煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统及其监测方法，涉及到综放采空区空间气体观测及瓦斯与煤自燃耦合灾害表征模型建立，其包括采场气体取样仪和监测基站，其中，活动式套管是由上下两根无缝钢管套接在一起形成的，上无缝钢管和下无缝钢管的外侧均设置有一条矩形状缺口，两条矩形状缺口在一条直线上，矩形状缺口内布设有取样钢管，取样钢管为空心结构，在取样钢管的内部自下而上间隔均匀的划分为三个密封空腔，每个密封空腔内均布设有一组监测线。本发明专利技术将采场气体取样仪安置于采空区，基于真实测得数据重建获得耦合灾害危险区域空间立体分布，针对性强、实用性高，可有效地用于现场该类耦合灾害空间特性描述和定向防治。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿瓦斯与煤自燃耦合灾害防治
，具体涉及一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统及其监测方法。
技术介绍
随着我国对能源高强度集约化的开采，浅部资源日益减少，国内外矿井相继进入深部资源开采阶段。深部煤岩体的力学特征更趋复杂，煤岩破碎量大，为煤自燃发火提供了良好的氧气、蓄热条件；同时，随着开采深度的增加，矿井开采煤层瓦斯涌出量以及地温梯度也急剧增大，高瓦斯含量带和瓦斯积聚带的存在和运动，是矿井发生瓦斯爆炸、燃烧事故的重要因素，而煤自燃为瓦斯爆炸提供了火源条件，两种灾害的耦合共生，成为矿井重特大事故发生的普遍模式。确定耦合灾害危险区域是这类灾害防治的关键，而耦合灾害具有空间性，由于缺乏有效的监测手段对其空间立体分布规律进行监测，不能很好的指导现场灾害防治工作。目前，还没有直接监测采空区空间气体及温度分布仪器和设备，以往均是在两顺槽方向上进行埋管观测，并用Excel产生简单变化曲线，不能从空间立体上显示采空区耦合灾害分布范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统及其监测方法，通过该监测方法可以实时收集采空区空间气体和温度值，利用监测数据得到采场瓦斯与煤自燃耦合灾害空间立体分布范围。本专利技术的任务之一是提供一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统，其技术方案包括：一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统，其包括采场气体取样仪和监测基站，所>述采场气体取样仪包括活动式套管、位于所述套管顶端的上托盘和位于所述套管底端的下托盘，所述活动式套管是由上下两根无缝钢管套接在一起形成的，所述上无缝钢管和下无缝钢管的外侧均设置有一条矩形状缺口，两条矩形状缺口在一条直线上，所述矩形状缺口内布设有取样钢管，所述取样钢管为空心结构，在所述取样钢管的内部自下而上间隔均匀的划分为三个密封空腔，所述每个密封空腔内均布设有一组监测线，每组监测线均是由固定在一起的束管和测温线组成的；所述下托盘的长度大于上托盘的长度，所述活动式套管内部设置有弹簧，所述下托盘上设置有压力传感器，所述弹簧的上部顶在所述上托盘上，下部顶在所述压力传感器上；所述监测基站分为用于监测压力的基站一和用于监测气样和温度的基站二，所述压力传感器连接至所述基站一，所述监测线连接至所述基站二。作为本专利技术的一个优选方案，当上托盘最大限度的压缩弹簧时，上述取样钢管与上托盘之间留有缝隙。当采场气体取样仪受到采空区上覆岩层压力时，弹簧会受力变形压缩，此时压力传感器会显示压力数值并传递给基站一，上托盘与取样钢管之间不能接触，以免影响实验分析结果。作为本专利技术的另一个优选方案，上述上无缝钢管长度为800mm，内径为150mm，壁厚为3mm；下无缝钢管长度为800mm，内径为144mm，壁厚为3mm；下托盘直径为250mm，厚度为15mm；上托盘直径为160mm，厚度为15mm；取样钢管直径为33mm，壁厚为2mm。上述上无缝钢管的长度、内径、壁厚以及下无缝钢管的长度、内径、壁厚等特别适用于煤层厚度在6m内的综放工作面内，也可根据现场要求进行调整。本专利技术的任务之二是提供上述监测系统的监测方法，其包括以下步骤：步骤1、将工作面分为上、中、下三个部分，在工作面推进至初次来压步距L0的1/2时，在采空区内沿工作面走向方向上选择五个采空区测点，将采场气体取样仪安置于采空区内，在工作面的回风顺槽侧布设三个测点，工作面的进风顺槽侧布设两个测点；步骤2、监测，通过基站一记录测点压力和位移信息，通过基站二取气样并记录测点温度；步骤3、工作面继续推进L0时，采空区顶板处于来压间隙，此时矿压相对较小，利于测点垂直布置，采取与步骤一相同的方式在相同位置布置五个测点；步骤4、依据顺槽压力变化数值筛选有效测点，并通过基站一、基站二记录压力和位移信息，并采集气样，及时记录收集气体时测点位置传感器的数值；步骤5、将步骤4采集的数据进行平均，利用数学分析软件和双立方插值技术，获得平面耦合灾害分布；步骤6、通过计算机三维重构软件，重构得到瓦斯与煤自燃耦合灾害的空间立体分布图。优选的，步骤5中平面耦合灾害分布的获得是通过下述方法计算得到的： S e = S O 2 ∩ S T ∩ S CH 4 ]]>式中，Se为耦合灾害分布区，为满足灾害发生的O2浓度分布区，ST为满足灾害发生的温度区，为可燃可爆瓦斯浓度分布区；其中，的取值为8％，本专利技术所带来的有益技术效果：本专利技术改变了传统通过两顺槽及液压支架后埋管测定采空区的模式，可以将设计的采场气体取样仪根据布置需要直接安置于采空区，从而能够实时收集采空区气体及温度信息；并且采场气体取样仪能够根据需要直接测定采空区空间不同高度；同时本专利技术所采用的分布场重建方法，能够重建获得瓦斯与遗煤自燃灾害危险区域空间立体分布状态，更符合现场实际情况，从而更好的指导现场作业中该类灾害的防治，采用更针对性的定向防控措施。本专利技术简单易行、装置可靠性强、工艺相对简单，对不同煤层开采厚度具有一定的适应性，具有广泛的实用性。本专利技术施工简便易行、工艺相对简单，通过液压支架的间隙人工向采空区安置取样仪，能够实现沿工作面全线布点的方法观测，对煤层厚度在6m内综放工作面具有较好的适应性。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步清楚、完整的说明：图1为本专利技术监测系统结构示意图；图2为下无缝钢管的俯视图；图3为下无缝钢管矩形状缺口部分结构示意图；图4为监测系统在工作面布置示意图；图5为本专利技术实施例1耦合灾害危险区域叠加示意图；图6为本专利技术实施例1耦合灾害危险立体分布示意图；图中，1—基站一；2—基站二；3—压力传感器线路；4—监测线；5—上托盘；6—下托盘；7—位移传感器；8-取样钢管；9—弹簧；10—下无缝钢管；11—压力传感器；12—矩形状缺口；L0-工作面初次来压步距，L-工作面走向宽度；13、14、15为工作面的回风顺槽侧的三个测点；16、17为工作面的进风顺槽侧的两个测点；18、工作面下部，19、工作面中部，20、工作面上部；21、工作面；22、采空区。具体实施方式本专利技术提供了一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统及监测方法，为使本专利技术的目的、技术方案以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统，其包括采场气体取样仪和监测基站，所述采场气体取样仪包括活动式套管、位于所述套管顶端的上托盘和位于所述套管底端的下托盘，其特征在于：所述活动式套管是由上下两根无缝钢管套接在一起形成的，所述上无缝钢管和下无缝钢管的外侧均设置有一条矩形状缺口，两条矩形状缺口在一条直线上，所述矩形状缺口内布设有取样钢管，所述取样钢管为空心结构，在所述取样钢管的内部自下而上间隔均匀的划分为三个密封空腔，每个密封空腔内均布设有一组监测线，每组监测线均是由固定在一起的束管和测温线组成的；所述下托盘的长度大于上托盘的长度，所述活动式套管内部设置有弹簧，所述下托盘上设置有压力传感器，所述弹簧的上部顶在所述上托盘上，下部顶在所述压力传感器上；所述监测基站分为用于监测压力的基站一和用于监测气样和温度的基站二，所述压力传感器连接至所述基站一，监测线连接至所述基站二。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统，其包括采场气体取样仪和监测基站，所述
采场气体取样仪包括活动式套管、位于所述套管顶端的上托盘和位于所述套管底端的下托盘，
其特征在于：所述活动式套管是由上下两根无缝钢管套接在一起形成的，所述上无缝钢管和
下无缝钢管的外侧均设置有一条矩形状缺口，两条矩形状缺口在一条直线上，所述矩形状缺
口内布设有取样钢管，所述取样钢管为空心结构，在所述取样钢管的内部自下而上间隔均匀
的划分为三个密封空腔，每个密封空腔内均布设有一组监测线，每组监测线均是由固定在一
起的束管和测温线组成的；
所述下托盘的长度大于上托盘的长度，所述活动式套管内部设置有弹簧，所述下托盘上设
置有压力传感器，所述弹簧的上部顶在所述上托盘上，下部顶在所述压力传感器上；
所述监测基站分为用于监测压力的基站一和用于监测气样和温度的基站二，所述压力传感
器连接至所述基站一，监测线连接至所述基站二。
2.根据权利要求1所述的煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统，其特征在于：当上托盘
最大限度的压缩弹簧时，所述取样钢管与上托盘之间留有缝隙。
3.根据权利要求1所述的煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统，其特征在于：所述上无
缝钢管长度为800mm，内径为150mm，壁厚为3mm；下无缝钢管长度为800mm，内径为144
mm，壁厚为3mm；下托盘直径为250mm，厚度为15mm；上托盘直径为160mm，厚度为15mm；
取样钢管直径为33mm，壁厚为2mm。
4.根据权利要求1或2或3任一项所述的煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统的监测方
法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将工作面分为上、中、下三个部分，在工作面推进至初次来压步距L0的1/2时，在
采空区内沿工作面走向方向上选择五个测点，将采场气体取样仪通过液压支架间隙安置于采
空区内，在工作面的回风顺槽侧布设三个测点，工作面的进风顺槽侧布设两个测点；
步骤2、监测，通过基站一记录测点压力和位移信息，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孝强，王刚，程卫民，孙路路，杜文州，颜国强，黄启铭，杨鑫祥，武猛猛，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37