大南湖二礦煤層在線溫度監測系統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東部，新疆哈密市西南，屬哈密市南湖鄉管轄，距哈密市區約84km，距南湖鄉約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，本地區具有很強的大陸性溫帶干旱氣候特點。因此，礦區所在哈密盆地氣候分區為暖溫帶極干旱區，為典型的大陸溫帶極干旱氣候區，該區全年日照時數在3350h 以上，是全國日照最充裕地區之一，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。

哈密地區是全國最少降水地區之一，全年降水量不足50mm，降水日數不足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，開始轉入秋季，夏季高溫持續時間較長。根據《煤礦安全規程》中煤的自燃傾向性等級(三級)劃分標準評價，采用了色譜吸氧鑒定法(MT/T707—1997)，測試結果顯示：煤層均易自燃，自燃發火期30 ～45 天，加之極端氣候條件下，該礦煤層極易發生高溫、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、水車等設備，而且發火煤炭大多以覆蓋，開挖排棄等方式處理，不易徹底處理干凈，易反復出現高溫著火的情況，從而影響露天礦生產進度，進一步影響露天礦的經濟效益。

影響露天礦邊坡穩定和安全生產。一是煤炭自燃后會引起采場內地表裂縫、坍塌，以及邊坡面的不穩定，導致臺階巖體強度的降低，出現大面積片幫現象，對采場固定幫、工作幫和排土場邊坡造成較大的影響，從而影響露天礦設備的正常作業，給安全生產帶來了隱患；二是在大風天氣下，采場煤炭自燃容易造成大面積著火的情況，導致火災事故的發生，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備事故，三是煤炭自燃容易產生大量煙霧煙塵，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。

環境空氣影響。煤炭自燃產生大量的有毒有害氣體和物質，如CO、NO2、SO2、煙塵、醇類、醛類等，隨風飄散，波及很大范圍和區域，嚴重污染采場及生活區的環境，危害職工的身體健康。

2 傳統防滅火方法存在的主要問題

近幾年采排場煤炭已經出現多次內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，導致防滅火工作很是被動，這些火情往往還伴隨著大風天氣、沙塵的影響，進一步提高了處理高溫、發火煤炭的難度，需要出動大量的設備、人員，從而影響正產的煤炭安全生產，為礦上帶來了巨大的經濟損失。

為了保障采排場安全生產，減少煤炭資源的浪費，盡可能避免采排場煤炭內部自燃，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，使煤礦依然經常發生自燃現象，防滅火的效果并不好。

3 煤層在線溫度監測系統的運用

隨著科技的進步和發展，紅外成像技術作為一門新技術，在煤礦環境溫度檢測中，有著無比的優越性。紅外成像是以設備的熱狀態分布為依據對煤層溫度進行溫度提取，進行判斷、數據采集分析，在表面溫度升高的同時，來分析煤層內部溫度變化，及時掌握煤場內所有工作面的表面溫度，從而分析內部溫度變化，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進行成像，因此，采用紅外成像技術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及其隱患缺陷。

（1）系統實現目標。采用遠程紅外溫度自動監測系統后，可以實時自動巡檢煤礦煤層的溫度情況，并按預先設定的預警值發出聲音報警信號，從而使值班調度員能及時采取相應的措施，出動相應的防滅火設備、設施，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視的是同一個設備位置。

在檢測圖像中，任意目標鼠標單擊即可自動居中，正向畫框即可居中后自動放大，反向畫框自動縮小焦距，3D定位后驅動自動聚焦，夜間3D 定位支持激光聯動變焦，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措施爭取了寶貴的時間。

（3）檢測全面。采用圖象識別技術，自動對云臺預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，利用圖像拼接技術，根據紅外攝像機的巡航路線配合煤礦實際的采煤作業面實際拍攝圖片，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高溫區域點位方便及時處理有效預防自燃情況。

（4）監測重點、兼顧全面。采用預置位云臺，可以根據需要設置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，只要將系統安裝在合適的位置，可以方便地檢測整個采排場。

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

（6）節省人力。由于系統自動化程度較高，可以實現設備自動巡檢、自動預警、自動輸出報表等功能，減少了人員到現場巡視次數，提高運行人員工作效率，系統的監控中心結合大南湖二礦原有監控中心，新建在線測溫系統與原有監控系統進行無縫對接融合，在原有監控中心監控大屏幕上顯示整個礦區全部實施畫面，并將雙視角畫面同時上下進行同步展示，在監控畫面內一旦出現高溫報警點，通過3D 定位系統自動調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境，該系統方案配備激光夜視功能，激光采用軍品級激光器，可連續使用壽命較長，功率：20W；通過智能、科學、先進的嵌入式控制系統集合而成。實現白天彩色高清監控、夜間在全黑的環境下激光照明實現高清成像的目的，激光器配合62 倍變焦攝像頭，夜間無光條件下可以監控4KM 外的圖像。

根據環境照度的變化，光敏開關控制系統的工作模式，可以實現白天彩色/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域可一鍵關閉，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，黑白狀態下可達0.0002LUX，即便沒有補光，也可在月光及星光環境下實現遠距離清晰成像，配合激光照明，更可實現零照度下清晰成像，鏡頭光學變焦62 倍，焦距值12.5 ～775mm 連續變焦。

（8）后臺數據存儲分析。系統配備一套智能后臺管理系統，用于日常圖像的存儲及相關數據的存儲分析，可以實現單獨區域單獨點位按照時間段查詢并顯示溫度曲線，方便用戶分析設備溫度的變化情況，積累煤層自燃溫度數據防患于未然，并可以實現網絡數據調取查看功能，領導或者相關部門可以通過網頁查看歷史圖片和錄像的溫度記錄。

4 結語

通過使用煤層紅外預警系統，對煤炭發生高溫、著火情況有了一定的預見性，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驗，不斷提高科技保安，不斷提高各級管理人員科技業務水平，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備正常運轉，唯有實現生產安全，才能談得上效益和發展。