鄧 軍 ，張 琦 ，陳煒樂 ，白祖錦

（1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.陜西省煤火災害防治重點實驗室，陜西 西安 710054；3.西安建筑科技大學 信息與控制工程學院，陜西 西安 710399）

據(jù)統(tǒng)計，2022 年我國原煤消耗量占一次性能源消耗總量的56.2%[1]，這表明煤炭仍舊是我國的主體能源。然而，在礦井生產中常伴隨煤自燃災害的發(fā)生，由煤炭自燃引起的火災是對礦井安全生產構成重大威脅的災害之一。相關數(shù)據(jù)顯示[2]，我國超過50%的礦井存在煤自然發(fā)火風險，其中由煤炭自燃引起的礦井火災占火災總數(shù)的90%以上。

煤自燃火災作為礦井五大自然災害之一，具有隱蔽性、持續(xù)性、繼發(fā)性和難以控制的特點[3-4]，常與瓦斯和煤塵的爆炸相伴產生。除對井下工作人員的生命安全構成嚴重威脅外，還會產生大量煙氣及有毒有害氣體，導致重大事故的發(fā)生[5]。2013年，神華集團某工作面發(fā)生采空區(qū)煤自然發(fā)火事故，迫使工作面停產封閉，帶來較大經(jīng)濟損失；2023年，河南三門峽耿村煤礦發(fā)生較大火災事故，直接經(jīng)濟損失高達1 483.26 萬元。煤自燃災害事故的發(fā)生主要是由于礦井火災監(jiān)測監(jiān)控不到位、監(jiān)測系統(tǒng)形同虛設、監(jiān)控系統(tǒng)錯誤認定等原因導致的。

因此，礦井煤自燃災害的早期監(jiān)測、加強煤自燃重大風險辨識及評估對保護礦工的生命安全、維護礦井的正常生產具有重要意義；煤自燃精細化監(jiān)測、智能預警、精準預測有利于提高礦井安全生產水平。因此，對現(xiàn)有的礦井煤自燃監(jiān)測預警技術進行了全方位分析，并對其未來發(fā)展方向進行深入探討。

1 礦井煤自燃監(jiān)測技術研究現(xiàn)狀

礦井煤自燃監(jiān)測技術及其工藝流程如圖1。

圖1 礦井煤自燃監(jiān)測技術及工藝流程Fig.1 Mine coal spontaneous combustion monitoring technology and process

1.1 礦井煤自燃地下監(jiān)測技術

礦井煤自燃監(jiān)測技術是礦山工程和自燃災害預警中至關重要的一環(huán)，鉆探技術、束管監(jiān)測和分布式光纖測溫是常用的地下監(jiān)測手段，具有非破壞性、實時性和高靈敏度的特點，為礦山工程的安全管理和自燃災害預防提供了關鍵支持。

1）鉆探監(jiān)測煤自燃技術。鉆探技術是礦井生產中常用的探測手段之一，通過在礦井中進行鉆孔并監(jiān)測孔內溫度變化，獲取地下煤體溫度分布情況，為礦山的熱力環(huán)境評估和工程設計提供重要數(shù)據(jù)。李光宇[6]利用鉆孔測量大泉湖火區(qū)以西地區(qū)地下溫度場，獲得火區(qū)地下溫度場分布規(guī)律，以支撐火災治理。鉆探測溫技術能夠穿透地表，在探測過程中，實現(xiàn)高精度取樣、實時監(jiān)測，獲取更深層次的地質信息，但也面臨高成本、局限性、環(huán)境影響和安全方面的挑戰(zhàn)。

2）礦用束管監(jiān)測系統(tǒng)[7]。礦用束管監(jiān)測系統(tǒng)是目前廣泛應用于礦井內火災監(jiān)測的一種主要方法，其通過監(jiān)測礦井自燃環(huán)境中氣體濃度變化，判斷封閉火區(qū)內煤自燃發(fā)展程度[8-9]，為井下煤火防治的開展提供了重要的數(shù)據(jù)支持，保障了礦井的安全高效開采，已成為礦井火災監(jiān)測不可或缺的重要工具[10-11]。束管監(jiān)測技術通過抽氣泵制造負壓環(huán)境，將地下氣體輸送至地表檢測室，進行氣體分析。李團結等[12]在傳統(tǒng)束管色譜系統(tǒng)基礎上，形成基于微色譜和正壓輸氣技術的礦井自燃監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用束管正壓輸氣技術將井下氣體途經(jīng)火災監(jiān)測主站到達色譜系統(tǒng)，進行氣體組分濃度的檢測，實現(xiàn)井下氣體井下分析。相對于地面?zhèn)鹘y(tǒng)色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)，紅外光譜束管監(jiān)測技術，在實現(xiàn)色譜束管監(jiān)測系統(tǒng)功能基礎上，研制出光譜束管監(jiān)測系統(tǒng)專用的采集控制裝置、多級分子篩氣體凈化裝置，革命性的將束管監(jiān)測設備全部移至井下監(jiān)測區(qū)域附近。紅外光譜束管監(jiān)測技術能夠檢測到微量的氣體組分，能夠準確區(qū)分不同氣體的特征光譜，避免干擾物質對監(jiān)測結果的影響。該技術通過井下環(huán)網(wǎng)實時上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便遠程監(jiān)控和管理，并可結合輔助決策軟件對火災危險程度進行判別和爆炸危險判別，提供科學依據(jù)和預警信息，及時預報預警。束管監(jiān)測能實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測并同時分析氣體數(shù)據(jù)，可靠性高。然而，束管監(jiān)測技術在火災監(jiān)測中也存在一些限制[13]，由于礦井巷道內氣體分布不均，氣體濃度存在差異，因此束管系統(tǒng)采集的氣體不能完全反應被測區(qū)域的成分和濃度。此外，束管系統(tǒng)鋪設距離較長，可能導致檢測氣體在輸送過程中出現(xiàn)失真或泄漏，從而影響對礦井內氣體信息的準確獲取。

3）分布式光纖測溫系統(tǒng)[14]。分布式光纖測溫系統(tǒng)是一種基于拉曼效應的連續(xù)測溫技術，利用鎧裝光纜作為溫度傳感器，布設于井下巷道、工作面或潛在高溫區(qū)域，連續(xù)監(jiān)測環(huán)境溫度。YUAN 等[15]通過介紹光纖測溫技術的原理，指出利用實用新型光纖測溫技術可實現(xiàn)礦井采空區(qū)的高溫判定，將光纖測溫結果與氧氣含量比對，精準判定“三帶”位置。分布式光纖測溫系統(tǒng)能夠連續(xù)采集數(shù)千個點溫度信息，抗干擾能力較強，適用于復雜環(huán)境。由于礦井環(huán)境復雜，光纖容易老化損壞，可能遇到局部放電問題。此外，在礦井內部布設光纖傳感器增加了施工的難度和成本，這些缺點使光纖測溫存在諸多不確定性。

地下監(jiān)測技術在礦山工程和自燃災害預防中各具優(yōu)勢，基于鉆探技術、束管監(jiān)測和分布式光纖測溫技術等具有高分辨率、實時監(jiān)測和非侵入性等相同的優(yōu)點，不需要對被測物體進行破壞性采樣或接觸，有利于保持被監(jiān)測物體的完整性。因監(jiān)測技術存在監(jiān)測范圍盲區(qū)大、監(jiān)測系統(tǒng)融合度低、數(shù)據(jù)同步共享難等困難，在使用過程中需要充分考慮不同技術的局限性，考慮監(jiān)測需求和技術特點，選擇合適的監(jiān)測方法，以提高礦山安全性。

1.2 礦井煤自燃地表監(jiān)測技術

1）紅外熱成像技術[16]。紅外熱成像技術是通過探測器吸收物體發(fā)出的紅外光線，將其轉換成以圖像或信號等形式表現(xiàn)出來的一種測溫技術。淺埋煤層自然發(fā)火時會在地表形成輻射能量場，通過分析火源周圍圍巖內溫度分布，提出表面熱流的反演算法，結合紅外熱成像儀獲取表面溫度分布數(shù)據(jù)，最終確定火源溫度、深度和范圍，這種火熱流量反演算法結合了地表溫度分布情況和火源特征，通過紅外熱成像技術提供了一種非接觸式的測量方法。紅外熱成像原理示意圖如圖2。文虎等[17]采用紅外熱成像探測技術進行了礦井自燃火災的探測應用，發(fā)現(xiàn)其在巷道等大面積地區(qū)煤自燃災害識別中具有一定的效果。紅外熱成像儀是一種非接觸式設備，具有快速響應速度和出色的隱蔽性探測能力，還可用于監(jiān)測礦井設備的熱狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)設備故障或過熱問題，減少維修成本和生產中斷，但該設備依賴溫差成像，只能探測淺埋煤層溫度，存在對被測物體的溫差區(qū)別不大、成像對比度低。

圖2 紅外熱成像原理圖Fig.2 Schematic of infrared thermography

2）磁法探測技術。磁法探測技術在礦井煤自燃火災監(jiān)測中的基本原理是利用磁場的變化來識別煤自燃火災產生的磁性異常。當?shù)V井內部發(fā)生火災時，由于高溫作用下煤炭礦層中的磁性礦物會發(fā)生氧化磁化，產生磁化強度和方向上的變化，這種磁性異常可通過磁性探測儀器在煤礦表面測量到的地磁場信號中得以體現(xiàn)。常溫條件下煤與巖石磁性相對較弱，而經(jīng)火區(qū)高溫烘烤后的煤巖磁性顯著增強，特別是火區(qū)中產生的燒變巖磁化率顯著升高。在煤自燃初始階段很難測得有效的磁異常，在燃燒中心形成期時磁異常增強，煤層燃燒后期直至熄滅階段，煤巖形成了燒變巖，此時可測得明顯的磁異常。為此，國內外許多學者逐步將磁探法擴展到礦井災害監(jiān)測預測等領域[18]。圍巖的磁化率和剩余磁化強度等特性會因煤體產生的高溫而發(fā)生顯著變化，進而重塑火區(qū)磁場。磁法探測技術應用過程如圖3。磁法探測能夠提供較高的空間分辨率，同時有較大的偵測深度，具有高靈敏度和高解析度等優(yōu)點。但隨著礦井深度的增加，磁場信號的傳播與響應受煤巖體電磁性差異、礦物含量和種類等特征影響較大，且礦井深度加深，探測所需能量增加，增加設備的能源消耗和維護成本，導致分辨能力下降，存在生產效率低、勞動強度大、抗干擾能力有限的缺點。

圖3 磁法探測技術應用過程Fig.3 Application process of magnetic detection technology

3）同位素測氡技術。同位素測氡通過測量地下氡氣濃度，評估地下煤體的通氣情況和潛在的自燃危害，利用地下煤巖介質中放射性氡氣輻射隨溫度升高頻率變化逐漸增強的特性，根據(jù)探測靶區(qū)氣體濃度的變化判斷火源位置、范圍及發(fā)展趨勢，因其操作簡便、成本低而成為探測火源發(fā)生區(qū)域的有效手段。同位素測氡探測煤自燃火源位置最早由太原理工大學[19-21]提出，并進行了一定的理論研究和實踐應用。費金彪等[22]應用測氡技術對劉家峁煤礦著火進行探測，成功查明淺煤層火災的發(fā)生區(qū)域。王俊峰等[23]利用CFD 模擬技術確定采空區(qū)自燃區(qū)域范圍，進一步利用同位素測氡對煤自燃危險區(qū)域判定進行驗證。同位素測氡技術近年來在我國礦井中的應用。情況為：①2004 年柳灣礦應用同位素測氡技術探明溫度異常地區(qū)2 個[24]；②2006 年嘉樂泉煤礦應用同位素測氡技術在測區(qū)內發(fā)現(xiàn)5 個高溫火源點[25]；③2011年補連塔煤礦應用同位素測氡技術探明溫度異常區(qū)2 個，火區(qū)影響總面積約5 880 m2[26]；④2013年滴道礦老二井應用同位素測氡技術區(qū)分了火區(qū)東西測場內的溫度異常區(qū)和燃燒區(qū)；⑤2016 年劉家峁火區(qū)應用同位素測氡技術發(fā)現(xiàn)氡異常區(qū)域14 處，火區(qū)影響地表面積約5 050 m2[22]；⑥2016年朝陽煤礦應用同位素測氡技術圈定了朝陽煤礦高溫區(qū)域；⑦2022 年河曲晉神磁窯溝煤業(yè)應用同位素測氡技術對疑似火災區(qū)域進行探測，發(fā)現(xiàn)存在3 處疑似自然發(fā)火區(qū)。

隨著同位素測氡的廣泛應用，該技術在應用過程中的局限性逐漸顯現(xiàn)出來，在監(jiān)測過程中僅能提供氡氣體的信息，無法同時監(jiān)測其他氣體成分，因此需要與其他監(jiān)測技術結合使用，以獲取更全面的氣體數(shù)據(jù)。若被探測靶區(qū)地質結構復雜，且待檢測區(qū)域的煤賦存較多或出現(xiàn)多煤層同時自燃等情況時，同位素測氡存在一定的缺陷。

綜上所述，紅外熱成像技術、磁探法、同位素測氡技術在礦井監(jiān)測中的應用有助于提高安全性、資源勘探效率和生產效率，在減少事故風險。在監(jiān)測過程中，提供定期或實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，允許及早發(fā)現(xiàn)潛在的危險，高分辨率和數(shù)據(jù)分析有助于捕捉和識別微妙的信號變化，但均需專業(yè)設備和受過培訓的操作人員，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。這3 種監(jiān)測技術會根據(jù)具體的礦井條件和監(jiān)測需求相互補充，以提供更全面的自燃監(jiān)測預警系統(tǒng)，選擇適當?shù)募夹g應取決于地質情況、預算和可用設備與人員等因素。礦井自燃監(jiān)測技術對比與場景應用見表1。

表1 礦井自燃監(jiān)測技術對比與應用場景Table 1 Comparison of mine spontaneous combustion monitoring technologies and application scenarios

2 礦井煤自燃預警方法研究現(xiàn)狀

礦井煤自燃是影響礦井安全生產的一種嚴重的地質災害，為了及時發(fā)現(xiàn)和預警礦井煤自燃的風險，研究人員一直致力于發(fā)現(xiàn)和改進礦井煤自燃預警技術。預警技術旨在對監(jiān)測技術采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行整合處理，評估礦井內部和周圍的災害風險。目前，基于氣體測試、溫度測試和智能算法的礦井煤自燃預警技術是研究的主要方向。

2.1 基于氣體測試的礦井煤自燃預警方法

目前國內外普遍采用的煤自燃早期預警方法為指標氣體分析法[26-28]。該方法通常以煤自燃過程中隨溫度變化生成的氣體組分和質量變化率作為自燃危害性評判的預警指標，依據(jù)氣體產物的體積分數(shù)隨溫度變化的規(guī)律來近似確定自燃安全隱患或自然發(fā)火事件的火源范圍。

國內外許多學者利用熱重分析、程序升溫、自然發(fā)火等實驗廣泛研究了煤自燃過程中的特征參數(shù)及多種指標氣體類型。通過疊加使用氣體檢測儀器，克服了單一CO 標志氣體的不足，引入了CO2、CH4、C2H4、烯烴比等綜合性標志氣體，提高了氣體監(jiān)測系統(tǒng)的全面性和可靠性。煤自燃氣體類型及形式見表2。煤自燃標志氣體分級預警閾值(R0～R6)及溫度范圍劃分如圖4。

表2 煤自燃標志氣體類型及形式Table 2 Types of indicators of spontaneous coal combustion gases and forms of indicators

圖4 煤自燃標志氣體預警閾值及標志氣體特征Fig.4 Early warning thresholds for coal spontaneous combustion indicator gases and indicator gas characteristics

何敏[29]將C2H2作為封閉火區(qū)的重要判定指標，在封閉火區(qū)的研究中加以應用；C JZAB 等[30]總結了煤自燃過程中CO 的生成規(guī)律，將其分為5 個階段并進行了細致研究；郭軍等[31]通過劃分煤自燃過程中標志氣體的相關特征，確定了煤自燃反應階段和預警級別，從而提高預測的準確性；任萬興等[32]通過程序升溫實驗獲得88 組煤樣氣體變化曲線，總結出不同標志氣體的預警指標。

綜上，盡管標志氣體分析能夠通過單一氣體或復合氣體體積分數(shù)的異常提前發(fā)現(xiàn)潛在的煤自燃風險，在研究和實踐中，建立警戒值和標準濃度閾值，根據(jù)氣體體積分數(shù)分布，實時性地確定潛在的自燃點或區(qū)域。但其受現(xiàn)場漏風情況、氣態(tài)產物探測精度的影響較大，難以準確判定煤自燃高溫區(qū)域的位置。因此，在實際應用中還需要結合其他手段進行綜合分析，以提高礦井煤自燃火災監(jiān)測和預警的效果。

2.2 基于溫度測試的礦井煤自燃預警方法

溫度測試是基于煤自燃升溫過程放熱所產生的熱釋放特征信息，是煤自燃預警最直接的方法。田兵[33]采用分布式光纖測溫技術，成功實現(xiàn)了對礦井溫度場盲區(qū)的測定，并設計了1 款具備統(tǒng)一監(jiān)控解決方案、標準驅動接口、實時監(jiān)測和預警功能的測溫系統(tǒng)軟件，該軟件可通過對溫度異常點報警反饋，及時采取相應的措施，預防礦井自燃災害的發(fā)生；周季夫[34]根據(jù)煤快速氧化過程中O2消耗速率與CO、CO2生成速度等特征現(xiàn)象，確定實驗煤樣的吸附溫度、脫附溫度、臨界溫度和裂解溫度，確定煤自燃分級預警的溫度范圍，實現(xiàn)了礦井煤層自然發(fā)火溫度臨界值的精準預警；ZHANG 等[35]探討了唐家匯煤礦煤自燃過程，并進一步將預警分級細分為潛伏、氧化、自熱、臨界、熱解、裂變和燃燒7 個特征階段。煤自燃7級分級預警與特征溫度和階段關系如圖5。這些階段特征與氣體的產量和溫度有關，通過監(jiān)測氣體產量和其他因素共同確定階段特征的溫度變化，監(jiān)測每一階段的跡象，及時采取措施預防自燃的發(fā)生。

圖5 煤自燃7級分級預警與特征溫度和階段關系Fig.5 Seven-level grading early warning of spontaneous combustion of coal related to characteristic temperature and stage

總之，基于溫度測試預警方法的研究和發(fā)展進一步完善了礦井煤自燃火災預警系統(tǒng)，提高了預警的可靠性。溫度作為煤自燃的主要指標之一，直觀可靠，相較于其他預警方法具有成本較低、實時監(jiān)測的優(yōu)點，但對礦井內微弱的自燃跡象不夠敏感，無法及時準確地發(fā)現(xiàn)潛在的危險。礦井內可能會有多種原因導致溫度升高，導致誤報自燃風險，浪費資源和時間，在實際應用中，可結合其他監(jiān)測預警方法，綜合考慮各種因素，最大程度地減少誤報和漏報，提高自燃預警的準確性和可靠性。

2.3 基于智能算法的礦井煤自燃預警方法

近些年，信息采集、網(wǎng)絡通信、大數(shù)據(jù)、科學研究和產業(yè)發(fā)展都向著高技術化方向發(fā)展，為煤自燃精準預測預警提供良好的保障[36-38]。基于智能算法的自燃預警方法是一種先進的煤礦安全管理技術，利用計算機科學和人工智能技術識別礦井內部的自燃風險。為降低單純依靠標志氣體濃度預警的誤差率，神經(jīng)網(wǎng)絡、長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡等[39-40]預測方法用于煤自燃預警，被研究人員接納。不同學習算法在煤自燃預測預警方面的優(yōu)缺點見表3。

表3 不同學習算法在煤自燃預測預警方面的優(yōu)缺點Table 3 Advantages and disadvantages of different learning algorithms for coal spontaneous combustion prediction and warning

XIAO 等[41]在研究中，構建了基于指標氣體與煤溫之間非線性關系的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡模型，利用算法對其進行優(yōu)化，以預測煤的自燃情況；鄧軍等[42]利用灰色關聯(lián)分析法和神經(jīng)網(wǎng)絡，結合實驗和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，建立煤自燃預警指標體系，分析不同階段的煤自燃特征，實現(xiàn)對不同自燃階段的預警；鄧軍等[43]利用隨機森林法對礦井溫度和氣體濃度進行預測，結果表明隨機森林具有較好的穩(wěn)定性和普適性；溫志煌[44]提出了一種新型的CNNRNN 結構，實現(xiàn)了對礦井一氧化碳和乙烯混合氣體的種類識別和體積分數(shù)預測。

基于智能算法的監(jiān)測預警方法在各個領域中都有廣泛的應用，可以提高效率、安全性和決策制定的質量，基于智能算法的煤自燃監(jiān)測預警技術通過氣體或溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，進入算法之前對所需數(shù)據(jù)進行預處理并從原始數(shù)據(jù)中提取有意義的特征，減少數(shù)據(jù)的維度并突出與監(jiān)測預警相關的信息，確保信息的準確性。智能算法在礦井煤自燃監(jiān)測預警過程中可以提高安全性，減少風險并提高效率，但在使用過程中需要合理的數(shù)據(jù)處理、模型建立和系統(tǒng)集成，確保能在實際運用中發(fā)揮作用。智能算法在礦井自燃預警的應用可以識別不同監(jiān)測參數(shù)之間的關聯(lián)性和規(guī)律性，從而能更準確地預測自燃的風險，并及時發(fā)出預警信號。因不同算法的選擇通常依賴于具體應用的需求和可用數(shù)據(jù)，在使用過程中涉及大量數(shù)據(jù)的收集和處理，需要有效的數(shù)據(jù)安全和隱私保護措施。

總體來說，基于氣體測試的預警方法具有高精度、響應速度快的優(yōu)點，能夠快速識別自燃風險；基于溫度測試的預警方法可以獲取礦井不同位置的溫度數(shù)據(jù)，具有高靈敏度和長測距等特點；基于智能算法的礦井自燃預警方法通過提取關鍵特征和規(guī)律，提供快速響應和決策支持，幫助礦井人員及時采取措施，防止自燃事故的發(fā)生。但無論是基于哪種單一技術都無法采集和提供全面的信息，無法全面評估礦井自燃的風險，存在誤判和漏報的問題。因此，礦井自燃監(jiān)測預警指標的全面性顯得尤為重要。

3 存在問題及研究展望

3.1 存在問題

煤自燃是一種極其隱蔽的災害，不易被及時察覺，其他礦井災害如瓦斯爆炸或坍塌等相較于礦井煤自燃具有明顯的前兆性，煤自燃的發(fā)展過程較為持續(xù)，需要較長的時間積累；且煤自燃多發(fā)生在礦井內部的隱蔽位置，與地質構造、煤體性質、地下水等因素有關。針對礦井煤自燃區(qū)別于其他災害的特殊性，國內外學者對礦井煤自燃監(jiān)測預警領域開展了大量工作研究，并取得了一定的優(yōu)秀成果。但現(xiàn)有研究仍存在一些問題，主要體現(xiàn)：①監(jiān)測預警技術存在只能反映特定時間段的情況，無法全面覆蓋礦井內所有區(qū)域深度的情況；②監(jiān)測的誤差性：部分監(jiān)測設備的固有的誤差并受環(huán)境因素等影響，從而影響監(jiān)測結果的準確性；③監(jiān)測信息的狹隘性：僅依賴氣體檢測，可能忽略其他重要信息，導致對自燃風險評估不夠全面；④監(jiān)測能力有限：監(jiān)測數(shù)據(jù)提供當前狀態(tài)，但并不能準確預測未來可能的變化或突發(fā)事件；⑤數(shù)據(jù)分析與處理具有挑戰(zhàn)性：監(jiān)測預警技術的數(shù)據(jù)龐大，如何高效地處理和分析數(shù)據(jù)，提取有效信息，仍是一個挑戰(zhàn)。

3.2 研究展望

1）提升煤自然發(fā)火臨界值確定方法的綜合性。煤層開采時，必須開展煤自然發(fā)火監(jiān)測工作，建立煤自然發(fā)火監(jiān)測系統(tǒng)，確定煤層自然發(fā)火標志氣體及臨界值，健全自然發(fā)火預測預報及管理制度。首先，差熱分析法可以提供短時間內煤自然發(fā)火及升溫情況的數(shù)據(jù)，適合進行快速、動態(tài)的監(jiān)測。其次，熱重分析法對煤樣的燃燒機理有較好的解釋能力，可以發(fā)現(xiàn)煤在不同溫度下的熱穩(wěn)定性及氧化特性。而熱流量法由于需要實際煤樣參與反應，更接近實際自然發(fā)火條件，具有一定的仿真性和可操作性。同時，在實驗過程中需要對樣品制備、測試條件、結果分析等綜合考慮和比較。展望未來，可以借助新興的儀器設備和技術手段，完善煤自然發(fā)火臨界值的確定方法。例如，可以結合先進的熱分析儀器、數(shù)據(jù)分析技術和計算模擬方法，提高測定的準確性和可靠性，并豐富對煤樣氧化反應行為的理論認識。同時，還可以探索綠色、低成本的測定方法，使其更適用于工業(yè)生產和環(huán)境保護應用。通過不斷的研究和改進，可以為煤礦和工業(yè)領域提供更為可靠和有效的自然發(fā)火防控方案。

2）提升礦井參數(shù)監(jiān)測的多維性。未來的礦井煤自燃監(jiān)測預警技術將更加注重監(jiān)測效率和監(jiān)測精細化以及監(jiān)測的全面性，綜合考慮多傳感器集成，提供更全面的數(shù)據(jù)有助于了解礦井內部環(huán)境，除氣體檢測外，引入溫度、濕度等多維監(jiān)測手段。同時使用高精度傳感器，數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸是確保準確的關鍵，利用交叉驗證數(shù)據(jù)來評估監(jiān)測和預警技術的性能，確保在實際應用中的可靠性。

3）創(chuàng)新礦井數(shù)字孿生技術預警研究。為提升礦井監(jiān)測的可視化管理，優(yōu)化礦井安全生產流程和資源配置，降低維護成本、減少生產停工時間和損失。提出未來的礦井煤自燃監(jiān)測預警研究將進一步探索技術的創(chuàng)新性。致力于將數(shù)字孿生技術與監(jiān)測預警相結合，利用數(shù)字孿生技術對礦井內部的多種參數(shù)進行高精度的模擬和建模，有助于識別自燃風險的多維特征。數(shù)字孿生技術還可以通過對不同工況下的試驗進行仿真，預測不同措施的防控效果，在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)對實際礦井生態(tài)環(huán)境的反饋控制，輔助管理人員進行智能決策。數(shù)字孿生技術還可用于培訓、教育、應急演練與決策支持，利用數(shù)字孿生技術為不同的場景條件提供更為真實、可靠的模擬環(huán)境，增強培訓和應急響應能力。創(chuàng)新礦井數(shù)字孿生技術預警研究可以提高礦井安全性、生產效率和管理水平，是礦井行業(yè)邁向智能化和自動化的重要步驟。

4）構建礦井智能化監(jiān)測預警體系。礦井智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐，將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，全面打造礦井數(shù)字化升級標桿?；诰毣O(jiān)測和精準預測，礦井煤自燃災害監(jiān)測預警技術朝著智能化方向發(fā)展，聚焦礦井煤自燃災害全面監(jiān)測、精準預測與智能預警一體化。這一發(fā)展借助人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術、激光掃描、光纖環(huán)網(wǎng)和5G 通信等技術手段，按照“數(shù)據(jù)監(jiān)測-數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)傳輸-數(shù)據(jù)分析與處理-數(shù)據(jù)構建-實時監(jiān)測與響應-智能決策”的思路逐步展開研究，形成集礦井信息監(jiān)測技術、智能預警模型、精準預測、快速識別定位、應急決策和自適應優(yōu)化于一體的礦井信息智能監(jiān)測預警與應急處置體系，為礦井自燃預警和應急處置提供支持。

4 結 語

通過對現(xiàn)階段礦井煤自燃監(jiān)測預警技術進行綜述，可知目前礦井煤自燃災害監(jiān)測預警技術還存在一些問題，如氣體測試監(jiān)測技術易受環(huán)境干擾、不能實時或連續(xù)監(jiān)測等，還會受到氣流、地質等因素的干擾，進一步影響判斷的準確性；基于溫度測試的監(jiān)測預警技術存在預測精度、實時性、誤報、覆蓋范圍等問題；基于智能算法測試的礦井監(jiān)測預警技術存在數(shù)據(jù)采集質量不高、算法準確性、能耗和可解釋性等方面的問題。

針對當前存在的局限和技術限制，對未來礦井煤自燃災害監(jiān)測預警技術發(fā)展提出新要求，提出提升煤自然發(fā)火臨界值確定方法的綜合性，利用多種先進監(jiān)測技術手段提高礦井火災監(jiān)測的全面性和精細化監(jiān)測；推動智能化防控系統(tǒng)的創(chuàng)新和決策，通過數(shù)字孿生技術提供精準的模擬與預測能力，優(yōu)化防控方案，提供應急管理培訓以及數(shù)據(jù)分析和決策支持；同時聚焦礦井火災全面監(jiān)測、智能預警和精準預測一體化建設，強化對礦井火災數(shù)據(jù)分析、災前主動預警、火災事故治理等技術的研究。未來礦井煤自燃災害監(jiān)測預警技術將通過新型技術手段、智能化系統(tǒng)、全面感知與應急處置相結合來提高防控效率和監(jiān)測預警能力，確保礦山的安全運行。