礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置及方法
【專利摘要】一種礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置及方法，屬于火災探測裝置及方法。通過探測和分析煤體升溫或燃燒時產生的電磁輻射信號，進而探測礦井隱蔽火災危險；探測裝置包括互相垂直定向接收天線組和監(jiān)控主機。探測方法是：在選定測點處把互相垂直定向接收天線組的有效接收方向朝向探測區(qū)域，測試并計算電磁輻射值及其主方向；不同測點主方向的交叉處即為潛在危險區(qū)域。根據潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢，采用臨界值法和動態(tài)變化趨勢法判定，當電磁輻射指標值或動態(tài)變化趨勢超過相應的臨界值時，判定該區(qū)域有火災危險。本方法能從時間和空間上探測礦井隱蔽火災危險性及區(qū)域；具有高效、便捷的特點。
【專利說明】 礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種火災探測裝置及方法，特別是一種礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置及方法。
[0002]對于煤層和采空區(qū)煤炭升溫和燃燒的探測及預警，具體涉及一種礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置及方法。
【背景技術】
[0003]礦井火災包括外部火災和內部火災，內部火災是有自燃傾向的煤炭在一定條件下發(fā)生的火災，具有潛伏性、突發(fā)性等特點。礦井火災常導致人員傷亡、設備損失、礦井停產、資源破壞、甚至引起瓦斯、煤塵或硫化礦塵爆炸，對礦井生產和人員安全有重要影響。由于礦井井下相對狹小的空間和井下特殊的環(huán)境，很難準確了解隱蔽火災危險性和火勢情況，所以運用火災探測技術進行隱蔽火災探測是礦井發(fā)現(xiàn)火災了解火災的重要手段。
[0004]當前的礦井火災危險探測方法主要有:(I)溫度法，即根據所測區(qū)域的溫度變化情況，確定煤層自然發(fā)火危險及區(qū)域的方法。這種方法主要用于早期預報，不能探測隱蔽火源或火災危險的范圍。(2)可見光圖像分析法利用可見光圖像進行火災分析，由于可見光圖像與火災熱特性關聯(lián)不大，存在算法復雜，準確率不高的缺陷。(3)紅外分析探測利用紅外探測得到物體溫度，判斷是否超過火災閾值，進行火災預警。此種探測裝置多采用近紅外測溫儀器實現(xiàn)，受距離影響嚴重，無法準確探測火源。(4)航天遙感技術作為煤礦(田)火區(qū)探測技術，由于分辨率低一直處于研究應用階段，到現(xiàn)在也沒有能夠作為一種煤火探測新技術而得到推廣和有關部門認可。(5)指標氣體分析法，即利用束管監(jiān)測系統(tǒng)、人工采樣分析、礦井監(jiān)控系統(tǒng)等多種手段相結合獲取各類質變氣體，通過煤自燃發(fā)火過程中生成的某些氣體的濃度、比值、發(fā)生速率等特征參數(shù)進行數(shù)學分析。但在探測過程中束管易受到煤巖損壞，不能探測深部煤體及采空區(qū)的火災危險性。
[0005]現(xiàn)有非接觸火災探測技術中，探測裝置成本較高；并且由于傳感器的布置易受礦井特殊環(huán)境的影響，以及探測區(qū)域及位置易受時空的限制，探測煤層和采空區(qū)隱蔽火災的難度較大，對于上述問題目前尚未提出有效解決方案。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種探測準確率高、便于攜帶的隱蔽火災危險探測裝置及方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:內容包括:探測裝置和探測方法；礦井隱蔽火災電磁輻射探測裝置由互相垂直定向接收天線組和監(jiān)控主機組成；監(jiān)控主機包括前置放大器、濾波器、A/D轉換器、緩沖寄存器、CPU、數(shù)據存儲器、顯示器、通訊端口、鍵盤和電源；其中互相垂直定向接收天線分為I號天線和2號天線，I號天線和2號天線分別與前置放大器和濾波器串聯(lián)構成二組天線組，串聯(lián)后的二組天線組并聯(lián)連接后再與A/D轉換器串聯(lián)連接，A/D轉換器與緩沖寄存器、CPU串聯(lián)連接，數(shù)據存儲器、顯示器、通訊端口、鍵盤并聯(lián)連接在CPU上，電源為監(jiān)控主機供電。
[0008]進一步的礦井隱蔽火災電磁輻射探測裝置的監(jiān)控主機同步采集來自I號天線和2號天線所接收的電磁輻射分量E1和E2,分量E1和E2矢量疊加值為天線組有效接收象限區(qū)域內電磁福射值，電磁福射主方向與I號天線的夾角為α且a = arctan(E2ZE1);探測距離可根據現(xiàn)場情況進行調整。
[0009]進一步的礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置的數(shù)據存儲器安裝在CPU內，監(jiān)控主機設有輸入鍵盤，進行臨界電磁輻射參數(shù)的輸入；監(jiān)控主機外部裝有防火外殼，可根據不同的礦井條件調整裝置的功率大小。
[0010]礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測方法:在選定測點處把I號天線和2號天線的有效接收方向朝向探測區(qū)域，測試并計算該區(qū)域電磁輻射值及其主方向；不同測點主方向的交叉處即為潛在危險區(qū)域。
[0011]進一步的礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測方法，根據潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢，采用臨界值法和動態(tài)變化趨勢法判定潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢；當電磁輻射指標值或動態(tài)變化趨勢超過相應的臨界值時，判定該區(qū)域有火災危險。
[0012]有益效果:礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置及方法從時間和空間上探測礦井隱蔽火災危險性及范圍，能進行非接觸式連續(xù)的探測采空區(qū)內部、深部煤體等隱蔽火災危險性及區(qū)域；該裝置成本低，易于生產，大大節(jié)省礦井在隱蔽火災探測的經費及預算；該裝置操作簡單，不受井下狹小的空間和井下特殊環(huán)境的限制，探測過程對生產無影響；該裝置能夠同步處理并分析探測過程中的電磁輻射指標值及其動態(tài)變化趨勢，實時分析和判斷潛在危險區(qū)域的火災危險性，快速準確的實現(xiàn)礦井火災危險的探測及預警；該裝置能通過多次測試電磁輻射指標的動態(tài)變化趨勢反映礦井火災變化，并檢驗礦井防滅火效果；該裝置及方法的高效、快速的探測及預警，必將為礦井帶來巨大的社會效益和經濟效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置結構示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明采空區(qū)電磁輻射探測裝置布置示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測過程框圖。
【具體實施方式】
[0016]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0017]實施例1:圖1是礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置結構示意圖，內容包括:探測裝置和探測方法；礦井隱蔽火災電磁輻射探測裝置由互相垂直定向接收天線組和監(jiān)控主機組成；監(jiān)控主機包括前置放大器、濾波器、Α/D轉換器、緩沖寄存器、CPU、數(shù)據存儲器、顯示器、通訊端口、鍵盤和電源；其中互相垂直定向接收天線分為I號天線和2號天線，I號天線和2號天線分別與前置放大器和濾波器串聯(lián)構成二組天線組，串聯(lián)后的二組天線組并聯(lián)連接后再與Α/D轉換器串聯(lián)連接，Α/D轉換器與緩沖寄存器、CPU串聯(lián)連接，數(shù)據存儲器、顯示器、通訊端口、鍵盤并聯(lián)連接在CPU上，電源為監(jiān)控主機供電。[0018]圖2是采空區(qū)電磁輻射探測裝置布置示意圖，礦井在生產或檢查過程中，工作人員攜帶礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置到達預定地點進行探測，如圖中監(jiān)控主機位置所示。測試過程中將I號天線、2號天線的有效接收方向朝向監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)控主機同步采集來自I號天線和2號天線所接收的電磁輻射分量E1和E2,分量E1和E2矢量疊加值為I號、2號天線有效接收象限區(qū)域內電磁輻射最大值，電磁輻射主方向與I號天線的夾角為α且a = arctan(E2Z^E1)。天線下方可裝有支架，可調整天線的高度和測試距離。I號天線、2號天線有效接收象限區(qū)域如圖中虛線位置，電磁輻射主方向如圖中實線位置。
[0019]礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置的數(shù)據存儲器安裝在CPU內，監(jiān)控主機設有輸入鍵盤，進行臨界電磁輻射參數(shù)的輸入；監(jiān)控主機外部裝有防火外殼，可根據不同的礦井條件調整裝置的功率大小。在數(shù)據存儲器中安裝控制程序。
[0020]礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測方法:選定如圖所示的2個測點，將探測裝置放置在選定測點處，把I號天線和2號天線的有效接收方向朝向探測區(qū)域，測試并計算該區(qū)域電磁輻射值及其主方向；2個測點主方向的交叉處即為潛在危險區(qū)域，如圖中圓形區(qū)域所示。
[0021]礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測方法，根據潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢，采用臨界值法和動態(tài)變化趨勢法判定潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢；當電磁福射指標值或動態(tài)變化趨勢超過相應的臨界值時，判定該區(qū)域有火災危險。
[0022]圖3是礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測方法過程框圖，探測過程具體分為以下四步。
[0023]第一步:裝置布置，將I號天線、2號天線固定在預先選定的測點上，測點附近避免出現(xiàn)大型電氣設備，以防天線的接收信號受到干擾。天線與被測區(qū)域的距離根據現(xiàn)場情況及被測區(qū)域的大小而定。開啟探測裝置，內置軟件初始化，程序開始運行。操作時，系統(tǒng)將會提示操作步驟，顯示器顯示操作過程及探測結果。
[0024]第二步:參數(shù)輸入，通過輸入鍵盤輸入臨界電磁輻射強度值El和臨界脈沖值隊、臨界電磁輻射強度增長率匕、臨界電磁輻射脈沖數(shù)增長率Pn、探測時間T、放大倍數(shù)M。
[0025]第三步:探測及數(shù)據處理，I號天線、2號天線將現(xiàn)場接收的電磁輻射信息經前置放大器放大，濾波器和Α/D轉換器處理，傳輸至緩沖寄存器，CPU讀取I號天線和2號天線所接收的電磁輻射分量E1和E2,計算該時間段內分量E1和E2的矢量疊加值，從而求得I號天線、2號天線有效接收象限區(qū)域內電磁福射值E,電磁福射主方向與I號天線的夾角α =Brctan(E2ZiE1)，2個主方向交叉處為潛在危險區(qū)域。
[0026]第四步:潛在危險區(qū)域判定，調整測點，根據天線組接收到的電磁輻射信息，監(jiān)控主機計算分析潛在危險區(qū)域電磁輻射強度的平均值E或脈沖數(shù)平均值N及其動態(tài)變化的增長率Λ Ε、Λ N，采用臨界值判斷和動態(tài)趨勢判定方式，判定潛在危險區(qū)域的火災危險性。
[0027]具體判定條件:
[0028](I)E ^ El
[0029](2) N ^ Nl
[0030](3) Δ E ^ Pe
[0031](4) Δ N ^ Pn[0032]具體判定結果:當4個判定條件任意滿足I個及以上時則判定該區(qū)域為火災危險區(qū)域。
【權利要求】
1.一種礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置，其特征是:礦井隱蔽火災電磁輻射探測裝置由互相垂直定向接收天線組和監(jiān)控主機組成；監(jiān)控主機包括前置放大器、濾波器、A/D轉換器、緩沖寄存器、CPU、數(shù)據存儲器、顯示器、通訊端口、鍵盤和電源；其中互相垂直定向接收天線分為I號天線和2號天線，I號天線和2號天線分別與前置放大器和濾波器串聯(lián)構成二組天線組，串聯(lián)后的二組天線組并聯(lián)連接后再與A/D轉換器串聯(lián)連接，A/D轉換器與緩沖寄存器、CPU串聯(lián)連接，數(shù)據存儲器、顯示器、通訊端口、鍵盤并聯(lián)連接在CPU上，電源為監(jiān)控主機供電。
2.根據權利要求1所述的一種礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置，其特征在于:所述的監(jiān)控主機同步采集來自I號天線和2號天線所接收的電磁輻射分量E1和E2,分量E1和E2矢量疊加值為天線組有效接收象限區(qū)域內電磁輻射值，電磁輻射主方向與I號天線的夾角為α且a = Brctan(E2ZE1);探測距離可根據現(xiàn)場情況進行調整。
3.一種根據權利要求1所述礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測裝置的方法，其特征在于:礦井隱蔽火災危險電磁輻射探測方法:在選定測點處把I號天線和2號天線的有效接收方向朝向探測區(qū)域，測試并計算該區(qū)域電磁輻射值及其主方向；不同測點主方向的交叉處即為潛在危險區(qū)域； 根據潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢，采用臨界值法和動態(tài)變化趨勢法判定潛在危險區(qū)域電磁輻射指標的平均值及多次測試的動態(tài)變化趨勢；當電磁輻射指標值或動態(tài)變化趨勢超過相應的臨界值時，判定該區(qū)域有火災危險。
【文檔編號】G08B17/12GK103985218SQ201410209447
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權日:2014年5月16日
【發(fā)明者】王恩元, 孔彪, 劉曉斐 申請人:中國礦業(yè)大學