃预测预报指标分析子模块用于自然发火指标的优选及临界值的确定；煤自燃程度分级定性模块用于对不同煤自燃程度进行定性描述，并定义其对应的预警等级。

煤自燃动态预警模块用于智能研判当前预警等级，并实时输出动态预警结果；煤自燃动态预警模块内部包括智能分级预警子模块和预警结果展示输出子模块；智能分级预警子模块用于调用分析不同模块的输出数据，智能研判当前预警等级；预警结果展示输出子模块用于实时输出动态预警结果。

本发明的有益效果是，对煤矿井下自燃火灾相关的基础信息进行实时采集及分类储存，并构建相关分析模块与之关联，通过对各类数据的智能调用实现对井下煤自燃危险区域位置和范围的精准自主研判，实现了对煤自燃程度判定指标的自主分析和分级预警，实现了对煤自燃发展趋势的自主预测和发展动态的可视化展示，为矿井自然发火防治分级管理提供指导。

附图说明

图1是本发明系统的整体框图；

图2是本发明系统中的煤矿火灾多源信息采集模块的结构示意图；

图3是本发明系统中的煤自燃危险区域分析模块的结构示意图；

图4是本发明系统中的煤自燃程度量化分级模块的结构示意图；

图5是本发明系统中的煤自燃动态预警模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统，包括依次连接的煤矿火灾多源信息采集模块、煤自燃危险区域分析模块、煤自燃程度量化分级模块、煤自燃动态预警模块。

煤矿火灾多源信息采集模块用于对矿井自燃火灾相关的信息进行全方位实时采集，根据信息来源及种类的不同，将矿井火灾信息分类分地点录入并储存，能够实时查询并调用。煤矿火灾多源信息采集模块内部包括矿井基础信息录入子模块、煤自燃监测系统数据采集子模块、安全监测系统数据采集子模块。矿井基础信息录入子模块用于录入并存储矿井火灾相关的基础信息；煤自燃监测系统数据采集子模块用于采集并存储煤自燃监测系统的实时数据；安全监测系统数据采集子模块用于采集并存储安全监测系统的实时数据。煤自燃监测系统和安全监测系统均采用现有技术设备。

煤自燃危险区域分析模块用于将煤矿火灾多源信息采集模块所获取的参数进行数值模拟，分析并判定矿井煤自燃危险区域。煤自燃危险区域分析模块内部包括物理模型建立子模块、物理场建立子模块、煤自燃危险区域判定子模块。物理模型建立子模块用于构建工作面采空区三维物理模型；物理场建立子模块用于建立工作面采空区漏风流场、氧浓度场以及温度场；煤自燃危险区域判定子模块用于分析采空区可能存在自然发火危险性的高温区域地点及范围。

煤自燃程度量化分级模块用于计算煤自燃指标气体临界值，确定煤自燃程度预警等级。煤自燃程度量化分级模块内部包括煤自燃预测预报指标分析子模块和煤自燃程度分级定性模块。煤自燃预测预报指标分析子模块用于自然发火指标的(优选)取值及临界值的确定；煤自燃程度分级定性模块用于对不同煤自燃程度进行定性描述，并定义其对应的预警等级。

煤自燃动态预警模块用于智能研判当前预警等级，并实时输出动态预警结果。煤自燃动态预警模块内部包括智能分级预警子模块和预警结果展示输出子模块。智能分级预警子模块用于调用分析不同模块的输出数据，智能研判当前预警等级；预警结果展示输出子模块用于实时输出动态预警结果。

实施例1

如图1所示，本发明的煤矿自燃火灾多源信息融合分析预警系统，包括煤矿火灾多源信息采集模块、煤自燃危险区域分析模块、煤自燃程度量化分级模块、煤自燃动态预警模块四部分，各模块根据逻辑结构相连接，数据信息可相互调取，完成自主分析过程并输出结果。

煤矿火灾多源信息采集模块主要用于清洗、分类、整合、录入煤矿火灾相关的基础数据，并实时采集矿井各监测监控设备的气体、温度、烟雾等数据，以供其他模块调用。

煤自燃危险区域分析模块主要用于从煤矿火灾多源信息采集模块中调用煤矿火灾相关的基础数据，建立矿井物理模型，分析各物理场状态，判断煤自燃危险区域。

煤自燃程度量化分级模块主要用于从煤矿火灾多源信息采集模块中调用煤矿火灾相关的基础数据，建立煤自燃预测预报指标体系，根据煤自燃危害程度定义相应的预警等级。

煤自燃动态预警模块主要用于调用煤矿火灾多源信息采集模块实时采集的矿井各监测监控系统数据，判断当前煤自燃预警等级，预测煤自燃发展趋势，输出动态预警结果。

实施例2

如图2所示，基于实施例1的系统组成，提供了一个具体的煤矿火灾多源信息采集模块，该模块包括矿井基础信息录入子模块、煤自燃监测系统数据采集子模块、安全监测系统数据采集子模块。

矿井基础信息录入子模块用于人工录入并存储矿井火灾相关的基础信息，矿井基础信息包括煤层地质条件、工作面基础参数、煤自燃特征参数以及其他关联信息。

煤自燃监测系统数据采集子模块用于自动采集并存储煤自燃监测系统的实时数据，煤自燃监测系统的实时数据包括束管监测系统、光纤测温系统、分布式监测系统以及其他关联监测系统的监测监控数据；

安全监测系统数据采集子模块用于自动采集并存储安全监测系统的实时数据，安全监测系统数据包括气体传感器、温度传感器、烟雾传感器以及其他传感器的监测监控数据。

实施例3

如图3所示，基于实施例1的系统组成，提供了一个具体的煤自燃危险区域分析模块，该模块包括物理模型建立子模块、物理场分析子模块、煤自燃危险区域判定子模块，

物理模型建立子模块用于从煤矿火灾多源信息采集模块中调用采空区尺寸、巷道尺寸、工作面尺寸等参数，通过CFD模拟软件构建工作面采空区三维物理模型。

物理场分析子模块用于从煤矿火灾多源信息采集模块中调用进风量、回风量、工作面温度、气体组分、通风方式等参数，通过CFD模拟软件构建工作面采空区的漏风流场、氧浓度场和温度场。上述物理场通过三维色彩瀑布图直观展示工作面采空区不同区域的漏风流、氧浓度和温度变化情况。

煤自燃危险区域判定子模块根据物理场分析子模块构建的漏风流场、氧浓度场和温度场自主判断采空区自然发火“三带”范围，确定工作面推进度，确定自然发火观测点位置。

采空区自然发火“三带”包括散热带、氧化带、窒息带。

采空区自然发火“三带”分布范围判断方法：

(1)以工作面采空区的漏风流场判断：散热带(漏风风速＞0.24m/min)、氧化带(0.1m/min≤漏风风速≤0.24m/min)、窒息带(漏风风速＜0.1m/min)。

(2)以工作面采空区的氧浓度场判断：散热带(氧气浓度＞18％)、氧化带(5％≤氧气浓度≤18％)、窒息带(氧气浓度＜5％)。

(3)以工作面采空区的温度场判断：氧化带(温升率＞1℃/d)。

实施例4

如图4所示，基于实施例1的系统组成，提供了一个具体的煤自燃程度量化分级模块，包括煤自燃预测预报指标分析子模块和煤自燃程度分级定性子模块。

煤自燃预测预报指标分析子模块用于煤自然发火标志气体指标的优选及临界值的确定。

标志气体的优选包括：1)低变质程度的褐煤、长焰煤、气煤和肥煤，应优先考虑烯烃及烯烷比标志气体及其指标；2)中变质程度的焦煤、瘦煤及贫煤，应优先考虑一氧化碳和烯烃及烯烷比标志气体及其指标；3)高变质程度的无烟煤，应优先考虑一氧化碳及其派生指标。

标志气体指标临界值的确定，临界值C

式(1)中，K

煤自燃程度分级定性子模块用于对不同煤自燃程度进行定性描述，并定义其对应的预警等级，分级如下：

T＜40℃，定义为潜伏阶段，无预警；

40℃＜T＜60℃，定义为氧化阶段，一级预警；

60℃＜T＜80℃，定义为自热阶段，二级预警；

80℃＜T＜110℃，定义为临界阶段，三级预警；

110℃＜T＜160℃，定义为热解阶段，四级预警；

160℃＜T＜350℃，定义为裂变阶段，五级预警；

T＞350℃，定义为燃烧阶段，六级预警。

实施例5

如图5所示，基于实施例1的系统组成，提供了一个具体的煤自燃动态预警模块，包括智能分级预警子模块和预警结果展示输出子模块。

智能分级预警子模块用于调用煤自燃监测系统数据采集子模块和安全监测系统数据采集子模块实时采集的监测监控数据、煤自燃危险区域分析模块构建的物理场、煤自燃程度量化分级模块构建的煤自然发火标志气体指标和预警等级，智能研判当前预警等级。

预警结果展示输出子模块用于实时输出动态预警结果，输出方式根据需要选用声光报警、系统消息弹窗、手机消息推送等方式。