基于指标气体的采空区煤自燃危险程度判别与预警方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿安全技术领域，具体涉及一种基于指标气体的采空区煤自燃危险程度判别与预警方法。
【背景技术】
[0002]煤自燃火灾是严重威胁我国煤矿安全生产的五大灾害之一，我国国有重点煤矿中有56%存在煤自然发火危险，而采空区煤自燃占到矿井煤自燃火灾的绝大部分，由于我国煤矿的采空区顶板管理采用自燃垮落法，开采过后的采空区会被上层岩石垮落而覆盖，使得采空区遗煤自燃的状态不能直接简单的进行探测，因此采空区遗煤的自燃程度的判定依然是一个困扰我国煤矿安生产的难题。然而传统的采空区监测和煤自燃判定程度判定方法主要有，采空区束管监测系统，其只能监测工作面两道很小的一段范围的采空区遗煤的自燃情况，同时需要大量的人员维护工作监测效果不佳，采空区无线监测其可以范围的布置测点，然而采空区中无线信号只能传5到10m，其采用多跳的方式传递信息，由于矿井的采空区的复杂环境使得，如果要精确的监测采空区的煤自燃情况需要大量的布点，而且其成本过高且可靠性不高。目前国内外普遍采用煤自燃过程中产生的CO气体作为煤层自燃情况预测的指标性气体，通过煤自燃过程中产生的CO气体的量来判定煤的自燃程度，在气体采集过程中现有方法其本身的缺点是不能准确完整的采集采空区遗煤自燃过程中产生的气体，因此只能大概的判定采空区煤自燃的程度。而且不能精确定位和判定采空区具体的煤自燃状态，这给采空区煤自燃火灾的高效准确的预防带来了较大的难，在火灾防治过程中耗费人力物力。由于不能准确的定位和判定采空区那一部分遗煤自燃危险性较大，而造成采空区煤自燃火灾防治效果不佳。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于指标气体的采空区煤自燃危险程度判别与预警方法，其方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便，自动化程度高，可靠性高，对采空区煤自燃程度预测全面准确，适用范围广，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种基于指标气体的采空区煤自燃危险程度判别与预警方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0005]步骤一、煤矿采空区煤自燃指标气体监测装置的布置:在煤矿采空区布置多个用于检测CO气体浓度、C2H4气体浓度和温度的气体浓度及温度感测探头，定义布置有气体浓度及温度感测探头的位置为监测点，并将多个气体浓度及温度感测探头连接至井下监控主机，所述气体浓度及温度感测探头内集成有CO气体传感器、C2H4气体传感器和温度传感器，所述井下监控主机通过通信光纤接入工业环网并与地面监控计算机通信；
[0006]步骤二、煤矿采空区煤自燃指标气体浓度的采集及传输:多个气体浓度及温度感测探头分别对其布置位置处的CO气体浓度、C2H4气体浓度和温度进行周期为T的周期性检测并传输给井下监控主机，井下监控主机将其接收到的信号通过通信光纤和工业环网传输给地面监控计算机;其中，!~的取值为3?20分钟；
[0007]步骤三、地面监控计算机对煤矿采空区各个气体浓度及温度感测探头检测到的CO气体浓度、C2H4气体浓度和温度信号进行分析处理，进行煤火灾害危险预警，具体过程为:
[0008]步骤301、以工作面倾向方向为X轴，走向方向为Y轴，以CO气体浓度、C2H4气体浓度和温度的高低为Z轴，建立空间直角坐标系，绘制煤矿采空区CO气体浓度、C2H4气体浓度和温度场图；
[0009]步骤302、判断煤矿采空区是否出现了C2H4气体，当出现了C2H4气体时，执行步骤303，否则，执行步骤304;
[0010]步骤303、将出现了C2H4气体的监测点组成的区域定义为采空区遗煤自燃危险区域；
[0011]步骤304、在采空区除搜索出C2H4气体区域外的区域内，搜索出CO气体浓度最高的监测点和温度最高的监测点；
[0012]步骤305、将CO气体浓度最高的监测点处CO气体浓度与400ppm相比较，将温度最高的监测点处温度与7 O °C相比较，当C O气体浓度最高的监测点处C O气体浓度大于等于400ppm，或温度最高的监测点处温度大于等于70°C时，执行步骤306;当⑶气体浓度最高的监测点处CO气体浓度小于400ppm，且温度最高的监测点处温度小于70°C时，执行步骤309;
[0013]步骤306、以CO气体浓度最高的监测点或温度最高的监测点为中心点向外搜索相邻的监测点，当相邻的监测点中有监测点的CO气体浓度大于等于400ppm，或温度大于等于700C时，在相邻点外再搜索监测点，直到搜索到CO气体浓度小于400ppm，且温度小于70°C的监测点，将搜索出的CO气体浓度大于等于400ppm，或温度大于等于70°C的监测点组成的区域定义为采空区遗煤自燃危险区域；当相邻的监测点CO气体浓度均小于400ppm，且温度均小于70°C时，将中心点相邻监测点围成的区域定义为采空区遗煤自燃危险区域；
[0014]步骤307、在采空区除搜索出的采空区遗煤自燃危险区域外的区域内，搜索出CO气体浓度最高的监测点和温度最高的监测点；
[0015]步骤308、重复步骤305至步骤307，直至采空区的剩余区域中CO气体浓度最高的监测点处CO气体浓度小于400ppm，且温度最高的监测点处温度小于70°C;
[0016]步骤309、将CO气体浓度最高的监测点处CO气体浓度与10ppm相比较，将温度最高的监测点处温度与5 O °C相比较，当C O气体浓度最高的监测点处C O气体浓度大于等于lOOppm，或温度最高的监测点处温度大于等于50°C时，执行步骤3010;当CO气体浓度最高的监测点处CO气体浓度小于lOOppm，且温度最高的监测点处温度小于50°C时，执行步骤3013;
[0017]步骤3010、以CO气体浓度最高的监测点或温度最高的监测点为中心点向外搜索相邻的监测点，当相邻的监测点中有监测点的CO气体浓度大于等于lOOppm，或温度大于等于500C时，在相邻点外再搜索监测点，直到搜索到CO气体浓度小于lOOppm，且温度小于50°C的监测点，将搜索到的CO气体浓度大于等于lOOppm，或温度大于等于50°C的监测点组成的区域定义为采空区遗煤出现自燃倾向区域；当相邻的监测点CO气体浓度均小于lOOppm，且温度均小于50°C时，将中心点相邻监测点围成的区域定义为疑似采空区遗煤出现自燃倾向区域；
[0018]步骤3011、在采空区除搜索出的采空区遗煤自燃危险区域、采空区遗煤出现自燃倾向区域和疑似采空区遗煤出现自燃倾向区域外的区域内，搜索出CO气体浓度最高的监测点和温度最高的监测点；
[0019]步骤3012、重复步骤309至步骤3011，直至采空区的剩余区域中CO气体浓度最高的监测点处CO气体浓度小于lOOppm，且温度最高的监测点处温度小于50°C;
[0020]步骤3013、将采空区除搜索出的采空区遗煤自燃危险区域、采空区遗煤出现自燃倾向区域和疑似采空区遗煤出现自燃倾向区域外的区域定义为采空区遗煤自燃低温缓慢氧化区域；
[0021]步骤3014、将所述采空区遗煤自燃危险区域、所述采空区遗煤出现自燃倾向区域、所述疑似采空区遗煤出现自燃倾向区域和所述采空区遗煤自燃低温缓慢氧化区域标记为不同的颜色，表示不同的危险预警等级。
[0022]上述的基于指标气体的采空区煤自燃危险程度判别与预警方法，