一種煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法和煤場(chǎng)防自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體涉及一種煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法和煤場(chǎng)防 自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭自燃是自然界存在的一種客觀現(xiàn)象，從化學(xué)中可知，自燃是物質(zhì)在空氣中發(fā) 生氧化作用而自動(dòng)發(fā)生燃燒的現(xiàn)象，而燃燒則是物質(zhì)劇烈氧化而發(fā)光、發(fā)熱的一種化學(xué)現(xiàn) 象，由此可知，煤炭自燃是煤長(zhǎng)期與空氣中的氧接觸，發(fā)生物理、化學(xué)作用的結(jié)果。
[0003] 為改變傳統(tǒng)露天條形煤場(chǎng)要相應(yīng)增大場(chǎng)地面積來(lái)提高貯煤量、減少對(duì)周邊空氣水 源污染等問(wèn)題，封閉式圓形煤場(chǎng)以其能提高場(chǎng)地利用率，增加貯煤容量，縮小占地面積， 環(huán)保性能突出，以及其配套設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、程控水平高等特點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用。封閉式圓形 煤場(chǎng)優(yōu)點(diǎn)很多，但缺點(diǎn)也同樣突出：封閉式圓形煤場(chǎng)里煤堆易發(fā)生自燃，自燃明火及煙氣 對(duì)煤場(chǎng)安全生產(chǎn)有嚴(yán)重威脅，同時(shí)自燃還會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此需要采取有效的措 施監(jiān)測(cè)儲(chǔ)煤期間煤炭自燃的趨勢(shì)，確保煤場(chǎng)的安全運(yùn)行。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)通常是利用溫度傳感器監(jiān)測(cè)煤場(chǎng)煤堆的溫度，然后通過(guò)溫度直接判斷煤 堆的狀態(tài)，并進(jìn)行預(yù)警。但是煤堆自燃過(guò)程非常復(fù)雜，一般要經(jīng)過(guò)潛伏期、自熱期和燃燒期 三個(gè)階段，潛伏期溫度變化較小，無(wú)法通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度的變化預(yù)測(cè)自燃發(fā)生時(shí)間，而自熱期煤 溫上升急劇加快，此時(shí)可能已造成損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)煤堆自燃發(fā)生時(shí)間。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法，包括：
[0007] 根據(jù)煤堆溫度、所述煤堆的高度、所述煤堆頂部到中心的距離、所述煤堆的堆積角 度、所述煤堆的圓周角度、煤的密度、煤的含碳量、煤的揮發(fā)分含量計(jì)算熱損失值；
[0008] 利用所述煤堆溫度、所述熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導(dǎo)率計(jì)算煤堆發(fā)火期。
[0009] 優(yōu)選地，所述根據(jù)煤堆溫度、所述煤堆的高度、所述煤堆頂部到中心的距離、所述 煤堆的堆積角度、所述煤堆的圓周角度、煤的密度、煤的含碳量、煤的揮發(fā)分含量計(jì)算熱損 失值包括：
[0010] 利用下列公式計(jì)算所述熱損失值：
[0012]其中 Q 為所述熱損失值，
S2= hcos Θ+2dsin Θ，C = I. 64e L53Cad/ u+0. 79, λ = -〇. 40e 25, h為所述煤堆的高度，d為所述煤堆頂部到中心的距 離，Θ為所述煤堆的堆積角度，α為所述煤堆的圓周角度，p為煤的密度，Cad為煤的含碳 量，Vad為煤的揮發(fā)分含量，τ是所述煤堆溫度，t(〇是溫度系數(shù)，a(〇是溫度隨深度分 布的二次項(xiàng)系數(shù)。
[0013] 優(yōu)選地，所述t(T) = 2·96τ+34·22,所述 a(T) =-12·39τ-9·69。
[0014] 優(yōu)選地，所述利用所述煤堆溫度、所述熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導(dǎo)率計(jì)算煤 堆發(fā)火期包括：
[0015] 利用徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算所述煤堆發(fā)火期，其中所述煤堆溫度、所述熱損失值、 煤的比熱容、煤的熱導(dǎo)率為所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入值，所述煤堆發(fā)火期為所述徑向 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出結(jié)果。
[0016] 優(yōu)選地，所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層包括所述煤堆溫度、所述熱損失值、煤的 比熱容、煤的熱導(dǎo)率；
[0017] 所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的隱層輸出值為
[0019] 其中，Qm為所述隱層輸出值，X為輸入層的值，Cni為聚類中心、 〇 "為方差；
[0020] 所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的規(guī)則層輸出值為
[0022] 其中，Z1為規(guī)則層輸出值，a u是隱層連接權(quán)重；
[0023] 所述煤堆發(fā)火期為
[0025] 其中，y(X)為所述煤堆發(fā)火期，CO1是規(guī)則層連接權(quán)重，b 1是常數(shù)項(xiàng)參數(shù)。
[0026] 優(yōu)選地，所述煤堆溫度為所述煤堆表面以下2米處的溫度。
[0027] 本發(fā)明還提供一種煤場(chǎng)防自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：溫度采集單元，設(shè)置于被監(jiān)測(cè)煤堆 中，用于采集并發(fā)送所述煤堆的溫度；數(shù)據(jù)處理端，用于接收所述煤堆的溫度，并利用上述 煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法計(jì)算所述煤堆的發(fā)火期。
[0028] 優(yōu)選地，所述溫度采集單元包括溫度傳感器、通信模塊和判斷模塊，其中所述溫度 傳感器用于采集所述煤堆的溫度，所述通信模塊用于向所述數(shù)據(jù)處理端發(fā)送所述煤堆的溫 度，所述判斷模塊用于判斷所述溫度傳感器采集到的煤堆溫度，當(dāng)所述煤堆溫度低于預(yù)設(shè) 閾值時(shí)，關(guān)閉所述通信模塊，當(dāng)所述煤堆溫度高于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，開(kāi)啟所述通信模塊。
[0029] 優(yōu)選地，所述通信模塊為Zigbee模塊。
[0030] 優(yōu)選地，所述溫度采集單元設(shè)置在所述煤堆表面以下2米處。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明提供的煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法和煤場(chǎng)防自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)煤堆的多 種實(shí)際物理參數(shù)計(jì)算出煤堆的熱損失值，然后利用當(dāng)前的煤堆溫度、煤堆的熱損失值、煤的 比熱容、煤的熱導(dǎo)率準(zhǔn)確地計(jì)算出煤堆發(fā)火期，以便相關(guān)人員清楚地了解煤堆將要發(fā)生自 燃的時(shí)間，以便在煤堆自然之前進(jìn)行處理，由此可以提高儲(chǔ)煤場(chǎng)所的安全性。
[0032] 本發(fā)明利用徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算所述煤堆發(fā)火期，以煤堆溫度、煤堆熱損失值、 煤的比熱容、煤的熱導(dǎo)率作為徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入值，煤堆發(fā)火期為徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模 型的輸出結(jié)果，由于徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有極強(qiáng)的非線性逼近能力，能夠真實(shí)地刻畫(huà)出輸 入變量與輸出變量之間的非線性關(guān)系，因此利用徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算出的發(fā)火期更準(zhǔn) 確。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合 附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的煤場(chǎng)防自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0035] 圖2是利用本發(fā)明實(shí)施例的煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法計(jì)算出的煤堆熱損失曲線圖；
[0036] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法應(yīng)用的徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 圖1示出了一種煤場(chǎng)防自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理終端12和多個(gè)溫度采 集單元11，溫度采集單元11設(shè)置在煤堆之中，并通過(guò)有線或無(wú)線方式向數(shù)據(jù)處理終端12發(fā) 送溫度信息。
[0038] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法，該方法可以由上述數(shù)據(jù)處理終端 執(zhí)行，該方法包括如下步驟：
[0039] S1，獲取某個(gè)煤堆當(dāng)前的溫度，以及該煤堆的多種物理數(shù)據(jù)，具體是煤堆高度、煤 堆頂部到中心的距離、煤堆的堆積角度、煤堆的圓周角度、煤的密度、煤的含碳量、煤的揮發(fā) 分含量；其中，溫度信息可以通過(guò)上述溫度采集單元獲取，其它物理信息可以通過(guò)測(cè)量獲 取，為了使最終計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，上述溫度優(yōu)選為煤堆表面以下2米處的溫度，例如對(duì)于 較高的煤堆可以將上述溫度采集單元設(shè)置在煤堆頂部以下2米處，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定，煤 堆表面以下2米處是最易發(fā)生自燃的區(qū)域，升溫最快。
[0040] S2,利用上述信息計(jì)算熱損失值Q，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，熱損失值是指物體 向外界散失的熱量，熱損失值的計(jì)算方法有多種，針對(duì)不同的物體，應(yīng)當(dāng)利用物體的形狀、 物理參數(shù)等特性計(jì)算熱損失值，本發(fā)明可以利用任意一種現(xiàn)有的計(jì)算方法計(jì)算熱損失值Q。 而為了使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，本實(shí)施例提供一種針對(duì)煤堆的熱損失值計(jì)算方式，即本發(fā)明可 以按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：
[0042] 其中，
S2= hcos Θ+2dsin Θ，C = I. 64e L53Cad/Vad+0. 79，λ = -0.40ea72ead/Vad+0.25，h為煤堆的高度，d為煤堆頂部到中心的距離，θ為煤堆的堆積角 度，a為煤堆的圓周角度，ρ為煤的密度，Cad為煤的含碳量，Vad為煤的揮發(fā)分含量，τ 是煤堆溫度，t(〇是溫度系數(shù)，取值隨溫度增加而增大，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定可優(yōu)選為t(〇 = 2. 96 τ +34. 22, a( τ )是溫度隨深度分布的二次項(xiàng)系數(shù)，取值隨溫度增加而減小，通過(guò)實(shí)驗(yàn) 測(cè)定可優(yōu)選為a( τ ) = -12. 39 τ -9. 69。
[0043] 圖2示出了多個(gè)不同煤種的熱損失曲線，其中每一條曲線是一個(gè)煤堆的熱損失曲 線，圖中橫軸表示時(shí)間，縱軸表示熱損失值，單位為MJ/kg，上述計(jì)算方式充分考慮了煤堆以 及煤種的特性，計(jì)算出的熱損失值更加準(zhǔn)確且有針對(duì)性。
[0044] S3,利用當(dāng)前的煤堆溫度、上述熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導(dǎo)率計(jì)算煤堆發(fā)火 期，上述四種數(shù)據(jù)與煤堆發(fā)火期的關(guān)系并非線性關(guān)系，因此應(yīng)當(dāng)利用具有非線性逼近能力 的算法，以上述煤堆溫度、熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導(dǎo)率為輸入值，計(jì)算出煤堆發(fā)火 期，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，現(xiàn)有的多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型均可以用于計(jì)算上述煤堆發(fā)火期。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的煤堆發(fā)火期的計(jì)算方法，通過(guò)煤堆