本发明涉及煤层自燃灭火，具体为一种煤层自燃的灭火系统及方法。
背景技术：
1、煤层燃烧是一种严重的自然灾害，通常发生在地下煤层接触到空气并发生氧化反应时。这种反应会释放出大量的热量，导致煤层温度升高，最终引发燃烧。煤层燃烧的过程可以分为三个阶段，在第一阶段，煤与氧气发生氧化反应，生成不稳定的碳氧化合物，并释放出热量，随着氧气的不断注入，反应的能量聚集起来，导致煤层温度迅速升高，当温度达到一定程度时，煤层开始自燃，进入燃烧期，此时，煤层的温度会继续上升，产生大量烟雾和有毒气体，如果不能及时控制，燃烧会蔓延到整个煤层，引发严重的火灾事故。煤层燃烧的原因有多种，其中最常见的是由于采空区塌陷、断层错动和煤层暴露等因素导致的煤层与空气接触，此外，地震、人为开采活动和其他自然因素也可能引起煤层燃烧。
2、由于煤层燃烧会产生严重的危害，导致大量的财产损失和人员伤亡，并产生大量的烟雾和有毒气体，对环境造成严重污染，同时影响煤炭资源的开发和利用，降低煤炭产业的效益，进而对煤层燃烧进行及时有效灭火，显得尤为重要，目前，现有的煤层灭火方式较为单一，灭火效率较低，容易在灭火过程中出现火势蔓延现象，难以控制，有鉴于此，本发明提出一种煤层自燃的灭火系统及方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种煤层自燃的灭火系统及方法，采用直接灭火、封闭灭火与抽放灭火相结合的联合灭火方式，既能够阻止燃烧煤层朝向正常煤层蔓延，又可实现对燃烧煤层的快速灭火。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种煤层自燃的灭火系统，包括密封隔热罩、加注管、惰性气体产生器、温度传感器、温度分析控制系统、气体传感器和气体分析控制系统，所述密封隔热罩用于将燃烧煤层完全包裹在内，提供独立密封的灭火空间；所述加注管贯穿密封隔热罩的罩壁，加注管伸入密封隔热罩内的一端插入燃烧煤层中，用于在密封隔热罩外部与燃烧煤层内部之间建立输送通道，用以输送灭火介质；所述惰性气体产生器与密封隔热罩内部之间连通有输气管路，惰性气体产生器将空气中的氧分子过滤，产生惰性气体，并由输气管路将惰性气体输送至密封隔热罩内，用于抑制煤层燃烧；所述温度传感器安装在密封隔热罩上并且插入燃烧煤层内部，所述温度传感器与温度分析控制系统导线连接，用于监测分析燃烧煤层温度；所述气体传感器安装在密封隔热罩，所述气体传感器和气体分析控制系统导线连接，用于监测分析密封隔热罩内部气体成分。
4、优选的，所述密封隔热罩上设置有泄压阀，用于释放密封隔热罩内部煤层燃烧产生的高压烟气，所述泄压阀连接有烟气处理系统，用于对经由泄压阀释放的高压烟气净化处理。
5、优选的，所述密封隔热罩由密封层和隔热层构成，所述隔热层位于密封层的内侧，所述隔热层内部具有夹层，用于充填冷却介质。
6、优选的，所述加注管伸出密封隔热罩外的一端设置有控制阀，所述输气管路上安装有单向阀。
7、优选的，所述气体分析控制系统包括气体分析模块和感应控制模块，所述气体分析模块用于配合气体传感器分析密封隔热罩内部气体的成分及其浓度，所述感应控制模块用于根据密封隔热罩内部各个气体浓度控制阀和单向阀启。
8、优选的，所述气体分析模块包括：
9、氧气分析单元，用于分析密封隔热罩内部氧气浓度；
10、甲烷分析单元，用于分析密封隔热罩内部甲烷浓度；
11、污染气体分析单元，用于分析密封隔热罩内部煤层燃烧所产生污染气体的浓度，包括但不限于一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫的浓度分析；
12、惰性气体分析单元，用于分析密封隔热罩内部惰性气体的浓度；
13、基于分析密封隔热罩内部氧气浓度和惰性气体浓度，判断密封隔热罩内部煤层燃烧条件，基于分析密封隔热罩内部甲烷浓度，判断密封隔热罩内部发生瓦斯爆炸的概率，基于分析密封隔热罩内部煤层燃烧所产生污染气体的浓度，判断密封隔热罩内部煤层燃烧程度。
14、优选的，所述烟气处理系统包括：
15、烟气收集模块，用于收集经由泄压阀泄压排出的煤炭燃烧产生的烟气，收集设备包括但不限于烟囱、集气管道；
16、除尘模块，采用物理方法去除所收集烟气中的固体颗粒物，所采用的除尘方法包括但不限于机械除尘、静电除尘和湿式除尘；
17、脱硫脱硝模块，采用化学方式去除烟气中的硫氧化物和氮氧化物，减少对大气的污染，脱硫方式包括但不限于湿法脱硫、半干法脱硫，脱硝方式包括但不限于选择性催化还原脱硝、非催化还原脱硝；
18、二氧化碳捕获模块，用于通过化学或物理方法捕获烟气中的二氧化碳，减缓全球气候变暖，二氧化碳捕获方式包括但不限于化学吸收、物理吸附、膜分离；
19、烟气余热回收模块，用于回收烟气中的余热，将其转换为有用的能源形式，包括电能或热能，余热回收方式包括但不限于热电联产、余热锅炉；
20、烟气处理控制模块，与烟气收集模块、除尘模块、脱硫脱硝模块、二氧化碳捕获模块以及烟气余热回收模块建立控制连接，用于监控控制整个烟气处理过程。
21、一种煤层自燃的灭火方法，包括以下步骤：
22、步骤一，火情侦查，对燃烧煤层进行全面侦查，了解火源位置、煤层燃烧区域、煤层燃烧蔓延方向信息；
23、步骤二，准备灭火器材，包括能够包围整个燃烧煤层的密封隔热罩、带有控制阀的加注管、惰性气体产生器、温度传感器以及气体传感器；
24、步骤三，挖设隔离带，沿燃烧煤层区域边侧挖设隔离带，隔离带宽度以燃烧煤层不能引燃周围正常煤层为标准；
25、步骤四，设备安装，利用密封隔热罩将整个燃烧煤层包裹隔离，加注管底端插入燃烧煤层内部，将气体传感器与气体分析控制系统导线连接，将温度传感器插入燃烧煤层内部，且温度传感器与温度分析控制系统导线连接，将惰性气体产生器通过输气管路与密封隔热罩接通，输气管路上装配单向阀，将泄压阀与烟气处理系统接通；
26、步骤五，实施灭火，首先利用加注管朝向燃烧煤层内部加注包括液氮、抑制剂在内的物质，用于降低燃烧煤层温度，抑制煤层燃烧，其次，惰性气体产生器将空气中的氧分子过滤掉，产生惰性气体，由输气管路输送至密封隔热罩内，抑制煤层燃烧；
27、步骤六，灭火监控，温度传感器和温度分析控制系统配合监控密封隔热罩内部温度，判断密封隔热罩内部煤层是否完全灭火，气体传感器和气体分析控制系统配合监控密封隔热罩内部气体成分及其浓度，并且基于气体成分及其浓度进行灭火调整，具体的，气体分析控制系统配合气体传感器分别分析密封隔热罩内部氧气浓度、甲烷浓度、煤层燃烧所产生污染气体的浓度、惰性气体的浓度；基于分析密封隔热罩内部氧气浓度和惰性气体浓度，判断密封隔热罩内部煤层燃烧条件，在氧气浓度高时，向密封隔热罩内补充惰性气体，抑制煤层燃烧，当惰性气体浓度高时，保持灭火现状；基于分析密封隔热罩内部甲烷浓度，判断密封隔热罩内部发生瓦斯爆炸的概率，在甲烷浓度较高时，对密封隔热罩做通风泄压处理，并做人员疏散、防爆准备；基于分析密封隔热罩内部煤层燃烧所产生污染气体的浓度，判断密封隔热罩内部煤层燃烧程度，当密封隔热罩内部染气体的浓度持续较高时，表明燃烧煤层处于持续燃烧阶段；
28、步骤七，烟气处理，密封隔热罩内部煤层燃烧产生的高压烟气经过泄压阀排放输送至烟气处理系统，依次经过烟气收集模块、除尘模块、脱硫脱硝模块、二氧化碳捕获模块以及烟气余热回收模块对烟气净化处理，并且回收热能以及可用物质；
29、步骤八，火场清理，灭火后，对燃烧煤层区域进行全面清理，确保无残留火源，同时，对灭火过程中使用的器材进行回收和维护，此外，加强燃烧煤层区域通风并降低温度，防止煤层再次自燃。
30、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
31、本发明通过设置密封隔热罩将燃烧煤层完全包裹在内，可提供独立密封的灭火空间，配合加注管朝向燃烧煤层内部加注包括液氮、抑制剂在内的物质，降低燃烧煤层温度，抑制煤层燃烧，同时，利用惰性气体产生器将空气中的氧分子过滤掉，产生惰性气体，由输气管路输送至密封隔热罩内，进一步抑制煤层燃烧，采用直接灭火、封闭灭火与抽放灭火相结合的联合灭火方式，既能够阻止燃烧煤层朝向正常煤层蔓延，又可实现对燃烧煤层的快速灭火。通过温度传感器和温度分析控制系统的设置，能够监控密封隔热罩内部温度，判断密封隔热罩内部煤层是否完全灭火，通过气体传感器和气体分析控制系统的设置，能够监控密封隔热罩内部气体成分及其浓度，并且基于气体成分及其浓度判断煤层燃烧状态以及程度，有利于灭火方案的调整。此外，通过泄压阀和烟气处理系统的设置，密封隔热罩内部煤层燃烧产生的高压烟气经过泄压阀排放防止密封隔热罩内部高温高压发生爆炸，排放的烟气输送至烟气处理系统，次经过烟气收集模块、除尘模块、脱硫脱硝模块、二氧化碳捕获模块以及烟气余热回收模块对烟气净化处理，降低空气污染，并且回收热能以及可用物质。
32、当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
1.一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于：所述密封隔热罩(1)上设置有泄压阀(9)，用于释放密封隔热罩(1)内部煤层燃烧产生的高压烟气，所述泄压阀(9)连接有烟气处理系统(14)，用于对经由泄压阀(9)释放的高压烟气净化处理。
3.根据权利要求1所述的一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于：所述密封隔热罩(1)由密封层(12)和隔热层(13)构成，所述隔热层(13)位于密封层(12)的内侧，所述隔热层(13)内部具有夹层(15)，用于充填冷却介质。
4.根据权利要求1所述的一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于：所述加注管(2)伸出密封隔热罩(1)外的一端设置有控制阀(3)，所述输气管路(4)上安装有单向阀(5)。
5.根据权利要求4所述的一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于：所述气体分析控制系统(11)包括气体分析模块(16)和感应控制模块(17)，所述气体分析模块(16)用于配合气体传感器(10)分析密封隔热罩(1)内部气体的成分及其浓度，所述感应控制模块(17)用于根据密封隔热罩(1)内部各个气体浓度控制阀(3)和单向阀(5)启。
6.根据权利要求5所述的一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于：所述气体分析模块(16)包括：
7.根据权利要求2所述的一种煤层自燃的灭火系统，其特征在于：所述烟气处理系统(14)包括：
8.一种煤层自燃的灭火方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的煤层自燃的灭火系统，其特征在于，包括以下步骤：
