本發(fā)明屬于氣體濃度檢測，涉及基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法。

背景技術(shù)：

1、煤自燃是煤礦開采和儲存過程中最容易發(fā)生的災(zāi)害之一，由采空區(qū)遺煤自燃發(fā)光發(fā)熱導致的內(nèi)因火災(zāi)是礦井火災(zāi)的主要原因。co作為煤自燃的主要標志性氣體，在實際生產(chǎn)中通過對其產(chǎn)生量的檢測從而判定煤自燃狀態(tài)的方法尤為重要。

2、例如中國專利申請?zhí)枮閏n201610065635.9，名稱為“一種基于指標氣體的采空區(qū)煤自燃危險程度判別與預(yù)警方法”中公開的通過在煤礦采空區(qū)布置多個co氣體濃度探測頭并將其連接至井下監(jiān)控主機，井下監(jiān)控主機將其接收到的信號通過通信光纖和工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸給地面監(jiān)控計算機，從而達到煤火災(zāi)害危險預(yù)警的目的。

3、但是采空區(qū)煤自燃會受到遺煤量與供風等復合情況的影響，使co產(chǎn)生速率發(fā)生變化，導致單獨對采空區(qū)回風巷co產(chǎn)生量進行監(jiān)測從而判斷煤自燃狀態(tài)會變得相對困難且不準確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，解決了現(xiàn)有采空區(qū)煤自燃狀態(tài)評估方法評估結(jié)果準確率較低的問題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，包括以下步驟：

3、步驟1，搭建采空區(qū)co氣體檢測和風速檢測系統(tǒng)；

4、步驟2，實時監(jiān)測工作面co氣體濃度與風速大小；

5、步驟3，計算工作面進風進入采空區(qū)的循環(huán)總時長t；

6、步驟4，根據(jù)監(jiān)測的工作面co氣體濃度與風速大小計算t時長內(nèi)回風巷co氣體的逸散總量；

7、步驟5，計算采空區(qū)氧化升溫帶遺煤總量，推算出每分鐘采空區(qū)內(nèi)遺煤產(chǎn)生的co氣體濃度；

8、步驟6，判斷每分鐘采空區(qū)內(nèi)遺煤產(chǎn)生的co氣體濃度是否超過設(shè)定的報警閾值a，若超過則存在煤火災(zāi)害發(fā)生隱患，立刻向工作人員報警，反之，則繼續(xù)監(jiān)測工作面co氣體濃度與風速大小。

9、步驟1中，搭建采空區(qū)co氣體檢測和風速檢測系統(tǒng)，包括在進風巷和回風巷中分別安裝風速傳感器，用以實時監(jiān)測進風巷風速vj和回風巷風速vh，在上隅角和回風巷中部分別安裝co濃度傳感器，用于實時監(jiān)測上隅角co氣體濃度cs和回風巷co氣體濃度ch，所有風速傳感器和co濃度傳感器均通過光纖與本地工控機連接，本地工控機與地表上位機通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。

10、風速傳感器和co濃度傳感器均靠近頂板處安裝，進風巷的風速傳感器距離下隅角18m～22m，回風巷的風速傳感器距離上隅角18m～22m，回風巷中的co濃度傳感器距離上隅角28m～32m。

11、述步驟3的具體過程如下：

12、步驟3.1，測量進風側(cè)氧化升溫帶距離工作面的最遠距離mja和最近距離mji，測量回風側(cè)氧化升溫帶距離工作面的最遠距離mha和最近距離mhi；

13、步驟3.2，計算采空區(qū)內(nèi)進風風流的運移距離，得到采空區(qū)進風風流在采空區(qū)的運移距離為mz；

14、步驟3.3，將風流在采空區(qū)的運移距離分為三個階段，即靠近進風側(cè)進入采空區(qū)未進入氧化升溫帶的距離mz1，風流速度選取進風巷風速vj；靠近回風側(cè)進入采空區(qū)未進入氧化升溫帶的距離mz3，風流速度選取回風巷風速vh；以及進入氧化升溫帶的距離mz2，風流速度選取為常數(shù)0.2m/min；

15、步驟3.4，計算井下風流進入采空區(qū)內(nèi)的運移時長，即工作面進風進入采空區(qū)的循環(huán)總時長t：

16、

17、步驟3.2的具體過程如下：

18、步驟3.2.1，設(shè)定采空區(qū)計算風流移動距離的空間原點為工作面的中點(0，0)，得到上隅角、下隅角在所述空間中對應(yīng)的坐標位置，分別為(0，m/2)、(0，-m/2)，m為工作面長度；

19、步驟3.2.2，設(shè)定風流相對移動最遠距離點坐標位置為((mja+mha)/2，0)；

20、步驟3.2.3，將風流在采空區(qū)內(nèi)的移動路徑設(shè)置為扇形，扇形半徑為r，扇形圓心橫坐標為x0，計算風流移動路徑的中心位置，由于上隅角、下隅角與風流相對移動最遠距離點構(gòu)成的為等腰三角形，上隅角、下隅角對應(yīng)的垂直平分線公式為y0＝0，上隅角與風流相對移動最遠距離點的垂直平分線ya，以及下隅角與相對移動最遠距離點的垂直平分線yb表達式分別為：

21、

22、式中，b為中間變量，三條垂直平分線的交點為(m(b-1)/4b，0)，即為風流移動路徑的中心位置；

23、步驟3.2.4，計算風流移動路徑中心位置隅角夾角度數(shù)β：

24、

25、步驟3.2.5，計算采空區(qū)進風風流在采空區(qū)的運移距離mz：

26、

27、步驟3.3中，mz1、mz2和mz3的計算過程如下：

28、步驟3.3.1，計算采空區(qū)扇形風流路徑與最近距離氧化升溫帶的兩個交點(x1，y1)與(x2，y2)：

29、

30、

31、式中，b2為中間變量；

32、步驟3.3.2，計算兩個交點與隅角位置對應(yīng)的距離，得到mz1、mz2和mz3：

33、

34、式中，a1為下隅角、(x0，0)與(x1，y1)構(gòu)成的角度，a3為上隅角、(x0，0)與(x2，y2)構(gòu)成的角度。

35、步驟4具體過程如下：

36、步驟4.1，實時讀取上隅角處co濃度傳感器檢測的co濃度值cs；

37、步驟4.2，判斷cs是否高于閾值24ppm，若高于閾值，則存在災(zāi)害風險，立刻向工作人員報警，反之則進入步驟4.3；

38、步驟4.3，實時讀取ch與vh，計算同t時長內(nèi)回風巷道co氣體的逸散總量ys：

39、ys＝t*sh*vh*ch??????????????????(8)

40、式中，sh表示安裝co濃度傳感器處回風巷的斷面面積。

41、步驟5具體過程如下：

42、步驟5.1，計算氧化升溫帶面積sy：

43、

44、步驟5.2，計算采空區(qū)氧化升溫帶遺煤總量，氧化升溫帶遺煤體積vy為：

45、vy＝syh???????????????????????(10)

46、式中，h為采空區(qū)上覆遺煤高度；

47、步驟5.3，計算每分鐘采空區(qū)內(nèi)遺煤產(chǎn)生的co氣體濃度cz：

48、

49、本發(fā)明的有益效果是，通過實時監(jiān)測工作面co氣體濃度和風速，計算工作面進風進入采空區(qū)的循環(huán)總時長和回風巷道內(nèi)co氣體的總逸散量，進而推算出采空區(qū)內(nèi)氧化升溫帶遺煤產(chǎn)生的co氣體濃度，最后判斷co氣體濃度是否超過設(shè)定的預(yù)警值，繼而判斷出采空區(qū)是否存在煤火災(zāi)害發(fā)生隱患。

技術(shù)特征：

1.基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟1中，搭建采空區(qū)co氣體檢測和風速檢測系統(tǒng)，包括在進風巷(3)和回風巷(5)中分別安裝風速傳感器(8)，用以實時監(jiān)測進風巷(3)風速vj和回風巷(5)風速vh，在上隅角和回風巷(5)中部分別安裝co濃度傳感器(9)，用于實時監(jiān)測上隅角co氣體濃度cs和回風巷(5)co氣體濃度ch，所有風速傳感器(8)和co濃度傳感器(9)均通過光纖與本地工控機連接，本地工控機與地表上位機通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述風速傳感器(8)和co濃度傳感器(9)均靠近頂板處安裝，進風巷(3)的風速傳感器(8)距離下隅角18m～22m，回風巷(5)的風速傳感器(8)距離上隅角18m～22m，回風巷(5)中的co濃度傳感器(9)距離上隅角28m～32m。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟3的具體過程如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟3.2的具體過程如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟3.3中，mz1、mz2和mz3的計算過程如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟4具體過程如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于采空區(qū)co產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟5具體過程如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于采空區(qū)CO產(chǎn)生量的煤自燃狀態(tài)評估方法，包括搭建采空區(qū)CO氣體檢測和風速檢測系統(tǒng)，實時監(jiān)測工作面CO濃度與風速大小，計算工作面進風進入采空區(qū)的循環(huán)總時長T和T時長內(nèi)回風巷CO的逸散總量，計算采空區(qū)氧化升溫帶遺煤總量，推算出每分鐘采空區(qū)內(nèi)遺煤產(chǎn)生的CO濃度，判斷每分鐘采空區(qū)內(nèi)遺煤產(chǎn)生的CO濃度是否超過設(shè)定的報警閾值a，若超過則存在煤火災(zāi)害發(fā)生隱患，立刻向工作人員報警，反之，則繼續(xù)監(jiān)測工作面CO濃度與風速大小。本發(fā)明通過判斷采空區(qū)內(nèi)氧化升溫帶遺煤產(chǎn)生的CO濃度是否超過設(shè)定的預(yù)警值，繼而判斷出采空區(qū)是否存在煤火災(zāi)害發(fā)生隱患，解決了現(xiàn)有采空區(qū)煤自燃狀態(tài)評估方法評估結(jié)果準確率較低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：翟小偉,郝樂,李永琪
受保護的技術(shù)使用者：西安科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19