煤矸石山防自燃温度监测报警系统-电子发烧友网

一、煤矸石煤场场监测系统项目背景
煤矸石是采煤和洗煤过程中的排弃物，含碳量较低、比煤坚硬的黑色岩石，通常占采煤量的15% ～ 20%，其年产量约占煤炭总产量的十分之一。据不统计，国有煤矿现有煤矸石山6000余座，堆积量50亿吨以上，占我国工业固体废物排放总量的40％以上。目前，随着综采机械化的提高及煤炭资源的大量利用，使得煤矸石的产生量逐年增加，为了节约土地利用率一般都是将煤矸石山堆积成山，但是长期的堆放以及氧化作用下会使得煤矸石内部温度急剧升高导致自燃。

煤矸石的主要成分是Al2O3、SiO2、SO3等，其自燃过程中会产生大量的有害气体，污染空气、土壤以及饮用水源，危害人们身体健康。在人们环保意识不断提高、环保问题备受关注的今天，如何防治煤矸石自燃，就显得尤其重要。煤矸石的自燃对生态环境和人类的安全健康都具有不良影响，通过对煤矸石的组成成分、自燃的条件及特征等的探索，提出对煤矸石自燃的灭火技术及防治措施，因此采取积极有效的措施对于预防煤矸石山自燃是亟待解决的问题。

《煤矿矸石山灾害预防与治理工作指导意见》中指出对于预防煤矸石山自燃应定期测温及预测、预警预报机制。目前常规的测温技术多采用红外热成像技术，其在实施过程中主要存在以下几个问题：
1、红外热成像技术对表层温度感知较、准确，对于内部深层的温度很难有效捕捉；
2、煤矸石山一般较大，利用红外热技术探测温度工作量大、费时费力；
3、对于感知的温度异常区很难准确判断异常位置；
4、煤矸石山释放的有害气体会对操作人员身体健康带来伤害；
5、不能实时监测及把握温度分布。

公司研发的一种能够对煤矸石山进行实时、操作便捷、适用性强的自燃预防监测系统大大的解决了现有煤矸石山温度监测不完善的问题。提供：煤矸石山防自燃温度监测报警系统，远距离煤矸石山温度场探测，自燃煤矸石山温度，煤矸石山表面温度场测量方法，煤矸石山自燃温度监测系统_煤矸石山远程无线LORA测温采集系统厂家公司。lora无线LORA测温的优点

1. 传输距离远
lora无线LORA测温在市面上收欢迎主要的原因之一，就是在同等功率下的条件下，lora无线LORA测温传输距离都会超过其他系列的无线LORA测温。例如无线LORA测温采集lora1276-C1和RF4432PRO无线LORA测温的功率都是100mw，但lora1276-C1模块的传输距离有5公里，RF4432PRO模块的传输距离只有1.4公里，差距一目了然。

2. 功耗低
无线通讯领域中，有一个由来已久的问题，如何在无线LORA测温超长传输距离的同时，保持模块的低功耗；这个问题直至lora模块的推出才得以解决。这也是lora模块在市面上广受欢迎的一个主要因素。

3. 抗干扰能力强
lora无线LORA测温的lora调制模式具有很强的抗干扰性，相比较传统的GFSK、FSK等调制方式，lora调制模式拥有出色的扩频调制及前向纠错技术，甚至可以做到将数据从噪声中分辨提取出来。无线LORA测温的抗干扰行越强，可以使传输的数据更加稳定且可靠。

4. 灵敏度高
LoRa无线LORA测温的lora调制技术对信号进行独有的扩频功能，在等同的数据速率条件下，它的扩频调制方式可以获得比传统GFSK、FSK等调制方式高8-10dB的灵敏度。无线LORA测温的传输距离越远时，信号就会越弱，这是灵敏度越高的模块，就能接收更加微弱的信号，这也是灵敏度越高时，传输距离越远的原理。

lora无线LORA测温的缺点

1. 传输速率低

很多人都只知道lora模块传输距离远的优点，但不明白为什么lora模块为什么可以传输的那么远。其实，lora模块是牺牲了空中数据传输速率，来达到超远传输距离。在无线通讯领域中，模块的传输速率越高，传输距离就越近，因为速率越高时，信号越容易衰弱；传输速率越低时，则反之。所以如果我们是对传输速率有要求的项目时，选择lora模块是一个不明智的选择。

2. 成本

在无线LORA测温采集众多的无线LORA测温种类中，lora模块相比较GFSK、FSK系列的RF模块来说，成本是相对贵上一点，但如果不是在项目经费特别紧张的情况下，我司会选择lora模块，它的各项参数性能在各类无线LORA测温中确实是指的。

二、煤堆自燃的原因

2.1、煤矸石自燃的原因

关于煤矸石自燃的原因，主要有硫铁矿氧化学说和煤氧复合自燃学说。硫铁矿氧化学说是目前解释煤矸石自燃的主要理论。它认为，煤矸石中的硫铁矿在低温下发生氧化，产生热量并不断聚积，使煤矸石内温度聚集，引起煤矸石中的煤和可燃物燃烧起来，从而导致煤矸石自燃。而煤氧复合自燃学说则认为煤矸石中通常夹带着10 %～ 25 %的碳质可燃物，在常温下，煤矸石中的煤会发生缓慢的氧化反应，同时放出热量，当热量聚积到一定温度时，便可引起可燃物自燃，从而导致矸石山自燃。

2.2、煤矸石自燃的条件

煤矸石山发生自燃须具备以下条件：

1、煤矸石具有自燃倾向性；
2、有连续的氧气供给；
3、有热量积聚的环境；
4、以上条件应维持时间已达到自燃点。
其中条件1为煤矸石发生自燃的内部特征，2、3为其自燃的外部条件。煤矸石中的可燃物主要是黄铁矿和煤，而氧气及热量积聚的环境，与其堆积结构有关。矸石山在自然堆放(平地或顺坡堆放)过程中，均会发生粒度偏析，在矸石山内产生“烟囱效应”。氧化产生的热量，一部分由“烟囱效应”随空气带出，另一部分则积聚在矸石山中。当某一局部温度达到自燃点时便引起自燃，且逐步向四周蔓延。

2.3、煤矸石山燃烧特点
煤矸石山自燃具有以下四个特点:燃烧先从煤矸石山内的中部开始;属于不燃烧。

1、燃烧首先从煤矸石山内的中部开始

煤矸石山的自燃除了本身条件之外，主要取决于供氧条件。氧是沿着煤矸石之间的空隙和孔道向内部补给的。煤矸石山内的中部有利于氧化反应生成热的积聚，所以燃烧首先在这里开始。自燃后，燃烧区的温度可达到800 ～ 1000℃。

2、煤矸石山的燃烧性质——— 不燃烧

在自燃之前，煤矸石山中的空隙和孔道为黄铁矿和炭质可燃物的氧化提供空气;在自燃之后，它们又为可燃物质燃烧补给空气。由于煤矸石山的燃烧首先从中部开始，因此通过空隙和孔道输送空气的速度比较缓慢;另外空隙和孔道较小，氧气供应不充分。所以从整体上说，矸石山燃烧是在供氧量不足情况下进行的，其燃烧性质属于不燃烧。不燃烧的结果除产生二氧化硫和二氧化碳外，还产生大量一氧化碳、硫化氢和碳氢化合物等，从而造成大气环境的污染。煤矸石山燃烧速度缓慢，燃烧时间长，一座大型煤矸石山往往要燃烧十多年，甚至几十年的时间。

3、煤矸石山在雨季有危险

燃烧的煤矸石山在雨季有可能发生爆炸，尽管几率较小，但是爆炸一旦发生，有可能危害人们的生命与安全。降雨时，大量水喷洒到燃烧的煤矸石山上，并渗透到煤矸石山内温度高达800 ～ 1000℃的燃烧区，导致水变成蒸汽并与赤热的碳发生化学反应，生成氢气和一氧化碳。大量氢气和一氧化碳使气体体积增大。由于煤矸石之间空隙和孔道狭小，大量气体来不及释放，导致压力急剧增高而发生爆炸。另一方面，氢气和一氧化碳的急剧增加，它们本身也会发生爆炸。

4、可燃物质燃烬

煤矸石自燃并燃烬。

2.4、煤矸石自燃的影响因素

影响煤矸石自燃的主要因素有:硫铁矿含量、水分、矸石的粒径和温度等。

1、硫铁矿在常温下，煤矸石中的硫铁矿被空气氧化并放出能量。如果硫铁矿在煤中呈星状分布，其颗粒与碳物质连结在一起，就更易氧化自燃，因而硫铁矿集中的区域，往往是自燃的中心区。但是，有的煤矸石中硫铁矿含量很高却不自燃，有的含硫量很低却又非常，这与煤矸石的堆存方式、气候环境、水分的高低等有很大的关系，同时也说明硫铁矿的存在是煤矸石自燃的重要因素。

2、水分的影响主要表现在两个方面。其一，水分能促进煤的氧化。雨水、空气中的水分，被煤和含碳质表面吸附后产生吸附热，会促进煤和含碳质的氧化。这是煤矸石自燃的外因和条件。试验证明，当空气中湿度低于15 %时，煤矸石的吸氧量随湿度的增加而增加，当煤的湿度增加到10 %～ 15 %时，吸氧量达到上限值。其二，水分能降低煤的着火温度。在一定含水量范围内，随含水量的增加，煤的着火温度下降。当煤的含水量达20 %时，其着火温度比干燥时降低80%以上。另外，水分还能加速煤矸石自燃的燃烧速度。因此当用注水法灭火时，如果注水不充分，反而会加剧矸石山的自燃。

3、矸石粒径一般说来，粒径组成决定了煤矸石的透气性。粒径太小，渗入的氧气在矸石堆表面就消耗掉了，难以渗入煤矸石堆深部;粒径太大，氧化产生的热量容易散发，不易引起自燃。研究认为，煤矸石的颗粒平均有效直径在6 ～ 13mm 左右时，矸石山具有好的氧化升温及蓄热的条件，产生自燃的可能性大。

4、温度煤矸石的自燃一般经过缓慢反应- 自动加速反应- 燃烧三个过程。在初始阶段，煤矸石中的硫铁矿和有机碳质在常温下缓慢反应，放出热量，使煤矸石逐渐升温。当煤矸石达到临界温度时，若燃料和氧气供应充足，燃烧就会稳定地进行。煤矸石自燃的临界温度约为350 ℃，这对于灭火有着重要的指导意义。

三、有效手段了解整个煤矸石山内部温度情况

目前市场上检测煤矸石山自燃的产品的局限性：

人工巡检是现场通行的作法，但是靠一两个工人扛2米的温度计巡逻根本达不到有效测量密度，热电阻插入煤堆需要几分钟才可以测量准确，而且煤矸石山很多地方行走不便，煤场环境恶劣，安排太多的人测温也非常不安全;

还有使用红外温枪或热成像设备，该类设备都只能测量表面温度，煤矸石山自热自燃主要从内部开始，所以达不到使用目的，导致选型失败。所以现场明知预防自热自燃的重要性，却无可奈何。

3.1、煤矸石山测点位置及深度选择方法

我公司与多家设计单位联合对煤矸石山温度场进行连续监测研究，发现煤矸石山内部温度有规律变化。

受到供氧量和散热条件的制约，煤堆自燃的发源点主要发生在煤堆侧表面以内3米到8米深度范围内。首先观察3米以内深度范围，因为紧邻空气，煤矸石的散热量大于发热量，所以煤自热初期所发出的热量，不能得到有效积累，不能导致温度明显升高，所以这个区域的煤很难自燃；观察从煤堆斜面以内4米深度至煤堆中心的范围，虽然温度很快，但是因为氧气供应量太少，无法为煤发热提供足够的氧气，所以很难自燃。所以，当我们观察到煤矸石山表面某处冒汽冒烟时，并不是表皮首先发热自燃，而是内部区域经过一段时间的自燃，把热量传递出来，形成的结果。所以观察表面发热自燃只是治标，观察煤矸石山内部区域发热自燃才是治本。

3.2、煤矸石山测点位置的选择

测点越密集，发现煤的发热现象就越早，但是测量设备的购置和维护成本就越高；反之，测点太稀疏，等到发现自燃现象就太晚了，自燃感染的区域就太大了。综合考虑，既不能让自燃的感染区域太大，也不能使设备的购置和维护成本太高，我们往往选择沿着煤堆斜面，间隔20米的距离，布置一支测温探头。

考虑到很多煤场的储煤有不同的来源、批次、煤质等差异，所以也可以采用每个批次插入至少一支探头的策略，该测点就能比较好的反应该批次储煤的发热自燃情况。

3.3、煤矸石山测温点的布置方法

每个煤矸石山都具有地理、气候、形状、土建结构方面的个性，所以煤矸石山负责人经过长期管理实践，也会发现该煤场的发热自燃现象，可以根据这些现象有针对性的布置测温点。

解决方案：

LoRa无线温湿度传感器基于LoRa私有协议，是公司通过传感器与LoRa模块开发的一种经济型温湿度传感器，可置于冷库、仓库、大棚、粮仓等。可检测室温度与机器温度。

四、煤矸石山无线LORA测温采集系统硬件介绍

4.1、无线LORA测温采集终端(电池供电)：

内置锂电池供电，可以实时采集煤堆内部温度，并实时发射出去。无线接收机与上位机通讯。可修改不同地址的模块，由此可以达到多个模块通过无线方式共同组网的应用。内置看门狗可长期运行。

技术参数：

频率范围：433MHZ～434.79MHZ（免申请）
输出功率：+20dbm
传输距离：≥800m(无阻挡)
发射电流：90mA
测量循环周期：t*5秒（可按用户要求设置）
电源：电池（可更换）
电池及整机寿命：2～8年（视测量时间间隔而定）

低功耗：低功耗高灵敏度，采用锂电池，待机电流2微安
测温范围：-200度—1100度。（范围可选）

准确性：测量精度可达±0.5℃%
稳定性：高绝缘性和抗电磁场干扰性
灵活性：用户可根据自己的需求，灵活、方便的设置参数，便于安装维护
保密性：可透明传输，也可以数据加密
防水级别：IP66

LORA网关通过“无线接收机”接收现场各个温度点的信号，现场每个温度点都有的编号与上位机软件一一对应。整个系统组网可以对大型场地进行6千多温度点的实时集中监测。

4.2、无线温度传感器工作原理图

无线接收机用来接收传感器的数据，并把数据汇报给监控电脑，通过软件显示出来。一个煤场，一台无线接收机可以带2000个无线LORA测温采集终端。无线接收机内部插入开通流量的手机卡利用GPRS无线传输与上位机电脑实时通讯，上电后自动启动，开始接收数据。热电偶温度传感器与无线LORA测温采集配套，测量-200-1100℃范围内的液体、气体介质以及固体表面等的温度耐高温材质不锈钢保护管直径，广泛用于石油、化工、机械、冶金、电力、轻纺、食品、原子能、宇航等工。在业部门和科技领域，装配热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。直径可以定做Φ3mm Φ4mm Φ5mm Φ6mm Φ8mm ....

工作原理

铠装热电偶的电极是由两根不同导体的金属材料组成，当测量端与参比端在温差时，就会产生热电势，这种电势就叫输出的毫伏信号（mV），工作仪表就会利用这一原理进行转换处理这种热电势，使其能够显示出所对应的温度值。长度：L=300mm 350mm 400mm 500mm 600mm ....... 长度可以定制

五、煤矸石山温度场监测防自燃系统特点：

◆无线LORA测温采集终端型号：IDM-102AP
◆测量范围： -200℃～1100℃
◆测量精度：温度±0.2℃
◆分辨率：温度0.1℃
◆通讯接口：无线发射，可选RS-485、RS-232。
◆数据记录：跟踪温度随环境等的变化，自动记录温度数据，温度记录联机实时保存至电脑硬盘
◆报警输出：设定报警温度，画面温度数据会不停闪烁并输出报警声音（温度过高、过低报警等）。
◆电脑上可以实时监控温度、记录温度、查询温度、输出温度报警、打印温度报表、查看温度历史曲线等。
◆根据客户需求还可以增加“短信预警”功能（温度过高时自动发送短信报警信息到相关人员手机上）。
◆对于客户进行二次开发需要，可提供通讯协议及相关技术支持。
◆采用工业电路板全隔离设计，控制器都具有较强的防雷措施。