基本介紹
- 中文名：自燃系統
- 外文名：Spontaneous combustion system
- 用途：自燃監控作用
- 目的：減少燃煤損耗
- 學科：熱力學
概念,煤炭自燃系統的開發及套用,綜合評判的數學模型及方法,煤炭自燃評判指標體系,評判套用系統的結構和特點,基於虛擬儀器的煤層自燃監測預報系統,煤層自燃的實質及預測預報技術,虛擬儀器,
概念
圓形煤場是室內封閉式的貯煤場地，有不受外界天氣影響、對周邊環境污染少、容易清潔打理、外觀美等優點。由於環保和節能的考慮，圓形煤場在國內大型火力發電廠的設計比例中，逐年上升，廣東惠來電廠、汕尾電廠等都採用了圓形煤場的形式來貯煤。但由於圓形煤場屬於半封閉式煤場，儲量大、運轉周期長，易發生自燃，且由於圓形煤場的特殊結構，煤場自燃多發生於管壁附近，輕則帶來經濟損失，重則對圓形倉管壁造成較大危害，引發安全事故。採用圓形煤場很多電廠都發生過或大或小的自燃事故，專家們針對此情況都提出了不少建議，如在擋煤牆內壁補貼面耐火磚牆以防止發生自燃時火災影響到煤場內鏈；安裝工業電視來監視煤場情況，發現火警，人工遙控啟動消防水炮進行滅火等措施。但這些都是發生火災後的補救措施，沒有從根本上防止事故發生。在圓形煤場內安裝感溫探測器，能在火災發生前發出溫度升高報警，採取溫度高處的煤優先取用等有效措施防止自燃的發生。
煤炭自燃系統的開發及套用
我國礦井煤炭自然發火十分嚴重。多年來，國內外學者對煤礦自然發火防治這一重大安全技術進行了大量的研究，取得了可喜的進步。但是，總的來說，煤礦的防滅火工作仍然停留在被動的對火災的“防與治”之中，尚未有效地控制煤層自燃，主動預防自燃的發生遠未達到目標。利用模糊綜合評判理論，建立了基於VB煤炭自燃綜合評判套用系統，有利於提高煤炭自燃預測預報的科學性，減少盲目性。
綜合評判的數學模型及方法
模糊綜合評判方法作為一種數學模型，對多因素、多層次的複雜問題具有使用方便、評判準確可靠的特點，因此，該方法被廣泛套用於各行各業。它是套用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評判事物相關的各個因素，對其作出綜合評判。
在評價某個事物時，將評價結果分成一定的等級。例如，對煤炭自燃進行評判時，可將評價的等級分為“不自燃”、“可能自燃”、“自燃”、“易自燃”四個等級。對多因素的綜合評判，一方面對於被評判事物從不同的因素著眼可以得到絕然不同的結論；另一方面在諸多著眼因素之間，有些因素在總評價中的影響程度可能大些，而另一些
因素在總評價中的影響程度可能小些，它是一個模糊擇化問題。
煤炭自燃評判指標體系
依據煤炭自然發火機理，煤炭自然發火危險程度由三類指標構成：煤的自燃傾向性；持續的漏風供氧條件；聚熱散熱條件。每一類指標又由若干個次一級的分指標構成，它屬於一個多因素、多層次綜合評判問題。由於煤炭自燃漏風和聚熱條件不同，將煤炭自燃評判指標體系分為採煤工作面採空區煤炭自燃和煤巷煤炭自燃。
通過理論分析，再結合現場煤炭自燃的實際情況，對於採空區煤炭自燃來說煤的自燃傾向性包含還原煤和氧化煤樣的燃點溫度差，煤的吸氧量，CO單位溫升增長率三項次級指標；持續的漏風供氧條件的次級指標為氧化帶存在漏風時間，漏風壓差，煤層厚度，漏風形式，煤的破壞性，回採巷道布置方式，採空區密閉質量，地質構造，煤層頂板岩性，煤層傾角；聚熱散熱條件的次級指標包含漏風風速，工作面推進速度，採空區遺煤厚度，區域圍岩溫度。對於煤巷煤炭自燃而言，煤炭自燃傾向性指標同採空區煤炭自燃；持續的漏風供氧條件的次級指標為巷道布置方式，巷道風速，局部通風機通風方式，煤層厚度和巷道空頂範圍；聚熱散熱條件的次級指標包含漏
風風速，區域圍岩溫度，開採煤層硫鐵礦含量。
評判套用系統的結構和特點
由於煤炭自燃的種類不同(採空區遺煤自燃和煤巷頂煤自燃)，產生煤炭自燃的發生條件不同，因而煤炭自燃評判指標體系亦不相同。該套用系統採用分層控制，即從主控界面選取不同的評判體系，根據系統使用說明書提供的煤炭自燃評判指標參考值，結合評判現場的實際，確定評判指標值，採用表格形式錄入計算機，即可進行評判。
(1)煤炭自燃模糊綜合評判模型，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，提高了煤炭自燃預測的科學性。
(2)上述套用系統預測可靠性的關鍵是評判指標值的確定及置信度的確定。
(3)煤炭自燃綜合評判套用系統可滿足礦井日常煤炭自燃可疑地點自燃危險程度的早期預測及輔助決策的需求，對礦井通風安全管理現代化起到積極的促進作用。
基於虛擬儀器的煤層自燃監測預報系統
在煤礦生產中，煤的自燃一直是重大災害，它極易引發瓦斯爆炸、水煤氣爆炸等重大事故，嚴重危害礦井安全。但煤自燃監測預報基本只是人工在危險的井下各個分散點採集相關數據，用的是多台不同類型的儀器儀表，不僅價格高昂，而且費時費力，此外對數據的分析處理，也基本處於人工經驗判斷的水平上，更不具備實時性。採用虛擬儀器技術構造監測平台，可以節省大量硬體方面的投資，用軟體實現硬體的功能，把多台不同的儀器統一組態，並根據井下的具體情況，實現遠程的分散式測量網路。
煤層自燃的實質及預測預報技術
煤層自燃是由於煤體逐漸發生低溫氧化，熱量逐漸蓄積，最終發生自燃。按照煤層自燃的階段是否出現自燃發火徵兆，預測預報技術可分為預報和預測兩種。煤在氧化自熱到自燃這一複雜的物理化學變化過程中，隨著煤溫的上升，要序列性地釋放出CO、CH4、C2H4等氣體，稱之為指標氣體。因此，掌握煤炭在自熱到自燃過程各階段中所釋放的氣體成份以及自燃發火指標氣體的變化規律，是分析煤炭氧化程度的重要依據。經研究表明，CO及C2H4作為預測指標氣體較好。但由於C2H4出現的溫度較高，產生量小，因此，用它來校正預報出現的溫度偏
差，而主要把CO作為早期預報的指標。以CO指標氣體為中心，建立自燃早期預報系統。此外，井下綜采面的氧濃度、漏風強度、煤岩體溫度、煤厚度等因素也決定了煤層自燃的傾向性和危險性。同時也將對以上因素實時採集、分析，以建立實時監測，從而達到對煤層自燃的預測。
虛擬儀器
通過測得實時的CO含量，與歷史數據結合，建立灰色模型，得到時間預報序列。結合設定的警報值，預報出煤自燃發火的日期。考慮到井下的實際情況及未來網路化發展的需要，本軟體具有初步的區域網路通信功能，基於TCP/IP協定，下位機(客戶機)採集的實時數據送到上位機(伺服器)顯示，傳送時雙機均要打開TCP連線，並指定相同的連線埠。
該模組有寫盤和讀盤兩個功能，採集的信號波形檔案可以存儲，採集的最終數值送入歷時數組中，形成新的序列，以供預測，日後查詢時也可以打開。
軟體系統試運行後，和煤礦實際採集數據和歷史實際自燃發火日期對比，證明該系統不僅具有系統採集精度高、使用方便、節省人力和設備投資的優點，而且預測的發火日期準確，證明預測模型結構合理有效。本軟體系統為今後煤礦井下監控網路一體化作出了有益的探索。
