矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置及方法

摘要

一种矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置及方法，属于火灾探测装置及方法。通过探测和分析煤体升温或燃烧时产生的电磁辐射信号，进而探测矿井隐蔽火灾危险；探测装置包括互相垂直定向接收天线组和监控主机。探测方法是：在选定测点处把互相垂直定向接收天线组的有效接收方向朝向探测区域，测试并计算电磁辐射值及其主方向；不同测点主方向的交叉处即为潜在危险区域。根据潜在危险区域电磁辐射指标的平均值及多次测试的动态变化趋势，采用临界值法和动态变化趋势法判定，当电磁辐射指标值或动态变化趋势超过相应的临界值时，判定该区域有火灾危险。本方法能从时间和空间上探测矿井隐蔽火灾危险性及区域；具有高效、便捷的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种火灾探测装置及方法，特别是一种矿井隐蔽火灾危险电 磁辐射探测装置及方法。

对于煤层和采空区煤炭升温和燃烧的探测及预警，具体涉及一种矿井隐 蔽火灾危险电磁辐射探测装置及方法。

背景技术

矿井火灾包括外部火灾和内部火灾，内部火灾是有自燃倾向的煤炭在一 定条件下发生的火灾，具有潜伏性、突发性等特点。矿井火灾常导致人员伤 亡、设备损失、矿井停产、资源破坏、甚至引起瓦斯、煤尘或硫化矿尘爆炸， 对矿井生产和人员安全有重要影响。由于矿井井下相对狭小的空间和井下特 殊的环境，很难准确了解隐蔽火灾危险性和火势情况，所以运用火灾探测技 术进行隐蔽火灾探测是矿井发现火灾了解火灾的重要手段。

当前的矿井火灾危险探测方法主要有：(1)温度法，即根据所测区域的 温度变化情况，确定煤层自然发火危险及区域的方法。这种方法主要用于早 期预报，不能探测隐蔽火源或火灾危险的范围。(2)可见光图像分析法利用 可见光图像进行火灾分析，由于可见光图像与火灾热特性关联不大，存在算 法复杂，准确率不高的缺陷。(3)红外分析探测利用红外探测得到物体温度， 判断是否超过火灾阈值，进行火灾预警。此种探测装置多采用近红外测温仪 器实现，受距离影响严重，无法准确探测火源。(4)航天遥感技术作为煤矿 (田)火区探测技术，由于分辨率低一直处于研究应用阶段，到现在也没有 能够作为一种煤火探测新技术而得到推广和有关部门认可。(5)指标气体分 析法，即利用束管监测系统、人工采样分析、矿井监控系统等多种手段相结 合获取各类质变气体，通过煤自燃发火过程中生成的某些气体的浓度、比值、 发生速率等特征参数进行数学分析。但在探测过程中束管易受到煤岩损坏， 不能探测深部煤体及采空区的火灾危险性。

现有非接触火灾探测技术中，探测装置成本较高；并且由于传感器的布 置易受矿井特殊环境的影响，以及探测区域及位置易受时空的限制，探测煤 层和采空区隐蔽火灾的难度较大，对于上述问题目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种探测准确率高、便于携带的隐蔽火灾危险探测 装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：内容包括：探测装置和探测方法；矿井隐 蔽火灾电磁辐射探测装置由互相垂直定向接收天线组和监控主机组成；监控 主机包括前置放大器、滤波器、A/D转换器、缓冲寄存器、CPU、数据存储 器、显示器、通讯端口、键盘和电源；其中互相垂直定向接收天线分为1号 天线和2号天线，1号天线和2号天线分别与前置放大器和滤波器串联构成二 组天线组，串联后的二组天线组并联连接后再与A/D转换器串联连接，A/D 转换器与缓冲寄存器、CPU串联连接，数据存储器、显示器、通讯端口、键 盘并联连接在CPU上，电源为监控主机供电。

进一步的矿井隐蔽火灾电磁辐射探测装置的监控主机同步采集来自1号 天线和2号天线所接收的电磁辐射分量E₁和E₂，分量E₁和E₂矢量叠加值为 天线组有效接收象限区域内电磁辐射值，电磁辐射主方向与1号天线的夹角 为α且α＝arctan(E₂/E₁)；探测距离可根据现场情况进行调整。

进一步的矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置的数据存储器安装在CPU 内，监控主机设有输入键盘，进行临界电磁辐射参数的输入；监控主机外部 装有防火外壳，可根据不同的矿井条件调整装置的功率大小。

矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测方法：在选定测点处把1号天线和2号 天线的有效接收方向朝向探测区域，测试并计算该区域电磁辐射值及其主方 向；不同测点主方向的交叉处即为潜在危险区域。

进一步的矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测方法，根据潜在危险区域电磁 辐射指标的平均值及多次测试的动态变化趋势，采用临界值法和动态变化趋 势法判定潜在危险区域电磁辐射指标的平均值及多次测试的动态变化趋势； 当电磁辐射指标值或动态变化趋势超过相应的临界值时，判定该区域有火灾 危险。

有益效果：矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置及方法从时间和空间上 探测矿井隐蔽火灾危险性及范围，能进行非接触式连续的探测采空区内部、 深部煤体等隐蔽火灾危险性及区域；该装置成本低，易于生产，大大节省矿 井在隐蔽火灾探测的经费及预算；该装置操作简单，不受井下狭小的空间和 井下特殊环境的限制，探测过程对生产无影响；该装置能够同步处理并分析 探测过程中的电磁辐射指标值及其动态变化趋势，实时分析和判断潜在危险 区域的火灾危险性，快速准确的实现矿井火灾危险的探测及预警；该装置能 通过多次测试电磁辐射指标的动态变化趋势反映矿井火灾变化，并检验矿井 防灭火效果；该装置及方法的高效、快速的探测及预警，必将为矿井带来巨 大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置结构示意图。

图2是本发明采空区电磁辐射探测装置布置示意图。

图3是本发明矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测过程框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特 征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1：图1是矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置结构示意图，内容 包括：探测装置和探测方法；矿井隐蔽火灾电磁辐射探测装置由互相垂直定 向接收天线组和监控主机组成；监控主机包括前置放大器、滤波器、A/D转 换器、缓冲寄存器、CPU、数据存储器、显示器、通讯端口、键盘和电源； 其中互相垂直定向接收天线分为1号天线和2号天线，1号天线和2号天线分 别与前置放大器和滤波器串联构成二组天线组，串联后的二组天线组并联连 接后再与A/D转换器串联连接，A/D转换器与缓冲寄存器、CPU串联连接， 数据存储器、显示器、通讯端口、键盘并联连接在CPU上，电源为监控主机 供电。

图2是采空区电磁辐射探测装置布置示意图，矿井在生产或检查过程中， 工作人员携带矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置到达预定地点进行探测， 如图中监控主机位置所示。测试过程中将1号天线、2号天线的有效接收方向 朝向监测区域，监控主机同步采集来自1号天线和2号天线所接收的电磁辐 射分量E₁和E₂，分量E₁和E₂矢量叠加值为1号、2号天线有效接收象限区 域内电磁辐射最大值，电磁辐射主方向与1号天线的夹角为α且α＝arctan (E₂/E₁)。天线下方可装有支架，可调整天线的高度和测试距离。1号天线、 2号天线有效接收象限区域如图中虚线位置，电磁辐射主方向如图中实线位 置。

矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置的数据存储器安装在CPU内，监控 主机设有输入键盘，进行临界电磁辐射参数的输入；监控主机外部装有防火 外壳，可根据不同的矿井条件调整装置的功率大小。在数据存储器中安装控 制程序。

矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测方法：选定如图所示的2个测点，将探 测装置放置在选定测点处，把1号天线和2号天线的有效接收方向朝向探测 区域，测试并计算该区域电磁辐射值及其主方向；2个测点主方向的交叉处即 为潜在危险区域，如图中圆形区域所示。

矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测方法，根据潜在危险区域电磁辐射指标 的平均值及多次测试的动态变化趋势，采用临界值法和动态变化趋势法判定 潜在危险区域电磁辐射指标的平均值及多次测试的动态变化趋势；当电磁辐 射指标值或动态变化趋势超过相应的临界值时，判定该区域有火灾危险。

图3是矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测方法过程框图，探测过程具体分 为以下四步。

第一步：装置布置，将1号天线、2号天线固定在预先选定的测点上，测 点附近避免出现大型电气设备，以防天线的接收信号受到干扰。天线与被测 区域的距离根据现场情况及被测区域的大小而定。开启探测装置，内置软件 初始化，程序开始运行。操作时，系统将会提示操作步骤，显示器显示操作 过程及探测结果。

第二步：参数输入，通过输入键盘输入临界电磁辐射强度值E_L和临界脉 冲值N_L、临界电磁辐射强度增长率P_e、临界电磁辐射脉冲数增长率P_n、探测 时间T、放大倍数M。

第三步：探测及数据处理，1号天线、2号天线将现场接收的电磁辐射信 息经前置放大器放大，滤波器和A/D转换器处理，传输至缓冲寄存器，CPU 读取1号天线和2号天线所接收的电磁辐射分量E₁和E₂，计算该时间段内分 量E₁和E₂的矢量叠加值，从而求得1号天线、2号天线有效接收象限区域内 电磁辐射值E，电磁辐射主方向与1号天线的夹角α＝arctan(E₂/E₁)，2个主 方向交叉处为潜在危险区域。

第四步：潜在危险区域判定，调整测点，根据天线组接收到的电磁辐射 信息，监控主机计算分析潜在危险区域电磁辐射强度的平均值E或脉冲数平均 值N及其动态变化的增长率△E、△N，采用临界值判断和动态趋势判定方式， 判定潜在危险区域的火灾危险性。

具体判定条件：

(1)E≥E_L

(2)N≥N_L

(3)△E≥P_e

(4)△N≥P_n

具体判定结果：当4个判定条件任意满足1个及以上时则判定该区域为火 灾危险区域。