矿井煤自燃灾害监测预警技术及发展趋势

以降低矿井火灾的发生率为目标,梳理了矿井煤自燃灾害现有监测预警技术的发展现状,总结了现有技术的局限性和不足,指出未来发展应注重先进监测技术的应用、预测技术准确性的提升、预警系统和智能化管理的发展等。针对矿井煤自燃灾害隐蔽性、持续性、扩散性和难以控制的特点,提出矿井煤自燃灾害监测预警技术未来发展方向：提升煤自然发火临界值确定方法的综合性,利用新兴设备和先进技术完善煤自然发火临界值的确定方法;针对矿井煤自燃复杂环境,可通过研究声波探测等新型先进技术手段,提高矿井煤自燃监测参数的全面性和精细化;推动矿井煤自燃监测预警技术的创新性和决策的智能化,利用数字孪生技术提供精准的模拟与预测能力、优化防控方案、提供培训和应急管理以及数据分析和决策支持等方面的帮助;聚焦矿井自燃灾害全面感知、精准预测与防控智能一体化建设,加强对矿井自燃灾害数据分析、灾前主动预警、灾后事故治理、火区自动封闭等技术的研究。     

煤自燃火灾监测预警技术的研究现状与发展

煤自然发火监测预警是对煤自燃火灾参数指标进行超前判识及预警的技术手段.以煤自燃火灾监测预警技术的研究现状与发展趋势为主线,介绍了国内外煤自燃火灾监测预警技术的研究现状和研究成果,指出了其中存在的问题,提出了煤自燃火灾监测预警技术今后研究的发展趋势,并重点阐述了无线传感器网络技术在国内外的研究现状和发展趋势.     

煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术“十三五”研究进展

冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害的风险判识和监控预警是煤矿安全生产的重点和难点。在“十三五”期间,针对该问题重点开展了煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警关键技术研究及装备研发工作,建立了开采扰动和多场耦合叠加效应下煤矿动力灾害孕育演化机理和发生发展的新理论,提出了煤矿典型动力灾害多参量前兆信息智能判识理论及预警模型;开发了具有故障自诊断、高灵敏、标校周期长的前兆信息采集传感技术与装备;通过对异构数据融合、自组网、抗干扰等技术研究,提出了矿井关键区域人机环参数全面采集、多元信息共网传输新方法,为煤矿典型动力灾害监控预警系统安全无故障运行提供了技术保障;构建了自动化、信息化、智能化预警平台,平台具备故障自诊断、高灵敏、响应时间短、标校周期长、抗干扰等功能,预警准确率提升到90 % 以上。通过煤矿典型动力灾害监测预警基础研究-关键技术开发-应用示范的有机融合,实现了煤矿重大灾害灾变隐患在线监测、智能判识和实时准确预警。     

基于云模型的矿井内因火灾危险性判识

为实现矿井内因火灾危险性科学判识,从煤的自燃倾向性、漏风供氧、蓄热散热3个方面分析内因火灾影响因素,构建矿井内因火灾等级评判依据;基于专家确定的指标权重,提出一种基于云模型的矿井内因火灾危险性判识方法,并以实际案例验证模型的合理性。     

矿井火灾多源信息融合预警方法的研究

为了实现矿井火灾的早期预警,采用了多源信息融合技术,集成了煤矿安全监控系统、火灾束管监测系统、无线自组网温度监测系统和分布式光纤温度监测系统的指标数据,基于实验研究、现场观测、专家经验等数据,建立了矿井火灾多源信息融合预警系统,结合人工神经网络、多指标预警逻辑推理、运用灰色关联分析法建立实验数据拟合函数的计算方法,实现了矿井火灾多源信息融合算法,处理来自不同位置、具有不同物理意义的多源火灾信息,得出了火灾预警指标体系和火灾发展规律,以及煤自燃程度6个阶段的预警指标气体判定和对应的温度范围.     

煤自燃进程精细划分方法及其智能监测预警——煤火精准防控技术变革

为提升煤自燃火灾风险隐患的智能化防控能力和水平，实现煤自燃指标数据近场实时采集、智能分析与精准预警。通过采集多个矿区新鲜煤样，采用煤自燃程序升温试验、自然发火试验等手段，测定煤自然发火特征参数。结合煤自燃机理细化指标曲线特征点位，构建了I类容易自燃煤层分级预警模型，确定相关预警指标及阈值。设计研发ZDC7型矿井火灾智能监测预警系统，主要包括矿用本安型多参数无线传感器(GD7)、矿用本安型无线监测主机(ZDC7-Z)、智能管控软件平台等。矿用多参数传感器能够独立近场采集数据(CO,CH₄,CO₂,O₂,H₂S,温湿度和压差等),利用监测主机采用的带状受限空间能量有效的容错拓扑控制技术与开放无线感知网络协议标准，确保ZDC7系统便捷地融入煤矿井下工业环网，同时有效、稳定地保障数据信息传输至多终端(手机APP、地面工控机、井下交互界面等)。智能管控软件平台内嵌智能分析预警模块，能够结合深度学习和多元回归分析等理论以实现多源信息融合自处理，智能分析火灾预警级别和煤自燃异常区域态势预测，并根据监测信息的预处理...     

煤自燃预测预报理论及技术研究综述

在对近年来国内外有关煤自燃预测预报理论及技术方面的文献进行收集整理的基础上,从煤自燃预测预报理论、煤自燃监测技术和隐蔽火源探测技术等3个方面,对煤自燃预测预报的研究进展进行了归纳分析。指出了现有煤自燃监测技术的优势和存在的不足,对其适用条件进行了界定;分析了目前常用的隐蔽火源探测技术的特点及其技术途径,并对其优缺点进行了对比分析。对未来的煤自燃预测预报理论及技术发展趋势进行了展望。     

兖州矿区煤自燃精准防控技术体系

基于兖州矿区煤自燃的特点和规律,研究了煤自燃精准防控体系建设,包括煤自燃预测预报、监测预警及超前处置的火灾精准防控等;通过建立15 t的大型煤自然发火实验台研究煤自燃特性,研发了红外热成像技术测定隐蔽火源,开发了系列新型防灭火材料、技术及装备,实现了煤火灾害“有效治理、早期预报与早期控制、超前预防”跨越式发展,在管理、装备和技术上形成了科学的煤自然发火技术与管理体系。研究成果促进了煤层火灾由“被动治理向超前防控、由传统技术向高新技术、由分散实用技术向成套适用技术”的转变,构筑了自然发火灾害“超前预测预报、早期预防、快速应急控制”三道防线,实现兖州矿区煤自燃精准防控。     

我国矿山火灾防治技术研究

矿井火灾是威胁煤矿安全生产、危害职工生命安全的重大灾害之一.文中总结了近年来我国在矿井火灾预测预报理论和方法、煤自燃高温火源区域探测技术及矿井防灭火技术等方面的研究和应用进展,并分析了我国在矿井防灭火技术研究和应用中存在的问题及发展趋势.     

采空区自燃火灾预报方法与监测新技术

总结了我国矿井采空区自燃火灾的特点,分析了采空区自燃火灾预测预报的气体指标法和测温法,对气体指标法的煤氧化自燃气体产物进行定性和定量分析,探讨自燃火灾光谱在线原位监测、分布式光纤测温、自然发火气-温联合预警和矿井漏风测定等监测新技术。通过研究我国煤矿自燃火灾预测预报及监测监控应用过程中存在的问题,对其发展趋势进行了初步探讨。     

煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究进展

围绕拟解决的重大科学问题"煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术",以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型煤矿动力灾害为研究对象,鉴于煤矿典型动力灾害诱发机理不清、风险判识不明、监控预警技术不足等现状,开展了冲击地压孕育机理与风险判识及监测预警、煤与瓦斯突出灾变机理及监测预警、煤矿典型动力灾害信号采集传输和智能化分析、煤矿典型动力灾害监控预警系统平台等研究,开发了大尺度、真三维、全封闭自动开挖煤与瓦斯突出物理模拟实验装置,研制了包括光纤光栅微震传感、三轴应力传感、分布式多点激光甲烷检测等在内的动力灾害前兆信息新型感知与多网融合传输传感装置,建立了井下传感器数据的多元海量动态信息的聚合理论与方法,提出了基于漂移特征的潜在煤矿典型动力灾害预测方法与多粒度知识挖掘方法,构建了基于大数据分析和数据挖掘的煤矿动力灾害风险判识和监控预警模型。通过现场实践,表明能实现全面采集人机环参数,且采集传感器具有故障自诊断、响应时间短、标校周期长等优点。监控预警系统稳定运行无故障率达到了99%,抗干扰等级不低于3级,系统监控预警准确率大于90%,实现了煤矿典型动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时预警。     

矿井火灾研究领域的知识图谱分析

为了解矿井火灾研究的整体情况和前沿趋势，以CNKI收录的1 136篇矿井火灾的相关文献为数据来源，运用CiteSpace软件绘制可视化知识图谱，对矿井火灾研究领域的发文量、期刊分布、研究机构、研究人员、关键词和突现词等方面进行文献计量分析。研究结果表明，矿井火灾研究经历了初步探索期、发展强化期和波动下降期3个阶段；发文的期刊多为煤矿开采类期刊和安全科学类期刊；研究机构主要分布在原煤炭工业部高校、研究院和大型煤炭企业；高产作者为王德明、周心权、王省身和周福宝等；煤自燃和防灭火一直是研究热点，研究隐蔽火源探测技术，开发高效经济、绿色环保的防灭火材料及其智能化工艺装备将是未来的研究趋势；深入探究煤自燃的机理、多灾害耦合致灾机理，利用人工智能、大数据、5G和物联网等技术，构建矿井火灾监测监控、预警报警、灭火救灾一体化智能化系统将会是未来研究的热点问题。     

基于GIS的矿井自燃监测预警系统研究

采用实验方法,建立了矿井煤层自燃预警指标体系和预警指标计算机模型,并将地理信息系统(GIS)技术应用于自燃监测预警领域,设计了用于矿井自燃预测预报的监测预警系统,讨论和分析了基于GIS的矿井自燃监测预警系统的整体框架及功能,给出了系统开发的方式和方法。     

煤自燃过程特性及防治技术研究进展

煤炭是我国的主体能源,但煤炭开采面临着有煤自燃灾害的严重威胁。煤自燃不仅烧毁大量煤炭资源,还易引发瓦斯燃烧、爆炸等重特大事故,造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。为了进一步提高煤矿企业对煤自燃灾害的防控能力,推动我国煤炭资源的安全高效开采,分析了煤自燃理论的研究现状,总结了煤自燃监测预警的主要方法和技术,对比分析了煤矿常规的防灭火技术,介绍了煤自燃防治技术的最新发展及应用效果,并提出了煤自燃过程特性及防治技术的未来研究方向。较详细地阐述了煤自燃过程及特性理论基础,主要包括煤自燃的低温氧化过程机制、煤自燃分段过程特性及特殊条件下的煤自燃特性;较全面地总结了包括标志性气体方法、测温法等多种煤自燃监测预警技术的原理以及各类技术的优缺点。在上述煤自燃理论和监测预警基础上,针对常规注浆、注惰气等技术对煤自燃防控效果有限、难以满足矿井安全高效开采的问题,研发了三相阻化泡沫、凝胶泡沫、无机固化泡沫、稠化砂浆等防灭火技术,同时介绍了液氮(液态二氧化碳)快速灭火降温技术。此外,为了满足煤矿智能化、精准化开采对矿井煤自燃防治的新要求,在矿井火灾监测指标信息化与预警智能化、火源辨识与防治技术控制精准化、防灭火材料绿色化等方面提出了下一步的研究展望。     

煤自燃危险区域无线监测预警技术研究

本文针对兖州矿区采空区煤自燃危险区域监测工作中存在的困难,提出无线监测预警技术,通过现场应用证明该技术大大提高矿井自燃火灾预警的精确性和可靠性,有效实现了自燃火灾的监测预防与定位,取得较好的效果。     

煤自燃危险区域高密度网络化监测预警系统设计与应用

针对大面积采空区煤自燃危险区域监测预警的技术难题,提出了煤自燃危险区域高密度网络化监测预警技术,设计了煤自燃危险区域高密度网络化监测预警系统的架构;研发了集温湿度、CO、O_2、CH_4、压差传感器于一体的矿用多参数无线传感器;基于Linux操作系统和嵌入式Web技术,设计了矿用无线监测基站,实现内网、外网跨平台访问实时监测信息;开发了基于Web的煤自燃危险区域高密度网络化监测预警软件。工业性试验结果表明,该系统实现了煤自燃危险区域气-温-压差的高密度网络化监测,保障了矿井安全生产。     

机器视觉的煤自燃智能预警系统设计

为了更好地解决目前煤矿自燃火灾探测的误报、漏报及方法单一等问题,提出了一种基于机器视觉的多传感器融合的煤矿自燃火灾智能预警系统。通过构建的煤矿井下视觉网络系统对煤矿自燃可疑区域进行图像采集、分析和处理,结合温湿度传感器、光感传感器在特定环境深度融合技术下采集的煤矿环境参数信息,并将数据信息实时地传输到控制中心。实现了对煤矿自燃火灾的实时监测、预警功能,使煤矿自燃火灾的监测预警的准确性大大提高,具有很好的应用前景。     

煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展

新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警是在煤炭精准开采的理念指导下,基于多相多场耦合灾变孕育演化机理,利用灾害前兆信息采集传感与多网融合传输技术、多源海量前兆信息提取挖掘方法,能够实现煤矿典型动力灾害前兆信息深度感知、风险精准判识及监控预警的新模式新方法。该模式能够实现煤矿监控预警由传统的经验型、定性型向精准型、定量型转变,全面提升我国煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力。凝练了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警的4个关键科学问题和8个主要研究方向,围绕基础理论研究、关键技术开发和预警平台搭建,重点阐述了12个方面的研究进展,为实现冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时精准预警提供了技术路径。     

矿井外因火灾ZFM智能消防预警系统应用

针对禾草沟煤业井下火灾消防系统存在不具备火源识别和扑救功能等问题，通过分析矿井ZFM智能消防预警系统的组成与特点，可以很好地解决禾草沟煤业井下消防存在的问题。该系统具有快速监测火焰，并在0.2 s时间内作出响应，2 s内全自动完成火源识别、预警、扑灭火焰等功能。     

复杂环境条件下煤自燃火灾治理技术

针对煤矿复采区复杂开采、多源漏风环境条件下,巷道松散煤体易发生大范围立体自燃火灾的问题,以郑煤集团宏达矿11071上副巷溜煤眼自然发火为例,分析了自然发火致灾影响因素及治理难点,采取了灌注高倍数阻化泡沫快速阻化降温、压注超高水无机固化材料充填堵漏防复燃的综合治理技术。通过现场分阶段实施和监测,有效消除高温自燃隐患,并防控隐蔽火源的复燃,保障矿井的安全生产和接续。