一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统及预警方法

技术特征：
1.一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统包括煤样温度监测器、水体监测机构、压力监测机构、气体监测装置、承压监测器及主控系统，所述主控系统分别与煤样温度监测器、水体监测机构、压力监测机构、气体监测装置、承压监测器间电气连接并通过通讯网络建立数据连接，所述煤样温度监测器若干，嵌于采空区内的遗煤内，所述水体监测机构均至少一个，嵌于采空区留存水体内，并与采空区留存水体对应的采空区底板连接，所述气体监测装置至少一个，嵌于采空区内并通过连接机构与采空区顶板连接，且所述气体监测装置与采空区轴线间间距均不大于采空区高度的1/3，所述压力监测机构若干，并嵌于采空区的塌落区域内支撑岩块堆内，所述承压监测器若干，嵌于采空区顶部内并沿采空区顶板轴线方向分布。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的煤样温度监测器包括锚头、承载柱、定位架、承载侧板、温湿度传感器、压力应变片、电子标签、接线端子及辅助电路，其中所述承载柱为空心圆柱体结构，其上端面及下端面均设密封堵头，且所述承载柱下端面与锚头连接并同轴分布，所述接线端子嵌于其上端面内，所述承载柱外表面设至少两条与其轴线平行分布，并环绕其轴线均布的导向滑槽，承载柱顶部内另设辅助电路，所述定位架为横断面呈矩形的框架结构，包覆在承载柱外并与承载柱通过导向滑槽滑动连接，且定位架下端面与承载柱下端面间间距不小于定位架高度的2/3，所述定位架内另设1—2个电子标签，且电子标签与接线端子电气连接；所述承载侧板若干，通过导向滑槽与承载柱外表面滑动连接，且各承载侧板均位于定位架下方，其板面与承载柱轴线呈30
°
—90
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夹角，所述温湿度传感器若干，分别嵌于承载柱内并沿承载柱轴线从上向下均布，相邻两个温湿度传感器间通过密封板相互隔离，所述温湿度传感器对应的承载柱侧壁均是至少两个分布在承载柱轴线两侧的透孔，且承载柱轴线两侧透孔间同轴分布，且透孔轴线与承载柱轴线相交并呈30
°
—90
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夹角，所述承载侧板前端面设与其同轴分布的承载槽，所述承载槽内均设一个压力应变片，所述温湿度传感器、压力应变片间相互并联，并分别与辅助电路电气连接，且辅助电路另通过接线端子与主控系统电气连接。3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的水体监测机构包括浮块、承载龙骨、配重块、承载台、导向管、液位传感器、水质传感器、水质检测装置及辅助电路，所述承载龙骨为轴向截面呈矩形的框架结构，其下端面与配重块连接，并通过配重块与水体底部相抵并连接，所述承载龙骨上端面通过牵引绳与浮块连接，所述浮块上端面与承载台连接，所述承载台为横断面呈矩形的闭合腔体结构，其下半部嵌于浮块上端面内，所述水质检测装置及辅助电路均嵌于承载台内，且辅助电路分别与液位传感器、水质检测装置和主控系统电气连接，所述水质检测装置另分别与水质传感器电气连接，所述导向管嵌于承载龙骨内，与承载龙骨同轴分布并与承载龙骨侧壁内表面间通过若干筋板连接，所述导向管侧壁均布若干孔径为1—5毫米的透孔，所述液位传感器嵌于导向管内并与导向管同轴分布，且所述液位传感器上端面与导向管上端面连接，下端面与配重块上端面相抵，所述水质传感器至少三个，其中两个水质传感器嵌于配重块上端面并环绕导向管轴线均布并位于导向管内，剩余的水质传感器嵌于导向管外侧面并环绕导向管轴线分布。4.据权利要求1所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的压力监测机构包括承载基座、压力传感器、检测翅板、辅助电路及接线端子，所述承载
基座至少两个，相邻两个承载基座间通过1—2个压力传感器连接并同轴分布，所述承载基座为横断面呈矩形的闭合腔体结构且每个承载基座外表面均设至少两个检测翅板，所述检测翅板为横断面呈矩形的板状结构，相邻两承载基座的检测翅板前端面间通过压力传感器连接，所述承载基座为横断面呈矩形的闭合腔体结构，且每个承载基座内均设一个辅助电路，承载基座外侧面均设至少一个接线端子，所述辅助电路与接线端子电气连接，并通过接线端子分别与主控系统及相邻的承载基座的辅助电路电气连接。5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的气体监测装置包括检测环、承载立柱、空气环境监测机构、辅助电路，所述承载立柱为轴线与水平面垂直分布的空心柱状结构，其上端面通过棘轮机构与一个检测环外表面铰接，所述检测环轴线与承载立柱轴线垂直分布并相交，所述检测环包括至少长度不小于承载立柱直径1.5倍的导流管，所述导流管间同轴分布且相邻两导流管间通过至少三条筋板相互连接，所述空气环境监测机构若干，分别嵌于各导流管内表面并环绕导流管轴线均布，各空气质量传感器间并联，并分别与辅助电路电气连接，所述辅助电路嵌于承载立柱内并与主控系统电气连接。6.根据权利要求5所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的承压监测器包括辅助电路、导向滑轨、弹性铰链、承载弹簧、拉力传感器、检测台、压力传感器、滑轮、万向铰链、滑块及弹性伸缩杆，所述导向滑轨若干，沿采空区轴线方向分布并与采空区顶板连接，所述导向滑轨前端面及后端面均与一条承载弹簧连接，且导向滑轨与承载弹簧间通过弹性铰链铰接，且相邻两个导向滑轨所连接的承载弹簧间另通过拉力传感器连接，且承载弹簧与拉力传感器同轴分布，所述检测台为横断面呈矩形的板状结构，其上端面通过万向铰链与滑块铰接，并与采空区顶板呈0
°
—60
°
夹角，所述滑块另与导向滑轨滑动连接，所述检测台上端面另通过弹性铰链与两个弹性伸缩杆铰接，所述弹性伸缩杆轴线与检测台上端面呈30
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—90
°
夹角，所述弹性伸缩杆上端面另通过压力传感器与1—2个滑轮连接，且滑轮与采空区顶板相抵并滑动连接，所述辅助电路另嵌于检测台内，并分别与压力传感器、拉力传感器及主控系统电气连接。7.根据权利要求2-6所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的辅助电路为基于dsp、fpga芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述辅助电路另设充放电控制电路、过载保护电路及驱动蓄电池组。8.根据权利要求9所述的一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，其特征在于：所述的主控系统为基于大数据为基础的数据服务器，且所述主控系统另设若干包括pc计算机、移动智能通讯终端为基础的操控终端。9.一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统的运行方法，其特征在于：所述的煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统的运行方法包括如下步骤：s1,系统装配，轴线在煤矿机房设置设置主控系统，然后在踩空区的顶板设置若干承压监测器、在采空区的各塌落区域内支撑岩块堆内设至少一个压力监测机构、在采空区的各遗煤区域内分别设至少一个煤样温度监测器、在采空区的遗留水体中设置水体监测机构，同时沿采空区排风方向依次设置若干气体监测装置，并将一个煤样温度监测器、一个水体监测机构、一个压力监测机构、一个气体监测装置、一个承压监测器构成一个检测组，且设置检测组间并联并沿采空区轴线方向分布，相邻两个检测组间间距不小于10米；最后将各
检测组的煤样温度监测器、水体监测机构、压力监测机构、气体监测装置、承压监测器分别与主控系统建立数据连接，并为每个检测组分配独立的通讯地址，即可完成系统配置；s2,数据采集，完成s1步骤后，同时由主控系统驱动各检测组运行，在检测组运行时：煤样温度监测器：对遗煤内部温度堆积温度进行检测，同时辅助对遗煤内部结构压力进行辅助检测，根据遗煤温度和压力得到判断遗煤自然风险；压力监测机构；对采空区内塌落并对采空区顶部具备支撑作业的岩块堆内部压力进行检测，辅助得到采空区遗煤承受的压力值，根据采空区遗煤承受的压力值得到判断遗煤自然风险；承压监测器；对采空区顶板塌落形变时的形变量、及形变产生的压力进行检测，配合压力监测机构检测值，进一步检测确定采空区遗煤承受的压力值，从而辅助判断遗煤自然风险；水体监测机构：对采空区内残留的水体深度、水质检测，一方面通过对水体悬浮、溶解物检测，对遗煤氧化状态进行间接采集分析；另一方面通过对溢流水体深度判读采空区内水量，并根据水量间接判断采空区内遗煤自然风险；气体监测装置：对采空区空气环境中的氧气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳浓度含量，并根据气体成分及含量得到判断遗煤自然风险；s3,自燃判断，根据s2步骤采集的参数，由主控系统对s2步骤中各检测组采集的数据进行汇总分析，从而得到煤样自燃风险登记评判结果。

技术总结
本发明涉及一种煤矿井下采空区浸水风干煤自燃监测系统，包括煤样温度监测器、水体监测机构、压力监测机构、气体监测装置、承压监测器及主控系统，煤样温度监测嵌于采空区内的遗煤内，水体监测机构嵌于采空区留存水体内，气体监测装置嵌于采空区内并通过连接机构与采空区顶板连接，压力监测机构嵌于采空区的塌落区域内支撑岩块堆内，承压监测器沿采空区顶板轴线方向分布。其运行方法包括系统装配，数据采集及自燃判断等三个步骤。本发明系统通用性好、系统调整、拓展能力强，可有效满足各类地质结构、环境采空区内煤层自燃检测预警作业的需要，且检测作业时的检测数据获取全面，数据采集精度高。集精度高。集精度高。


技术研发人员：牛会永 步允川 李硕鹏 杨雁晓 巨金荣
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2022/6/10