[科普中國(guó)]-自燃系統(tǒng)

煤場(chǎng)自燃系統(tǒng)包括傳輸皮帶自燃監(jiān)測(cè)、倉(cāng)壁測(cè)溫保護(hù)系統(tǒng)和堆取料機(jī)紅外掃描溫度監(jiān)測(cè)裝置和可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置。對(duì)于防止煤場(chǎng)自燃、減少燃煤損耗、提高設(shè)備安全等具有重要的積極的作用。

概念圓形煤場(chǎng)是室內(nèi)封閉式的貯煤場(chǎng)地，有不受外界天氣影響、對(duì)周邊環(huán)境污染少、容易清潔打理、外觀美等優(yōu)點(diǎn)。由于環(huán)保和節(jié)能的考慮，圓形煤場(chǎng)在國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)比例中，逐年上升，廣東惠來(lái)電廠、汕尾電廠等都采用了圓形煤場(chǎng)的形式來(lái)貯煤。但由于圓形煤場(chǎng)屬于半封閉式煤場(chǎng)，儲(chǔ)量大、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，易發(fā)生自燃，且由于圓形煤場(chǎng)的特殊結(jié)構(gòu)，煤場(chǎng)自燃多發(fā)生于管壁附近，輕則帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，重則對(duì)圓形倉(cāng)管壁造成較大危害，引發(fā)安全事故。采用圓形煤場(chǎng)很多電廠都發(fā)生過(guò)或大或小的自燃事故，專家們針對(duì)此情況都提出了不少建議，如在擋煤墻內(nèi)壁補(bǔ)貼面耐火磚墻以防止發(fā)生自燃時(shí)火災(zāi)影響到煤場(chǎng)內(nèi)鏈；安裝工業(yè)電視來(lái)監(jiān)視煤場(chǎng)情況，發(fā)現(xiàn)火警，人工遙控啟動(dòng)消防水炮進(jìn)行滅火等措施。但這些都是發(fā)生火災(zāi)后的補(bǔ)救措施，沒(méi)有從根本上防止事故發(fā)生。在圓形煤場(chǎng)內(nèi)安裝感溫探測(cè)器，能在火災(zāi)發(fā)生前發(fā)出溫度升高報(bào)警，采取溫度高處的煤優(yōu)先取用等有效措施防止自燃的發(fā)生。1

煤炭自燃系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用我國(guó)礦井煤炭自然發(fā)火十分嚴(yán)重。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤礦自然發(fā)火防治這一重大安全技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了可喜的進(jìn)步。但是，總的來(lái)說(shuō)，煤礦的防滅火工作仍然停留在被動(dòng)的對(duì)火災(zāi)的“防與治”之中，尚未有效地控制煤層自燃，主動(dòng)預(yù)防自燃的發(fā)生遠(yuǎn)未達(dá)到目標(biāo)。利用模糊綜合評(píng)判理論，建立了基于VB煤炭自燃綜合評(píng)判應(yīng)用系統(tǒng)，有利于提高煤炭自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的科學(xué)性，減少盲目性。

綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)模型及方法模糊綜合評(píng)判方法作為一種數(shù)學(xué)模型，對(duì)多因素、多層次的復(fù)雜問(wèn)題具有使用方便、評(píng)判準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)，因此，該方法被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。它是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評(píng)判事物相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其作出綜合評(píng)判。

在評(píng)價(jià)某個(gè)事物時(shí)，將評(píng)價(jià)結(jié)果分成一定的等級(jí)。例如，對(duì)煤炭自燃進(jìn)行評(píng)判時(shí)，可將評(píng)價(jià)的等級(jí)分為“不自燃”、“可能自燃”、“自燃”、“易自燃”四個(gè)等級(jí)。對(duì)多因素的綜合評(píng)判，一方面對(duì)于被評(píng)判事物從不同的因素著眼可以得到絕然不同的結(jié)論；另一方面在諸多著眼因素之間，有些因素在總評(píng)價(jià)中的影響程度可能大些，而另一些
因素在總評(píng)價(jià)中的影響程度可能小些，它是一個(gè)模糊擇化問(wèn)題。

煤炭自燃評(píng)判指標(biāo)體系依據(jù)煤炭自然發(fā)火機(jī)理，煤炭自然發(fā)火危險(xiǎn)程度由三類指標(biāo)構(gòu)成：煤的自燃傾向性；持續(xù)的漏風(fēng)供氧條件；聚熱散熱條件。每一類指標(biāo)又由若干個(gè)次一級(jí)的分指標(biāo)構(gòu)成，它屬于一個(gè)多因素、多層次綜合評(píng)判問(wèn)題。由于煤炭自燃漏風(fēng)和聚熱條件不同，將煤炭自燃評(píng)判指標(biāo)體系分為采煤工作面采空區(qū)煤炭自燃和煤巷煤炭自燃。

通過(guò)理論分析，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)煤炭自燃的實(shí)際情況，對(duì)于采空區(qū)煤炭自燃來(lái)說(shuō)煤的自燃傾向性包含還原煤和氧化煤樣的燃點(diǎn)溫度差，煤的吸氧量，CO單位溫升增長(zhǎng)率三項(xiàng)次級(jí)指標(biāo)；持續(xù)的漏風(fēng)供氧條件的次級(jí)指標(biāo)為氧化帶存在漏風(fēng)時(shí)間，漏風(fēng)壓差，煤層厚度，漏風(fēng)形式，煤的破壞性，回采巷道布置方式，采空區(qū)密閉質(zhì)量，地質(zhì)構(gòu)造，煤層頂板巖性，煤層傾角；聚熱散熱條件的次級(jí)指標(biāo)包含漏風(fēng)風(fēng)速，工作面推進(jìn)速度，采空區(qū)遺煤厚度，區(qū)域圍巖溫度。對(duì)于煤巷煤炭自燃而言，煤炭自燃傾向性指標(biāo)同采空區(qū)煤炭自燃；持續(xù)的漏風(fēng)供氧條件的次級(jí)指標(biāo)為巷道布置方式，巷道風(fēng)速，局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式，煤層厚度和巷道空頂范圍；聚熱散熱條件的次級(jí)指標(biāo)包含漏
風(fēng)風(fēng)速，區(qū)域圍巖溫度，開(kāi)采煤層硫鐵礦含量。

評(píng)判應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)由于煤炭自燃的種類不同(采空區(qū)遺煤自燃和煤巷頂煤自燃)，產(chǎn)生煤炭自燃的發(fā)生條件不同，因而煤炭自燃評(píng)判指標(biāo)體系亦不相同。該應(yīng)用系統(tǒng)采用分層控制，即從主控界面選取不同的評(píng)判體系，根據(jù)系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)提供的煤炭自燃評(píng)判指標(biāo)參考值，結(jié)合評(píng)判現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，確定評(píng)判指標(biāo)值，采用表格形式錄入計(jì)算機(jī)，即可進(jìn)行評(píng)判。

(1)煤炭自燃模糊綜合評(píng)判模型，比較全面地考慮了引起煤炭自燃的各種因素，避免了人為因素的影響，提高了煤炭自燃預(yù)測(cè)的科學(xué)性。

(2)上述應(yīng)用系統(tǒng)預(yù)測(cè)可靠性的關(guān)鍵是評(píng)判指標(biāo)值的確定及置信度的確定。

(3)煤炭自燃綜合評(píng)判應(yīng)用系統(tǒng)可滿足礦井日常煤炭自燃可疑地點(diǎn)自燃危險(xiǎn)程度的早期預(yù)測(cè)及輔助決策的需求，對(duì)礦井通風(fēng)安全管理現(xiàn)代化起到積極的促進(jìn)作用。2

基于虛擬儀器的煤層自燃監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中，煤的自燃一直是重大災(zāi)害，它極易引發(fā)瓦斯爆炸、水煤氣爆炸等重大事故，嚴(yán)重危害礦井安全。但煤自燃監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)基本只是人工在危險(xiǎn)的井下各個(gè)分散點(diǎn)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，用的是多臺(tái)不同類型的儀器儀表，不僅價(jià)格高昂，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，此外對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，也基本處于人工經(jīng)驗(yàn)判斷的水平上，更不具備實(shí)時(shí)性。采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可以節(jié)省大量硬件方面的投資，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能，把多臺(tái)不同的儀器統(tǒng)一組態(tài)，并根據(jù)井下的具體情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的分布式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。

煤層自燃的實(shí)質(zhì)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)煤層自燃是由于煤體逐漸發(fā)生低溫氧化，熱量逐漸蓄積，最終發(fā)生自燃。按照煤層自燃的階段是否出現(xiàn)自燃發(fā)火征兆，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)可分為預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)兩種。煤在氧化自熱到自燃這一復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程中，隨著煤溫的上升，要序列性地釋放出CO、CH4、C2H4等氣體，稱之為指標(biāo)氣體。因此，掌握煤炭在自熱到自燃過(guò)程各階段中所釋放的氣體成份以及自燃發(fā)火指標(biāo)氣體的變化規(guī)律，是分析煤炭氧化程度的重要依據(jù)。經(jīng)研究表明，CO及C2H4作為預(yù)測(cè)指標(biāo)氣體較好。但由于C2H4出現(xiàn)的溫度較高，產(chǎn)生量小，因此，用它來(lái)校正預(yù)報(bào)出現(xiàn)的溫度偏
差，而主要把CO作為早期預(yù)報(bào)的指標(biāo)。以CO指標(biāo)氣體為中心，建立自燃早期預(yù)報(bào)系統(tǒng)。此外，井下綜采面的氧濃度、漏風(fēng)強(qiáng)度、煤巖體溫度、煤厚度等因素也決定了煤層自燃的傾向性和危險(xiǎn)性。同時(shí)也將對(duì)以上因素實(shí)時(shí)采集、分析，以建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)煤層自燃的預(yù)測(cè)。

虛擬儀器通過(guò)測(cè)得實(shí)時(shí)的CO含量，與歷史數(shù)據(jù)結(jié)合，建立灰色模型，得到時(shí)間預(yù)報(bào)序列。結(jié)合設(shè)定的警報(bào)值，預(yù)報(bào)出煤自燃發(fā)火的日期?？紤]到井下的實(shí)際情況及未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要，本軟件具有初步的局域網(wǎng)通信功能，基于TCP/IP協(xié)議，下位機(jī)(客戶機(jī))采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到上位機(jī)(服務(wù)器)顯示，發(fā)送時(shí)雙機(jī)均要打開(kāi)TCP連接，并指定相同的端口。

該模塊有寫盤和讀盤兩個(gè)功能，采集的信號(hào)波形文件可以存儲(chǔ)，采集的最終數(shù)值送入歷時(shí)數(shù)組中，形成新的序列，以供預(yù)測(cè)，日后查詢時(shí)也可以打開(kāi)。

軟件系統(tǒng)試運(yùn)行后，和煤礦實(shí)際采集數(shù)據(jù)和歷史實(shí)際自燃發(fā)火日期對(duì)比，證明該系統(tǒng)不僅具有系統(tǒng)采集精度高、使用方便、節(jié)省人力和設(shè)備投資的優(yōu)點(diǎn)，而且預(yù)測(cè)的發(fā)火日期準(zhǔn)確，證明預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)合理有效。本軟件系統(tǒng)為今后煤礦井下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)一體化作出了有益的探索。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所