本发明属于煤矿井下皮带火灾监测技术领域,特别提供了一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法。
背景技术：
皮带运输机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械，尤其是重型皮带运输机，是目前我国煤矿井工开采运输煤炭、散装物料应用最广泛的运输方式，也是高产高效矿井提高产能的关键环节，同时皮带火灾也是井工煤矿外因火灾的主要表现形式之一，主要分为两类，即皮带摩擦原因引起的火灾和非皮带摩擦原因引起的火灾。前者主要是由皮带被卡死，主动滚筒完全打滑、托辊被卡死与皮带之间发生高速摩擦生热引起；后者主要是由皮带运输机电机和主滚筒之间的液压联轴节的过热保护不良，过热的油蒸汽喷出与空气中的氧气作用导致火灾，以及皮带上的煤自燃发热引燃皮带而引起的皮带输送机火灾。根据相关资料统计，绝大多数皮带火灾事故是由皮带被卡死，主滚筒打滑摩擦或托辊被卡死与皮带发生高速摩擦生热引起。皮带运输机发生火灾时会产生大量有毒有害气体，往往造成井下作业人员严重伤亡与重大经济损失，且极易诱发瓦斯、煤尘爆炸等次生灾害重大灾害，使事故危害进一步扩大，是煤炭企业的安全生产的严重隐患。近年来，随着我国井工煤矿开采深度的逐渐延伸(开采深度平均每年增加10～20m)以及生产机械化程度的不断提升，煤炭生产逐步向大型化、集约化方式转变，在皮带运输机数量和长度均出现大幅度增长的同时，对皮带火灾监测预警准确度也提出了更高的要求。
对煤矿井下皮带火灾进行监测时，首先要确定测温探点的位置，只有选择合适的测温探点，当皮带运输机发生从动轮托辊卡死、皮带打滑等异常情况时，才能有效的对灾变情况进行准确的预警。理论上可行和实际可操作是煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择的主要原则。
综上所述，目前我国煤矿领域缺乏一种理论可行、可操作性强的煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，无法确定合理的皮带火灾监测预警测温关键点，不能对煤矿井下皮带火灾进行及时、准确的预警。因此，结合煤矿井下皮带运输机布置及运行情况，研发符合煤矿井下皮带火灾监测预警需求的测温探点选择方法，对于煤矿井下皮带火灾及时、准确预警具有重要现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于根据煤矿井下皮带运输机布置及运行情况，利用煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，确定皮带火灾监测预警测温关键点，可大大提高皮带火灾监测预警准确度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，搭建皮带火灾模拟实验系统，所述皮带火灾模拟实验系统包括皮带、托辊、三相变频调速电动机、变频器、重锤、系统支架，托辊固定在系统支架上方，托辊上方搭载皮带，皮带的第一端固定在系统支架的第一横梁上，第二端绕过托辊搭在系统支架的第二横梁上，并在皮带的第二端末端悬挂重锤，托辊右侧连接三相变频调速电动机，三相变频调速电动机另外与变频器相连接，调节三相变频调速电动机的转速。
步骤二，在皮带火灾模拟实验系统上布置实验测点：选择以托辊与皮带相切位置的a水平为基准，在皮带上沿a水平向下1.5cm和3cm处分别标记b，c水平；在a水平垂直上方空气中1.5cm和3cm处分别标记为d，e水平，另外托辊中心为f水平；在皮带左右向中间各三分之一处的垂直方向分别记为l1，l2号位置，那么在皮带以及皮带上方就形成了a1，b1，c1，d1，e1；a2，b2，c2，d2，e210个温度测点，托辊两侧端面位置分别标为f1，f2；
步骤三，进行模拟皮带火灾温度场分布规律实验；
步骤四，结合步骤三得到的模拟皮带火灾温度场分布规律，最终选择合适的皮带火灾监测预警测温探点。
进一步地，所述步骤三具体步骤如下：
(1)开启三相变频调速电动机，使托辊转动，记录初始时间、三相变频调速电动机转速、皮带荷载及皮带各温度测点初始温度，之后每隔一定时间记录时间及各测点温度，并使用红外热成像仪拍摄系统温度分布，直至各测点温度随时间趋于稳定；
(2)改变托辊转速，重复实验步骤(1)；
(3)改变皮带悬挂荷载重锤质量，重复实验步骤(1)及步骤(2)；
(4)改变通风情况，重复实验步骤(1)至步骤(3)。
(5)得出皮带火灾温度场分布规律：托辊与皮带相切位置a水平上的点最先开始升温、且升温速率最快，峰值温度最高，是煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点的理想目标。
进一步地，所述步骤(2)的托辊转速为10r/s或6r/s。
进一步地，所述步骤(3)的重锤的总质量为18kg或9kg。
进一步地，所述步骤(4)的通风情况为有机械通风，风速0.73m/s或无机械通风。
进一步地，所述步骤四具体为：寻找合适的位置对托辊上表面a水平上的点进行替代，最终确定通过监测皮带运输机托辊端面f水平上的点的温度变化来定量分析煤矿井下皮带火灾的发生发展情况，从而实现煤矿井下皮带火灾及时、精确预警。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，改变了之前煤矿井下皮带火灾难于监测及由于监测测温探点选择不合理造成的监测结果不准确、预警滞后的现象。本发明为煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点的选择提供了科学的方法，大幅提高煤矿井下皮带火灾预警准确度，保障了煤矿安全生产。
附图说明
图1是皮带火灾模拟实验系统示意图；
图2是实验系统温度测点布置平面示意图；
图3是实验系统沿测线l1左视剖面示意图；
图4是实验系统沿测线l2左视剖面示意图；
图5是载荷18kg、运行速度10r/s工况条件下a水平上的点与f水平上的点温度拟合曲线示意图；
图6是载荷9kg、运行速度6r/s工况条件下a水平上的点与f水平上的点温度拟合曲线示意图；
图中：1、皮带；2、托辊；3、三相变频调速电动机；4、变频器；5、重锤；6、系统支架；61-第一横梁；62-第二横梁；
a1、测线l1与托辊上表面a水平交点；b1、a1温度测点沿l1测线垂直向下1.5cm位置温度测点；c1、a1温度测点沿l1测线垂直向下3cm位置温度测点；d1、a1温度测点垂直向上1.5cm空气位置温度测点；e1、a1温度测点垂直向上3cm空气位置温度测点；f1、托辊左侧端面中心位置点；a2、测线l2与托辊上表面a水平交点；b2、a2温度测点沿l2测线垂直向下1.5cm位置温度测点；c2、a2温度测点沿l2测线垂直向下3cm位置温度测点；d2、a2温度测点垂直向上1.5cm空气位置温度测点；e2、a2温度测点垂直向上3cm空气位置温度测点；f2、托辊右侧端面中心位置点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-图4，一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，搭建皮带火灾模拟实验系统；
所述皮带火灾模拟实验系统包括皮带1、托辊2、三相变频调速电动机3、变频器4、重锤5、系统支架6，托辊2固定在系统支架6上方，托辊2上方搭载皮带1，皮带1的一端固定在系统支架的第一横梁61上，另一端绕过托辊搭在系统支架的第二横梁62上，并在皮带1末端加固的铁板上悬挂重锤5，托辊2右侧连接三相变频调速电动机3，三相变频调速电动机3另外与变频器4相连接，通过变频器4调节三相变频调速电动机3的转速。
系统支架6为三角支架，其中长(l)、宽(w1、w2)、高(h)分别为80cm×(20cm，42cm)×90cm，上部左端安装托辊2(筒身长42cm，直径28cm)。托辊2上方搭载宽40cm的矿用pvc型阻燃运输皮带1。荷载采用若干4.5kg和9kg的可悬挂重锤5，搭配组合使用。托辊2右侧连接三相变频调速电动机3，功率为50w，额定转速为2600r/min，频率为500hz.托辊2速度调节采用三相变频器4，输入电流、电压和频率分别为：11.3a，350～460v及50/60hz，输出电流、电压，功率分别为：6.5a，0～460v及3.0kva.频率范围：0.1～400hz。各实验设备参数参见表1。
表1实验设备型号、参数一览表
步骤二，在皮带火灾模拟实验系统上布置实验测点：
选择以托辊2与皮带1相切位置的a水平为基准，在皮带1上沿此水平向下1.5cm和3cm处分别标记b，c水平；在a水平垂直上方空气中1.5cm和3cm处分别标记为d，e水平；在皮带1左右向中间各三分之一处的垂直方向分别记为l1，l2号位置，那么在皮带1以及皮带1上方就形成了a1，b1，c1，d1，e1；a2，b2，c2，d2，e210个温度测点；另外托辊2两侧端面中心位置分别标为f1，f2。
步骤三，进行模拟皮带火灾温度场分布规律实验研究，实验步骤如下：
(1)开启电动机3，使托辊2转动，记录初始时间、电动机3转速、皮带1荷载及皮带1各测点初始温度。之后每隔一定时间记录时间及各测点温度，并使用红外热成像仪拍摄系统温度分布，直至各测点温度随时间趋于稳定；
(2)改变托辊2转速(10r/s或6r/s)，重复实验步骤(1)；
(3)改变皮带1悬挂荷载重锤5的总质量(18kg或9kg)，重复实验步骤(1)及步骤(2)；
(4)改变通风情况(有机械通风，风速0.73m/s或无机械通风)，重复实验步骤(1)至步骤(3)；
(5)得出皮带火灾温度场分布规律：托辊2与皮带1相切位置a最先开始升温、且升温速率最快，峰值温度最高，是煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点的理想目标。
由上述实验得出，l1，l2测线上的测点温度分布基本相似，说明l1，l2测线上的各对应位置测点温度相近。从升温过程来看，皮带1上a水平上的点和其上方空气中d水平、e水平点温度均在实验前50min内保持加速上升趋势，之后缓慢上升，最后趋于稳定；皮带1下方b水平，c水平点升温始终较为缓慢；f水平上的点则是在实验前60min左右呈较稳定的匀速上升趋势，之后30min上升有所加快，最后趋于稳定。比较各点，a水平、d水平、e水平三点温度相近且最高，b水平、c水平点温度相近且始终较低，f水平上的点温度在实验前期(约25～35min之间)和b水平，c水平点相近，之后则上升介于b水平、c水平点和a水平、d水平、e水平点之间，进而接近后者；温度稳定后，呈现了a＞d＞e＞f＞b＞c的主要规律(其中a、d、e温度相近，b、c温度相近)。托辊2轴承处f水平上的点的温度在实验前约40min内呈现加速度为负的加速上升趋势，之后30min左右升温变快，最后趋于稳定。
通过模拟皮带火灾温度场分布规律实验研究，可以得出，托辊2与皮带1相切位置(即托辊2上表面a水平上的点)最先开始升温、且升温速率最快，峰值温度最高，是煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点的理想目标。
步骤四，结合步骤三得到的模拟皮带火灾温度场分布规律，最终选择合适的皮带火灾监测预警测温探点。
步骤四具体为：由于受煤矿井下皮带运输机布置及运行情况等条件限制，皮带火灾监测预警装置无法直接测量皮带运输机托辊上表面a水平上的点位置。因此，从便于监测的角度考虑，需寻找合适的位置进行替代，但必须保证该位置与托辊上表面a水平上的点温升规律基本一致，且二者间存在一定的关联性(相关系数r2应达到0.9以上)。
通过步骤三实验可知，皮带1与托辊2摩擦产生的热量随时间推移会沿摩擦位置逐渐向外扩散，托辊2两侧端面位置f水平上的点由于持续受到托辊热传导的影响而逐步升温。因此，皮带运输机托辊2两侧端面f水平上的点位置可作为a水平上的点的替代选择，但还需采用数理统计、回归分析的方法，进一步确定f水平上的点与a水平上的点温度变化间的关系，以确保f水平上的点替代a水平上的点作为皮带火灾监测预警测温探点理论可行。分别对载荷18kg、运行速度10r/s和载荷9kg、运行速度6r/s两种工况条件下，a水平上的点与f水平上的点温度随时间变化情况进行拟合，拟合结果如图5和图6所示。
通过采用数理统计、回归分析的方法可以发现，在上述两种不同工况条件下，a水平上的点与f水平上的点均存在二次相关性，相关性系数r2分别达到0.92143和0.95837，均高于0.9，可通过f水平上的点温度，并结合f水平上的点的温度梯度综合判定a水平上的点的温度变化情况。因此，从理论可行、井下实际可操作两方面考虑，最终确定通过监测皮带运输机托辊2端面f水平上的点的温度变化来定量分析煤矿井下皮带火灾的发生发展情况，从而实现煤矿井下皮带火灾及时、精确预警。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
1.一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，搭建皮带火灾模拟实验系统，所述皮带火灾模拟实验系统包括皮带、托辊、三相变频调速电动机、变频器、重锤、系统支架，托辊固定在系统支架上方，托辊上方搭载皮带，皮带的第一端固定在系统支架的第一横梁上，第二端绕过托辊搭在系统支架的第二横梁上，并在皮带的第二端末端悬挂重锤，托辊右侧连接三相变频调速电动机，三相变频调速电动机另外与变频器相连接，调节三相变频调速电动机的转速。
步骤二，在皮带火灾模拟实验系统上布置实验测点：选择以托辊与皮带相切位置的a水平为基准，在皮带上沿a水平向下1.5cm和3cm处分别标记b，c水平；在a水平垂直上方空气中1.5cm和3cm处分别标记为d，e水平，另外托辊中心为f水平；在皮带左右向中间各三分之一处的垂直方向分别记为l1，l2号位置，那么在皮带以及皮带上方就形成了a1，b1，c1，d1，e1；a2，b2，c2，d2，e210个温度测点，托辊两侧端面位置分别标为f1，f2；
步骤三，进行模拟皮带火灾温度场分布规律实验；
步骤四，结合步骤三得到的模拟皮带火灾温度场分布规律，最终选择合适的皮带火灾监测预警测温探点。
2.如权利要求1所述的一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，其特征在于，所述步骤三具体步骤如下：
(1)开启三相变频调速电动机，使托辊转动，记录初始时间、三相变频调速电动机转速、皮带荷载及皮带各温度测点初始温度，之后每隔一定时间记录时间及各测点温度，并使用红外热成像仪拍摄系统温度分布，直至各测点温度随时间趋于稳定；
(2)改变托辊转速，重复实验步骤(1)；
(3)改变皮带悬挂荷载重锤质量，重复实验步骤(1)及步骤(2)；
(4)改变通风情况，重复实验步骤(1)至步骤(3)。
(5)得出皮带火灾温度场分布规律：托辊与皮带相切位置a水平上的点最先开始升温、且升温速率最快，峰值温度最高，是煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点的理想目标。
3.如权利要求2所述的一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，其特征在于，所述步骤(2)的托辊转速为10r/s或6r/s。
4.如权利要求2所述的一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，其特征在于，所述步骤(3)的重锤的总质量为18kg或9kg。
5.如权利要求2所述的一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，其特征在于，所述步骤(4)的通风情况为有机械通风，风速0.73m/s或无机械通风。
6.如权利要求1所述的一种煤矿井下皮带火灾监测预警测温探点选择方法，其特征在于，所述步骤四具体为：寻找合适的位置对托辊上表面a水平上的点进行替代，最终确定通过监测皮带运输机托辊端面f水平上的点的温度变化来定量分析煤矿井下皮带火灾的发生发展情况，从而实现煤矿井下皮带火灾及时、精确预警。
技术总结