大南湖二礦煤層在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)在防滅火工作中的運用

張偉

（國家能源集團大南湖二礦，新疆 哈密 839000）

大南湖二礦位于國家大型煤炭基地新疆基地吐哈區(qū)東部，新疆哈密市西南，屬哈密市南湖鄉(xiāng)管轄，距哈密市區(qū)約84km，距南湖鄉(xiāng)約45km。哈密市位于中緯度亞歐大陸腹地，由于天山山脈橫亙于北部，加之山南多為荒漠戈壁，本地區(qū)具有很強的大陸性溫帶干旱氣候特點。因此，礦區(qū)所在哈密盆地氣候分區(qū)為暖溫帶極干旱區(qū)，為典型的大陸溫帶極干旱氣候區(qū)，該區(qū)全年日照時數(shù)在3350h 以上，是全國日照最充裕地區(qū)之一，常年云稀雨少，光照時間長，全年太陽總輻射量6397.35MJ/m2，居全疆之首。

哈密地區(qū)是全國最少降水地區(qū)之一，全年降水量不足50mm，降水日數(shù)不足25 天，但年際變化較大，降水量多的年份較降水量少的年份，竟有6 倍之差。夏季氣候炎熱，5月中旬進入夏季，9 月中旬氣溫下降，開始轉(zhuǎn)入秋季，夏季高溫持續(xù)時間較長。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中煤的自燃傾向性等級(三級)劃分標(biāo)準評價，采用了色譜吸氧鑒定法(MT/T707—1997)，測試結(jié)果顯示：煤層均易自燃，自燃發(fā)火期30 ～45 天，加之極端氣候條件下，該礦煤層極易發(fā)生高溫、自燃。

1 煤炭自燃的危害

浪費煤炭資源。煤炭自燃不僅會降低煤炭質(zhì)量，還造成了資源浪費，減少了礦山可采儲量。該礦處理煤炭自燃需要投入大量挖掘機、自卸卡車、水車等設(shè)備，而且發(fā)火煤炭大多以覆蓋，開挖排棄等方式處理，不易徹底處理干凈，易反復(fù)出現(xiàn)高溫著火的情況，從而影響露天礦生產(chǎn)進度，進一步影響露天礦的經(jīng)濟效益。

影響露天礦邊坡穩(wěn)定和安全生產(chǎn)。一是煤炭自燃后會引起采場內(nèi)地表裂縫、坍塌，以及邊坡面的不穩(wěn)定，導(dǎo)致臺階巖體強度的降低，出現(xiàn)大面積片幫現(xiàn)象，對采場固定幫、工作幫和排土場邊坡造成較大的影響，從而影響露天礦設(shè)備的正常作業(yè)，給安全生產(chǎn)帶來了隱患；二是在大風(fēng)天氣下，采場煤炭自燃容易造成大面積著火的情況，導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生，嚴重威脅采場挖掘機、自卸卡車和人員，容易造成人身傷亡和機電設(shè)備事故，三是煤炭自燃容易產(chǎn)生大量煙霧煙塵，煙霧煙塵影響工作人員視線，危害工人呼吸，影響工人的身體健康，不利于安全生產(chǎn)。

環(huán)境空氣影響。煤炭自燃產(chǎn)生大量的有毒有害氣體和物質(zhì)，如CO、NO2、SO2、煙塵、醇類、醛類等，隨風(fēng)飄散，波及很大范圍和區(qū)域，嚴重污染采場及生活區(qū)的環(huán)境，危害職工的身體健康。

2 傳統(tǒng)防滅火方法存在的主要問題

近幾年采排場煤炭已經(jīng)出現(xiàn)多次內(nèi)部燃燒而外部無跡象的煤層自燃情況，為礦防滅火工作帶來了很大的困擾，導(dǎo)致防滅火工作很是被動，這些火情往往還伴隨著大風(fēng)天氣、沙塵的影響，進一步提高了處理高溫、發(fā)火煤炭的難度，需要出動大量的設(shè)備、人員，從而影響正產(chǎn)的煤炭安全生產(chǎn)，為礦上帶來了巨大的經(jīng)濟損失。

為了保障采排場安全生產(chǎn)，減少煤炭資源的浪費，盡可能避免采排場煤炭內(nèi)部自燃，從而露天采煤層的紅外溫度檢測成為重中之重的剛需，但是由于技術(shù)方面的不完善，以往主要通過人員手持紅外測溫儀巡邏的方式對煤層進行測溫巡檢，這種方式耗費大量的人力和物力，不能達到實時、全覆蓋地對采排場溫度檢測，為煤層自燃處理工作帶來了很大的阻礙，使煤礦依然經(jīng)常發(fā)生自燃現(xiàn)象，防滅火的效果并不好。

3 煤層在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的運用

隨著科技的進步和發(fā)展，紅外成像技術(shù)作為一門新技術(shù)，在煤礦環(huán)境溫度檢測中，有著無比的優(yōu)越性。紅外成像是以設(shè)備的熱狀態(tài)分布為依據(jù)對煤層溫度進行溫度提取，進行判斷、數(shù)據(jù)采集分析，在表面溫度升高的同時，來分析煤層內(nèi)部溫度變化，及時掌握煤場內(nèi)所有工作面的表面溫度，從而分析內(nèi)部溫度變化，及時對將要自燃的煤層進行處理，降低自燃的機會。紅外在線溫度檢測系統(tǒng)具有不停運、不接觸、遠距離、快速、直觀地對采排場地表的熱狀態(tài)進行成像，因此，采用紅外成像技術(shù)可以通過對大南湖二礦采排場煤層熱成像圖的分析來診斷煤層的狀態(tài)及其隱患缺陷。

（1）系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)。采用遠程紅外溫度自動監(jiān)測系統(tǒng)后，可以實時自動巡檢煤礦煤層的溫度情況，并按預(yù)先設(shè)定的預(yù)警值發(fā)出聲音報警信號，從而使值班調(diào)度員能及時采取相應(yīng)的措施，出動相應(yīng)的防滅火設(shè)備、設(shè)施，確保高溫、著火煤炭得到及時處理，提高煤層自燃情況的識別能力和預(yù)見性。

（2）檢測精準。采用的紅外熱像儀本身的采樣精度比便攜式儀器的精度和分辨率要高，且紅外熱像儀與高倍變焦可見光攝像機安裝在同一個云臺上，可以保證兩個攝像頭監(jiān)視的是同一個設(shè)備位置。

在檢測圖像中，任意目標(biāo)鼠標(biāo)單擊即可自動居中，正向畫框即可居中后自動放大，反向畫框自動縮小焦距，3D定位后驅(qū)動自動聚焦，夜間3D 定位支持激光聯(lián)動變焦，解決了紅外熱像難以識別報警位置的問題，便于及時判斷高溫度點的具體過熱點，為準確判斷并采取相應(yīng)措施爭取了寶貴的時間。

（3）檢測全面。采用圖象識別技術(shù)，自動對云臺預(yù)置位運行誤差進行校正，保證能正確地采集正確的煤層溫度狀態(tài)，利用圖像拼接技術(shù)，根據(jù)紅外攝像機的巡航路線配合煤礦實際的采煤作業(yè)面實際拍攝圖片，繪制大南湖二礦的實景圖，并進行拼接，實現(xiàn)熱光譜圖與實景圖實施對比，配合3D定位功能可以實時迅速定位并展現(xiàn)高溫區(qū)域點位方便及時處理有效預(yù)防自燃情況。

（4）監(jiān)測重點、兼顧全面。采用預(yù)置位云臺，可以根據(jù)需要設(shè)置128 個需要定時檢測的位置，在每個位置上紅外熱像儀還同時可以完成4 個點的溫度提取，所以，只要將系統(tǒng)安裝在合適的位置，可以方便地檢測整個采排場。

（5）數(shù)據(jù)具有可對比性。系統(tǒng)能自動根據(jù)預(yù)先設(shè)計的巡檢策略，定時控制紅外熱像儀轉(zhuǎn)動的各個預(yù)置位，檢測該預(yù)置位上各個煤層的溫度狀態(tài)，采集當(dāng)前煤層的表面狀態(tài)熱圖，記錄這時煤層表面溫度，同時，比較當(dāng)前煤層的表面溫度是否高于預(yù)先設(shè)置的報警溫度。通過這樣的工作序列以后，系統(tǒng)通過所處的巡檢策略，對所在煤層在一段時間內(nèi)的溫度變化趨勢，可以極大地方便對本煤層的表面溫度狀態(tài)給出準確的判斷。

（6）節(jié)省人力。由于系統(tǒng)自動化程度較高，可以實現(xiàn)設(shè)備自動巡檢、自動預(yù)警、自動輸出報表等功能，減少了人員到現(xiàn)場巡視次數(shù)，提高運行人員工作效率，系統(tǒng)的監(jiān)控中心結(jié)合大南湖二礦原有監(jiān)控中心，新建在線測溫系統(tǒng)與原有監(jiān)控系統(tǒng)進行無縫對接融合，在原有監(jiān)控中心監(jiān)控大屏幕上顯示整個礦區(qū)全部實施畫面，并將雙視角畫面同時上下進行同步展示，在監(jiān)控畫面內(nèi)一旦出現(xiàn)高溫報警點，通過3D 定位系統(tǒng)自動調(diào)動云臺攝像機準確定位高溫點位，并將實施畫面探出，在全采場畫面中直接定位，并實時提取點位溫度。

（7）激光夜視功能更實用。針對大南湖二礦采采場范圍廣、檢測距離較長及夜間純無光環(huán)境，該系統(tǒng)方案配備激光夜視功能，激光采用軍品級激光器，可連續(xù)使用壽命較長，功率：20W；通過智能、科學(xué)、先進的嵌入式控制系統(tǒng)集合而成。實現(xiàn)白天彩色高清監(jiān)控、夜間在全黑的環(huán)境下激光照明實現(xiàn)高清成像的目的，激光器配合62 倍變焦攝像頭，夜間無光條件下可以監(jiān)控4KM 外的圖像。

根據(jù)環(huán)境照度的變化，光敏開關(guān)控制系統(tǒng)的工作模式，可以實現(xiàn)白天彩色/夜間黑白自動切換，黑白工作模式和激光照明器工作模式同步，激光照明器在夜間照明條件較好的領(lǐng)域可一鍵關(guān)閉，也可一鍵切換至彩色模式工作，攝相機本身達到星光級照度水平，黑白狀態(tài)下可達0.0002LUX，即便沒有補光，也可在月光及星光環(huán)境下實現(xiàn)遠距離清晰成像，配合激光照明，更可實現(xiàn)零照度下清晰成像，鏡頭光學(xué)變焦62 倍，焦距值12.5 ～775mm 連續(xù)變焦。

（8）后臺數(shù)據(jù)存儲分析。系統(tǒng)配備一套智能后臺管理系統(tǒng)，用于日常圖像的存儲及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲分析，可以實現(xiàn)單獨區(qū)域單獨點位按照時間段查詢并顯示溫度曲線，方便用戶分析設(shè)備溫度的變化情況，積累煤層自燃溫度數(shù)據(jù)防患于未然，并可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)取查看功能，領(lǐng)導(dǎo)或者相關(guān)部門可以通過網(wǎng)頁查看歷史圖片和錄像的溫度記錄。

4 結(jié)語

通過使用煤層紅外預(yù)警系統(tǒng)，對煤炭發(fā)生高溫、著火情況有了一定的預(yù)見性，及時采取措施，避免可能造成的損失，采場防滅火管理是大南湖二礦安全管理的重要組成部門，大南湖二礦不斷摸索經(jīng)驗，不斷提高科技保安，不斷提高各級管理人員科技業(yè)務(wù)水平，通過信息化和人工管理，多措并舉的方式，將各項安全措施落實到位，確保防滅火工作更上一個臺階，進一步保障大南湖二礦人員身體健康和設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，唯有實現(xiàn)生產(chǎn)安全，才能談得上效益和發(fā)展。