[发明专利]基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统及方法，涉及矿井防火安全技术领域，系统包括温度和气体采集模块、信息分析处理模块、次声波发射模块、次声波接收模块、数据处理模块和保护模块，温度和气体采集模块布置在采空区，信息分析处理模块将温度和气体数据通过次声波发射模块传输，次声波接收模块接收并传输次声波及其携带的温度和气体信息，数据处理模块反演得到井下采空区温度和气体的时空变化趋势，保护模块用于保护传感器；通过该方法判定井下采空区自燃危险状态和高温发展区域，实现井下采空区煤自燃的探测及定位，还具有数据传输方便、抗干扰、准确性高、快捷等优点。

技术领域

本发明涉及矿井防火安全技术领域，尤其是一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统及方法。

背景技术

煤矿开采过程中由以前是采空区受到煤自燃的威胁，由于煤层自身具有发火危险，开采过后采空区内残留的煤更容易发生自燃，一旦自燃将对矿井安全生产及矿工安全带来重大威胁，因此需要对煤矿采空区的火源进行快速、有效的探测。

煤自燃火灾的探测是矿井火灾防治的重要手段，根据煤氧化升温过程中产生温度场、电磁场、气体等产物的变化，进而判定火灾的危险程度和判定火源的位置。目前火源的探测方法主要有钻探法、物探方法和化探方法，钻探法是非常准确的一种探测方法，但是成本高，一般作为探测后验证方法，物探方法主要有红外法、遥感法、瞬变电磁法、高密度电阻率法等，化探方法主要有氡气法，物探和化探方法是目前应用比较高的方法，在煤田火区的探测和定位方面均取得较大进展。上述方法也有应用在矿井高温异常区域的探测，但是由于井下特殊环境的影响，目前还不能实现高效的采空区煤自燃的探测及定位。

温度和气体监测预测方法是目前比较常用煤炭自燃探测和预警的方法，但是由于受到矿井采空区的矿压及地质环境影响，温度探测面临诸多的困难；另外气体监测预警方法容易出现漏气失真，并且预测结果易出现滞后的现象。如何有效的将采空区内部煤体升温产生的温度和气体传输级分析，目前没有有效的解决办法。

次声波具有波长较长，传播过程中不宜衰减和被周围介质吸收，关键的是次声波的波长特性使得次声波在传播过程中能绕开障碍物发生衍射，传播过程中受周边阻挡影响下，由于次声波的传播特性，使得通过次声波作为煤矿井下传输手段进行矿井隐蔽火区探测远距离传输监测方式，这对于提高矿井煤自燃火灾监测预警具有重要优势。

为了判定井下采空区自燃危险状态和高温发展区域，实现井下采空区煤自燃的探测及定位，需要对煤矿采空区火区探测系统及方法做进一步的改进。

发明内容

为了实现井下采空区煤自燃的探测及定位，使探测数据的传输具有抗干扰、高准确性、快捷等优点，判定采空区自燃危险状态和高温发展区域，本发明提供了一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统及方法，具体技术方案如下。

一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统，包括温度和气体采集模块、信息分析处理模块、次声波发射模块、次声波接收模块、数据处理模块和保护模块，温度和气体采集模块将温度和气体监测数据传输至信息分析处理模块，信息分析处理模块通过次声波发射模块发出次声波信息，次声波接收模块接收次声波信息并传输至数据处理模块；温度和气体采集模块布置在采空区，温度和气体采集模块包括矿用感温传感器和气体传感器；所述信息分析处理模块将温度和气体监测数据通过次声波发射模块传输信息分析处理模块包括模数转换器、信号放大器、单片机、电-声转换单元和通讯接口；所述次声波接收模块接收并传输次声波信息，次声波接收模块包括单片机、声-电转换模块和滤波器；所述数据处理模块反演得到井下采空区温度和气体的时空变化趋势，所述保护模块用于保护温度和气体采集模块。

进一步的，信息分析处理模块将温度和气体采集模块探测到的温度和气体监测数据转换成次声波信号，并通过次声波发射模块向次声波接收模块发射次声波；所述次声波接收模块接收次声波信号，并将声波信号通过单片机和声-电转换单元转换成电信号。