基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法与流程

1.本发明涉及煤炭自燃风险测试技术领域，具体而言，涉及基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法。


背景技术：

2.目前，我国煤矿大部分是有煤炭自燃风险的矿井，据统计90％以上的矿井火灾都是由于煤炭因氧化放热而最先引起的，是内因火灾的主要表现形式。目前综采放顶煤技术的广泛推广应用，特别是在开采一些特厚煤层时，往往在采空区留有大量的松散遗煤，遗煤通过物理或化学方式吸附氧气，进行低温阶段的氧化反应，在合适的条件下很容易发生能量积聚促进煤体温度升高，导致采空区自燃火灾的发生，严重威胁矿井的安全生产。为了研究采空区煤炭自燃发火的规律，工作面采空区可划分为散热带、自燃带和窒息带，通过采空区自燃“三带”的准确划分，对采空区煤炭自燃防治采取有针对性的灭火措施具有重要意义。
3.现在矿井采空区自燃“三带”划分普遍利用埋入采空区的温度传感器和束管进而测定采空区温度值和气体浓度来确定的。但现有温度传感器的点式方法只能固定某个点去观察温度变化，因此测定采空区自燃“三带”仅仅是这个区域的“三带”范围。一个工作面走向长度短则几百米，长则上千米，工作面每个回采阶段受地质条件、断层情况、回采速度和煤层厚度等因素的影响，所以在不同工作面采线位置其采空区自燃“三带”势必会发生变化，导致现有的方法不能准确反应其自燃“三带”的动态变化情况，从而影响到采空区煤炭自燃防灭火措施的实施效果。


技术实现要素：

4.为了弥补以上不足，本发明提供了基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，旨在改善上述背景技术中的问题。
5.本发明实施例提供了基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，包括以下步骤：
6.s1.在工作面初采前，从工作面机巷、风巷分别与开切眼交叉的三角区位置开始铺设分布式测温光纤至停采线位置；
7.s2.在停采线附近安装井下分站，并把数据传至地面控制中心；
8.s3.在地面控制中心设置光纤感温点，通过光纤感温点在整个回采期间对采空区进行全程温度监测；
9.s4.将采空区分为采空区自燃三带，分别为窒息带、自燃带和散热带；
10.s5.在工作面向前推进的过程中，把进、回风巷进入自燃带的感温点位置相连线，再把进、回风巷进入窒息带的感温点相连线，使两线之间形成自燃带范围，直到工作结束，获得整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度的变化规律。
11.通过上述技术方案，随着工作面向前推进，通过上述方法可以给出一系列移动状
态的采空区自燃“三带”，从而获得整个回采期间采空区自燃“三带”的位置和宽度的变化规律，为确定注氮口位置和注氮量，以及其他防灭火措施提供了准确的依据，最终达到有效防治采空区煤炭自燃发火。
12.在一种具体的实施方案中，所述自燃带设置为其中一个感温点的升温速度超过1℃/d时，则该感温点处的采空区为自然带。
13.在一种具体的实施方案中，所述窒息带设置为其中一个感温点连续三天以上出现温度下降的现象，且温度值小于其最高温度的70％时，则该感温点处的采空区为窒息带。
14.在一种具体的实施方案中，所述散热带设置在所述自燃带与所述工作面之间，且所述散热带内部的氧气氮气浓度比为0.221-0.25。
15.在一种具体的实施方案中，所述s3中光纤感温点的设置方法为：每隔2m设置一个光纤感温点，从开切眼处一直设置到停采线处。
16.在一种具体的实施方案中，所述s2中安装的井下分站包括单片机控制板、光电探测器和电路信号后处理模块，所述电路信号后处理模块包括采集卡和pc机，所述s3中的光纤感温点包括光纤温度场信息采集模块，所述光纤温度场信息采集模块包括脉冲光纤激光器和波分复用器。
17.在一种具体的实施方案中，所述单片机控制板通过导线和脉冲光纤激光器、采集卡连接，所述波分复用器通过光纤和脉冲光纤激光器、光电探测器连接，所述脉冲光纤激光器发出的入射光经过波分复用器输出到传感光纤，所述传感光纤将带有矿井设备温度变化信息的背向散射光返回到波分复用器，所述波分复用器再从背向散射光中提取反斯托克斯和斯托克斯两束散射光，并抑制住较强的瑞利散射光及其他非线性散射光；所述光电探测器通过导线和采集卡连接，这两束光经过光电探测器将光信号变为放大的电信号；然后采集卡将电信号采集并通过pci总线连接到pc机上进行显示、分析处理，完成测温。
18.在一种具体的实施方案中，所述光电探测器包括光电转换电路和放大电路。
19.在一种具体的实施方案中，所述s5之后还包括：通过获得的整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度的变化规律，确定注氮口位置和注氮量。
20.在一种具体的实施方案中，所述散热带中安装有地下气压传感器，所述地下气压传感器用于监测地下气压参数，所述地面控制中心的地面上安装有地面气压传感器，所述地面气压传感器用于监测地面气压参数。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果：
22.1、本发明的测试方法具有实时性，由于整个系统不停机不停电，数据实时上传地面终端，可以给工作面防灭火管理提供最新的数据以供参考；
23.2、本发明的测试方法具有准确性，通过监测的采空区是当前采空区的数据，通过分析处理得出的结果用来指导采空区防灭火管理更具有说服力；
24.3、本发明的测试方法具有针对性，根据每个采线位置所处的自燃三带范围，可以及时地调整注氮口、注浆口位置，同时通过计算重新调整注氮量、注浆量，在采取有效防灭火措施的情况下实现经济效益最大化。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用
的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1是本发明实施方式提供的流程图；
27.图2为本发明实施方式提供的工作面向前推进的结构示意图之一；
28.图3为本发明实施方式提供的工作面向前推进的结构示意图之二；
29.图4为本发明实施方式提供的工作面向前推进的结构示意图之三；
30.图5为本发明实施方式提供的光纤感温点的分布示意图。
31.图中：1、停采线处的井下分站；2、分布式测温光纤；3、光纤感温点；4、工作面支架；5、采空区。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
33.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1-4，本发明提供一种基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，包括以下步骤：
35.s1.在工作面初采前，从工作面机巷、风巷分别与开切眼交叉的三角区位置开始铺设分布式测温光纤至停采线位置；
36.s2.在停采线附近安装井下分站，并把数据传至地面控制中心；
37.s3.在地面控制中心设置光纤感温点，通过光纤感温点在整个回采期间对采空区进行全程温度监测；
38.s4.将采空区分为采空区自燃三带，分别为窒息带、自燃带和散热带；
39.s5.在工作面向前推进的过程中，把进、回风巷进入自燃带的感温点位置相连线，再把进、回风巷进入窒息带的感温点相连线，使两线之间形成自燃带范围，直到工作结束，获得整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度的变化规律。
40.具体的，所述自燃带设置为其中一个感温点的升温速度超过1℃/d时，则该感温点处的采空区为自然带。
41.在具体设置时，所述窒息带设置为其中一个感温点连续三天以上出现温度下降的现象，且温度值小于其最高温度的70％时，则该感温点处的采空区为窒息带。
42.需要说明的是，所述散热带设置在所述自燃带与所述工作面之间，且所述散热带内部的氧气氮气浓度比为0.221-0.25。
43.在一些具体的实施方案中，所述s3中光纤感温点的设置方法为：每隔2m设置一个光纤感温点，从开切眼处一直设置到停采线处。
44.在其他一些实施方案中，所述s2中安装的井下分站包括单片机控制板、光电探测器和电路信号后处理模块，所述电路信号后处理模块包括采集卡和pc机，所述s3中的光纤
感温点包括光纤温度场信息采集模块，所述光纤温度场信息采集模块包括脉冲光纤激光器和波分复用器。
45.在本发明中，所述单片机控制板通过导线和脉冲光纤激光器、采集卡连接，所述波分复用器通过光纤和脉冲光纤激光器、光电探测器连接，所述脉冲光纤激光器发出的入射光经过波分复用器输出到传感光纤，所述传感光纤将带有矿井设备温度变化信息的背向散射光返回到波分复用器，所述波分复用器再从背向散射光中提取反斯托克斯和斯托克斯两束散射光，并抑制住较强的瑞利散射光及其他非线性散射光；所述光电探测器通过导线和采集卡连接，这两束光经过光电探测器将光信号变为放大的电信号；然后采集卡将电信号采集并通过pci总线连接到pc机上进行显示、分析处理，完成测温。
46.可以理解，在其他实施例中，所述光电探测器包括光电转换电路和放大电路。
47.在本实施例中，所述s5之后还包括：通过获得的整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度的变化规律，确定注氮口位置和注氮量。
48.可选地，所述散热带中安装有地下气压传感器，所述地下气压传感器用于监测地下气压参数，所述地面控制中心的地面上安装有地面气压传感器，所述地面气压传感器用于监测地面气压参数。
49.该基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法的原理及优点：
50.本发明的测试方法具有实时性，由于整个系统不停机不停电，数据实时上传地面终端，可以给工作面防灭火管理提供最新的数据以供参考；本发明的测试方法具有准确性，通过监测的采空区是当前采空区的数据，通过分析处理得出的结果用来指导采空区防灭火管理更具有说服力；本发明的测试方法具有针对性，根据每个采线位置所处的自燃三带范围，可以及时地调整注氮口、注浆口位置，同时通过计算重新调整注氮量、注浆量，在采取有效防灭火措施的情况下实现经济效益最大化。
51.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
52.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.在工作面初采前，从工作面机巷、风巷分别与开切眼交叉的三角区位置开始铺设分布式测温光纤至停采线位置；s2.在停采线附近安装井下分站，并把数据传至地面控制中心；s3.在地面控制中心设置光纤感温点，通过光纤感温点在整个回采期间对采空区进行全程温度监测；s4.将采空区分为采空区自燃三带，分别为窒息带、自燃带和散热带；s5.在工作面向前推进的过程中，把进、回风巷进入自燃带的感温点位置相连线，再把进、回风巷进入窒息带的感温点相连线，使两线之间形成自燃带范围，直到工作结束，获得整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度的变化规律。2.根据权利要求1所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述自燃带设置为其中一个感温点的升温速度超过1℃/d时，则该感温点处的采空区为自然带。3.根据权利要求2所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述窒息带设置为其中一个感温点连续三天以上出现温度下降的现象，且温度值小于其最高温度的70％时，则该感温点处的采空区为窒息带。4.根据权利要求3所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述散热带设置在所述自燃带与所述工作面之间，且所述散热带内部的氧气氮气浓度比为0.221-0.25。5.根据权利要求1所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述s3中光纤感温点的设置方法为：每隔2m设置一个光纤感温点，从开切眼处一直设置到停采线处。6.根据权利要求1所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述s2中安装的井下分站包括单片机控制板、光电探测器和电路信号后处理模块，所述电路信号后处理模块包括采集卡和pc机，所述s3中的光纤感温点包括光纤温度场信息采集模块，所述光纤温度场信息采集模块包括脉冲光纤激光器和波分复用器。7.根据权利要求6所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述单片机控制板通过导线和脉冲光纤激光器、采集卡连接，所述波分复用器通过光纤和脉冲光纤激光器、光电探测器连接，所述脉冲光纤激光器发出的入射光经过波分复用器输出到传感光纤，所述传感光纤将带有矿井设备温度变化信息的背向散射光返回到波分复用器，所述波分复用器再从背向散射光中提取反斯托克斯和斯托克斯两束散射光，并抑制住较强的瑞利散射光及其他非线性散射光；所述光电探测器通过导线和采集卡连接，这两束光经过光电探测器将光信号变为放大的电信号；然后采集卡将电信号采集并通过pci总线连接到pc机上进行显示、分析处理，完成测温。8.根据权利要求7所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述光电探测器包括光电转换电路和放大电路。9.根据权利要求1所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述s5之后还包括：通过获得的整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度
的变化规律，确定注氮口位置和注氮量。10.根据权利要求1所述的基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，其特征在于，所述散热带中安装有地下气压传感器，所述地下气压传感器用于监测地下气压参数，所述地面控制中心的地面上安装有地面气压传感器，所述地面气压传感器用于监测地面气压参数。

技术总结
本发明提供了基于分布式测温光纤采空区自燃三带动态变化的测试方法，属于煤炭自燃风险测试技术领域。包括以下步骤：S1.在工作面初采前，从工作面机巷、风巷分别与开切眼交叉的三角区位置开始铺设分布式测温光纤至停采线位置；S2.在停采线附近安装井下分站，并把数据传至地面控制中心；S3.在地面控制中心设置光纤感温点，通过光纤感温点在整个回采期间对采空区进行全程温度监测；S4.将采空区分为采空区自燃三带，分别为窒息带、自燃带和散热带；S5.获得整个回采期间采空区自燃三带的位置和宽度的变化规律。本发明的测试方法具有实时性，由于整个系统不停机不停电，数据实时上传地面终端，可以给工作面防灭火管理提供最新的数据以供参考。数据以供参考。数据以供参考。


技术研发人员：孟刚 雷林林 谢洋 侯庆英 吴臣 袁晓 李增华 武向强 李佳辉 曹少东
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司
技术研发日：2023.05.07
技术公布日：2023/9/20