煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于煤礦瓦斯與煤自燃耦合災害防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦采 場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國對能源高強度集約化的開采，淺部資源日益減少，國內(nèi)外礦井相繼進入 深部資源開采階段。深部煤巖體的力學特征更趨復雜，煤巖破碎量大，為煤自燃發(fā)火提供了 良好的氧氣、蓄熱條件；同時，隨著開采深度的增加，礦井開采煤層瓦斯涌出量以及地溫梯 度也急劇增大，高瓦斯含量帶和瓦斯積聚帶的存在和運動，是礦井發(fā)生瓦斯爆炸、燃燒事故 的重要因素，而煤自燃為瓦斯爆炸提供了火源條件，兩種災害的耦合共生，成為礦井重特大 事故發(fā)生的普遍模式。
[0003] 確定耦合災害危險區(qū)域是這類災害防治的關(guān)鍵，而耦合災害具有空間性，由于缺 乏有效的監(jiān)測手段對其空間立體分布規(guī)律進行監(jiān)測，不能很好的指導現(xiàn)場災害防治工作。 目前，還沒有直接監(jiān)測采空區(qū)空間氣體及溫度分布儀器和設(shè)備，以往均是在兩順槽方向上 進行埋管觀測，并用Excel產(chǎn)生簡單變化曲線，不能從空間立體上顯示采空區(qū)耦合災害分 布范圍。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，通過 該系統(tǒng)可以實時收集采空區(qū)空間氣體和溫度值，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)得到采場瓦斯與煤自燃耦合 災害空間立體分布范圍。
[0005]其技術(shù)解決方案包括：
[0006] 一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基 站，所述采場氣體取樣儀包括活動式套管、位于所述套管頂端的上托盤和位于所述套管底 端的下托盤，所述活動式套管是由上下兩根無縫鋼管套接在一起形成的，所述上無縫鋼管 和下無縫鋼管的外側(cè)均設(shè)置有一條矩形狀缺口，兩條矩形狀缺口在一條直線上，所述矩形 狀缺口內(nèi)布設(shè)有取樣鋼管，所述取樣鋼管為空心結(jié)構(gòu)，在所述取樣鋼管的內(nèi)部自下而上間 隔均勻的劃分為三個密封空腔，所述每個密封空腔內(nèi)均布設(shè)有一組監(jiān)測線，每組監(jiān)測線均 是由固定在一起的束管和測溫線組成的；
[0007] 所述下托盤的長度大于上托盤的長度，所述活動式套管內(nèi)部設(shè)置有彈簧，所述下 托盤上設(shè)置有壓力傳感器，所述彈簧的上部頂在所述上托盤上，下部頂在所述壓力傳感器 上；
[0008] 所述監(jiān)測基站分為用于監(jiān)測壓力的基站一和用于監(jiān)測氣樣和溫度的基站二，所述 壓力傳感器連接至所述基站一，所述監(jiān)測線連接至所述基站二。
[0009] 作為本實用新型的一個優(yōu)選方案，上無縫鋼管的內(nèi)徑比下無縫鋼管的內(nèi)徑大6mm， 當工作面來壓時，上托盤受力壓縮彈簧，上無縫鋼管和下無縫鋼管之間也會發(fā)生摩擦相對 運動，此內(nèi)徑差值模擬監(jiān)測的試驗數(shù)據(jù)更加標準。
[0010] 作為本實用新型的另一個優(yōu)選方案，上述彈簧為高強度彈簧，以適應(yīng)較大的壓力。
[0011] 本實用新型通過在上無縫鋼管和下無縫鋼管的外側(cè)設(shè)置矩形狀缺口，并且兩條矩 形狀缺口在一條直線上，在矩形狀缺口內(nèi)布設(shè)有取樣鋼管，取樣鋼管的內(nèi)部自下而上間隔 均勻的劃分為三個密封空腔，每個密封空腔內(nèi)均布設(shè)有一組監(jiān)測線，監(jiān)測線與基站進行連 接，可實時監(jiān)測采空區(qū)內(nèi)氣體及溫度值；下托盤的長度大于上托盤的長度，可增加氣體取樣 儀的穩(wěn)定性，保證采場氣體取樣儀直立狀態(tài)是保證測定準確性的重要保證，在使用時，上下 無縫鋼管受礦壓作用下發(fā)生滑動，彈簧會發(fā)生壓縮，通過壓力傳感器讀數(shù)的變化，判斷儀器 的直立狀態(tài)，如果獲得的壓力數(shù)據(jù)缺失或者出現(xiàn)異常，則判定該測點為無效測點。
[0012] 本實用新型改變了傳統(tǒng)通過兩順槽及液壓支架后埋管測定采空區(qū)的模式，可以將 設(shè)計的采場氣體取樣儀根據(jù)布置需要直接安置于采空區(qū)，從而能夠?qū)崟r收集采空區(qū)氣體及 溫度信息；并且采場氣體取樣儀能夠根據(jù)需要直接測定采空區(qū)空間不同高度；本實用新型 簡單易行、裝置可靠性強、工藝相對簡單，對不同煤層開采厚度具有一定的適應(yīng)性，具有廣 泛的實用性。
[0013] 本實用新型施工簡便易行、工藝相對簡單，通過液壓支架的間隙人工向采空區(qū)安 置取樣儀，能夠?qū)崿F(xiàn)沿工作面全線布點的方法觀測，對煤層厚度在6m內(nèi)綜放工作面具有較 好的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步清楚、完整的說明：
[0015] 圖1為本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為下無縫鋼管的俯視圖；
[0017] 圖3為下無縫鋼管矩形狀缺口部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖中，1一基站一 ；2-基站二；3-壓力傳感器線路；4一監(jiān)測線；5-上托盤；6-下 托盤；7-位移傳感器；8-取樣鋼管；9一彈費；10-下無縫鋼管；11一壓力傳感器；12-矩 形狀缺口。
【具體實施方式】
[0019] 本實用新型公開了一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，為了使本實用 新型的優(yōu)點、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實施例對本實用新型做進一步說明。
[0020] 如圖1至圖3所示，本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基站，從圖1 中可以看出，采場氣體取樣儀的主體是由兩個大小不同的上無縫鋼管和下無縫鋼管10套 接在一起形成的套管，并且該套管的頂部安設(shè)有上托盤5,底部為下托盤6,采空區(qū)上覆巖 層壓力直接作用于上托盤5上，在套管的內(nèi)部設(shè)置有彈簧9,優(yōu)選為高強彈簧，以適應(yīng)上覆 巖層的不同壓力，在下托盤上即套管底部設(shè)置有壓力傳感器11，通過壓力傳感器線路3連 接至監(jiān)測基站；
[0021] 在上無縫鋼管和下無縫鋼管的外側(cè)均設(shè)置有矩形狀缺口 12,其內(nèi)部可安設(shè)取樣鋼 管8,取樣鋼管8內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，主要是為了在其內(nèi)部布設(shè)監(jiān)測線，此取樣鋼管內(nèi)部沿高 度方向上間隔均勻的設(shè)置有三組監(jiān)測線4,每組監(jiān)測線均是由固定在一起的束管和測溫線 組成的，每組監(jiān)測線均連接至監(jiān)測基站，在取樣鋼管內(nèi)部間隔均勻的設(shè)置有三個小孔，供監(jiān) 測線通過，首先安裝取樣鋼管最頂部的一組監(jiān)測線，其穿過取樣鋼管的底部，通過小孔穿入 取樣鋼管的最頂部，再依次穿入中部和底部的監(jiān)測線，安裝完成后，將小孔用樹脂材料進行 密封，形成密封空腔，每個小孔均通過樹脂材料密封形成一個密封空腔，束管和測溫線分別 連接到監(jiān)測基站中，本實用新型優(yōu)選測溫線為鎧裝測溫線，束管為鎧裝礦用聚乙烯束管。
[0022] 本實用新型監(jiān)測基站分為兩個，分別是基站一 1和基站二2,基站一 1與壓力傳感 器11和位移傳感器7連接，用于監(jiān)測壓力和位移信息，基站二2與束管和測溫線連接，用于 監(jiān)測采場采空區(qū)氣體濃度，即自燃指標性氣體與瓦斯氣體濃度。
[0023] 下托盤6的長度大于上托盤5的長度，可保證氣體取樣儀的穩(wěn)定性，保證采場氣體 取樣儀直立狀態(tài)是保證測定準確性的重要保證，在使用時，上下無縫鋼管受礦壓作用下發(fā) 生滑動，彈簧會發(fā)生壓縮，通過壓力傳感器讀數(shù)的變化，判斷儀器的直立狀態(tài)，如果獲得的 壓力數(shù)據(jù)缺失或者出現(xiàn)異常，則判定該測點為無效測點。
[0024] 利用本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)瓦斯與煤自燃耦合災害系統(tǒng)的監(jiān)測方法如 下：
[0025] 第一步，將工作面分為工作面上部、工作面中部和工作面下部三部分，在工作面推 進至1/2初次來壓步距U時，在采空區(qū)內(nèi)沿工作面走向方向上選擇5個采空區(qū)測點，包括 有工作面的回風順槽側(cè)的三個測點和工作面的進風順槽側(cè)的兩個測點；通過液壓支架間隙 人工將采場氣體取樣儀安置于采空區(qū)內(nèi)，回風順槽側(cè)的三個測點，相鄰的測點之間的間距 為1/8L，其中L為工作面走向?qū)挾?，進風順槽側(cè)的兩個測點之間的間距為1/4L ;
[0026] 第二步，所有采場氣體取樣儀通過數(shù)據(jù)線和鎧裝束管、鎧裝測溫線分別連接至順 槽基站，其中基站一記錄測點壓力和位移信息，基站二取氣和記錄測點溫度；
[0027] 第三步，在工作面繼續(xù)推進U時，采空區(qū)頂板處于來壓間隙，此時礦壓相對較小， 利于測點垂直布置，采取相同的方式在相同位置布置一排測點和采場取樣儀，并分別連接 至順槽基站；
[0028] 第四步，依據(jù)順槽壓力變化數(shù)值篩選有效測點，并記錄壓力傳感器數(shù)值、位移傳感 器沉降值，一般可兩天采集一次，遇到工作面推進速度較慢或者瓦斯異常區(qū)時，可一天采集 一次，或者一天采集兩次；采集氣樣用氣囊收集，并及時記錄收集氣體時測點位置傳感器的 數(shù)值，氣樣及時拿至地面化驗分析；
[0029] 第五步，通過基站采集到位移數(shù)據(jù)、氣樣數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，將兩者的數(shù)據(jù)進行平 均，利用數(shù)學分析軟件和雙立方插值技術(shù)，按照下式計算：
[0030]
【主權(quán)項】
1. 一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基 站，所述采場氣體取樣儀包括活動式套管、位于所述套管頂端的上托盤和位于所述套管底 端的下托盤，其特征在于：所述活動式套管是由上下兩根無縫鋼管套接在一起形成的，所 述上無縫鋼管和下無縫鋼管的外側(cè)均設(shè)置有一條矩形狀缺口，兩條矩形狀缺口在一條直線 上，所述矩形狀缺口內(nèi)布設(shè)有取樣鋼管，所述取樣鋼管為空心結(jié)構(gòu)，在所述取樣鋼管的內(nèi)部 自下而上間隔均勻的劃分為三個密封空腔，所述每個密封空腔內(nèi)均布設(shè)有一組監(jiān)測線，每 組監(jiān)測線均是由固定在一起的束管和測溫線組成的； 所述下托盤的長度大于上托盤的長度，所述活動式套管內(nèi)部設(shè)置有彈簧，所述下托盤 上設(shè)置有壓力傳感器，所述彈簧的上部頂在所述上托盤上，下部頂在所述壓力傳感器上； 所述監(jiān)測基站分為用于監(jiān)測壓力的基站一和用于監(jiān)測氣樣和溫度的基站二，所述壓力 傳感器連接至所述基站一，所述監(jiān)測線連接至所述基站二。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所 述上無縫鋼管的內(nèi)徑比下無縫鋼管的內(nèi)徑大6mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所 述彈簧為高強度彈簧。
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基站，采場氣體取樣儀包括活動式套管、上托盤和下托盤，活動式套管是由上下兩根無縫鋼管套接在一起形成的，通過在上無縫鋼管和下無縫鋼管的外側(cè)設(shè)置矩形狀缺口，并且兩條矩形狀缺口在一條直線上，在矩形狀缺口內(nèi)布設(shè)有取樣鋼管，取樣鋼管的內(nèi)部自下而上間隔均勻的劃分為三個密封空腔，每個密封空腔內(nèi)均布設(shè)有一組監(jiān)測線，監(jiān)測線與基站進行連接，可實時監(jiān)測采空區(qū)內(nèi)氣體及溫度值；下托盤的長度大于上托盤的長度，可增加氣體取樣儀的穩(wěn)定性，提高測定的準確率，本實用新型簡單易行、裝置可靠性強。
【IPC分類】G01D21-02, E21F17-00, G01N1-22
【公開號】CN204552819
【申請?zhí)枴緾N201520164732
【發(fā)明人】張勤, 宋文成
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月23日