產(chǎn)品名稱： 本質(zhì)安全型紅外熱成像儀
產(chǎn)品品牌： KYCJ
產(chǎn)品型號：YRH300
產(chǎn)品簡介：尋找煤自燃發(fā)火隱性火源，以圖像的形式呈現(xiàn)高溫區(qū)域，測量范圍0-300度。煤安證號： MFA100168
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YRH300本質(zhì)安全型紅外熱成像儀
制造商：開元?jiǎng)?chuàng)杰（北京）科技有限公司
煤安證號： MFA100168
安標(biāo)查詢：http://www.aqbz.org/ABXX/AB_SHOW_Q.asp?mid=11660780
3.5寸超大顯示屏，便于黑暗條件下使用
配備防爆圖像發(fā)射和接收器、圖像無線傳輸超過200米
一、 簡介
當(dāng)煤自燃發(fā)火時(shí)，煤層表面的溫度升高，但肉眼并不能觀察到，采用紅外熱像儀將煤層表面的溫度以圖像的形式呈現(xiàn)出來，高溫和低溫用不同的顏色標(biāo)示，便于發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)，尋找隱性火區(qū)分布，適合于通風(fēng)部門防治煤自燃發(fā)火。
礦井中有很多大功率電氣設(shè)備，如電機(jī)、大型液壓泵站、變電站、反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承、絞車，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后會(huì)產(chǎn)生高溫，但很難發(fā)現(xiàn)，采用紅外熱像儀就很直觀的檢查設(shè)備發(fā)熱、超溫、事故隱患，機(jī)電部門使用較為廣泛。
二、 用途
檢查井下煤自燃發(fā)火隱性火區(qū)分布、火源位置
檢查各種煤礦大型電氣設(shè)備及動(dòng)力設(shè)備的發(fā)熱，超溫、事故隱患
礦難救援
檢查頂板冒落和采區(qū)透水
排查瞎炮
檢測地面矸子山發(fā)火
三、 技術(shù)參數(shù)
測溫范圍:0℃～+300℃
顯示屏：3.5" 彩色LCD
IP等級：IP67
無線圖像發(fā)射距離：大于200米 7
電池類型: 鎳氫可充電電池，可現(xiàn)場更換
視場角/zui小焦距: 35°×26°/ 0.5m
空間分辨率: 3.8mrad
探測器類型: （UFPA） 非制冷焦平面探測器
分辨率: 160 x 120
工作波長: 8到14 µm
焦距調(diào)節(jié)方式: 固定焦距
電池工作時(shí)間: 約2.5小時(shí)連續(xù)工作
充電器: 鎳氫充電器
工作環(huán)境溫度: 長時(shí)間工作: -20°C 至 +55°C 短時(shí)間工作: 80°C 至 +260°C
儲(chǔ)存環(huán)境溫度: -40℃ 至 +70℃ （-40°F 至 +158°F）
抗沖擊性: 工作時(shí): 25G
抗震動(dòng)性: 工作時(shí): 2G
重量（包括電池）: 1400克
尺寸: 175mm x 119mm x 125mm
四、 配置
主機(jī)
ZWZ4-X圖像發(fā)射器
ZWZ4-S接收顯示器
YRH300礦用本質(zhì)安全型紅外熱成像儀
在煤礦安全領(lǐng)域的應(yīng)用
1、檢查井下隱性火區(qū)分布、火源位置
煤層漏氧導(dǎo)致氧化，釋放一氧化碳和熱量，熱量逐漸累積，達(dá)到著火點(diǎn)發(fā)生自燃，造成井下火災(zāi)。煤層總有一些微細(xì)縫，微氣體的熱傳導(dǎo)、熱對流和熱擴(kuò)散，使煤層表面局部產(chǎn)生溫度變化，使用YRH300紅外熱像儀可以即時(shí)觀察巷道煤壁，通過聲光報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在溫度過熱的區(qū)域，從而采取有效措施，避免自燃的發(fā)生；YRH300紅外熱像儀采用整體實(shí)時(shí)成像技術(shù)，能將所觀測物體的熱分布情況*地顯現(xiàn)出來，從而能較好地區(qū)分出溫度過高區(qū)域找出隱患點(diǎn)（優(yōu)于*的點(diǎn)測?。?，大大提高了工作效率，同時(shí)減少了誤判的幾率。YRH300紅外熱像儀具有圖像存儲(chǔ)功能，可凍結(jié)圖像存儲(chǔ)后在電腦中進(jìn)行準(zhǔn)確分析。
2、預(yù)防煤炭堆積引發(fā)的自燃
煤礦在開采后會(huì)被按等級在不同的區(qū)域堆放。我們并不能排除煤堆由于溫度的上升引發(fā)的自然。使用YRH300紅外熱像儀，您可以連續(xù)監(jiān)測煤堆的熱點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患時(shí)，YRH300紅外熱像儀會(huì)自動(dòng)定位溫度過高點(diǎn)，同時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。接獲報(bào)警后可對溫度過高點(diǎn)采取淋水等降溫措施，避免火災(zāi)的發(fā)生。
3、檢查頂板冒落和采取透水
YRH300礦用紅外熱像儀拍取熱圖不需要可見光，它能夠快速檢查出煤壁表面的溫度變化，并進(jìn)行溫場分析，找出溫度zui高點(diǎn)或zui低點(diǎn)，特別適用于密閉墻、煤層斷面等，其表面溫度的變化趨勢能夠?yàn)槭欠癯霈F(xiàn)大面積滲水、透水做出判斷提供依據(jù)。
4、檢查各種電氣及動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)
YRH300紅外熱像儀亦可在供電設(shè)備和采礦設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，檢測所有電氣設(shè)備、電纜的溫度變化情況、根據(jù)溫場分布及溫度變化情況，根據(jù)溫升情況判別是否存在故障、是否需要檢修。同時(shí)亦可采取非接觸方式檢測井下*與采區(qū)變電所各種開關(guān)、接頭、變壓器的事故隱患，水泵、局扇、防爆電機(jī)及動(dòng)力設(shè)備（動(dòng)力電纜）的溫升，運(yùn)輸機(jī)及運(yùn)輸皮帶的發(fā)熱狀態(tài)，及時(shí)判別設(shè)備的狀態(tài)，消除隱患。
5、判定識(shí)別瞎炮
煤礦的開采過程中，經(jīng)常會(huì)采取爆破手段進(jìn)行開采，爆破完成后如何有效地評估爆破效果，清除可能殘留的啞炮成為每次爆破實(shí)施完畢后亟需解決的問題。有了YRH300紅外熱像儀的幫助，一切變得“so easy”。運(yùn)用YRH300紅外熱像儀對原鋪設(shè)的爆破面進(jìn)行掃描，通過各炮眼殘留熱量和溫度分析，進(jìn)而排查有無出現(xiàn)瞎炮，如存在瞎炮，準(zhǔn)備定位方便采取措施及時(shí)清理。
6、礦難搜救
發(fā)生礦難后，井下沒有光源、煙氣濃重、煤塵彌漫，惡劣的井下環(huán)境*地阻礙了搜救人員的步伐.YRH300所采用的紅外熱成像技術(shù)是基于探測物體所輻射出的紅外能量進(jìn)行成像而發(fā)展出的一種探測手段，該項(xiàng)技術(shù)能穿透粉塵、煙霧、水汽清晰地成像。有了YRH300的幫助，即使在濃煙、高熱、巷道黑暗等復(fù)雜環(huán)境下,救援人員也能迅速搜索到遇險(xiǎn)人員及貴重物品, 還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)或隱蔽火源，從而減少搜救時(shí)間，拯救生命，降低財(cái)產(chǎn)損失。
技術(shù)文章
礦井煤炭自燃高溫火源點(diǎn)區(qū)域的探測方法分析
發(fā)布日期：2005-10-23 信息來源：脈道采礦網(wǎng)
摘 要 對國內(nèi)外煤炭自燃火源點(diǎn)區(qū)域的探測方法進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，并提出了適于井下煤炭自燃高溫火源點(diǎn)（≤100℃）區(qū)域的探測方法。
關(guān)鍵詞 自燃 高溫點(diǎn) 區(qū)域 探測
1 概 述
煤炭自燃高溫火源（≤100℃）區(qū)域的探測一直是煤礦安全生產(chǎn)中的重大難題之一。國內(nèi)外許多學(xué)者和煤炭生產(chǎn)、科研單位對此都十分重視，近若干年來對相關(guān)課題開展了大量的研究。但由于這一問題的復(fù)雜性，至今仍沒有得到很好的解決。其主要原因有三：一是探測技術(shù)手段和途徑不成熟，所采用的各種技術(shù)手段都無法確定高溫火源點(diǎn)區(qū)域及其內(nèi)部溫度；二是井下條件復(fù)雜，影響因素多，給準(zhǔn)確探測井下火源區(qū)域帶來很多困難；三是目前對這一問題的研究還不夠深入，雖然許多相關(guān)課題的研究都取得了一定的進(jìn)展，但并未揭示問題的實(shí)質(zhì)，從而未得出有關(guān)規(guī)律性的、可直接應(yīng)用的技術(shù)成果。
2 國內(nèi)外煤炭自燃火源區(qū)域探測法分析
現(xiàn)將國內(nèi)外目前所采取的一些主要方法分析敘述如下：
2.1 磁探測法［1，2］
磁探測法的實(shí)質(zhì)是，煤層上覆巖石中一般含有大量的菱鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，煤層自燃時(shí)，上覆巖石受到高溫烘烤，其中鐵質(zhì)成分發(fā)生物理化學(xué)變化，形成磁性物質(zhì)，并且保留有較強(qiáng)的磁性。烘烤后的上覆巖石的磁性隨自燃溫度升高而增強(qiáng)。早在60年代我國西北各省就用磁法結(jié)合電法勘探煤田火區(qū)，取得了一定成果。印度也利用此法確定Jharia煤田的自燃火災(zāi)區(qū)域范圍，得到了十分滿意的效果。俄羅斯、烏克蘭也曾用此法確定煤田自燃火區(qū)范圍。從這一方法的實(shí)質(zhì)和目前應(yīng)用的情況看，磁探測法主要用于煤田火區(qū)，而對于生產(chǎn)礦井自燃高溫的探測應(yīng)用較少，這主要是因?yàn)椋?/span>①當(dāng)自燃火源溫度小于400℃時(shí)和烘烤時(shí)間短時(shí)，上覆巖石或煤層中就不能形成較高的磁性；且對于生產(chǎn)礦井而言，要處理的是煤自燃高溫區(qū)域，自燃煤溫較低和烘烤時(shí)間短，這樣用磁法探測的效果并不理想；②對于生產(chǎn)礦井，井下高溫區(qū)域周圍鐵性物質(zhì)多,磁探測法則無法有效使用。③煤層頂?shù)装搴兔褐蟹植嫉蔫F質(zhì)結(jié)核不均勻，給磁測法探測自燃火區(qū)帶來一定困難。
2.2 電阻率探測法［2］
正常情況下，埋藏于地下的煤層，沿走向（或其它方向）因其結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水性變化不大，電阻率基本保持不變。但當(dāng)煤炭自然發(fā)火后，煤層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水性發(fā)生較大變化，從而引起煤層和周圍巖石電阻率的變化。在自燃的初期，電阻率會(huì)下降；在自燃后期，由于煤較充分燃燒，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生較大變化，水分基本蒸發(fā)掉，表現(xiàn)為較高的電阻率。因此，可根據(jù)觀測結(jié)果比較未自燃區(qū)和自燃區(qū)的變化情況，判斷自燃區(qū)域的位置，這就是電阻率法探測自燃發(fā)火區(qū)域位置的原理。由于煤在自燃的初期，煤電阻率的變化不明顯，致使電阻率探測法的探測精度受限；加之井下雜散電流多，用于井下高溫區(qū)域的探測比較困難，目前國內(nèi)外多用于露天開采和煤層露頭自燃火源的探測。
2.3 氣體探測法
煤自燃在不同的溫度，其產(chǎn)生的氣體種類和濃度是不同的；故根據(jù)氣體種類和濃度，依次判斷煤的自燃溫度，并據(jù)氣體濃度梯度大致確定高溫區(qū)域的范圍。氣體確定高溫區(qū)域范圍可在井下或地面進(jìn)行。
2.3.1 井下氣體探測法
通常稱為氣體分析法，是目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報(bào)方法。對某礦當(dāng)煤質(zhì)一定時(shí)，其煤自燃生成的氣體組分與溫度有一定規(guī)律，用儀器或束管監(jiān)測系統(tǒng)檢測煤自燃釋放的氣體，以確定煤的氧化溫度和煤炭自燃區(qū)域的可能范圍，但它無法知道煤炭自燃的位置和發(fā)展變化速度，并且易受井下通風(fēng)因素的影響。
2.3.2 地面氣體探測法
由于煤炭自燃火源區(qū)域與地面存在一定的壓差和分子擴(kuò)散，使自燃火源向地面有著氣體流動(dòng)，而在地表層中產(chǎn)生一些有代表性氣體是從煤炭自燃點(diǎn)垂直方向放射的，據(jù)此在地面可布置測點(diǎn)測量，來判斷火源點(diǎn)大致位置。這種方法對于煤層埋藏較深，氣體不能擴(kuò)散至地面，且氣體向上運(yùn)移發(fā)生物理化學(xué)變化時(shí)，就無法使用。
2.4 氡氣探測法
氡氣探測是一種放射性探測方法，它兼有物探和化探的特點(diǎn)。它的原理是煤層自燃后，隨煤溫升高，氡氣濃度上升，在地面布置觀測點(diǎn)，應(yīng)用α卡法、210Po法等，收集并測量氡氣濃度，依此判斷火區(qū)位置。國內(nèi)山西礦業(yè)學(xué)院用此法在地面探測煤礦地下火源，并在古交北溝礦、潞安礦務(wù)局石圪節(jié)礦進(jìn)行了成功應(yīng)用，從應(yīng)用情況來看，這種方法目前只在地面使用，自燃溫度一般超過200 ℃；且用氡氣量值也無法判斷自燃的燃燒程度及其溫度。
2.5 煤炭自燃溫度探測法
2.5.1 測溫儀表與測溫傳感器聯(lián)合測溫法
這是目前國內(nèi)外應(yīng)用的一種方法，兗州礦區(qū)東灘煤礦也采用此法測量煤溫。據(jù)探測地點(diǎn)不同分為地面探測和井下探測。
（1）地面探測法［3］。在自燃火區(qū)的上部利用儀器探測熱流量或利用布置在測溫鉆孔內(nèi)的傳感器測定溫度，根據(jù)測取的溫度場用溫度反演法來確定自燃火區(qū)火源的位置。這種方法常用于火源埋藏深度淺、火源溫度高，已燃燒較長時(shí)間的火區(qū)。波蘭、俄羅斯曾應(yīng)用此法探測煤層露頭的自燃火區(qū)范圍，探測深度在30～50 m。
?。?/span>2）井下探測法［4］。此種方法是把測溫傳感器預(yù)埋或通過鉆孔布置在易自燃發(fā)火區(qū)域（采空區(qū)和煤層內(nèi)），根據(jù)傳感器的溫度變化來確定高溫點(diǎn)的位置、發(fā)展變化速度，這種方法受外界干擾少，測定準(zhǔn)確，煤溫只要升高，傳感器位置合適，就能有效探測。這是目前井下準(zhǔn)確的探測方法。山東礦業(yè)學(xué)院已成功地開發(fā)了適于井下應(yīng)用的MKT-Ⅰ，MKT-Ⅱ和MKT-Ⅲ（自動(dòng)監(jiān)控）電腦型測溫儀，此儀器的zui大特點(diǎn)是測定準(zhǔn)確，和測定距離長度無關(guān)。東灘煤礦應(yīng)用此法在井下進(jìn)行了成功的探測。由于測溫及時(shí)、準(zhǔn)確，為高溫點(diǎn)的消除起到了積極的作用。
?。?/span>3）測溫儀表與測溫傳感器聯(lián)合測溫法的缺陷。盡管此種探測法測定準(zhǔn)確、可靠，彌補(bǔ)了上述一些探測方法的不足，但它本身也存在一些問題值得研究：①傳感器的布置是探測自燃高溫區(qū)域的關(guān)鍵，數(shù)量、位置準(zhǔn)確，就能有效控制自然區(qū)域高溫點(diǎn)；但這些布置參數(shù)受煤體溫度場傳導(dǎo)速度的限制，由于煤的導(dǎo)溫系數(shù)較小，要想測取煤體溫度，控制自燃位置，就要布置一定數(shù)量的傳感器；②測溫鉆孔：要測取煤體溫度，就必須在煤體內(nèi)布置測溫傳感器，因而就需要測溫鉆孔，增加了工作量。
2.5.2 紅外探測法［5，6］
在國內(nèi)外這一方法已較廣泛用于地面煤堆自燃和井下煤炭自燃火源的探測。探測儀器有紅外測溫儀和紅外熱成像儀，應(yīng)用zui多的是紅外測溫儀。俄羅斯采用紅外測溫儀，美國采用紅外測溫儀和熱成像儀探測煤壁和煤柱自燃溫度；國內(nèi)兗州、開灤、徐州等礦區(qū)采用紅外測溫儀測定井下煤壁溫度。紅外測溫儀是測取點(diǎn)溫，紅外成像儀是掃描成像測取溫度。在國內(nèi)，紅外熱成像儀井下沒見應(yīng)用，而在煤田地質(zhì)調(diào)查、地震預(yù)報(bào)、地下水探測、巖突、巖爆等方面得到了應(yīng)用。隧道和巷道內(nèi)由巖石的應(yīng)力引起的表面0.2 ℃左右的溫度變化就可被測到，從而可分析引起災(zāi)害的程度。
紅外探測法的實(shí)質(zhì)是自然界的任何物體只要處于零度（0 K）之上，都會(huì)自行向外發(fā)射紅外線。其發(fā)射能量如下式
E=εαT4 （1）
式中 ε——輻射系數(shù)，其值為0＜ε＜1，巖石和煤體一般為0.7～0.98，輻射系數(shù)受物體化學(xué)組 分、表面狀態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、含水量、孔隙度等影響；
α——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，5.67×10-12 cm2.K4；
T——物體的溫度，K。
從式（1）可看出，物體的溫度越高，輻射能量就越大，紅外測溫儀器接受輻射量而轉(zhuǎn)換的輻射溫度就越高，因此就可利用紅外測溫儀器對溫度的高分辨率來探測井下巷道自燃位置。
在通常情況下，自然界的紅外輻射區(qū)域是362K（89℃）至207K（-66℃），即波長在8～14 μm的大氣窗口區(qū)域內(nèi)。紅外技術(shù)是探測物體表面的紅外輻射溫度，它不同于物理溫度，物體表面的紅外輻射溫度取決于物體表面物理溫度及其物體的物質(zhì)成分、含水量、表面粗糙度、顆粒大小、孔隙度、熱慣量（比熱、熱傳導(dǎo)率、比重）等諸多因素；這些因素的任一項(xiàng)微小變化，都會(huì)引起紅外輻射溫度的變化。因此，在排除干擾因素后，提取同種物質(zhì)的溫度變化異常信息是至關(guān)重要的。
紅外熱成像儀類似于攝像機(jī),它將鏡頭視場內(nèi)景物的紅外輻射溫度場（25°×20°的景物），通過鍺透鏡聚焦到紅外敏感原件上（單點(diǎn)掃描式、線陣或面陣排列）,轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電路放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、記錄并顯示，當(dāng)然還得有一套復(fù)雜的處理軟件，其結(jié)果通常將其視為景物的溫度圖像，現(xiàn)以TVS-600熱像儀為例，在熱像儀距景物2 m時(shí)，攝得景物面積為：2×tan25.8°=0.97 m（水平方向）, 2×tan19.5°=0.71 m（垂直方向），在0.97 m×0.71 m內(nèi)又有320×240個(gè)像點(diǎn)，每個(gè)像點(diǎn)的面積為2.8 mm×2.8 mm，就是說只要有7.84 mm2面積的熱異常（大于0.15℃）就能被發(fā)現(xiàn)。而煤壁總有一些微裂隙，微氣孔的熱傳導(dǎo)、熱對流和熱擴(kuò)散，使表面局部產(chǎn)生溫度變化，從而觀測到紅外輻射溫度異常，故利用紅外熱成像儀準(zhǔn)確探測自燃高溫區(qū)域成為可能。關(guān)鍵在于如何通過溫度異常來診斷自燃高溫點(diǎn)。
另外，非致冷的面陣探測器（紅外敏感元件）是當(dāng)今紅外科學(xué)發(fā)展的新貢獻(xiàn)，它給行業(yè)使用帶來了方便，就不需要如液氮等致冷液體、氣體或壓縮機(jī)（小型循環(huán)致冷），同時(shí)減少了噪聲、耗電量和重量。
目前，紅外熱成像儀的種類較多，現(xiàn)國防、電力、醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)線有較多應(yīng)用。這里就適于測溫的紅外熱成像儀介紹如表1。
表1 紅外熱成像儀
種 類 | IRC-160ST | PV-320 | Jade | TVS-2000MⅡ | TVS-600 | YRH300 |
制造商 | 美國CE公司 | 美國電子 | 法國CEDIP | 日本航空 | 日本航空 | 開元?jiǎng)?chuàng)杰（北京） |
是否防爆 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 是 |
致冷方式 | 液氮 | 無致冷 | 閉循環(huán) | 斯特林致冷 | 無致冷 | 無致冷 |
探測器類型 | InSb焦平面 | - | MCT面陣 | InSb或MCT | Si∶Ga面陣 | （UFPA） 非制冷焦平面探測器 |
光譜范圍 | 3.5～5.5 μm | 2～14 μm | 8～12 μm | 3～5.4 μm或 | 8～14 μm | 8～14 μm |
掃描速度 | - | - | 50幀/s | 30幀/s | 1幀/30s | 1幀/5s |
溫度分辨率 | 0.02 K | <0.2 ℃ | 0.03 K | 0.1 ℃ | 0.1 ℃ | 0.1 K |
精 度 | - | - | ±0.4% | - | ±0.4% | - |
瞬時(shí)視場 | 1.0 mrad | - | - | 2.2 mrad | 1.4 mrad | 2.0 mrad |
焦距范圍 | 50，150 mm | 25，100 mm | 25，100 mm | 20 cm～＋∞ | 20 cm～＋∞ | 0.2 m～＋∞ |
可顯示像元 | 160×120 | 320×240 | 320×240 | 256×200 | 320×240 | 256×256 |
電 源 | 充電電池 | 12 V（DC） | - | 220～240 V（AC） | 充電電池 | 12 V（DC） |
工作溫度 | - | -40～54 ℃ | - | 0～40 ℃ | 0～40 ℃ | - |
探測溫度 | -20～200 ℃ | -18～523 ℃ | - | -40～300 ℃ | -20～300 ℃ | 0～300 ℃ |
參考價(jià)（萬美元） | 60 | 55 | 45 | 25 | 32 | 46 |
3 探測方法對比
各種探測法都有自己的優(yōu)、缺點(diǎn)和使用范圍，磁探測法、電阻率探測法、氡探測法主要適用于封閉火區(qū)且火源溫度較高，準(zhǔn)確性較好，而對于井下出現(xiàn)的高溫區(qū)域（≤100℃）則無能為力。氣體探測法能預(yù)測高溫區(qū)域溫度，但不能準(zhǔn)確確定高溫區(qū)域位置和發(fā)展變化速度，并受井下通風(fēng)壓力、風(fēng)量的影響。探測煤的自燃溫度來確定自燃位置，是一種可靠的手段，關(guān)鍵是用那種方法探測出隱蔽的高溫區(qū)域及其自燃溫度。測溫儀表與測溫傳感器聯(lián)合測溫法，是一種實(shí)用的方法，但它受測溫傳感器布置數(shù)量和測溫鉆孔施工的影響；還受煤導(dǎo)熱性能的影響。在紅外探測法中，紅外測溫儀測的是點(diǎn)溫，無法綜合準(zhǔn)確判斷煤的自燃區(qū)域，但它可找出整個(gè)巷道溫度異常的大致范圍；而紅外熱像儀，是通過掃描成像測取溫度，能在一個(gè)面上判斷煤自燃高溫區(qū)域；測溫又簡單、迅速、精確；紅外熱像儀測溫又是目前測溫領(lǐng)域的*設(shè)備，故應(yīng)用熱像儀來探測煤自燃區(qū)域是可能的，它是煤炭自燃高溫火源點(diǎn)區(qū)域探測的發(fā)展方向。
4 結(jié) 語
根據(jù)上述高溫區(qū)域探測方法的分析可知，紅外熱像儀測溫是一種新型的火災(zāi)探測方法。它將圖像識(shí)別為主的多種探測方法進(jìn)行信息融合后進(jìn)行綜合判別，提高煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，達(dá)到探測煤炭自燃發(fā)火的目的具有*的實(shí)用價(jià)值。
煤礦井下自燃火災(zāi)的圖像識(shí)別及綜合判據(jù)系統(tǒng)
孫繼平教授 宋姝
（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）信息工程研究所，北京）
【摘要】煤礦自燃火災(zāi)的早期探測及預(yù)報(bào)是保證煤炭生產(chǎn)安全的有效手段。目前已有的各種預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)，雖對煤炭自燃火災(zāi)的防治起到一定的作用，但對于不同煤質(zhì)和不同地質(zhì)賦存情況下的煤礦，單一探測方法的預(yù)測精度有限，在探測的準(zhǔn)確性和有效性方面尚不能*各種類型煤礦安全生產(chǎn)的需要。為了提高煤炭自燃災(zāi)害早期探測的可靠性，筆者提出一種以圖像識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)的煤炭自燃發(fā)火探測方法，并進(jìn)一步利用信息融合技術(shù)結(jié)合其他探測方法建立一套煤礦自燃發(fā)火綜合判據(jù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于提高煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，對煤礦的安全生產(chǎn)能發(fā)揮重要作用。
【關(guān)鍵詞】煤炭自燃； 預(yù)測預(yù)報(bào)； 圖像識(shí)別； 信息融合； 綜合判據(jù)
1 引言
煤炭自燃是煤炭在自然條件下燃燒的一種現(xiàn)象，煤礦自燃引發(fā)的火災(zāi)是煤礦安全生產(chǎn)的一大隱患。煤炭自燃不僅快速侵蝕著優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，而且嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，并對煤礦生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重危害。對其進(jìn)行早期探測尤為重要。
近幾年來，自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)作為行之有效的控制煤礦火災(zāi)發(fā)生的方法而受到廣泛的注視。根據(jù)煤礦井下自燃發(fā)火的早期特征，其探測和判別方法有多種，常采用的有測溫法、指標(biāo)氣體法等。值得注意的是，雖然這些預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)對煤炭自燃火災(zāi)的防治發(fā)揮了重要作用，但由于煤是一種非均質(zhì)體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及煤巖組分均有很大差別，煤層地質(zhì)賦存條件、煤層的開采、開拓、通風(fēng)條件和采煤的方法也存在多樣性，煤炭的自燃又是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，對于不同變質(zhì)程度和煤巖組分的煤炭在自燃發(fā)生前和發(fā)生時(shí)所出現(xiàn)的征兆及判別方法也有所差異。事實(shí)上，很難使用單一的方法探測各類地質(zhì)條件下的煤炭自燃發(fā)火，因此，常見的探測方法在準(zhǔn)確性和有效性方面尚不能*各種類型煤礦安全生產(chǎn)需要。
針對上述探測技術(shù)的現(xiàn)狀，筆者提出以圖像識(shí)別為主的煤礦自燃火災(zāi)的探測方法、利用圖像信息的豐富和直觀性為煤炭自燃的早期識(shí)別奠定基礎(chǔ)。與此同時(shí)，發(fā)現(xiàn)已有的各種探測方法判別所依據(jù)的環(huán)境特征都是彼此獨(dú)立的，提供有煤炭自燃早期發(fā)火時(shí)的不同信息，這些信息又是互補(bǔ)的，即它們是被探測目標(biāo)發(fā)生環(huán)境所表現(xiàn)各個(gè)不同側(cè)面。對于不同地質(zhì)賦存情況下不同煤質(zhì)的礦井，單獨(dú)使用某一種方法的預(yù)測精度往往不同，對發(fā)火判別的準(zhǔn)確性也各不相同。如果只是單一地使用某種探測方法，將會(huì)浪費(fèi)能提供發(fā)火判斷的其他有用信息。使用互補(bǔ)信息進(jìn)行融合減少了由于缺少某些自燃發(fā)火的早期特征而產(chǎn)生的漏報(bào)、誤報(bào)，以提高探測系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)火識(shí)別的完整性和正確性。
筆者提出的綜合判據(jù)系統(tǒng)是一個(gè)以圖像識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，利用信息融合技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)的測溫法、指標(biāo)氣體法等多種探測方法的綜合系統(tǒng)。其將探測所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、多方面、多層次的信息融合處理，從而得到比單個(gè)方法更精確的探測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對煤炭自燃發(fā)火的綜合判別。該法的推廣和應(yīng)用，為煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益提供一個(gè)有力的保證。
2 常見煤礦自燃火災(zāi)探測方法及存在的問題
煤的自燃一般常發(fā)生在煤礦的巷道內(nèi)及采空區(qū)、淺層區(qū)或大量堆積煤炭的貯煤場所等處。它是由煤的自燃傾向性、熱量的集聚及有連續(xù)供氧的條件下發(fā)生的。常見的煤礦自燃探測方法有測溫法、指標(biāo)氣體法、同位素測氡法、氣味檢測法、探測法、電阻率探測法等。各種探測法都有自己的優(yōu)、缺點(diǎn)和適用范圍。
感溫探測法是以溫度的變化作為著火依據(jù)。與地面火災(zāi)不同，煤礦井下的自燃屬于地下受限空間在低供氧條件下的發(fā)火。自燃時(shí)的熱物理現(xiàn)象主要以陰燃為主。陰燃是一種只在氣固相界面處的燃燒反應(yīng)，無明顯氣相火焰的燃燒現(xiàn)象。其溫度較低，燃燒速度慢，一般是自我維持而無明火燃燒［!］。故不易為感溫探測器所發(fā)現(xiàn)。
*以來的觀測表明，當(dāng)煤炭發(fā)生自燃后，可使附近區(qū)域的"#減少，增加，并出現(xiàn)$" 及烷類、烯類氣體。根據(jù)這一特性，井下現(xiàn)多采用在巷道內(nèi)放置的擴(kuò)散式氣體傳感器來進(jìn)行指標(biāo)氣體的檢測，從而發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，但指標(biāo)氣體法不能準(zhǔn)確確定高溫區(qū)域位置和發(fā)展變化速度，并且受井下通風(fēng)壓力、風(fēng)量的影響較大。
煤炭自燃發(fā)火氣味檢測法指標(biāo)的確定，依賴于礦井檢測場所正常生產(chǎn)條件下的本底情況。該本底值不僅包括正常生產(chǎn)條件下的氣體、氣味本底值，還包括生產(chǎn)狀況改變（如采煤機(jī)開、停，放煤、落煤、帶式輸送機(jī)的開停、放炮等）引起檢測現(xiàn)場本底值的變化情況［#］。氣味傳感器在井下應(yīng)用時(shí)，要連續(xù)監(jiān)測巷道內(nèi)的氣味變化，必須通過*監(jiān)測，找出監(jiān)測環(huán)境的背景氣味變化規(guī)律，才能進(jìn)行是否發(fā)生自燃發(fā)火的判斷，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值較多且當(dāng)被測礦井環(huán)境發(fā)生變化，原先的本底值必然跟著變化，將直接影響到探測的準(zhǔn)確性。
如用遙感技術(shù)確定煤田大面積火災(zāi)，只能對數(shù)十甚至數(shù)百平方千米的范圍進(jìn)行圈定，主要用于火區(qū)普查，無法滿足生產(chǎn)礦井的需要；用物探的磁法、電法、地質(zhì)雷達(dá)等進(jìn)行火源探測，因受大地雜散電流、磁場、山區(qū)復(fù)雜地形等多因素的干擾，使得多解性的資料解釋非常困難，探測準(zhǔn)確度很低［%］，對自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)指導(dǎo)意義不大。
磁探側(cè)法、電阻率探測法、氡探測法主要適用于封閉火區(qū)且高溫點(diǎn)溫度較高時(shí)，準(zhǔn)確性較好。但煤炭自燃早期一般溫度較低，燃燒速度慢，不易被探測。且氡探測法取得探測結(jié)果后還必須用軟件對探測結(jié)果進(jìn)行判斷，影響了火情的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
因?yàn)槊旱V井下自燃發(fā)火具有醞釀周期長，不易檢測等特點(diǎn)，加上現(xiàn)有的火災(zāi)識(shí)別方法的可靠性和適用范圍有限，所以希望有一種更為直觀和有效的火災(zāi)檢測方法。
3 基于圖像識(shí)別技術(shù)的煤炭自燃發(fā)火探測
圖像是人類視覺的延伸。通過視覺，可立即準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。圖像監(jiān)測快速性的基礎(chǔ)是視覺所接受的信息以光為傳播媒介；而圖像信息的豐富和直觀，更為早期火災(zāi)的辨識(shí)和判斷奠定了基礎(chǔ)，其他任何火災(zāi)探測技術(shù)均不能提供如此豐富和直觀的信息［!］。此外，圖像監(jiān)測的關(guān)鍵器件，如敏感元件通過光學(xué)鏡頭與外界發(fā)生間接接觸，該結(jié)構(gòu)保證了圖像監(jiān)測技術(shù)在較惡劣（多粉塵、高濕度）的礦井環(huán)境中使用。圖像型火災(zāi)探測技術(shù)是適用在煤礦井下環(huán)境的數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)，依據(jù)火災(zāi)火焰的圖像特性［&］解決礦井特殊場所火災(zāi)探測的難題，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警。
對于火災(zāi)采用圖像識(shí)別的方法進(jìn)行探測和預(yù)警，國內(nèi)外學(xué)者都有過一定的研究，但這些研究都一般地面火災(zāi)的探測。對于煤礦井下火災(zāi)圖像檢測的研究鮮有所聞，至于煤炭自燃火災(zāi)圖像的識(shí)別尚未有人涉足。
對煤礦井下煤炭自燃進(jìn)行圖像識(shí)別，zui主要的問題是煤礦井下具有濕度高，粉塵干擾大等環(huán)境特點(diǎn)。使得煤炭自燃的發(fā)火圖像具有介質(zhì)散射和噪聲干擾等因素，導(dǎo)致采集成像后的圖像存在降質(zhì)，所以煤礦井下圖像降質(zhì)因素的分析和降質(zhì)模型的建立是研究煤炭自燃發(fā)火圖像識(shí)別方法的一個(gè)重點(diǎn)問題。也正是煤礦井下的較惡劣環(huán)境使得對于處于礦井環(huán)境中煤炭自燃的圖像識(shí)別問題更具研究價(jià)值。
圖1自燃圖像識(shí)別流程框圖
首先將利用圖像采集設(shè)備在現(xiàn)場采集的待測煤體的圖像交由圖像處理集。圖像處理集包括了常用的圖像處理手段，包括濾波、分割、邊緣提取等。控制和識(shí)別規(guī)則庫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)識(shí)別策略。根據(jù)所采集到的原始圖像中關(guān)于目標(biāo)圖像的粗略信息，選取圖像處理集中的一些處理方法，按照一定次序有機(jī)組合，并有選擇地根據(jù)煤炭自燃發(fā)火圖像知識(shí)庫中相關(guān)部分的知識(shí)模型，將處理后的目標(biāo)圖像與知識(shí)模型相匹配，根據(jù)匹配后結(jié)果的置信度確定識(shí)別結(jié)果。
4 采用信息融合技術(shù)的綜合判據(jù)系統(tǒng)
鑒于發(fā)火時(shí)單個(gè)特征量（如溫度、煙霧、氣體成份等）發(fā)生變化的火災(zāi)探測技術(shù)在探測多種類型煤礦所發(fā)生的自燃火災(zāi)時(shí)不具備通用性，即可靠性和有效性方面已無法滿足多種類型煤礦自燃火災(zāi)的探測需要，多元信息融合探測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。采用信息融合技術(shù)的自燃探測系統(tǒng)不是原有單一參數(shù)自燃發(fā)火探測器的簡單組合，而是實(shí)施多元同步探測。根據(jù)不同類型的自燃參數(shù)應(yīng)用智能算法對多傳感器的火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行融合，通過模糊專家系統(tǒng)加以判斷發(fā)生自燃的可能性及程度。該方法克服了單個(gè)探測方法的探測局限。
基于信息融合的自燃火災(zāi)綜合判據(jù)系統(tǒng)識(shí)別方法就是從多種不同的火災(zāi)探測方法角度對待測目標(biāo)進(jìn)行探測，通過在不同層次將多個(gè)探測設(shè)備所測得的信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取及融合得到發(fā)火可能性的預(yù)報(bào)結(jié)果。
筆者提出采用以圖像識(shí)別技術(shù)為主結(jié)合測溫法和指標(biāo)氣體法等其他綜合手段進(jìn)行煤礦井下煤炭自燃的發(fā)火識(shí)別。擬建立起一套以圖像識(shí)別探測為主采用多判據(jù)信息融合技術(shù)的綜合判據(jù)系統(tǒng)。來實(shí)現(xiàn)煤炭自燃的探測和識(shí)別。系統(tǒng)采用信息層、特征層和決策層! 層融合結(jié)構(gòu)［"］。信息層主要完成待測現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)的采集和處理；特征層提取信息層輸出信號的數(shù)據(jù)特征；決策層則充分利用特征層所提取測量對象的各類特征信息，采取適當(dāng)?shù)哪：诤贤评砑夹g(shù)得出zui終的融合結(jié)果。
圖2 給出了綜合判據(jù)系統(tǒng)的示意框圖。各傳感器（如紅外熱像儀、溫度探測器，煙霧傳感器，$% 濃度探測器等）輸出的數(shù)據(jù)形式、對探測結(jié)果的描述和說明等都各不相同。為了能在數(shù)據(jù)融合過程中綜合處理各種不同來源的信息，首先必須對它們進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成相同的數(shù)據(jù)形式或描述。由于對不同程度的自燃多傳感器系統(tǒng)測得的多個(gè)火情信息具有很大的不相關(guān)性，因此，系統(tǒng)將預(yù)先對一種傳感器采集的單一信號進(jìn)行局部決策。
如果局部決策結(jié)果中的每個(gè)信號都是平穩(wěn)變化，就不送特征層，直接交由決策層決策；如果局部決策過程中有某種信號出現(xiàn)非平穩(wěn)變化，即提請?zhí)卣鲗訉λ行畔⑦M(jìn)行特征提取，再根據(jù)提取的特征得出自燃的zui終判別結(jié)果。這樣有助于在早期識(shí)別自燃發(fā)火，又有利于減少特征層的計(jì)算處理，減少誤報(bào)警。特征層利用預(yù)先建立的自燃發(fā)火專家系統(tǒng)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)火判斷特征提取。決策層的主要任務(wù)就是根據(jù)特征層提取的特征，采取模糊推理等適當(dāng)?shù)娜诤戏椒?，給出zui終的判斷結(jié)果。
圖2 采取信息融合技術(shù)的自燃發(fā)火綜合判據(jù)系統(tǒng)框圖
由于圖像信息的豐富和直觀，使得基于圖像識(shí)別的探測方法成為煤炭自燃綜合判據(jù)系統(tǒng)中主要的判別依據(jù)，因此在特征層和決策層進(jìn)行信息融合時(shí)將圖像探測結(jié)果的影響因子權(quán)值提高，達(dá)到突出該判別依據(jù)的目的［&］。當(dāng)該系統(tǒng)在不同地質(zhì)賦存條件的礦井中使用時(shí)，可根據(jù)煤礦地質(zhì)賦存條件提高相應(yīng)探測方法的權(quán)值，即某種方法探測結(jié)果的權(quán)值在其適用條件下可適當(dāng)增加，達(dá)到zui大限度利用有效判據(jù)的目的。
5 結(jié)論
筆者提出的基于圖像識(shí)別技術(shù)的煤炭自燃發(fā)火的綜合判據(jù)系統(tǒng)法是一種新型的火災(zāi)探測方法。它將圖像識(shí)別為主的多種探測方法進(jìn)行信息融合后進(jìn)行綜合判別，提高煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，達(dá)到探測煤炭自燃發(fā)火的目的。該法不僅有其實(shí)用價(jià)值，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)：
1）圖像信息的豐富和直觀對于煤炭自燃發(fā)火的探測具有傳統(tǒng)測溫法、指標(biāo)氣體法等所不能具備的直觀快速性和有效性。
2）在同一探測現(xiàn)場使用多種探測方法取得探測數(shù)據(jù)，作為綜合判據(jù)系統(tǒng)的輸入，使用模糊專家系統(tǒng)來進(jìn)行發(fā)火的判別。無論同以往的單個(gè)自燃火災(zāi)探測方法相比，還是和常規(guī)的圖像探測方法相比，都能實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。
3）該套系統(tǒng)中重點(diǎn)要解決兩個(gè)問題
一個(gè)是對礦井特殊環(huán)境中自燃發(fā)火圖像的識(shí)別；
另一個(gè)則是在利用多元信息融合進(jìn)行綜合判別時(shí)對各探測方法測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合的問題。關(guān)鍵在于如何用各種探測信號統(tǒng)計(jì)知識(shí)決定其權(quán)值和
判別門限以及模糊融合推理系統(tǒng)的建立。
4）筆者將以上兩個(gè)問題作為下一步研究的重點(diǎn)，力爭為煤礦自燃火災(zāi)的探測提供一個(gè)直觀、高效的手段。
YRH300本質(zhì)安全型紅外熱成像儀
制造商：開元?jiǎng)?chuàng)杰（北京）科技有限公司
煤安證號： MFA100168
安標(biāo)查詢：http://www.aqbz.org/ABXX/AB_SHOW_Q.asp?mid=11660780
3.5寸超大顯示屏，便于黑暗條件下使用
配備防爆圖像發(fā)射和接收器、圖像無線傳輸超過200米
一、 簡介
當(dāng)煤自燃發(fā)火時(shí)，煤層表面的溫度升高，但肉眼并不能觀察到，采用紅外熱像儀將煤層表面的溫度以圖像的形式呈現(xiàn)出來，高溫和低溫用不同的顏色標(biāo)示，便于發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)，尋找隱性火區(qū)分布，適合于通風(fēng)部門防治煤自燃發(fā)火。
礦井中有很多大功率電氣設(shè)備，如電機(jī)、大型液壓泵站、變電站、反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承、絞車，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后會(huì)產(chǎn)生高溫，但很難發(fā)現(xiàn)，采用紅外熱像儀就很直觀的檢查設(shè)備發(fā)熱、超溫、事故隱患，機(jī)電部門使用較為廣泛。
二、 用途
檢查井下煤自燃發(fā)火隱性火區(qū)分布、火源位置
檢查各種煤礦大型電氣設(shè)備及動(dòng)力設(shè)備的發(fā)熱，超溫、事故隱患
礦難救援
檢查頂板冒落和采區(qū)透水
排查瞎炮
檢測地面矸子山發(fā)火
三、 技術(shù)參數(shù)
測溫范圍:0℃～+300℃
顯示屏：3.5" 彩色LCD
IP等級：IP67
無線圖像發(fā)射距離：大于200米 7
電池類型: 鎳氫可充電電池，可現(xiàn)場更換
視場角/zui小焦距: 35°×26°/ 0.5m
空間分辨率: 3.8mrad
探測器類型: （UFPA） 非制冷焦平面探測器
分辨率: 160 x 120
工作波長: 8到14 µm
焦距調(diào)節(jié)方式: 固定焦距
電池工作時(shí)間: 約2.5小時(shí)連續(xù)工作
充電器: 鎳氫充電器
工作環(huán)境溫度: 長時(shí)間工作: -20°C 至 +55°C 短時(shí)間工作: 80°C 至 +260°C
儲(chǔ)存環(huán)境溫度: -40℃ 至 +70℃ （-40°F 至 +158°F）
抗沖擊性: 工作時(shí): 25G
抗震動(dòng)性: 工作時(shí): 2G
重量（包括電池）: 1400克
尺寸: 175mm x 119mm x 125mm
四、 配置
主機(jī)
ZWZ4-X圖像發(fā)射器
ZWZ4-S接收顯示器
YRH300礦用本質(zhì)安全型紅外熱成像儀
在煤礦安全領(lǐng)域的應(yīng)用
1、檢查井下隱性火區(qū)分布、火源位置
煤層漏氧導(dǎo)致氧化，釋放一氧化碳和熱量，熱量逐漸累積，達(dá)到著火點(diǎn)發(fā)生自燃，造成井下火災(zāi)。煤層總有一些微細(xì)縫，微氣體的熱傳導(dǎo)、熱對流和熱擴(kuò)散，使煤層表面局部產(chǎn)生溫度變化，使用YRH300紅外熱像儀可以即時(shí)觀察巷道煤壁，通過聲光報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在溫度過熱的區(qū)域，從而采取有效措施，避免自燃的發(fā)生；YRH300紅外熱像儀采用整體實(shí)時(shí)成像技術(shù)，能將所觀測物體的熱分布情況*地顯現(xiàn)出來，從而能較好地區(qū)分出溫度過高區(qū)域找出隱患點(diǎn)（優(yōu)于*的點(diǎn)測?。蟠筇岣吡斯ぷ餍?，同時(shí)減少了誤判的幾率。YRH300紅外熱像儀具有圖像存儲(chǔ)功能，可凍結(jié)圖像存儲(chǔ)后在電腦中進(jìn)行準(zhǔn)確分析。
2、預(yù)防煤炭堆積引發(fā)的自燃
煤礦在開采后會(huì)被按等級在不同的區(qū)域堆放。我們并不能排除煤堆由于溫度的上升引發(fā)的自然。使用YRH300紅外熱像儀，您可以連續(xù)監(jiān)測煤堆的熱點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患時(shí)，YRH300紅外熱像儀會(huì)自動(dòng)定位溫度過高點(diǎn)，同時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。接獲報(bào)警后可對溫度過高點(diǎn)采取淋水等降溫措施，避免火災(zāi)的發(fā)生。
3、檢查頂板冒落和采取透水
YRH300礦用紅外熱像儀拍取熱圖不需要可見光，它能夠快速檢查出煤壁表面的溫度變化，并進(jìn)行溫場分析，找出溫度zui高點(diǎn)或zui低點(diǎn)，特別適用于密閉墻、煤層斷面等，其表面溫度的變化趨勢能夠?yàn)槭欠癯霈F(xiàn)大面積滲水、透水做出判斷提供依據(jù)。
4、檢查各種電氣及動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)
YRH300紅外熱像儀亦可在供電設(shè)備和采礦設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，檢測所有電氣設(shè)備、電纜的溫度變化情況、根據(jù)溫場分布及溫度變化情況，根據(jù)溫升情況判別是否存在故障、是否需要檢修。同時(shí)亦可采取非接觸方式檢測井下*與采區(qū)變電所各種開關(guān)、接頭、變壓器的事故隱患，水泵、局扇、防爆電機(jī)及動(dòng)力設(shè)備（動(dòng)力電纜）的溫升，運(yùn)輸機(jī)及運(yùn)輸皮帶的發(fā)熱狀態(tài)，及時(shí)判別設(shè)備的狀態(tài)，消除隱患。
5、判定識(shí)別瞎炮
煤礦的開采過程中，經(jīng)常會(huì)采取爆破手段進(jìn)行開采，爆破完成后如何有效地評估爆破效果，清除可能殘留的啞炮成為每次爆破實(shí)施完畢后亟需解決的問題。有了YRH300紅外熱像儀的幫助，一切變得“so easy”。運(yùn)用YRH300紅外熱像儀對原鋪設(shè)的爆破面進(jìn)行掃描，通過各炮眼殘留熱量和溫度分析，進(jìn)而排查有無出現(xiàn)瞎炮，如存在瞎炮，準(zhǔn)備定位方便采取措施及時(shí)清理。
6、礦難搜救
發(fā)生礦難后，井下沒有光源、煙氣濃重、煤塵彌漫，惡劣的井下環(huán)境*地阻礙了搜救人員的步伐.YRH300所采用的紅外熱成像技術(shù)是基于探測物體所輻射出的紅外能量進(jìn)行成像而發(fā)展出的一種探測手段，該項(xiàng)技術(shù)能穿透粉塵、煙霧、水汽清晰地成像。有了YRH300的幫助，即使在濃煙、高熱、巷道黑暗等復(fù)雜環(huán)境下,救援人員也能迅速搜索到遇險(xiǎn)人員及貴重物品, 還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)或隱蔽火源，從而減少搜救時(shí)間，拯救生命，降低財(cái)產(chǎn)損失。
技術(shù)文章
礦井煤炭自燃高溫火源點(diǎn)區(qū)域的探測方法分析
發(fā)布日期：2005-10-23 信息來源：脈道采礦網(wǎng)
摘 要 對國內(nèi)外煤炭自燃火源點(diǎn)區(qū)域的探測方法進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，并提出了適于井下煤炭自燃高溫火源點(diǎn)（≤100℃）區(qū)域的探測方法。
關(guān)鍵詞 自燃 高溫點(diǎn) 區(qū)域 探測
1 概 述
煤炭自燃高溫火源（≤100℃）區(qū)域的探測一直是煤礦安全生產(chǎn)中的重大難題之一。國內(nèi)外許多學(xué)者和煤炭生產(chǎn)、科研單位對此都十分重視，近若干年來對相關(guān)課題開展了大量的研究。但由于這一問題的復(fù)雜性，至今仍沒有得到很好的解決。其主要原因有三：一是探測技術(shù)手段和途徑不成熟，所采用的各種技術(shù)手段都無法確定高溫火源點(diǎn)區(qū)域及其內(nèi)部溫度；二是井下條件復(fù)雜，影響因素多，給準(zhǔn)確探測井下火源區(qū)域帶來很多困難；三是目前對這一問題的研究還不夠深入，雖然許多相關(guān)課題的研究都取得了一定的進(jìn)展，但并未揭示問題的實(shí)質(zhì)，從而未得出有關(guān)規(guī)律性的、可直接應(yīng)用的技術(shù)成果。
2 國內(nèi)外煤炭自燃火源區(qū)域探測法分析
現(xiàn)將國內(nèi)外目前所采取的一些主要方法分析敘述如下：
2.1 磁探測法［1，2］
磁探測法的實(shí)質(zhì)是，煤層上覆巖石中一般含有大量的菱鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，煤層自燃時(shí)，上覆巖石受到高溫烘烤，其中鐵質(zhì)成分發(fā)生物理化學(xué)變化，形成磁性物質(zhì)，并且保留有較強(qiáng)的磁性。烘烤后的上覆巖石的磁性隨自燃溫度升高而增強(qiáng)。早在60年代我國西北各省就用磁法結(jié)合電法勘探煤田火區(qū)，取得了一定成果。印度也利用此法確定Jharia煤田的自燃火災(zāi)區(qū)域范圍，得到了十分滿意的效果。俄羅斯、烏克蘭也曾用此法確定煤田自燃火區(qū)范圍。從這一方法的實(shí)質(zhì)和目前應(yīng)用的情況看，磁探測法主要用于煤田火區(qū)，而對于生產(chǎn)礦井自燃高溫的探測應(yīng)用較少，這主要是因?yàn)椋?/span>①當(dāng)自燃火源溫度小于400℃時(shí)和烘烤時(shí)間短時(shí)，上覆巖石或煤層中就不能形成較高的磁性；且對于生產(chǎn)礦井而言，要處理的是煤自燃高溫區(qū)域，自燃煤溫較低和烘烤時(shí)間短，這樣用磁法探測的效果并不理想；②對于生產(chǎn)礦井，井下高溫區(qū)域周圍鐵性物質(zhì)多,磁探測法則無法有效使用。③煤層頂?shù)装搴兔褐蟹植嫉蔫F質(zhì)結(jié)核不均勻，給磁測法探測自燃火區(qū)帶來一定困難。
2.2 電阻率探測法［2］
正常情況下，埋藏于地下的煤層，沿走向（或其它方向）因其結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水性變化不大，電阻率基本保持不變。但當(dāng)煤炭自然發(fā)火后，煤層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水性發(fā)生較大變化，從而引起煤層和周圍巖石電阻率的變化。在自燃的初期，電阻率會(huì)下降；在自燃后期，由于煤較充分燃燒，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生較大變化，水分基本蒸發(fā)掉，表現(xiàn)為較高的電阻率。因此，可根據(jù)觀測結(jié)果比較未自燃區(qū)和自燃區(qū)的變化情況，判斷自燃區(qū)域的位置，這就是電阻率法探測自燃發(fā)火區(qū)域位置的原理。由于煤在自燃的初期，煤電阻率的變化不明顯，致使電阻率探測法的探測精度受限；加之井下雜散電流多，用于井下高溫區(qū)域的探測比較困難，目前國內(nèi)外多用于露天開采和煤層露頭自燃火源的探測。
2.3 氣體探測法
煤自燃在不同的溫度，其產(chǎn)生的氣體種類和濃度是不同的；故根據(jù)氣體種類和濃度，依次判斷煤的自燃溫度，并據(jù)氣體濃度梯度大致確定高溫區(qū)域的范圍。氣體確定高溫區(qū)域范圍可在井下或地面進(jìn)行。
2.3.1 井下氣體探測法
通常稱為氣體分析法，是目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報(bào)方法。對某礦當(dāng)煤質(zhì)一定時(shí)，其煤自燃生成的氣體組分與溫度有一定規(guī)律，用儀器或束管監(jiān)測系統(tǒng)檢測煤自燃釋放的氣體，以確定煤的氧化溫度和煤炭自燃區(qū)域的可能范圍，但它無法知道煤炭自燃的位置和發(fā)展變化速度，并且易受井下通風(fēng)因素的影響。
2.3.2 地面氣體探測法
由于煤炭自燃火源區(qū)域與地面存在一定的壓差和分子擴(kuò)散，使自燃火源向地面有著氣體流動(dòng)，而在地表層中產(chǎn)生一些有代表性氣體是從煤炭自燃點(diǎn)垂直方向放射的，據(jù)此在地面可布置測點(diǎn)測量，來判斷火源點(diǎn)大致位置。這種方法對于煤層埋藏較深，氣體不能擴(kuò)散至地面，且氣體向上運(yùn)移發(fā)生物理化學(xué)變化時(shí)，就無法使用。
2.4 氡氣探測法
氡氣探測是一種放射性探測方法，它兼有物探和化探的特點(diǎn)。它的原理是煤層自燃后，隨煤溫升高，氡氣濃度上升，在地面布置觀測點(diǎn)，應(yīng)用α卡法、210Po法等，收集并測量氡氣濃度，依此判斷火區(qū)位置。國內(nèi)山西礦業(yè)學(xué)院用此法在地面探測煤礦地下火源，并在古交北溝礦、潞安礦務(wù)局石圪節(jié)礦進(jìn)行了成功應(yīng)用，從應(yīng)用情況來看，這種方法目前只在地面使用，自燃溫度一般超過200 ℃；且用氡氣量值也無法判斷自燃的燃燒程度及其溫度。
2.5 煤炭自燃溫度探測法
2.5.1 測溫儀表與測溫傳感器聯(lián)合測溫法
這是目前國內(nèi)外應(yīng)用的一種方法，兗州礦區(qū)東灘煤礦也采用此法測量煤溫。據(jù)探測地點(diǎn)不同分為地面探測和井下探測。
?。?/span>1）地面探測法［3］。在自燃火區(qū)的上部利用儀器探測熱流量或利用布置在測溫鉆孔內(nèi)的傳感器測定溫度，根據(jù)測取的溫度場用溫度反演法來確定自燃火區(qū)火源的位置。這種方法常用于火源埋藏深度淺、火源溫度高，已燃燒較長時(shí)間的火區(qū)。波蘭、俄羅斯曾應(yīng)用此法探測煤層露頭的自燃火區(qū)范圍，探測深度在30～50 m。
（2）井下探測法［4］。此種方法是把測溫傳感器預(yù)埋或通過鉆孔布置在易自燃發(fā)火區(qū)域（采空區(qū)和煤層內(nèi)），根據(jù)傳感器的溫度變化來確定高溫點(diǎn)的位置、發(fā)展變化速度，這種方法受外界干擾少，測定準(zhǔn)確，煤溫只要升高，傳感器位置合適，就能有效探測。這是目前井下準(zhǔn)確的探測方法。山東礦業(yè)學(xué)院已成功地開發(fā)了適于井下應(yīng)用的MKT-Ⅰ，MKT-Ⅱ和MKT-Ⅲ（自動(dòng)監(jiān)控）電腦型測溫儀，此儀器的zui大特點(diǎn)是測定準(zhǔn)確，和測定距離長度無關(guān)。東灘煤礦應(yīng)用此法在井下進(jìn)行了成功的探測。由于測溫及時(shí)、準(zhǔn)確，為高溫點(diǎn)的消除起到了積極的作用。
?。?/span>3）測溫儀表與測溫傳感器聯(lián)合測溫法的缺陷。盡管此種探測法測定準(zhǔn)確、可靠，彌補(bǔ)了上述一些探測方法的不足，但它本身也存在一些問題值得研究：①傳感器的布置是探測自燃高溫區(qū)域的關(guān)鍵，數(shù)量、位置準(zhǔn)確，就能有效控制自然區(qū)域高溫點(diǎn)；但這些布置參數(shù)受煤體溫度場傳導(dǎo)速度的限制，由于煤的導(dǎo)溫系數(shù)較小，要想測取煤體溫度，控制自燃位置，就要布置一定數(shù)量的傳感器；②測溫鉆孔：要測取煤體溫度，就必須在煤體內(nèi)布置測溫傳感器，因而就需要測溫鉆孔，增加了工作量。
2.5.2 紅外探測法［5，6］
在國內(nèi)外這一方法已較廣泛用于地面煤堆自燃和井下煤炭自燃火源的探測。探測儀器有紅外測溫儀和紅外熱成像儀，應(yīng)用zui多的是紅外測溫儀。俄羅斯采用紅外測溫儀，美國采用紅外測溫儀和熱成像儀探測煤壁和煤柱自燃溫度；國內(nèi)兗州、開灤、徐州等礦區(qū)采用紅外測溫儀測定井下煤壁溫度。紅外測溫儀是測取點(diǎn)溫，紅外成像儀是掃描成像測取溫度。在國內(nèi)，紅外熱成像儀井下沒見應(yīng)用，而在煤田地質(zhì)調(diào)查、地震預(yù)報(bào)、地下水探測、巖突、巖爆等方面得到了應(yīng)用。隧道和巷道內(nèi)由巖石的應(yīng)力引起的表面0.2 ℃左右的溫度變化就可被測到，從而可分析引起災(zāi)害的程度。
紅外探測法的實(shí)質(zhì)是自然界的任何物體只要處于零度（0 K）之上，都會(huì)自行向外發(fā)射紅外線。其發(fā)射能量如下式
E=εαT4 （1）
式中 ε——輻射系數(shù)，其值為0＜ε＜1，巖石和煤體一般為0.7～0.98，輻射系數(shù)受物體化學(xué)組 分、表面狀態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、含水量、孔隙度等影響；
α——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，5.67×10-12 cm2.K4；
T——物體的溫度，K。
從式（1）可看出，物體的溫度越高，輻射能量就越大，紅外測溫儀器接受輻射量而轉(zhuǎn)換的輻射溫度就越高，因此就可利用紅外測溫儀器對溫度的高分辨率來探測井下巷道自燃位置。
在通常情況下，自然界的紅外輻射區(qū)域是362K（89℃）至207K（-66℃），即波長在8～14 μm的大氣窗口區(qū)域內(nèi)。紅外技術(shù)是探測物體表面的紅外輻射溫度，它不同于物理溫度，物體表面的紅外輻射溫度取決于物體表面物理溫度及其物體的物質(zhì)成分、含水量、表面粗糙度、顆粒大小、孔隙度、熱慣量（比熱、熱傳導(dǎo)率、比重）等諸多因素；這些因素的任一項(xiàng)微小變化，都會(huì)引起紅外輻射溫度的變化。因此，在排除干擾因素后，提取同種物質(zhì)的溫度變化異常信息是至關(guān)重要的。
紅外熱成像儀類似于攝像機(jī),它將鏡頭視場內(nèi)景物的紅外輻射溫度場（25°×20°的景物），通過鍺透鏡聚焦到紅外敏感原件上（單點(diǎn)掃描式、線陣或面陣排列）,轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電路放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、記錄并顯示，當(dāng)然還得有一套復(fù)雜的處理軟件，其結(jié)果通常將其視為景物的溫度圖像，現(xiàn)以TVS-600熱像儀為例，在熱像儀距景物2 m時(shí)，攝得景物面積為：2×tan25.8°=0.97 m（水平方向）, 2×tan19.5°=0.71 m（垂直方向），在0.97 m×0.71 m內(nèi)又有320×240個(gè)像點(diǎn)，每個(gè)像點(diǎn)的面積為2.8 mm×2.8 mm，就是說只要有7.84 mm2面積的熱異常（大于0.15℃）就能被發(fā)現(xiàn)。而煤壁總有一些微裂隙，微氣孔的熱傳導(dǎo)、熱對流和熱擴(kuò)散，使表面局部產(chǎn)生溫度變化，從而觀測到紅外輻射溫度異常，故利用紅外熱成像儀準(zhǔn)確探測自燃高溫區(qū)域成為可能。關(guān)鍵在于如何通過溫度異常來診斷自燃高溫點(diǎn)。
另外，非致冷的面陣探測器（紅外敏感元件）是當(dāng)今紅外科學(xué)發(fā)展的新貢獻(xiàn)，它給行業(yè)使用帶來了方便，就不需要如液氮等致冷液體、氣體或壓縮機(jī)（小型循環(huán)致冷），同時(shí)減少了噪聲、耗電量和重量。
目前，紅外熱成像儀的種類較多，現(xiàn)國防、電力、醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)線有較多應(yīng)用。這里就適于測溫的紅外熱成像儀介紹如表1。
表1 紅外熱成像儀
種 類 | IRC-160ST | PV-320 | Jade | TVS-2000MⅡ | TVS-600 | YRH300 |
制造商 | 美國CE公司 | 美國電子 | 法國CEDIP | 日本航空 | 日本航空 | 開元?jiǎng)?chuàng)杰（北京） |
是否防爆 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 是 |
致冷方式 | 液氮 | 無致冷 | 閉循環(huán) | 斯特林致冷 | 無致冷 | 無致冷 |
探測器類型 | InSb焦平面 | - | MCT面陣 | InSb或MCT | Si∶Ga面陣 | （UFPA） 非制冷焦平面探測器 |
光譜范圍 | 3.5～5.5 μm | 2～14 μm | 8～12 μm | 3～5.4 μm或 | 8～14 μm | 8～14 μm |
掃描速度 | - | - | 50幀/s | 30幀/s | 1幀/30s | 1幀/5s |
溫度分辨率 | 0.02 K | <0.2 ℃ | 0.03 K | 0.1 ℃ | 0.1 ℃ | 0.1 K |
精 度 | - | - | ±0.4% | - | ±0.4% | - |
瞬時(shí)視場 | 1.0 mrad | - | - | 2.2 mrad | 1.4 mrad | 2.0 mrad |
焦距范圍 | 50，150 mm | 25，100 mm | 25，100 mm | 20 cm～＋∞ | 20 cm～＋∞ | 0.2 m～＋∞ |
可顯示像元 | 160×120 | 320×240 | 320×240 | 256×200 | 320×240 | 256×256 |
電 源 | 充電電池 | 12 V（DC） | - | 220～240 V（AC） | 充電電池 | 12 V（DC） |
工作溫度 | - | -40～54 ℃ | - | 0～40 ℃ | 0～40 ℃ | - |
探測溫度 | -20～200 ℃ | -18～523 ℃ | - | -40～300 ℃ | -20～300 ℃ | 0～300 ℃ |
參考價(jià)（萬美元） | 60 | 55 | 45 | 25 | 32 | 46 |
3 探測方法對比
各種探測法都有自己的優(yōu)、缺點(diǎn)和使用范圍，磁探測法、電阻率探測法、氡探測法主要適用于封閉火區(qū)且火源溫度較高，準(zhǔn)確性較好，而對于井下出現(xiàn)的高溫區(qū)域（≤100℃）則無能為力。氣體探測法能預(yù)測高溫區(qū)域溫度，但不能準(zhǔn)確確定高溫區(qū)域位置和發(fā)展變化速度，并受井下通風(fēng)壓力、風(fēng)量的影響。探測煤的自燃溫度來確定自燃位置，是一種可靠的手段，關(guān)鍵是用那種方法探測出隱蔽的高溫區(qū)域及其自燃溫度。測溫儀表與測溫傳感器聯(lián)合測溫法，是一種實(shí)用的方法，但它受測溫傳感器布置數(shù)量和測溫鉆孔施工的影響；還受煤導(dǎo)熱性能的影響。在紅外探測法中，紅外測溫儀測的是點(diǎn)溫，無法綜合準(zhǔn)確判斷煤的自燃區(qū)域，但它可找出整個(gè)巷道溫度異常的大致范圍；而紅外熱像儀，是通過掃描成像測取溫度，能在一個(gè)面上判斷煤自燃高溫區(qū)域；測溫又簡單、迅速、精確；紅外熱像儀測溫又是目前測溫領(lǐng)域的*設(shè)備，故應(yīng)用熱像儀來探測煤自燃區(qū)域是可能的，它是煤炭自燃高溫火源點(diǎn)區(qū)域探測的發(fā)展方向。
4 結(jié) 語
根據(jù)上述高溫區(qū)域探測方法的分析可知，紅外熱像儀測溫是一種新型的火災(zāi)探測方法。它將圖像識(shí)別為主的多種探測方法進(jìn)行信息融合后進(jìn)行綜合判別，提高煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，達(dá)到探測煤炭自燃發(fā)火的目的具有*的實(shí)用價(jià)值。
煤礦井下自燃火災(zāi)的圖像識(shí)別及綜合判據(jù)系統(tǒng)
孫繼平教授 宋姝
（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）信息工程研究所，北京）
【摘要】煤礦自燃火災(zāi)的早期探測及預(yù)報(bào)是保證煤炭生產(chǎn)安全的有效手段。目前已有的各種預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)，雖對煤炭自燃火災(zāi)的防治起到一定的作用，但對于不同煤質(zhì)和不同地質(zhì)賦存情況下的煤礦，單一探測方法的預(yù)測精度有限，在探測的準(zhǔn)確性和有效性方面尚不能*各種類型煤礦安全生產(chǎn)的需要。為了提高煤炭自燃災(zāi)害早期探測的可靠性，筆者提出一種以圖像識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)的煤炭自燃發(fā)火探測方法，并進(jìn)一步利用信息融合技術(shù)結(jié)合其他探測方法建立一套煤礦自燃發(fā)火綜合判據(jù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于提高煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，對煤礦的安全生產(chǎn)能發(fā)揮重要作用。
【關(guān)鍵詞】煤炭自燃； 預(yù)測預(yù)報(bào)； 圖像識(shí)別； 信息融合； 綜合判據(jù)
1 引言
煤炭自燃是煤炭在自然條件下燃燒的一種現(xiàn)象，煤礦自燃引發(fā)的火災(zāi)是煤礦安全生產(chǎn)的一大隱患。煤炭自燃不僅快速侵蝕著優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，而且嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，并對煤礦生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重危害。對其進(jìn)行早期探測尤為重要。
近幾年來，自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)作為行之有效的控制煤礦火災(zāi)發(fā)生的方法而受到廣泛的注視。根據(jù)煤礦井下自燃發(fā)火的早期特征，其探測和判別方法有多種，常采用的有測溫法、指標(biāo)氣體法等。值得注意的是，雖然這些預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)對煤炭自燃火災(zāi)的防治發(fā)揮了重要作用，但由于煤是一種非均質(zhì)體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及煤巖組分均有很大差別，煤層地質(zhì)賦存條件、煤層的開采、開拓、通風(fēng)條件和采煤的方法也存在多樣性，煤炭的自燃又是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，對于不同變質(zhì)程度和煤巖組分的煤炭在自燃發(fā)生前和發(fā)生時(shí)所出現(xiàn)的征兆及判別方法也有所差異。事實(shí)上，很難使用單一的方法探測各類地質(zhì)條件下的煤炭自燃發(fā)火，因此，常見的探測方法在準(zhǔn)確性和有效性方面尚不能*各種類型煤礦安全生產(chǎn)需要。
針對上述探測技術(shù)的現(xiàn)狀，筆者提出以圖像識(shí)別為主的煤礦自燃火災(zāi)的探測方法、利用圖像信息的豐富和直觀性為煤炭自燃的早期識(shí)別奠定基礎(chǔ)。與此同時(shí)，發(fā)現(xiàn)已有的各種探測方法判別所依據(jù)的環(huán)境特征都是彼此獨(dú)立的，提供有煤炭自燃早期發(fā)火時(shí)的不同信息，這些信息又是互補(bǔ)的，即它們是被探測目標(biāo)發(fā)生環(huán)境所表現(xiàn)各個(gè)不同側(cè)面。對于不同地質(zhì)賦存情況下不同煤質(zhì)的礦井，單獨(dú)使用某一種方法的預(yù)測精度往往不同，對發(fā)火判別的準(zhǔn)確性也各不相同。如果只是單一地使用某種探測方法，將會(huì)浪費(fèi)能提供發(fā)火判斷的其他有用信息。使用互補(bǔ)信息進(jìn)行融合減少了由于缺少某些自燃發(fā)火的早期特征而產(chǎn)生的漏報(bào)、誤報(bào)，以提高探測系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)火識(shí)別的完整性和正確性。
筆者提出的綜合判據(jù)系統(tǒng)是一個(gè)以圖像識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，利用信息融合技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)的測溫法、指標(biāo)氣體法等多種探測方法的綜合系統(tǒng)。其將探測所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、多方面、多層次的信息融合處理，從而得到比單個(gè)方法更精確的探測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對煤炭自燃發(fā)火的綜合判別。該法的推廣和應(yīng)用，為煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益提供一個(gè)有力的保證。
2 常見煤礦自燃火災(zāi)探測方法及存在的問題
煤的自燃一般常發(fā)生在煤礦的巷道內(nèi)及采空區(qū)、淺層區(qū)或大量堆積煤炭的貯煤場所等處。它是由煤的自燃傾向性、熱量的集聚及有連續(xù)供氧的條件下發(fā)生的。常見的煤礦自燃探測方法有測溫法、指標(biāo)氣體法、同位素測氡法、氣味檢測法、探測法、電阻率探測法等。各種探測法都有自己的優(yōu)、缺點(diǎn)和適用范圍。
感溫探測法是以溫度的變化作為著火依據(jù)。與地面火災(zāi)不同，煤礦井下的自燃屬于地下受限空間在低供氧條件下的發(fā)火。自燃時(shí)的熱物理現(xiàn)象主要以陰燃為主。陰燃是一種只在氣固相界面處的燃燒反應(yīng)，無明顯氣相火焰的燃燒現(xiàn)象。其溫度較低，燃燒速度慢，一般是自我維持而無明火燃燒［!］。故不易為感溫探測器所發(fā)現(xiàn)。
*以來的觀測表明，當(dāng)煤炭發(fā)生自燃后，可使附近區(qū)域的"#減少，增加，并出現(xiàn)$" 及烷類、烯類氣體。根據(jù)這一特性，井下現(xiàn)多采用在巷道內(nèi)放置的擴(kuò)散式氣體傳感器來進(jìn)行指標(biāo)氣體的檢測，從而發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，但指標(biāo)氣體法不能準(zhǔn)確確定高溫區(qū)域位置和發(fā)展變化速度，并且受井下通風(fēng)壓力、風(fēng)量的影響較大。
煤炭自燃發(fā)火氣味檢測法指標(biāo)的確定，依賴于礦井檢測場所正常生產(chǎn)條件下的本底情況。該本底值不僅包括正常生產(chǎn)條件下的氣體、氣味本底值，還包括生產(chǎn)狀況改變（如采煤機(jī)開、停，放煤、落煤、帶式輸送機(jī)的開停、放炮等）引起檢測現(xiàn)場本底值的變化情況［#］。氣味傳感器在井下應(yīng)用時(shí)，要連續(xù)監(jiān)測巷道內(nèi)的氣味變化，必須通過*監(jiān)測，找出監(jiān)測環(huán)境的背景氣味變化規(guī)律，才能進(jìn)行是否發(fā)生自燃發(fā)火的判斷，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值較多且當(dāng)被測礦井環(huán)境發(fā)生變化，原先的本底值必然跟著變化，將直接影響到探測的準(zhǔn)確性。
如用遙感技術(shù)確定煤田大面積火災(zāi)，只能對數(shù)十甚至數(shù)百平方千米的范圍進(jìn)行圈定，主要用于火區(qū)普查，無法滿足生產(chǎn)礦井的需要；用物探的磁法、電法、地質(zhì)雷達(dá)等進(jìn)行火源探測，因受大地雜散電流、磁場、山區(qū)復(fù)雜地形等多因素的干擾，使得多解性的資料解釋非常困難，探測準(zhǔn)確度很低［%］，對自燃的早期預(yù)測預(yù)報(bào)指導(dǎo)意義不大。
磁探側(cè)法、電阻率探測法、氡探測法主要適用于封閉火區(qū)且高溫點(diǎn)溫度較高時(shí)，準(zhǔn)確性較好。但煤炭自燃早期一般溫度較低，燃燒速度慢，不易被探測。且氡探測法取得探測結(jié)果后還必須用軟件對探測結(jié)果進(jìn)行判斷，影響了火情的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
因?yàn)槊旱V井下自燃發(fā)火具有醞釀周期長，不易檢測等特點(diǎn)，加上現(xiàn)有的火災(zāi)識(shí)別方法的可靠性和適用范圍有限，所以希望有一種更為直觀和有效的火災(zāi)檢測方法。
3 基于圖像識(shí)別技術(shù)的煤炭自燃發(fā)火探測
圖像是人類視覺的延伸。通過視覺，可立即準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。圖像監(jiān)測快速性的基礎(chǔ)是視覺所接受的信息以光為傳播媒介；而圖像信息的豐富和直觀，更為早期火災(zāi)的辨識(shí)和判斷奠定了基礎(chǔ)，其他任何火災(zāi)探測技術(shù)均不能提供如此豐富和直觀的信息［!］。此外，圖像監(jiān)測的關(guān)鍵器件，如敏感元件通過光學(xué)鏡頭與外界發(fā)生間接接觸，該結(jié)構(gòu)保證了圖像監(jiān)測技術(shù)在較惡劣（多粉塵、高濕度）的礦井環(huán)境中使用。圖像型火災(zāi)探測技術(shù)是適用在煤礦井下環(huán)境的數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)，依據(jù)火災(zāi)火焰的圖像特性［&］解決礦井特殊場所火災(zāi)探測的難題，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警。
對于火災(zāi)采用圖像識(shí)別的方法進(jìn)行探測和預(yù)警，國內(nèi)外學(xué)者都有過一定的研究，但這些研究都一般地面火災(zāi)的探測。對于煤礦井下火災(zāi)圖像檢測的研究鮮有所聞，至于煤炭自燃火災(zāi)圖像的識(shí)別尚未有人涉足。
對煤礦井下煤炭自燃進(jìn)行圖像識(shí)別，zui主要的問題是煤礦井下具有濕度高，粉塵干擾大等環(huán)境特點(diǎn)。使得煤炭自燃的發(fā)火圖像具有介質(zhì)散射和噪聲干擾等因素，導(dǎo)致采集成像后的圖像存在降質(zhì)，所以煤礦井下圖像降質(zhì)因素的分析和降質(zhì)模型的建立是研究煤炭自燃發(fā)火圖像識(shí)別方法的一個(gè)重點(diǎn)問題。也正是煤礦井下的較惡劣環(huán)境使得對于處于礦井環(huán)境中煤炭自燃的圖像識(shí)別問題更具研究價(jià)值。
圖1自燃圖像識(shí)別流程框圖
首先將利用圖像采集設(shè)備在現(xiàn)場采集的待測煤體的圖像交由圖像處理集。圖像處理集包括了常用的圖像處理手段，包括濾波、分割、邊緣提取等?？刂坪妥R(shí)別規(guī)則庫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)識(shí)別策略。根據(jù)所采集到的原始圖像中關(guān)于目標(biāo)圖像的粗略信息，選取圖像處理集中的一些處理方法，按照一定次序有機(jī)組合，并有選擇地根據(jù)煤炭自燃發(fā)火圖像知識(shí)庫中相關(guān)部分的知識(shí)模型，將處理后的目標(biāo)圖像與知識(shí)模型相匹配，根據(jù)匹配后結(jié)果的置信度確定識(shí)別結(jié)果。
4 采用信息融合技術(shù)的綜合判據(jù)系統(tǒng)
鑒于發(fā)火時(shí)單個(gè)特征量（如溫度、煙霧、氣體成份等）發(fā)生變化的火災(zāi)探測技術(shù)在探測多種類型煤礦所發(fā)生的自燃火災(zāi)時(shí)不具備通用性，即可靠性和有效性方面已無法滿足多種類型煤礦自燃火災(zāi)的探測需要，多元信息融合探測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。采用信息融合技術(shù)的自燃探測系統(tǒng)不是原有單一參數(shù)自燃發(fā)火探測器的簡單組合，而是實(shí)施多元同步探測。根據(jù)不同類型的自燃參數(shù)應(yīng)用智能算法對多傳感器的火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行融合，通過模糊專家系統(tǒng)加以判斷發(fā)生自燃的可能性及程度。該方法克服了單個(gè)探測方法的探測局限。
基于信息融合的自燃火災(zāi)綜合判據(jù)系統(tǒng)識(shí)別方法就是從多種不同的火災(zāi)探測方法角度對待測目標(biāo)進(jìn)行探測，通過在不同層次將多個(gè)探測設(shè)備所測得的信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取及融合得到發(fā)火可能性的預(yù)報(bào)結(jié)果。
筆者提出采用以圖像識(shí)別技術(shù)為主結(jié)合測溫法和指標(biāo)氣體法等其他綜合手段進(jìn)行煤礦井下煤炭自燃的發(fā)火識(shí)別。擬建立起一套以圖像識(shí)別探測為主采用多判據(jù)信息融合技術(shù)的綜合判據(jù)系統(tǒng)。來實(shí)現(xiàn)煤炭自燃的探測和識(shí)別。系統(tǒng)采用信息層、特征層和決策層! 層融合結(jié)構(gòu)［"］。信息層主要完成待測現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)的采集和處理；特征層提取信息層輸出信號的數(shù)據(jù)特征；決策層則充分利用特征層所提取測量對象的各類特征信息，采取適當(dāng)?shù)哪：诤贤评砑夹g(shù)得出zui終的融合結(jié)果。
圖2 給出了綜合判據(jù)系統(tǒng)的示意框圖。各傳感器（如紅外熱像儀、溫度探測器，煙霧傳感器，$% 濃度探測器等）輸出的數(shù)據(jù)形式、對探測結(jié)果的描述和說明等都各不相同。為了能在數(shù)據(jù)融合過程中綜合處理各種不同來源的信息，首先必須對它們進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成相同的數(shù)據(jù)形式或描述。由于對不同程度的自燃多傳感器系統(tǒng)測得的多個(gè)火情信息具有很大的不相關(guān)性，因此，系統(tǒng)將預(yù)先對一種傳感器采集的單一信號進(jìn)行局部決策。
如果局部決策結(jié)果中的每個(gè)信號都是平穩(wěn)變化，就不送特征層，直接交由決策層決策；如果局部決策過程中有某種信號出現(xiàn)非平穩(wěn)變化，即提請?zhí)卣鲗訉λ行畔⑦M(jìn)行特征提取，再根據(jù)提取的特征得出自燃的zui終判別結(jié)果。這樣有助于在早期識(shí)別自燃發(fā)火，又有利于減少特征層的計(jì)算處理，減少誤報(bào)警。特征層利用預(yù)先建立的自燃發(fā)火專家系統(tǒng)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)火判斷特征提取。決策層的主要任務(wù)就是根據(jù)特征層提取的特征，采取模糊推理等適當(dāng)?shù)娜诤戏椒?，給出zui終的判斷結(jié)果。
圖2 采取信息融合技術(shù)的自燃發(fā)火綜合判據(jù)系統(tǒng)框圖
由于圖像信息的豐富和直觀，使得基于圖像識(shí)別的探測方法成為煤炭自燃綜合判據(jù)系統(tǒng)中主要的判別依據(jù)，因此在特征層和決策層進(jìn)行信息融合時(shí)將圖像探測結(jié)果的影響因子權(quán)值提高，達(dá)到突出該判別依據(jù)的目的［&］。當(dāng)該系統(tǒng)在不同地質(zhì)賦存條件的礦井中使用時(shí)，可根據(jù)煤礦地質(zhì)賦存條件提高相應(yīng)探測方法的權(quán)值，即某種方法探測結(jié)果的權(quán)值在其適用條件下可適當(dāng)增加，達(dá)到zui大限度利用有效判據(jù)的目的。
5 結(jié)論
筆者提出的基于圖像識(shí)別技術(shù)的煤炭自燃發(fā)火的綜合判據(jù)系統(tǒng)法是一種新型的火災(zāi)探測方法。它將圖像識(shí)別為主的多種探測方法進(jìn)行信息融合后進(jìn)行綜合判別，提高煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，達(dá)到探測煤炭自燃發(fā)火的目的。該法不僅有其實(shí)用價(jià)值，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)：
1）圖像信息的豐富和直觀對于煤炭自燃發(fā)火的探測具有傳統(tǒng)測溫法、指標(biāo)氣體法等所不能具備的直觀快速性和有效性。
2）在同一探測現(xiàn)場使用多種探測方法取得探測數(shù)據(jù)，作為綜合判據(jù)系統(tǒng)的輸入，使用模糊專家系統(tǒng)來進(jìn)行發(fā)火的判別。無論同以往的單個(gè)自燃火災(zāi)探測方法相比，還是和常規(guī)的圖像探測方法相比，都能實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。
3）該套系統(tǒng)中重點(diǎn)要解決兩個(gè)問題
一個(gè)是對礦井特殊環(huán)境中自燃發(fā)火圖像的識(shí)別；
另一個(gè)則是在利用多元信息融合進(jìn)行綜合判別時(shí)對各探測方法測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合的問題。關(guān)鍵在于如何用各種探測信號統(tǒng)計(jì)知識(shí)決定其權(quán)值和
判別門限以及模糊融合推理系統(tǒng)的建立。
4）筆者將以上兩個(gè)問題作為下一步研究的重點(diǎn)，力爭為煤礦自燃火災(zāi)的探測提供一個(gè)直觀、高效的手段。
