大南湖二矿煤层在线温度监测系统在防灭火工作中的运用

张伟

（国家能源集团大南湖二矿，新疆 哈密 839000）

大南湖二矿位于国家大型煤炭基地新疆基地吐哈区东部，新疆哈密市西南，属哈密市南湖乡管辖，距哈密市区约84km，距南湖乡约45km。哈密市位于中纬度亚欧大陆腹地，由于天山山脉橫亘于北部，加之山南多为荒漠戈壁，本地区具有很强的大陆性温带干旱气候特点。因此，矿区所在哈密盆地气候分区为暖温带极干旱区，为典型的大陆温带极干旱气候区，该区全年日照时数在3350h 以上，是全国日照最充裕地区之一，常年云稀雨少，光照时间长，全年太阳总辐射量6397.35MJ/m2，居全疆之首。

哈密地区是全国最少降水地区之一，全年降水量不足50mm，降水日数不足25 天，但年际变化较大，降水量多的年份较降水量少的年份，竟有6 倍之差。夏季气候炎热，5月中旬进入夏季，9 月中旬气温下降，开始转入秋季，夏季高温持续时间较长。根据《煤矿安全规程》中煤的自燃倾向性等级(三级)划分标准评价，采用了色谱吸氧鉴定法(MT/T707—1997)，测试结果显示：煤层均易自燃，自燃发火期30 ～45 天，加之极端气候条件下，该矿煤层极易发生高温、自燃。

1 煤炭自燃的危害

浪费煤炭资源。煤炭自燃不仅会降低煤炭质量，还造成了资源浪费，减少了矿山可采储量。该矿处理煤炭自燃需要投入大量挖掘机、自卸卡车、水车等设备，而且发火煤炭大多以覆盖，开挖排弃等方式处理，不易彻底处理干净，易反复出现高温着火的情况，从而影响露天矿生产进度，进一步影响露天矿的经济效益。

影响露天矿边坡稳定和安全生产。一是煤炭自燃后会引起采场内地表裂缝、坍塌，以及边坡面的不稳定，导致台阶岩体强度的降低，出现大面积片帮现象，对采场固定帮、工作帮和排土场边坡造成较大的影响，从而影响露天矿设备的正常作业，给安全生产带来了隐患；二是在大风天气下，采场煤炭自燃容易造成大面积着火的情况，导致火灾事故的发生，严重威胁采场挖掘机、自卸卡车和人员，容易造成人身伤亡和机电设备事故，三是煤炭自燃容易产生大量烟雾烟尘，烟雾烟尘影响工作人员视线，危害工人呼吸，影响工人的身体健康，不利于安全生产。

环境空气影响。煤炭自燃产生大量的有毒有害气体和物质，如CO、NO2、SO2、烟尘、醇类、醛类等，随风飘散，波及很大范围和区域，严重污染采场及生活区的环境，危害职工的身体健康。

2 传统防灭火方法存在的主要问题

近几年采排场煤炭已经出现多次内部燃烧而外部无迹象的煤层自燃情况，为矿防灭火工作带来了很大的困扰，导致防灭火工作很是被动，这些火情往往还伴随着大风天气、沙尘的影响，进一步提高了处理高温、发火煤炭的难度，需要出动大量的设备、人员，从而影响正产的煤炭安全生产，为矿上带来了巨大的经济损失。

为了保障采排场安全生产，减少煤炭资源的浪费，尽可能避免采排场煤炭内部自燃，从而露天采煤层的红外温度检测成为重中之重的刚需，但是由于技术方面的不完善，以往主要通过人员手持红外测温仪巡逻的方式对煤层进行测温巡检，这种方式耗费大量的人力和物力，不能达到实时、全覆盖地对采排场温度检测，为煤层自燃处理工作带来了很大的阻碍，使煤矿依然经常发生自燃现象，防灭火的效果并不好。

3 煤层在线温度监测系统的运用

随着科技的进步和发展，红外成像技术作为一门新技术，在煤矿环境温度检测中，有着无比的优越性。红外成像是以设备的热状态分布为依据对煤层温度进行温度提取，进行判断、数据采集分析，在表面温度升高的同时，来分析煤层内部温度变化，及时掌握煤场内所有工作面的表面温度，从而分析内部温度变化，及时对将要自燃的煤层进行处理，降低自燃的机会。红外在线温度检测系统具有不停运、不接触、远距离、快速、直观地对采排场地表的热状态进行成像，因此，采用红外成像技术可以通过对大南湖二矿采排场煤层热成像图的分析来诊断煤层的状态及其隐患缺陷。

（1）系统实现目标。采用远程红外温度自动监测系统后，可以实时自动巡检煤矿煤层的温度情况，并按预先设定的预警值发出声音报警信号，从而使值班调度员能及时采取相应的措施，出动相应的防灭火设备、设施，确保高温、着火煤炭得到及时处理，提高煤层自燃情况的识别能力和预见性。

（2）检测精准。采用的红外热像仪本身的采样精度比便携式仪器的精度和分辨率要高，且红外热像仪与高倍变焦可见光摄像机安装在同一个云台上，可以保证两个摄像头监视的是同一个设备位置。

在检测图像中，任意目标鼠标单击即可自动居中，正向画框即可居中后自动放大，反向画框自动缩小焦距，3D定位后驱动自动聚焦，夜间3D 定位支持激光联动变焦，解决了红外热像难以识别报警位置的问题，便于及时判断高温度点的具体过热点，为准确判断并采取相应措施争取了宝贵的时间。

（3）检测全面。采用图象识别技术，自动对云台预置位运行误差进行校正，保证能正确地采集正确的煤层温度状态，利用图像拼接技术，根据红外摄像机的巡航路线配合煤矿实际的采煤作业面实际拍摄图片，绘制大南湖二矿的实景图，并进行拼接，实现热光谱图与实景图实施对比，配合3D定位功能可以实时迅速定位并展现高温区域点位方便及时处理有效预防自燃情况。

（4）监测重点、兼顾全面。采用预置位云台，可以根据需要设置128 个需要定时检测的位置，在每个位置上红外热像仪还同时可以完成4 个点的温度提取，所以，只要将系统安装在合适的位置，可以方便地检测整个采排场。

（5）数据具有可对比性。系统能自动根据预先设计的巡检策略，定时控制红外热像仪转动的各个预置位，检测该预置位上各个煤层的温度状态，采集当前煤层的表面状态热图，记录这时煤层表面温度，同时，比较当前煤层的表面温度是否高于预先设置的报警温度。通过这样的工作序列以后，系统通过所处的巡检策略，对所在煤层在一段时间内的温度变化趋势，可以极大地方便对本煤层的表面温度状态给出准确的判断。

（6）节省人力。由于系统自动化程度较高，可以实现设备自动巡检、自动预警、自动输出报表等功能，减少了人员到现场巡视次数，提高运行人员工作效率，系统的监控中心结合大南湖二矿原有监控中心，新建在线测温系统与原有监控系统进行无缝对接融合，在原有监控中心监控大屏幕上显示整个矿区全部实施画面，并将双视角画面同时上下进行同步展示，在监控画面内一旦出现高温报警点，通过3D 定位系统自动调动云台摄像机准确定位高温点位，并将实施画面探出，在全采场画面中直接定位，并实时提取点位温度。

（7）激光夜视功能更实用。针对大南湖二矿采采场范围广、检测距离较长及夜间纯无光环境，该系统方案配备激光夜视功能，激光采用军品级激光器，可连续使用寿命较长，功率：20W；通过智能、科学、先进的嵌入式控制系统集合而成。实现白天彩色高清监控、夜间在全黑的环境下激光照明实现高清成像的目的，激光器配合62 倍变焦摄像头，夜间无光条件下可以监控4KM 外的图像。

根据环境照度的变化，光敏开关控制系统的工作模式，可以实现白天彩色/夜间黑白自动切换，黑白工作模式和激光照明器工作模式同步，激光照明器在夜间照明条件较好的领域可一键关闭，也可一键切换至彩色模式工作，摄相机本身达到星光级照度水平，黑白状态下可达0.0002LUX，即便没有补光，也可在月光及星光环境下实现远距离清晰成像，配合激光照明，更可实现零照度下清晰成像，镜头光学变焦62 倍，焦距值12.5 ～775mm 连续变焦。

（8）后台数据存储分析。系统配备一套智能后台管理系统，用于日常图像的存储及相关数据的存储分析，可以实现单独区域单独点位按照时间段查询并显示温度曲线，方便用户分析设备温度的变化情况，积累煤层自燃温度数据防患于未然，并可以实现网络数据调取查看功能，领导或者相关部门可以通过网页查看历史图片和录像的温度记录。

4 结语

通过使用煤层红外预警系统，对煤炭发生高温、着火情况有了一定的预见性，及时采取措施，避免可能造成的损失，采场防灭火管理是大南湖二矿安全管理的重要组成部门，大南湖二矿不断摸索经验，不断提高科技保安，不断提高各级管理人员科技业务水平，通过信息化和人工管理，多措并举的方式，将各项安全措施落实到位，确保防灭火工作更上一个台阶，进一步保障大南湖二矿人员身体健康和设备正常运转，唯有实现生产安全，才能谈得上效益和发展。