一种预防露天矿自燃的监测系统及其预防方法与流程

1.本发明涉及矿区辅助器械技术领域，尤其涉及一种预防露天矿自燃的监测系统及其预防方法。


背景技术：

2.露天矿是把覆盖在矿体上部及其周围的浮土和围岩剥去，把废石运到排土场，从敞露的矿体上直接采掘矿石，当矿体埋藏较浅或地表有露头时，应用露天开采比地下开采优越，剥去上部岩土的工作称为剥离，剥离岩土量与采出矿石量的比例称为剥采比，剥采比过大的露天矿，露天开采成本高。此类采矿方式中针对一些具有燃烧特性的矿石来说，例如煤矿等易燃的矿石，在长期裸露暴晒或者矿石自身氧化积热等情况下，会发生自燃的状况造成巨大的经济损失，为此预防矿石自燃是一项十分重要的方式。
3.目前所采取的方式为阻隔法和注水法，阻隔法即在露天矿与空气接触的表面上涂抹一层氧化性较差的隔膜，以此隔绝空气与矿物接触，但是也会增加矿物内部的氧化放热量，也会引起矿物自燃的问题。在注水法的处理方式中需要注入大量冷却水，并且处理过程针对的是已经发生火情的矿物，在注水降温的同时，还需要运用铲土机将着火的矿物转移，耗时较长，且处理效率不高，很难迅速控制火情。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提供一种预防露天矿自燃的监测系统及其预防方法。
5.有鉴于此，根据本发明实施例的一个方面提出了一种预防露天矿自燃的监测系统，包括：
6.单点布局结构，其包括矿物基层以及多个插设在所述矿物基层内部的套筒结构；其中多个所述套筒结构之间利用连接件串联；所述套筒结构用于监测所述矿物基层的温度并向所述矿物基层进行降温处理；和
7.终端结构，其与所述单点布局结构连接，用于接收所述矿物基层的温度变化信号，并根据所述温度变化信号作出对应的控制指令控制所述矿物基层的温度。
8.在一些实施例中，所述套筒结构包括入地套筒、连接端口、中心隔板、透气孔和监测件；
9.其中所述入地套筒的一端插设在所述矿物基层内，且插设在所述矿物基层内的所述入地套筒上设置多个所述透气孔；
10.所述中心隔板沿所述入地套筒的轴向方向延伸呈竖向分布设置在所述入地套筒的内部，且所述中心隔板底部与所述入地套筒的底部之间具有间隙；
11.所述入地套筒的另一端位于所述矿物基层外，其上设置至少两个所述连接端口；两个所述连接端口分布在所述中心隔板的两侧；所述连接端口与所述连接件连接。
12.所述监测件设置在所述入地套筒的内部，用于监测所述入地套筒内的温度。
13.在一些实施例中，所述连接端口位于所述中心隔板顶端的下方。
14.在一些实施例中，所述监测件包括传感器、信号转换器和密封套筒；其中所述密封套筒的一端与位于所述矿物基层外的所述入地套筒的一端连接；所述信号转换器设置在所述密封套筒内；所述传感器设置在所述密封套筒的下方，其一端与所述密封套筒连接，另一端沿所述中心隔板延伸。
15.在一些实施例中，所述矿物基层的上表面铺设有隔膜涂层。
16.在一些实施例中，所述入地套筒外部环设密封垫圈；所述密封垫圈的一端伸入所述矿物基层内，另一端位于所述矿物基层外并位于所述连接端口下方，其处于所述入地套筒与所述矿物基层的交界处；所述隔膜涂层覆盖在密封垫圈上。
17.在一些实施例中，位于矿物基层内的所述入地套筒的外壁设置入地螺旋片；多个所述透气孔沿所述入地螺旋片的螺纹线均匀分布。
18.在一些实施例中，所述终端结构包括：
19.风冷装置，其用于向所述矿物基层内输出冷空气；
20.液冷装置，其用于向所述矿物基层内输出冷液；和
21.处理器，其分别与所述风冷装置、所述液冷装置及所述信号转换器连接；其中所述处理器根据所述信号转换器发出的温度变化信号向所述风冷装置或所述液冷装置发出指令进行输出冷空气或输出冷液。
22.在一些实施例中，所述液冷装置包括第一液冷件、第二液冷件和液泵装置；所述第一液冷件和所述第二液冷件的输出端分别与所述液泵装置的输入端连接，所述液泵装置的输出端连接所述风冷装置的输出端；所述风冷装置的输出端连接所述单点布局结构。
23.根据本发明实施例的另一个方面提出了一种预防露天矿自燃的方法，其特征在于，利用上述任一实施例中的所述的监测系统进行预防露天矿自燃，步骤如下：
24.组装所述监测系统；
25.通过处理器设置多组温度范围，至少包括第一组温度范围90-120
°
、第二组温度范围150-200
°
和第三组温度范围250-300
°
；
26.传感器监测入地套筒内的温度，处理器根据所述入地套筒内的温度变化信号发出指令输出冷空气或输出冷液。
附图说明
27.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
28.图1为本发明提出的一种预防露天矿自燃的监测系统的结构示意图；
29.图2为本发明提出的一种预防露天矿自燃的监测系统的单点布局结构的拆分图；
30.图3为本发明提出的一种预防露天矿自燃的监测系统的入地套筒部件的结构示意图；
31.图4为本发明提出的一种预防露天矿自燃的监测系统的入地套筒部件的剖切图；
32.图5为本发明提出的一种预防露天矿自燃的监测系统的终端结构部件的结构示意图；
33.图6为本发明提出的一种预防露天矿自燃的监测系统的鼓风机结构风向的结构示
意图。
34.附图标记
35.矿物基层1；入地套筒2；连接软管3；隔膜涂层4；增压泵5；处理器6；第一水箱7；密封垫圈8；入地螺旋片9；密封套筒10；透气孔11；信号转换器12；温度传感器13；连接端口14；中心隔板15；鼓风机16；风口连接端17；出水管道18；第一进水管道19；第二进水管道20；第二水箱21。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
38.实施例1
39.如图1-图6根据本发明实施例的一个方面提出了一种预防露天矿自燃的监测系统包括单点布局结构和终端结构。
40.其中单点布局结构包括矿物基层1以及多个插设在矿物基层1内部的套筒结构，其中可在矿物基层1上按照等间距的方式钻入安装孔，然后在每个安装孔中安装好套筒结构，以实际情况，自由选择每个套筒结构的安装位置和安装深度，以此通过以点代面的方式对整体的露天矿进行实时检测，可以适用于多种规格的露天矿。
41.其中多个套筒结构之间利用连接件串联，可选的，连接件为连接软管3，将多个套筒结构依次串联。套筒结构用于监测矿物基层1的温度并向矿物基层1进行降温处理；而终端结构与单点布局结构连接，用于接受矿物基层1的温度变化信号，并根据温度变化信号作出对应的控制指令控制矿物基层1的温度。
42.本发明实施例中提出的一种预防露天矿自燃的监测系统，通过多个套筒结构来感知露天矿的矿物基层1内部不同位置中的积热量，通过采集矿物基层1内部不同位置中的温度；终端结构以矿物基层1内部温度变化信号来控制整体系统的冷却降温方式，可对矿物基层1内部不同位置进行降温处理，以此起到了预防自燃的问题，并且在到达最大临界温度后有可能产生自燃问题时，可以通过注入阻燃液对矿物基层1内部起到了阻止燃烧的作用。
43.在一些实施例中，套筒结构包括入地套筒2、连接端口14、中心隔板15、透气孔11和监测件；其中入地套筒2的一端插设在矿物基层1内，且插设在矿物基层1内的入地套筒2上设置多个透气孔11；中心隔板15沿入地套筒2的轴向方向延伸呈竖向分布设置在入地套筒2的内部，且中心隔板15底部与入地套筒2的底部之间具有间隙；入地套筒2的另一端位于矿物基层1外，其上设置至少两个连接端口14；两个连接端口14分布在中心隔板15的两侧；连接端口14与连接件连接；监测件设置在入地套筒2的内部，用于监测入地套筒2内的温度。
44.为便于理解，以入地套筒2的轴向方向与上下方向一致为例，具体如图3所示，对实施例进行说明。
45.具体的如图3和图4，其中入地套筒2的一端插设在矿物基层1内，另一端裸露于矿
物基层1外；位于矿物基层1内的入地套筒2上设置多个透气孔11；透气孔11用于将入地套筒2内的冷空气或冷液较均匀地分散到以入地套筒2为中心的矿物基层1内；裸露于矿物基层1外的入地套筒2上设置至少两个连接端口14，用于通过连接软管3与另一入地套筒2连接或与终端结构连接。
46.在入地套筒2的内部设置中心隔板15，两个连接端口14分布在中心隔板15的两侧，有利的，连接端口14位于中心隔板15顶端的下方；中心隔板15沿上下方向延伸呈竖向分布将入地套筒2的内部空间分两部分，但是中心隔板15的底部与入地套筒2的底部之间具有间隙。本实施例中心隔板15的设置使得冷空气或冷液先通过一个连接端口14进入入地套筒2内部的一侧，将入地套筒2内部的一侧充入的冷空气或冷液后再从中心隔板15的底部与入地套筒2的底部之间的间隙内流入入地套筒2内部的另一侧，最后由另一个连接端口14流出入地套筒2，进而进入下一个入地套筒2。
47.可选的，监测件设置在入地套筒2的内部，用于监测入地套筒2内的温度。
48.具体如图4，监测件包括传感器和信号转换器12，其中传感器为温度传感器13，用于监测套筒内的温度；信号转换器12与传感器连接，用于将温度转化为终端结构可识别的变化信号。
49.可选的，监测件还包括密封套筒10，其一端与位于矿物基层1外的入地套筒2的一端连接；可选的，密封套筒10的一端通过螺纹可旋入位于矿物基层1外的入地套筒2一端的内部，实现对入地套筒2密封并为传感器和信号转换器12的安装提供支撑和空间。示例性的，信号转换器12设置在密封套筒10内；传感器的一端与密封套筒10连接位于密封套筒10的下方，传感器的另一端沿中心隔板15延伸并固定在中心隔板15上。
50.在一些实施例中，矿物基层1的上表面铺设有隔膜涂层4。
51.可理解的，隔膜涂层4为一层氧化性较差的隔膜，以此隔绝空气与矿物接触，防止矿物基层1接触空气中的氧气发生自燃。
52.进一步的，为达到完全杜绝矿物基层1接触空气中的氧气发生自燃的现象，可在入地套筒2外部环设密封垫圈8，其中密封垫圈8的一端伸入矿物基层1内，另一端位于矿物基层1外并位于连接端口14下方，其处于入地套筒2与矿物基层1的交界处，对入地套筒2与矿物基层1相交处的缝隙进行完全密封。有利的，可将隔膜涂层4覆盖在密封垫圈8上，可实现对入地套筒2的绝对密封。
53.在一些实施例中，位于矿物基层1内的入地套筒2的外壁设置入地螺旋片9；多个透气孔11沿入地螺旋片9的螺纹线均匀分布。
54.具体的如图2-图4，位于矿物基层1内的入地套筒2的外壁设置入地螺旋片9，可方便入地套筒2插入矿物基层1内，而多个透气孔11沿入地螺旋片9的螺纹线均匀分布，可更好的实现入地套筒2内冷空气或冷液较均匀地分散到矿物基层1内。
55.在一些实施例中，终端结构包括风冷装置，液冷装置和处理器6；其中风冷装置用于向矿物基层1内输出冷空气；液冷装置用于向矿物基层1内输出冷液；处理器6分别与风冷装置、液冷装置及信号转换器12连接；其中处理器6根据信号转换器12发出的温度变化信号向风冷装置或液冷装置发出指令进行输出冷空气或输出冷液。
56.具体的如图1和图5，其中风冷装置包括鼓风机16以及设置在鼓风机16输出端的风口连接端17；其中鼓风机16的风口方向为从上到下，风口连接端17通过连接软管3与入地套
筒2上的一个连接端口14连接，入地套筒2上的另一个连接端口14通过连接软管3与下一个入地套筒2上的一个连接端口14连接，实现将冷空气送入入地套筒2内，并由入地套筒扩散进入矿物基层1，达到对矿物基层1降温的目的。
57.其中液冷装置包括第一液冷件、第二液冷件和液泵装置；第一液冷件和第二液冷件的输出端分别与液泵装置的输入端连接，液泵装置的输出端与风冷装置的输出端连接单点布局结构。具体的，第一液冷件包括第一水箱7和第一进水管道19，第一水箱7可储存冷却水；其中第二液冷件包括第二水箱21和第二进水管道20，第二水箱21可储存阻燃液；液泵装置为增压泵5，增压泵5的输入端与第一水箱7和第二水箱21的输出端之间分别通过第一进水管道19和第二进水管道20连通，且增压泵5的输出端固定安装有出水管道18。
58.其中出水管道18和风口连接端17分别通过连接软管3与入地套筒2上的一个连接端口14，有利的，如图6所示，可将出水管道18的末端与风口连接端17之间连通，将风口连接端17通过连接软管3与入地套筒2上的一个连接端口14，可将风冷装置和液冷装置的输出端合并，减少投资的同时，在液冷装置输出冷液结束后，可再次输出冷空气将连接软管3内的冷液排出，净化连接软管3。
59.示例性的，监测系统的组装方法为在矿物基层1上按照等间距的方式钻入安装孔，然后在每个安装孔中安装好入地套筒2，保持入地螺旋片9位于矿物基层1的内部，再在入地套筒2与矿物基层1的相交处安装好密封垫圈8，最后在矿物基层1的上表面铺设好隔膜涂层4；在每个入地套筒2上的连接端口14上连接好连接软管3，保持每个入地套筒2之间保持串联，再将其中一个处于末端位置上的连接软管3连接在风口连接端17上。其中处理器6与信号转换器12之间为无线网络连接；处理器6与增压泵5以及鼓风机16之间为无线网络连接。
60.根据本发明实施例的一个方面提出了一种预防露天矿自燃的方法，其特征在于，利用上述任一实施例中的的监测系统进行预防露天矿自燃，步骤如下：
61.组装监测系统；
62.通过处理器6设置多组温度范围，其包括第一组温度范围90-120
°
、第二组温度范围150-200
°
和第三组温度范围250-300
°
；
63.每个传感器来实时感知每个入地套筒2内部位置的温度，温度传感器13与信号转换器12连接，信号转换器12将温度传感器13采集的温度转化为温度变化信号并将温度变化信号发送到处理器6；处理器6根据信号转换器12发出的温度变化信号发出指令输出冷空气或输出冷液。
64.其中监测系统的组装方法参照上述方法，不再赘述。
65.具体的，在初始状态下，通过处理器6设置多组温度范围，其包括第一组温度范围90-120
°
、第二组温度范围150-200
°
和第三组温度范围250-300
°
；
66.当任一入地套筒2内的温度到达第一组温度范围90-120
°
时，鼓风机16启动，通过连接软管3向每个入地套筒2内部注入冷空气，冷空气沿着其中一个连接端口14进入，并逐渐向下移动，然后沿着中心隔板15与入地套筒2下端的间隙处回转到另一个连接端口14并排出进入下一个入地套筒2，以此进行进风冷却阶段；在温度变化到达第二组温度范围150-200
°
时，增压泵5启动将第一水箱7中的冷却水抽入到出水管道18中，并随着鼓风机16和连接软管3进入到入地套筒2，再次按照上述步骤2循环进行；在温度变化到达第三组温度范围250-300
°
时，增压泵5启动将第二水箱21中的阻燃液抽入到出水管道18中，并随着鼓风机16
和连接软管3进入到入地套筒2，再次按照上述步骤2循环进行，在矿物基层1内部即将发生自燃时，通过阻燃剂来阻止燃烧作用；使阻燃液附着在矿物基层1的内部，防止出现自燃的情况；在完成上述过程之后，再次启动增压泵5将第一水箱7中的冷却水抽入到出水管道18中，并随着鼓风机16和连接软管3进入到入地套筒2，对矿物基层1内部进行清洗。
67.需要说明的是，当入地套筒2内温度呈下降趋势小于150
°
但是大于120
°
时，增压泵5处于停止运行状态；当入地套筒2内温度呈下降趋势且温度小于90
°
时，鼓风机16停止运行。
68.在一些实施例中，本发明实施例中多个入地套筒2可为一组，一组的入地套筒2之间相互串联后连接风口连接端17；多组入地套筒2可实现对矿物基层1内不同区域进行降温处理，相较于全部的入地套筒2均依次串联后再与风口连接端17连接，更具灵活性。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
70.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
71.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
73.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“实施例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
74.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。