煤矸石采空區(qū)無線測溫方案

• 星型+多跳中繼：巷道內(nèi)每200米部署測溫節(jié)點(diǎn)，復(fù)雜區(qū)域通過中繼器延伸覆蓋。
• 雙頻冗余：使用433MHz與868MHz雙頻段規(guī)避同頻干擾。

三、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1. 自適應(yīng)采樣機(jī)制

• 常規(guī)模式：每小時上傳1次數(shù)據(jù)（靜態(tài)功耗＜10μA）。
• 異常觸發(fā)：溫度＞60℃時自動切換至每分鐘高頻采樣。

2. 數(shù)據(jù)安全傳輸

• AES-128加密：防止數(shù)據(jù)篡改與非法接入。
• 心跳包校驗(yàn)：每6小時發(fā)送設(shè)備狀態(tài)，離線立即告警。

3. 溫度預(yù)警算法

• 三級預(yù)警模型：
  1. 黃色預(yù)警：單點(diǎn)溫度＞80℃持續(xù)10分鐘。
  2. 橙色預(yù)警：相鄰3節(jié)點(diǎn)溫差＞20℃/小時。
  3. 紅色預(yù)警：AI模型判定自燃概率＞90%（基于歷史數(shù)據(jù)與熱擴(kuò)散模擬）。

四、部署實(shí)施方案

1. 節(jié)點(diǎn)布設(shè)策略

在熱管裝置布置時，要求數(shù)根熱管裝置的有效作用半徑盡量地能包圍或覆蓋矸石層需要降溫區(qū)的水平截面積，并以此確定熱管的根數(shù)、熱管裝置間距以及熱管和矸石降溫區(qū)的距離。但過多密集地布置熱管裝置，勢必會增加工程的投資費(fèi)用，而從技術(shù)上來講，也是沒有意義，相反，熱管裝置布置的太少，又難以有效地抑制矸石降溫區(qū)的升溫，從而造成矸石降溫區(qū)的降溫效果減弱。因此，內(nèi)蒙古德明電子科技有限公司產(chǎn)品解決方案要視具體的應(yīng)用對象，根據(jù)矸石的特性、氣象條件以及矸石降溫區(qū)的結(jié)構(gòu)等。由模型計(jì)算得到熱管裝置的有效作用半徑，并以此為依據(jù)，確定熱管裝置的幾何參數(shù)，合理地規(guī)劃和布置熱管裝置，以求達(dá)到技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

設(shè)計(jì)中要考慮熱管裝置完成治理后的回收再用。通過對熱管裝置溫度測量監(jiān)視內(nèi)部熱量散熱情況，當(dāng)內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)計(jì)最終溫度，取出熱管用于其他發(fā)熱區(qū)散熱治理。需要注意，抽取熱管后要對熱管形成的孔進(jìn)行封閉，防止大量空氣進(jìn)人矸石山內(nèi)部，造成矸石山復(fù)燃（熱）。

根據(jù)監(jiān)測區(qū)布點(diǎn)情況，利用手持GPS結(jié)合測繩進(jìn)行測點(diǎn)定位，采用輕型便攜鉆機(jī)鉆孔。
（1）鉆孔（成孔深度為2米）
將取土鉆豎直于地面以及坡面，雙手緊握手柄順時針下壓慢速轉(zhuǎn)動。不要太用力，務(wù)必慢速多轉(zhuǎn)幾圈,防止鉆頭跑偏至孔洞打歪。將取土鉆從孔洞中取出，反復(fù)持續(xù)上述打孔、取土，并在此過程中嘗試性地將測溫管輕放入孔洞中(請勿將設(shè)備用力觸底)，以測試孔洞的深度是否合適。若有卡頓，則使用取土鉆修正，保證后邊傳感器放入、取出都比較順暢，直到孔深與測溫管所標(biāo)識的安裝位置齊平，打孔完成。
（2）測溫管（埋深2米，露出地面高度30厘米，熱電偶露出地面40厘米）
將溫度傳感器插入測溫管中，中間縫隙用細(xì)沙填補(bǔ)，測溫管與傳感器銜接的地方用密封膠密封，要封堵作防雨處理，防止雨水流入孔內(nèi)，此時完成傳感器的埋設(shè)。實(shí)物示意圖：

無線溫度傳感器工作示意圖
（3）布點(diǎn)原則：
按照溫度分區(qū)圖進(jìn)行不同密度的布設(shè)，布設(shè)方法按照“梅花形”布設(shè)，在發(fā)火區(qū)傳感器每個傳感器間隔15米，蓄熱區(qū)傳感器每個傳感器間隔12米，臨界區(qū)傳感器每個間隔20米，完成測溫點(diǎn)位布置，布點(diǎn)數(shù)量符合產(chǎn)酸溫度監(jiān)測預(yù)警要求及甲方工程驗(yàn)收要求。

• 分層監(jiān)測：
  • 淺層（0-5m）：間距50m，監(jiān)測地表氧化發(fā)熱。
  • 深層（5-20m）：鉆孔埋入耐高溫節(jié)點(diǎn)，間距100m。
• 重點(diǎn)區(qū)域強(qiáng)化：煤矸石堆積區(qū)、通風(fēng)死角加密至30m/節(jié)點(diǎn)。

2. 安裝流程

1. 地質(zhì)雷達(dá)掃描確定空區(qū)范圍與結(jié)構(gòu)。
2. 鉆孔埋設(shè)深層節(jié)點(diǎn)（耐壓管防護(hù)），淺層節(jié)點(diǎn)固定于巷道支架。
3. 網(wǎng)關(guān)部署于通風(fēng)井口或高位硐室（避免遮擋）。

3. 維護(hù)機(jī)制

• 自檢系統(tǒng)：節(jié)點(diǎn)電壓、信號強(qiáng)度遠(yuǎn)程監(jiān)控。
• 機(jī)器人巡檢：搭載UWB定位的巡檢機(jī)器人定期更換電池/故障節(jié)點(diǎn)。

五、性能指標(biāo)驗(yàn)證

六、經(jīng)濟(jì)效益分析

1. 直接成本節(jié)約：
   • 替代人工巡檢：單礦年節(jié)省人力成本約120萬元。
   • 減少滅火投入：早期預(yù)警降低90%火災(zāi)撲救費(fèi)用（案例：山西某礦年損失減少800萬元）。
2. 產(chǎn)能保護(hù)：
   • 避免因火災(zāi)導(dǎo)致的停產(chǎn)，保障年產(chǎn)300萬噸煤礦連續(xù)運(yùn)行。

軟件監(jiān)測平臺：

七、挑戰(zhàn)與解決方案

八、應(yīng)用案例

陜西某煤礦采空區(qū)監(jiān)測項(xiàng)目

• 部署規(guī)模：320個測溫節(jié)點(diǎn) + 8臺網(wǎng)關(guān)，覆蓋4.5km2采空區(qū)。
• 成效：
  • 6個月內(nèi)預(yù)警3次潛在自燃事件，及時注氮處理避免火災(zāi)。
  • 運(yùn)維成本降低65%，系統(tǒng)ROI（投資回報率）達(dá)230%。

九、未來演進(jìn)方向

1. 多參數(shù)融合監(jiān)測：集成CO、CH?氣體傳感器，構(gòu)建火災(zāi)綜合預(yù)警體系。
2. 5G+北斗增強(qiáng)定位：結(jié)合高精度定位實(shí)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)快速標(biāo)定。
3. 數(shù)字孿生聯(lián)動：溫度數(shù)據(jù)映射至三維地質(zhì)模型，模擬火勢蔓延路徑。

結(jié)語
本方案通過LoRa無線網(wǎng)絡(luò)與智能分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤矸石采空區(qū)溫度監(jiān)測從“被動處置”到“主動防控”的升級，為礦山安全生產(chǎn)提供可靠保障。隨著技術(shù)迭代，系統(tǒng)將向智能化、集成化持續(xù)演進(jìn)，成為礦山災(zāi)害防治的核心基礎(chǔ)設(shè)施。