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公開番号2025067830
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2024171909
出願日2024-10-01
発明の名称自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム及び検出方法
出願人山東科技大学
代理人個人
主分類G01N 27/00 20060101AFI20250417BHJP(測定;試験)
要約【課題】炭鉱の隠れた火災区域検出の分野に関し、特に、自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム及び検出方法に関する。
【解決手段】自然電位検出装置及び自然電位処理装置を備え、前記自然電位検出装置は、測定電極、参照電極及び金属アンカーを備える。ここで、測定電極は、ゴブ坑道の天板に設置され、測定電極は金属アンカーに固定され、且つ測定電極は、金属アンカーを介して参照電極に無線接続される。前記自然電位処理装置は、電位データを処理するデータ処理モジュールと、データを画像に変換する画像化モジュールを備え、2つの電極はデータ処理モジュールに無線接続される。ゴブに隠れた火源をリアルタイムで検出することができ、データを収集及び処理して画像形式に変換することにより、火災区域の位置がより直感的かつ正確に表示され、よって、早期に警告を発し、火災区域における安全上の危険を効果的に軽減・防止することができる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システムであって、
自然電位検出装置及び自然電位処理装置を備え、
前記自然電位検出装置は、測定電極、参照電極及び金属アンカーを備え、ここで、測定電極は、ゴブ坑道の天板に設置され、測定電極は金属アンカーに固定され、測定電極は金属アンカーを介して参照電極に無線接続され、
前記自然電位処理装置は、電位データを処理するデータ処理モジュール及びデータを画像に変換する画像化モジュールを備え、前記測定電極、参照電極及びデータ処理モジュールは無線接続され、
前記測定電極は電極槽内に設置され、金属アンカーによって測定電極が固定され、各電極槽内に１つの測定電極が設置され、電極槽はゴブ坑道の天板に設置され、隣接する電極槽間の距離は１０ｍである、ことを特徴とする自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記測定電極は信号を伝送するために、ローパスフィルター、データ収集カード、金属アンカーを介して参照電極に無線接続され、且つ測定電極、ローパスフィルター、データ収集カード、金属アンカーは１対１に対応する、ことを特徴とする請求項１に記載の自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム。
【請求項３】
前記ローパスフィルターは、５Ｈｚ以下の自然電位信号を収集するために用いられる、ことを特徴とする請求項２に記載の自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム。
【請求項４】
前記測定電極と参照電極は、両方とも磁性ロッド電極を使用した非分極性の硫酸銅電極である、ことを特徴とする請求項１に記載の自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム。
【請求項５】
自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火を検出する方法であって、
ステップ１：ゴブ坑道の天板領域に、坑道の長さに応じて複数の電極槽を掘削するステップと、
ステップ２：測定電極と金属アンカーとを溶接し、溶接した後に、測定電極、ローパスフィルター、データ収集カードを互いに接続させ、測定電極、ローパスフィルター及びデータ収集カードを保護するステップと、
ステップ３：金属アンカーを使用して固定し、測定電極を天板の電極槽に埋め込み、無線伝送方式により信号を伝送するステップと、
ステップ４：自然電位処理装置から各々のデータ収集カードに指令を送信し、各々の測定電極の情報を収集し、データ収集カードに情報を一時的に記憶するステップと、
ステップ５：金属アンカーが信号伝播を強化するという特性を利用し、データ収集カード内の情報を自然電位処理装置におけるデータ処理モジュールに送信し、データ処理モジュールは、収集時間、測定電極の番号、自然電位信号のサイズ、自然電位信号と温度の関係に従って情報を処理し、処理されたデータを画像化モジュールに送信して画像の形式に変換するステップと、
を含む、ことを特徴とする自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火を検出する方法。
【請求項６】
ステップ２において、信号を強化するという目的を達成するために、前記金属アンカーは銅製のアンカーを使用する、ことを特徴とする請求項５に記載の自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火を検出する方法。
【請求項７】
前記電極槽間の距離Ｔが１０ｍである、ことを特徴とする請求項５に記載の自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火を検出する方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴブの隠れた火源検出の分野に関し、具体的に、自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システム及び検出方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
炭鉱の地質条件は複雑であり、作業切羽内で時折炭鉱火災が発生し、特にゴブ内での自然発火隠蔽火災が発生する。炭層における自然発火する火災の高温箇所の隠蔽性と、作業切羽の空気漏れによる火災区域の複雑な熱伝達方向により、ゴブ上部の自然発火隠蔽火災をその形成初期段階で発見することは非常に困難である。
【０００３】
作業切羽の前進に伴い、ゴブは作業切羽の後部で散熱ゾーン、自然発火ゾーン及び窒息ゾーンを経過する。散熱ゾーンは作業切羽に近く、風速が大きいため、残った石炭は自然発火しにくい。窒息ゾーンの内部は酸素濃度が低く、残った石炭が自然発火する条件にならない。自然発火ゾーンの酸素濃度と風速は、いずれも残った石炭の自然発火条件を満たしているため、自然発火ゾーンはゴブにおける残った石炭の自然発火の主要なゾーンとなる。
【０００４】
現在、炭鉱における自然発火する火災を探出する探出技術は、直接調査法、掘削法、温度検出法、ガス探出法、物理的探出法に分けられる。直接調査法は、現地を訪問し、実際の測定を通じて石炭自然発火の隠れた火災区域を決定する方法であり、掘削法は、掘削して情報を取って分析することによって、炭層の状態を決定する方法である。直接調査法と掘削法には時間と労力がかかり、大きな制限がある。温度検出法は、現在最も広く使われている方法で、主に掘削温度検出法、赤外線温度測定法、光ファイバー温度測定法が含まれる。温度検出法は、石炭の自然発火の発生過程の監視と早期警告を実現できるが、温度測定センサーの配置や試験プロセスは、鉱山の特殊な環境の影響を受けやすい。ガス検出法は、石炭の自然発火によって放出されるガスを利用して、石炭の自然発火現場の危険度を判定できるが、自然発火を検出する時、外部からの干渉を受けやすく、検出深度にも一定的な制限がある。物理的検出法には、主に自然電位法、磁気法、高密度比抵抗法などが含まれる。それぞれの物理的検出法には、独自の長所、短所及び使用範囲がある。磁気法や比抵抗法は、閉鎖された火災地域や高温の火源を検出する精度が高いが、坑内の異常高温領域を検出する際には多くの課題に直面する。技術の発展に伴い、自然発火時の石炭の自然電位応答特性にますます注目が集まっており、石炭の自然電位の変化を研究することにより、石炭層の自然発火における隠れた火災の検出精度を向上させることが極めて重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するために、自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システムと検出方法の技術的解決策を採用する。本発明は、ゴブの上部に隠れた火源をリアルタイムで検出し、データを収集及び処理して画像形式に変換することにより、火災区域の位置がより直感的かつ正確に表示され、よって、早期に警告を発し、火災区域における安全上の危険を効果的に軽減・防止することができる。
【０００６】
本発明は、以下の技術的解決策を提供する。自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出システムは、自然電位検出装置及び自然電位処理装置を備える。前記自然電位検出装置は、測定電極、参照電極及び金属アンカーを備え、ここで、測定電極は、ゴブ坑道（gob roadway）のに設置され、測定電極は金属アンカーに固定され、測定電極は金属アンカーを介して参照電極に無線接続される。前記自然電位処理装置は、電位データを処理するデータ処理モジュール及びデータを画像に変換する画像化モジュールを備え、前記測定電極はデータ処理モジュールに接続される。
【０００７】
測定電極は電極槽内に設置され、金属アンカーを用いて測定電極を固定し、１つの測定電極が各電極槽内に設置され、電極槽はゴブ坑道の天板に設置され、且つ隣接する電極槽間の距離は１０ｍである。これによって、測定電極間の距離を１０ｍにすることができる。
【０００８】
前記測定電極は信号を伝送するために、ローパスフィルター、データ収集カード、金属アンカーを介して参照電極に無線接続され、且つ測定電極、ローパスフィルター、データ収集カード、金属アンカーは１対１に対応する。前記ローパスフィルターは、５Ｈｚ以下の自然電位信号を収集するために使用される。
【０００９】
前記測定電極と参照電極は、両方とも磁性ロッド電極を使用した非分極性の硫酸銅電極である。
【００１０】
自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火を検出する方法は、以下のステップを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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