一种采空区火区的地面钻孔监测装备制造技术

本实用新型专利技术公开一种采空区火区的地面钻孔监测装备，属于采空区火区的监测技术领域，包括束管监测系统、深井测温系统、监测分析系统和保护设施。监测方法包括：火区密闭后，确定火区位置，进行地面钻孔；搭设辘轳及线盘，监测系统布线，使用保护设施固定管线，通过地面钻孔，下放管线；搭设水环式真空泵，下放压差计，抽取地面钻孔内的空气；负压抽气泵取样，束管监测系统分析火区的气体；深井测温系统观测火区温度信息；监测主机实时接收束管监测系统和深井测温系统的观测数据，对二者数据进行相关性统计分析，为精确掌握火区的燃烧情况和启封密闭墙提供理论依据和技术参考。

A ground drilling equipment monitoring of goaf.

【技术实现步骤摘要】
一种采空区火区的地面钻孔监测装备
本技术涉及矿井采空区火区的监测
，具体涉及一种地面钻孔的监测装备。
技术介绍
煤矿在生产过程中，采空区极易发生火灾，当不能直接扑灭火源时，为了防止火灾的进一步扩大并保证矿井正常生产和人员的安全，一般在通往火源的所有巷道内砌筑密闭墙，使火源与空气隔绝，火区封闭后其内惰性气体的浓度增加，氧气浓度逐渐下降，燃烧因缺氧而窒息。为了掌握采空区火区内的燃烧情况，一般在砌筑密闭墙的过程中，在密闭墙的上中下适当位置预埋了相应的铁管，用于检查火区的温度、采集气样、测量漏风压差、灌浆和排放积水，以观测火区的日常情况，确定密闭墙启封时间。就采空区火区监测现状来看，尽管这类技术可以在密闭墙外获取大量关于火区的内部数据，但存在的局限性较大，危险性也较大。首先，上述技术在火区的密闭墙上对火区情况进行观测，采集到的数据仅仅说明密闭墙附近的火区情况，并不能代表火区核心区域的具体情况，因此采集到的数据不具有代表性。其次，人员需要下井在火区密闭墙一侧近距离进行数据采集，危险性较大。束管监测系统作为一种井下气体抽样监测系统，对于预警煤层自燃发火取得了良好的效果。但是井下发火地点存在随机性，在砌筑完密闭墙后，火区内不一定存在束管监测取样点。即使存在取样点，由于火灾的发生，取样点很可能已被毁坏。通常煤矿企业砌筑好密闭墙后，在地面钻孔，向采空区火区核心区域注浆灭火。本技术致力于利用地面钻孔下放束管和热电阻对火区进行日常观测，以精确掌握火区的燃烧情况，为启封密闭墙提供理论依据和技术参考。
技术实现思路
本技术所述的采空区火区的地面钻孔监测装备，包括束管监测系统、深井测温系统、监测分析系统和保护设施。束管监测系统包括三通管、水环式真空泵、压差计、单芯束管、气水分离器、气路控制柜、红外线气体分析仪和负压抽气泵。水环式真空泵与三通管相连，单芯束管一端通过三通管置于井下，另一端连接井上的气水分离器，气水分离器与气路控制柜相连，气路控制柜一路通向负压抽气泵，另一路通向红外线气体分析仪。深井测温系统包括铂电阻温度传感器、氟塑料导线和测温仪表。测温仪表通过氟塑料导线与铂电阻温度传感器相连，将铂电阻温度传感器下放至井下。监测分析系统位于井上，包括监测主机和交换机。监测主机连接交换机，交换机分别与气路控制柜、红外线气体分析仪和测温仪表相连。保护设施包括涂塑钢丝绳和管卡。每隔5m用管卡将单芯束管、氟塑料导线和涂塑钢丝绳扣锁在一起，一同通过地面钻孔下放至井下。本技术所述的束管监测系统用于监测采空区火区的气体成分与各组分浓度。将三通管安装于地面钻孔口处，一端连接水环式真空泵，用于抽取地面钻孔内的空气，另一端供下放管线用。两个压差计都置于井上，其中一个的压力传感器通过三通管下放至井下10m处。通过负压抽气泵采集采空区火区气体，气体沿单芯束管途经三通管、气水分离器、气路控制柜进入红外线气体分析仪进行分析，并将分析数据传输至监测主机。本技术所述的三通管安装于地面钻孔口处，一端与水环式真空泵相连，另一端用于下放三路管线，并用密封材料填充空隙以防进风。本技术所述的水环式真空泵，与三通管相连，用于抽取地面钻孔内的气体。目的是保证地面钻孔内形成负压状态，防止井上空气通过地面钻孔进风，确保单芯束管抽取的是火区气体。本技术所述的压差计用于测量井上和地面钻孔内的压强，两个压差计都置于井上，其中一个的压强传感器通过三通管下放至井下10m位置。目的是检验地面钻孔内的压强情况。本技术所述的单芯束管，其材质是矿用聚乙烯材料，由具有抗静电和阻燃矿用安全特性的聚乙烯粒子为主要原料，经挤出成型半硬特征的聚乙烯束管，其抗静电、阻燃、柔韧性好、耐酸、耐碱、耐腐蚀、重量轻、气密性好，并在外部挤包外护皮而成，在负压条件下不易被压瘪。裸管外径为护皮厚度为1mm，单芯束管外径为缠绕于束管线盘上备用。本技术所述的气水分离器，置于井上。目的是防止有水气凝结堵塞单芯束管，防止含水蒸气的气体进入气路控制柜。本技术所述的气路控制柜受监测主机控制，可控制气路连接，由输出控制接口板、电磁阀驱动电路、正压注气泵、自动进样器等组成。当启动负压抽气泵时，单芯束管内预先残留的空气流经气路控制柜由负压抽气泵排空。当采空区火区内的气体流经气路控制柜时，通过监测主机控制PLC输出一个开关量给驱动电路，使得继电器吸合，连接单芯束管与正压注气泵的三通电磁阀打开，实现传输井下气体的单芯束管与地面气路控制柜内正压注气泵相连，正压注气泵的另一端同红外线气体分析仪相连，将待测气体送入红外线气体分析仪内进行分析。本技术所述的负压抽气泵是一种符合煤矿安全认证的气体传输驱动装置，用于将井下气体抽取至井上分析，具有防爆性、网络远程控制的特点。本技术所述的红外线气体分析仪属于不分光式红外分析仪，是一种常规的气体分析仪器，用于检测气体中CO、O2、CO2和CH4的组分浓度。由于气体对红外光的吸收是有选择性的，会对某些特定波长的红外光进行吸收，通过监测被检测气体透射光的强度，即可测算出被测气体浓度。其光学系统由光源、气室和检测器组成，电气系统由前置放大器、主放大器、温控和供电部分组成。光源部件将连续的红外辐射调制成某一频率的断续辐射，辐射光通过气室分析边和气室参比边，当气室分析边内无待测气体组分时，检测器感应的参比边和分析边的红外辐射能量相等，输出信号为零。而当在分析边里通入待测气体组分后，检测器对参比边和分析边感应的能量不一致时，就会产生一个与待测气体组分呈正比的输出信号，该小电流通过前置放大器和主放大器经阻抗转换、前级放大、主放大、选频、相敏检波和滤波等环节变成与待测气体组分浓度呈正比的较强直流信号。本技术所述的深井测温系统用于监测采空区火区温度。井下的铂电阻温度传感器通过氟塑料导线与井上的测温仪表相连，测温仪表显示采空区火区温度，并将数据传输至监测主机。本技术所述的铂电阻温度传感器可测量-200～500℃范围内温度，具有良好的电输出特性。传感器外保护套管采用不锈钢，内充高密度氧化物绝缘体，具有良好的抗污染性和优良的机械强度，适于在矿山恶劣环境中的应用。具有耐高温、体积小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长等优点。本技术所述的氟塑料导线，其结构是导体为铜线，绝缘层为氟塑料，难燃。具有优异的低损耗性、耐高温、耐腐蚀、抗老化、低吸湿性、高度安全性，适合恶劣条件下长时间工作。导体外径为绝缘层厚度为0.25mm，氟塑料导线外径为缠绕于导线线盘上备用。本技术所述的测温仪表，置于井上，通过氟塑料导线与铂电阻温度传感器相连，实时显示井下火区温度，并将数据实时传输至监测主机。本技术所述的监测分析系统包括监测主机和交换机，监测主机通过交换机分别与气路控制柜、红外线气体分析仪和测温仪表相连，是采空区火区的地面钻孔监测装备的控制区域、整合数据区域与信息存储共享区域。本技术所述的监测主机是进行束管监控系统和深井测温系统的操作控制、数据采集、数据整合分析、数据库存储和人机交互等功能的计算机软硬件系统。系统包括用户界面、设备控制、数据采集、数据分析、数据库系统和网络传输等模块。本技术所述的交换机可实现双向信息传输功能，不仅可以将来自于下端设备的信息经本设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采空区火区的地面钻孔监测装备，其特征在于：包括束管监测系统、深井测温系统、监测分析系统和保护设施；所述束管监测系统包括三通管(11)、水环式真空泵(12)、压差计(20)、单芯束管(8)、气水分离器(6)、气路控制柜(5)、红外线气体分析仪(3)和负压抽气泵(4)；所述三通管(11)安装于地面钻孔处，一端连接水环式真空泵(12)，另一端供下放管线用；所述压差计(20)置于井上，其中一个的压力传感器通过三通管下放至井下10m处；所述单芯束管(8)一端通过三通管(11)置于井下，另一端连接井上的气水分离器(6)；所述气水分离器(6)与气路控制柜(5)相连；所述气路控制柜(5)一路通向负压抽气泵(4)，另一路通向红外线气体分析仪(3)；所述深井测温系统包括铂电阻温度传感器、氟塑料导线(13)和测温仪表(15)；所述测温仪表(15)通过氟塑料导线(13)与铂电阻温度传感器相连，将铂电阻温度传感器下放至井下；所述监测分析系统包括监测主机(1)和交换机(2)；所述监测主机(1)连接交换机(2)，所述交换机(2)分别与气路控制柜(5)、红外线气体分析仪(3)和测温仪表(15)相连；所述保护设施包括涂塑钢丝绳(10)和管卡(19)；每隔5m用管卡将单芯束管(8)、氟塑料导线(13)和涂塑钢丝绳(10)扣锁在一起，一同通过地面钻孔下放至井下。...

【技术特征摘要】
1.一种采空区火区的地面钻孔监测装备，其特征在于：包括束管监测系统、深井测温系统、监测分析系统和保护设施；所述束管监测系统包括三通管(11)、水环式真空泵(12)、压差计(20)、单芯束管(8)、气水分离器(6)、气路控制柜(5)、红外线气体分析仪(3)和负压抽气泵(4)；所述三通管(11)安装于地面钻孔处，一端连接水环式真空泵(12)，另一端供下放管线用；所述压差计(20)置于井上，其中一个的压力传感器通过三通管下放至井下10m处；所述单芯束管(8)一端通过三通管(11)置于井下，另一端连接井上的气水分离器(6)；所述气水分离器(6)与气路控制柜(5)相连；所述气路...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兵，马小林，黄启铭，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11