一種煤堆發(fā)火期的計算方法和煤場防自燃監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機數(shù)據(jù)處理領域，具體涉及一種煤堆發(fā)火期的計算方法和煤場防 自燃監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 煤炭自燃是自然界存在的一種客觀現(xiàn)象，從化學中可知，自燃是物質在空氣中發(fā) 生氧化作用而自動發(fā)生燃燒的現(xiàn)象，而燃燒則是物質劇烈氧化而發(fā)光、發(fā)熱的一種化學現(xiàn) 象，由此可知，煤炭自燃是煤長期與空氣中的氧接觸，發(fā)生物理、化學作用的結果。
[0003] 為改變傳統(tǒng)露天條形煤場要相應增大場地面積來提高貯煤量、減少對周邊空氣水 源污染等問題，封閉式圓形煤場以其能提高場地利用率，增加貯煤容量，縮小占地面積， 環(huán)保性能突出，以及其配套設備技術先進、程控水平高等特點而被廣泛運用。封閉式圓形 煤場優(yōu)點很多，但缺點也同樣突出：封閉式圓形煤場里煤堆易發(fā)生自燃，自燃明火及煙氣 對煤場安全生產(chǎn)有嚴重威脅，同時自燃還會造成重大的經(jīng)濟損失。因此需要采取有效的措 施監(jiān)測儲煤期間煤炭自燃的趨勢，確保煤場的安全運行。
[0004] 現(xiàn)有技術通常是利用溫度傳感器監(jiān)測煤場煤堆的溫度，然后通過溫度直接判斷煤 堆的狀態(tài)，并進行預警。但是煤堆自燃過程非常復雜，一般要經(jīng)過潛伏期、自熱期和燃燒期 三個階段，潛伏期溫度變化較小，無法通過監(jiān)測溫度的變化預測自燃發(fā)生時間，而自熱期煤 溫上升急劇加快，此時可能已造成損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的問題是現(xiàn)有技術不能準確地預測煤堆自燃發(fā)生時間。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種煤堆發(fā)火期的計算方法，包括：
[0007] 根據(jù)煤堆溫度、所述煤堆的高度、所述煤堆頂部到中心的距離、所述煤堆的堆積角 度、所述煤堆的圓周角度、煤的密度、煤的含碳量、煤的揮發(fā)分含量計算熱損失值；
[0008] 利用所述煤堆溫度、所述熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導率計算煤堆發(fā)火期。
[0009] 優(yōu)選地，所述根據(jù)煤堆溫度、所述煤堆的高度、所述煤堆頂部到中心的距離、所述 煤堆的堆積角度、所述煤堆的圓周角度、煤的密度、煤的含碳量、煤的揮發(fā)分含量計算熱損 失值包括：
[0010] 利用下列公式計算所述熱損失值：
[0012]其中 Q 為所述熱損失值，
S2= hcos Θ+2dsin Θ，C = I. 64e L53Cad/ u+0. 79, λ = -〇. 40e 25, h為所述煤堆的高度，d為所述煤堆頂部到中心的距 離，Θ為所述煤堆的堆積角度，α為所述煤堆的圓周角度，p為煤的密度，Cad為煤的含碳 量，Vad為煤的揮發(fā)分含量，τ是所述煤堆溫度，t(〇是溫度系數(shù)，a(〇是溫度隨深度分 布的二次項系數(shù)。
[0013] 優(yōu)選地，所述t(T) = 2·96τ+34·22,所述 a(T) =-12·39τ-9·69。
[0014] 優(yōu)選地，所述利用所述煤堆溫度、所述熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導率計算煤 堆發(fā)火期包括：
[0015] 利用徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算所述煤堆發(fā)火期，其中所述煤堆溫度、所述熱損失值、 煤的比熱容、煤的熱導率為所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入值，所述煤堆發(fā)火期為所述徑向 神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出結果。
[0016] 優(yōu)選地，所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入層包括所述煤堆溫度、所述熱損失值、煤的 比熱容、煤的熱導率；
[0017] 所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型的隱層輸出值為
[0019] 其中，Qm為所述隱層輸出值，X為輸入層的值，Cni為聚類中心、 〇 "為方差；
[0020] 所述徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型的規(guī)則層輸出值為
[0022] 其中，Z1為規(guī)則層輸出值，a u是隱層連接權重；
[0023] 所述煤堆發(fā)火期為
[0025] 其中，y(X)為所述煤堆發(fā)火期，CO1是規(guī)則層連接權重，b 1是常數(shù)項參數(shù)。
[0026] 優(yōu)選地，所述煤堆溫度為所述煤堆表面以下2米處的溫度。
[0027] 本發(fā)明還提供一種煤場防自燃監(jiān)測系統(tǒng)，包括：溫度采集單元，設置于被監(jiān)測煤堆 中，用于采集并發(fā)送所述煤堆的溫度；數(shù)據(jù)處理端，用于接收所述煤堆的溫度，并利用上述 煤堆發(fā)火期的計算方法計算所述煤堆的發(fā)火期。
[0028] 優(yōu)選地，所述溫度采集單元包括溫度傳感器、通信模塊和判斷模塊，其中所述溫度 傳感器用于采集所述煤堆的溫度，所述通信模塊用于向所述數(shù)據(jù)處理端發(fā)送所述煤堆的溫 度，所述判斷模塊用于判斷所述溫度傳感器采集到的煤堆溫度，當所述煤堆溫度低于預設 閾值時，關閉所述通信模塊，當所述煤堆溫度高于預設閾值時，開啟所述通信模塊。
[0029] 優(yōu)選地，所述通信模塊為Zigbee模塊。
[0030] 優(yōu)選地，所述溫度采集單元設置在所述煤堆表面以下2米處。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明提供的煤堆發(fā)火期的計算方法和煤場防自燃監(jiān)測系統(tǒng)，通過煤堆的多 種實際物理參數(shù)計算出煤堆的熱損失值，然后利用當前的煤堆溫度、煤堆的熱損失值、煤的 比熱容、煤的熱導率準確地計算出煤堆發(fā)火期，以便相關人員清楚地了解煤堆將要發(fā)生自 燃的時間，以便在煤堆自然之前進行處理，由此可以提高儲煤場所的安全性。
[0032] 本發(fā)明利用徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算所述煤堆發(fā)火期，以煤堆溫度、煤堆熱損失值、 煤的比熱容、煤的熱導率作為徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入值，煤堆發(fā)火期為徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模 型的輸出結果，由于徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型具有極強的非線性逼近能力，能夠真實地刻畫出輸 入變量與輸出變量之間的非線性關系，因此利用徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算出的發(fā)火期更準 確。
【附圖說明】
[0033] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結合 附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的煤場防自燃監(jiān)測系統(tǒng)結構圖；
[0035] 圖2是利用本發(fā)明實施例的煤堆發(fā)火期的計算方法計算出的煤堆熱損失曲線圖；
[0036] 圖3是本發(fā)明實施例的煤堆發(fā)火期的計算方法應用的徑向神經(jīng)網(wǎng)絡模型結構示 意圖。
【具體實施方式】
[0037] 圖1示出了一種煤場防自燃監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理終端12和多個溫度采 集單元11，溫度采集單元11設置在煤堆之中，并通過有線或無線方式向數(shù)據(jù)處理終端12發(fā) 送溫度信息。
[0038] 本發(fā)明實施例提供一種煤堆發(fā)火期的計算方法，該方法可以由上述數(shù)據(jù)處理終端 執(zhí)行，該方法包括如下步驟：
[0039] S1，獲取某個煤堆當前的溫度，以及該煤堆的多種物理數(shù)據(jù)，具體是煤堆高度、煤 堆頂部到中心的距離、煤堆的堆積角度、煤堆的圓周角度、煤的密度、煤的含碳量、煤的揮發(fā) 分含量；其中，溫度信息可以通過上述溫度采集單元獲取，其它物理信息可以通過測量獲 取，為了使最終計算結果更加準確，上述溫度優(yōu)選為煤堆表面以下2米處的溫度，例如對于 較高的煤堆可以將上述溫度采集單元設置在煤堆頂部以下2米處，經(jīng)過現(xiàn)場試驗測定，煤 堆表面以下2米處是最易發(fā)生自燃的區(qū)域，升溫最快。
[0040] S2,利用上述信息計算熱損失值Q，本領域技術人員可以理解，熱損失值是指物體 向外界散失的熱量，熱損失值的計算方法有多種，針對不同的物體，應當利用物體的形狀、 物理參數(shù)等特性計算熱損失值，本發(fā)明可以利用任意一種現(xiàn)有的計算方法計算熱損失值Q。 而為了使計算結果更準確，本實施例提供一種針對煤堆的熱損失值計算方式，即本發(fā)明可 以按照下列公式進行計算：
[0042] 其中，
S2= hcos Θ+2dsin Θ，C = I. 64e L53Cad/Vad+0. 79，λ = -0.40ea72ead/Vad+0.25，h為煤堆的高度，d為煤堆頂部到中心的距離，θ為煤堆的堆積角 度，a為煤堆的圓周角度，ρ為煤的密度，Cad為煤的含碳量，Vad為煤的揮發(fā)分含量，τ 是煤堆溫度，t(〇是溫度系數(shù)，取值隨溫度增加而增大，通過實驗測定可優(yōu)選為t(〇 = 2. 96 τ +34. 22, a( τ )是溫度隨深度分布的二次項系數(shù)，取值隨溫度增加而減小，通過實驗 測定可優(yōu)選為a( τ ) = -12. 39 τ -9. 69。
[0043] 圖2示出了多個不同煤種的熱損失曲線，其中每一條曲線是一個煤堆的熱損失曲 線，圖中橫軸表示時間，縱軸表示熱損失值，單位為MJ/kg，上述計算方式充分考慮了煤堆以 及煤種的特性，計算出的熱損失值更加準確且有針對性。
[0044] S3,利用當前的煤堆溫度、上述熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導率計算煤堆發(fā)火 期，上述四種數(shù)據(jù)與煤堆發(fā)火期的關系并非線性關系，因此應當利用具有非線性逼近能力 的算法，以上述煤堆溫度、熱損失值、煤的比熱容、煤的熱導率為輸入值，計算出煤堆發(fā)火 期，本領域技術人員可以理解，現(xiàn)有的多種神經(jīng)網(wǎng)絡模型均可以用于計算上述煤堆發(fā)火期。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明實施例提供的煤堆發(fā)火期的計算方法，通過煤堆