煤自燃是一个极其复杂的过程，主要原因是煤与氧气的相互作用，从而引发一系列的吸热、放热反应，从而导致煤堆内部温度持续升高，进而引发自燃。

一、方案背景

煤杆石自燃是一个极其复杂的过程，主要原因是煤杆石与氧气的相互作用，从而引发一系列的吸热、放热反应，从而导致煤杆石堆内部温度持续升高，进而引发自燃。

一、方案背景
煤杆石矸石堆积易引发自燃（临界温度80℃~120℃），传统人工巡检效率低。本方案通过无线传感网络实现温度实时监测，覆盖深度0-5m的典型堆积层。《煤杆石矿矸石山灾害预防与治理工作指导意见》中指出对于预防煤杆石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敏感、准确，对于内部深层的温度很难有效捕捉；
2、煤杆石矸石山一般较大，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、煤杆石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、不能实时监测及全方位把握温度分布。

煤杆石矸石自燃的原因

关于煤杆石矸石自燃的原因，主要有硫铁矿氧化学说和煤杆石氧复合自燃学说。硫铁矿氧化学说是目前解释煤杆石矸石自燃的主要理论。它认为，煤杆石矸石中的硫铁矿在低温下发生氧化，产生热量并不断聚积，使煤杆石矸石内温度聚集，引起煤杆石矸石中的煤杆石和可燃有机物燃烧起来，从而导致煤杆石矸石自燃。而煤杆石氧复合自燃学说则认为煤杆石矸石中通常夹带着10 %～ 25 %的碳质可燃物，在常温下，煤杆石矸石中的煤杆石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。

煤矸石堆积自燃的测温方案，核心在于‌多层分布式实时监测 + 智能预警系统‌，结合内蒙古包头地区煤矸石堆场的典型环境，推荐以下技术体系：

一、主流测温技术方案

表格

二、系统架构与智能预警机制

• ‌硬件层‌：

  • 测温节点：PT100传感器，量程-50℃~300℃，IP68防护，ER34615锂亚电池 + 5W太阳能板
  • 网关：支持LoRa多通道接收、RS485/4G双模回传，边缘计算过滤异常数据
  • 供电：太阳能+锂电池组合，保障阴雨天72小时持续运行

• ‌软件层‌：

  • ‌三级预警模型‌：
    • ‌黄色预警‌：单点温度 > 80℃ 持续10分钟
    • ‌橙色预警‌：相邻3节点温差 > 20℃/小时
    • ‌红色预警‌：AI模型判定自燃概率 > 90%（基于热扩散模拟与历史温升趋势）
  • ‌数据可视化‌：云平台实时生成温度热力图、历史曲线、三维温度场模型，支持微信/短信/电话告警

三、工程实践与地方规范依据

• ‌内蒙古地区应用案例‌：

  • ‌内蒙古德明电子科技有限公司‌已在包头、乌海等地部署LORA无线测温系统，实现24小时无人值守监测，报警响应时间<30秒。
  • ‌乌海市海南区固废中心‌通过自制测温仪，成功追踪煤矸石自燃起始点，验证了“氧化层（1–4米）”为高风险区。

• ‌技术规范支撑‌：

  • 《煤矸石堆场自然发火防治技术规范》（山西DB）明确要求：
    • 测温点按‌50m×50m网格‌布设，高温区加密
    • 报警阈值设定：‌80℃为红色预警‌，需立即干预
    • 采样频率：常规模式1次/15min，异常时自动升至1次/分钟
  • 《煤矿矸石山灾害预防与治理工作指导意见》强制要求建立“测温—预测—预警”闭环机制

四、推荐部署策略（针对包头地区）

• ‌中小型堆场（<10万吨）‌：
  采用‌无线插入式探头+LoRa网关‌，布设密度：每100m² 1个探头，深度分3层（0.5m、2m、4m）
• ‌大型堆场（>50万吨）‌：
  采用‌测温电缆+无人机巡检+AI云平台‌，形成“点—线—面”立体监测网，每月无人机航测1次，补充深层数据盲区
• ‌关键区域‌：
  在历史高温区、裂缝带、边坡转折处加密布点，避免“热点”漏检

五、当前技术瓶颈与发展方向

• ‌现存问题‌：

  • 深层温度（>5米）监测仍依赖间接推算，缺乏高精度原位传感器
  • 多源数据融合（温度+O₂+CO+湿度）的智能预警模型尚未标准化
  • 极寒地区（包头冬季-30℃）电池性能衰减需优化

• ‌前沿趋势‌：

  • ‌光纤测温‌（DTS技术）：可实现连续空间温度分布，已在试验阶段
  • ‌AI预测模型‌：基于LSTM神经网络，利用历史温升数据预测自燃时间窗（提前7–15天）
  • ‌机器人巡检‌：防爆履带机器人搭载多传感器，实现自动路径规划与定点测温

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。

监测方案

三、关键技术

• 抗干扰设计：

  • 传感器采用三线制接线，消除导线电阻影响

  • 频段自适应跳频技术（规避矿区电磁干扰）

• 低功耗策略：

  • 休眠唤醒机制（每小时采集1次，异常温度连续监测）

  • 温差自触发（相邻节点温差≥15℃时激活周边节点）

免打孔安装：现场不允许采用普通探针打孔固定安装，且热风炉表面很粗糙，探头需能在200℃高温下保持较好的固定效果。
高防护等级：严苛的作业环境，需要较高的防护等级。
温度范围广：热风炉温度高，设备测温范围需在0-500℃区间，且精度要求高。
维护便捷：现场不便于频繁维护，需续航持久、维护便捷的设备。

● 支持 TCP Server, UDP, MQTT 等通讯协议

● 内置网页功能，可以通过网页查询数据

● 宽电源供电范围：8 ~ 32VDC

● 可靠性高，编程方便，易于应用

● 标准 DIN35 导轨安装，方便集中布线

● 用户可在网页上设置模块 IP 地址和其他参数

● 低成本、小体积、模块化设计

● 外形尺寸：79 x 69.5x 25mm