特許 7592351 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【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

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20241125BHJP

   G01V 3/08 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 Z

G01V3/08 G

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024171909

(22)【出願日】2024-10-01

【審査請求日】2024-10-01

(31)【優先権主張番号】202311321729.4

(32)【優先日】2023-10-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518411338

【氏名又は名称】山東科技大学

(74)【代理人】

【識別番号】100232862

【弁理士】

【氏名又は名称】王 雪

(72)【発明者】

【氏名】胡 相明

(72)【発明者】

【氏名】董 浩

(72)【発明者】

【氏名】呉 佰謙

(72)【発明者】

【氏名】于 師建

(72)【発明者】

【氏名】王 勝利

(72)【発明者】

【氏名】周 勇

(72)【発明者】

【氏名】▲ショウ▼ 文▲キ▼

(72)【発明者】

【氏名】王 偉

(72)【発明者】

【氏名】呉 明躍

(72)【発明者】

【氏名】王 福生

(72)【発明者】

【氏名】李 麗君

(72)【発明者】

【氏名】宣 豪臻

(72)【発明者】

【氏名】楊 致遠

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１０９８９０１８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３１０７５９７（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０３６２５９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１３８０５２４８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１７６１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６２２４４４３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４－２７／２４

Ｇ０１Ｖ １／００－９９／００

Ｅ２１Ｆ １／００－１７／１８

Ｇ０１Ｊ ５／００－ ５／９０

Ｇ０１Ｎ ３３／００

Ｃ１０Ｌ ５／００

Ｇ０１Ｋ １３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【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。

【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。

【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】

ステップ１：ゴブ坑道の領域に、坑道の長さに応じて複数の電極槽を掘り、電極槽間の距離Ｔは１０ｍである。

【0012】

ステップ２：測定電極と金属アンカーを溶接し、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。

【0013】

ステップ３：金属アンカーを使用して固定し、測定電極を電極槽に埋め込み、無線伝送方式を使用して信号を伝送する。

【0014】

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させる。

【0015】

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伝送し、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伝送して画像の形式に変換する。

【0016】

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。ステップ５において、データ処理モジュールには、データ変換、修正的なデータ処理、実質的なデータ処理、二次元反転、マッピングへの分析などのプロセスが含まれる。

【発明の効果】

【0017】

上記の説明からわかるように、本解決策は、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、金属アンカーを使用して測定電極を接続させる方法で、アンカーを利用して自然電位信号を自然電位処理装置に伝送して処理することによって、自然電位信号をリアルタイムで監視する。この方法によって、ゴブ上部の火災危険の位置をより直感的かつ正確に特定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明による具体的な実施形態の原理を示すブロック図である。

【図2】本発明に係る坑内石炭自然発火探出システムのゴブ坑道における配置を示す概略図である。

【図3】自然電位検出装置の配置を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の具体的な実施形態における技術的解決策は、本発明の具体的な実施形態における添付図面を結合して、以下に明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される具体的な実施形態は、本発明の具体的な実施形態にすぎず、すべての具体的な実施形態ではない。本発明の具体的な実施形態に基づいて、当業者によって創造的な努力なしに得られた他のすべての具体的な実施形態は、いずれも本発明の保護の範囲内に属する。

【0020】

本明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明することのみを意図しており、本出願による例示的な実施形態を限定することを意図していないことに留意されたい。本明細書で使用される場合、文脈が明確に別段の指示をしない限り、単数形は複数形も含むことが意図される。また、本明細書で「含む」及び／または「包括する」という用語が使用される場合、これは、特徴、ステップ、操作、デバイス、コンポーネント及び／またはそれらの組み合わせの存在を示す。

【0021】

図面から分かるように、本発明の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４を備える。前記自然電位検出装置は、測定電極１、参照電極３及び金属アンカー２を備える。ここで、測定電極１は、ゴブ坑道の天板に設置され、測定電極１は金属アンカー２に固定され、且つ測定電極１は金属アンカー２を介して参照電極３に無線接続される。前記自然電位処理装置４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る。すべての測定電極１は参照電極３に無線接続され、測定電極 １は自然電位信号をリアルタイムでモニターし、金属アンカー２により信号の伝播を強化し、その信号を下方の自然電位処理装置に送信し、その後、自然電位処理装置によりデータの変換、処理、反転を実施し、最終的に画像形式に変換する。

【0022】

前記測定電極１は電極槽内に設置され、且つ金属アンカー２で測定電極を固定し、ゴブ坑道の天板に埋め込む。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、且つ測定電極は、隣接する電極槽間の距離が１０ｍになるように均一に分布される。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。非分極性の磁性ロッド電極は、電気特性が比較的安定しているため、モニタリング・データの精度と安定性を確保できる。

【0023】

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電気的に接続され、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。

【0024】

上記システムを使用した自然電位法に基づく、坑内石炭自然発火検出方法は、以下のステップを含む。

【0025】

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り、電極槽間の距離Ｔは１０ｍである。

【0026】

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。外部からの損傷を回避するために、ローパスフィルター及びデータ収集カードは、保護ボックスに入れることができる。

【0027】

ステップ３：金属アンカーを用いて固定し、測定電極を電極槽に埋め込み、１つの測定電極を各電極槽に設置し、無線伝送方式を使用して信号を伝送する。各装置の接続が正常であることを確認した後でのみ、測定を行うことができる。

【0028】

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させる。

【0029】

ステップ５：金属アンカーを利用して信号の伝播を強化させ、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伝送し、データ処理モジュールは、収集時間、測定電極番号、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伝送して画像の形式に変換する。

【0030】

本発明の具体的な実施形態を示し、説明したが、当業者であれば、本発明の原理及び精神から逸脱することなく、これらの具体的な実施形態に対して様々な変更、修正、置換及び変形を行うことができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって限定されることが理解できる。
符号の説明
１：測定電極
２：金属アンカー
３：参照電極
４：自然電位処理装置

【要約】

本発明は、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。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、前記２つの電極はデータ処理モジュールに無線接続される。本発明は、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

【図1】

【図2】

【図3】