煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害监测系统技术方案

本实用新型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，其包括采场气体取样仪和监测基站，采场气体取样仪包括活动式套管、上托盘和下托盘，活动式套管是由上下两根无缝钢管套接在一起形成的，通过在上无缝钢管和下无缝钢管的外侧设置矩形状缺口，并且两条矩形状缺口在一条直线上，在矩形状缺口内布设有取样钢管，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，监测线与基站进行连接，可实时监测采空区内气体及温度值；下托盘的长度大于上托盘的长度，可增加气体取样仪的稳定性，提高测定的准确率，本实用新型专利技术简单易行、装置可靠性强。

【技术实现步骤摘要】

本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。
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，通过 该系统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。其技术解决方案包括： 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。 作为本技术的一个优选方案，上无缝钢管的内径比下无缝钢管的内径大6mm， 当工作面来压时，上托盘受力压缩弹簧，上无缝钢管和下无缝钢管之间也会发生摩擦相对 运动，此内径差值模拟监测的试验数据更加标准。 作为本技术的另一个优选方案，上述弹簧为高强度弹簧，以适应较大的压力。 本技术通过在上无缝钢管和下无缝钢管的外侧设置矩形状缺口，并且两条矩 形状缺口在一条直线上，在矩形状缺口内布设有取样钢管，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，监测线与基站进行连 接，可实时监测采空区内气体及温度值；下托盘的长度大于上托盘的长度，可增加气体取样 仪的稳定性，保证采场气体取样仪直立状态是保证测定准确性的重要保证，在使用时，上下 无缝钢管受矿压作用下发生滑动，弹簧会发生压缩，通过压力传感器读数的变化，判断仪器 的直立状态，如果获得的压力数据缺失或者出现异常，则判定该测点为无效测点。 本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；本技术 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】 下面结合附图对本技术做进一步清楚、完整的说明： 图1为本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； 图中，1一基站一 ；2-基站二；3-压力传感器线路；4一监测线；5-上托盘；6-下 托盘；7-位移传感器；8-取样钢管；9一弹費；10-下无缝钢管；11一压力传感器；12-矩 形状缺口。【具体实施方式】 本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，为了使本实用 新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本技术做进一步说明。 如图1至图3所示，本技术监测系统包括采场气体取样仪和监测基站，从图1 中可以看出，采场气体取样仪的主体是由两个大小不同的上无缝钢管和下无缝钢管10套 接在一起形成的套管，并且该套管的顶部安设有上托盘5,底部为下托盘6,采空区上覆岩 层压力直接作用于上托盘5上，在套管的内部设置有弹簧9,优选为高强弹簧，以适应上覆 岩层的不同压力，在下托盘上即套管底部设置有压力传感器11，通过压力传感器线路3连 接至监测基站； 在上无缝钢管和下无缝钢管的外侧均设置有矩形状缺口 12,其内部可安设取样钢 管8,取样钢管8内部为空心结构，主要是为了在其内部布设监测线，此取样钢管内部沿高 度方向上间隔均匀的设置有三组监测线4,每组监测线均是由固定在一起的束管和测温线 组成的，每组监测线均连接至监测基站，在取样钢管内部间隔均匀的设置有三个小孔，供监 测线通过，首先安装取样钢管最顶部的一组监测线，其穿过取样钢管的底部，通过小孔穿入 取样钢管的最顶部，再依次穿入中部和底部的监测线，安装完成后，将小孔用树脂材料进行 密封，形成密封空腔，每个小孔均通过树脂材料密封形成一个密封空腔，束管和测温线分别 连接到监测基站中，本技术优选测温线为铠装测温线，束管为铠装矿用聚乙烯束管。 本技术监测基站分为两个，分别是基站一 1和基站二2,基站一 1与压力传感 器11和位移传感器7连接，用于监测压力和位移信息，基站二2与束管和测温线连接，用于 监测采场采空区气体浓度，即自燃指标性气体与瓦斯气体浓度。 下托盘6的长度大于上托盘5的长度，可保证气体取样仪的稳定性，保证采场气体 取样仪直立状态是保证测定准确性的重要保证，在使用时，上下无缝钢管受矿压作用下发 生滑动，弹簧会发生压缩，通过压力传感器读数的变化，判断仪器的直立状态，如果获得的 压力数据缺失或者出现异常，则判定该测点为无效测点。 利用本技术监测系统对采空区瓦斯与煤自燃耦合灾害系统的监测方法如 下： 第一步，将工作面分为工作面上部、工作面中部和工作面下部三部分，在工作面推 进至1/2初次来压步距U时，在采空区内沿工作面走向方向上选择5个采空区测点，包括 有工作面的回风顺槽侧的三个测点和工作面的进风顺槽侧的两个测点；通过液压支架间隙 人工将采场气体取样仪安置于采空区内，回风顺槽侧的三个测点，相邻的测点之间的间距 为1/8L，其中L为工作面走向宽度，进风顺槽侧的两个测点之间的间距为1/4L ; 第二步，所有采场气体取样仪通过数据线和铠装束管、铠装测温线分别连接至顺 槽基站，其中基站一记录测点压力和位移信息，基站二取气和记录测点温度； 第三步，在工作面继续推进U时，采空区顶板处于来压间隙，此时矿压相对本文档来自技高网...

【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，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤，宋文成，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东;37