【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全，尤其涉及煤矿井下沿空留巷采空区煤自燃防治技术。
技术介绍
1、传统的粗放型资源开采模式煤炭资源损失量大、矿山环境恶化严重，造成了诸多可持续性发展问题。以沿空留巷技术等为代表的绿色开采技术成为煤炭行业发展的主要趋势。然而由于沿空留巷结构的漏风，涌入采空区的新鲜气流变多，导致采空区遗煤的自燃危险增强。当前采空区自燃致灾参数的测试大多基于稳定状态仿真和现场实测，缺少对采空区动态推进过程煤自燃区域演化趋势预测，并且以沿空留巷为目标的现场测试装置布置方式也十分匮乏。对采空区煤自燃区域的划分普遍采用漏风风速、氧气浓度、温升等指标，欠缺对不同指标致灾范围的耦合研判。
2、本专利技术以沿空留巷采空区为基础，结合温度/气体/漏风等煤自燃特征指标现场二维实测与煤自燃区域可视化三维实况动态推演，实现对沿空留巷采空区灾害区域的三维透视。参比沿空留巷采空区温度/气体/漏风时空演化趋势，构建煤自燃区域危险指数梯级划分方法，进而对不同等级危险区域进行差异化治理。同时针对性地提出沿空留巷壁面多重防漏风工艺降低沿空留巷对采空区的漏风，堵-惰-隔-冷-裹防灭火技术应对采空区不同危险等级自燃防治。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供针对沿空留巷采空区的煤自燃区域梯级动态圈定技术和沿空留巷采空区煤自燃协同防治技术，克服现有沿空留巷采空区煤自燃防治困难的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定及协同防治技术，包括沿空留巷采空区煤自
3、进一步地，所述煤自燃区域可视化三维实况动态推演，即基于沿空留巷采空区全尺寸物理模型，通过代码编程搭建孔隙分布函数，运用动网格技术呈现动态开采过程，研究沿空留巷采空区煤自燃评估指标变化。具体步骤为通过井工矿工作面、巷道、采空区的物理学参数构建全尺寸物理模型；确定采空区孔隙率分布函数并基于编程软件完成孔隙率模型搭建；通过程序升温实验确定煤样耗氧速率/特征气体释放速率/放热强度；以流体动力学可视化仿真软件为平台，以动网格技术为载体，进行动态开采条件下的沿空留巷采空区多场耦合数值仿真，得到温升梯度/漏风速度/特征气体浓度等煤自燃评估指标与工作面推进速度和巷道通风量关联，获取工作面最优推进速度，减少沿空留巷采空区自然发火风险。仿真三维推演结果与现场二维实测相互验证，并超前预测采空区煤自燃区域立体空间运移趋势，实现对沿空留巷采空区灾害区域的三维透视。
4、进一步地，所述采空区煤自燃二维监测系统设计为根据沿空留巷采空区漏风特点，布置温度/气体/漏风测量设备，设计防止测量设备被采空区落石砸坏的弹性光纤保护装置。温度测试采用分布式光纤测温，光纤整体呈现u形布置，从进风巷ⅰ进入的为正u形，进风巷ⅱ进入的为反u形，两组u形测温光纤交错布置，对采空区温度实现全范围监测，同时每组包含两根测温光纤。重点关注沿空留巷侧的煤自燃区域，以煤自燃区域可视化三维实况动态推演预测的煤自燃区域范围为中心，加设一条l形测温光纤。气体测试采用束管测气，布置于沿空留巷采空区两侧，兼具红外实时分析和色谱全面分析两种检测手段。漏风速度测试以示踪气体为核心，从进风巷ⅰ和采空区边缘交界位置单次释放一定量示踪气体，沿空留巷侧束管接收示踪气体，确定沿空留巷采空区有无漏风及漏风方向和速度。
5、进一步地，所述弹性光纤保护装置包括透明可伸缩外壳、透明可伸缩内壁、卡旋底座、弹性球、塑性弹簧、可伸缩套管；透明可伸缩外壳、透明可伸缩内壁为可伸缩材质，可随应力变化压缩回弹，具有可塑性；卡旋底座内嵌于透明可伸缩外壳与透明可伸缩内壁之间，当受到应力作用时，卡旋底座沿中空绕圆心环形相继推动旋转，分散应力作用集中点；卡旋底座与弹性球通过自旋卡钳相连，弹性球可沿水平方向自旋，作用在小球上的力向360°周向分散；同时弹性球与塑性弹簧相连，塑性弹簧外包裹有可伸缩套管，使弹簧在可伸缩套管中沿向心方向上下伸缩，共有六组依次环形阵列分布，六组之间相互作用，最大程度提高缓冲效果，避免光纤被遗煤砸毁。
6、进一步地，所述煤自燃区域危险指数梯级划分为以o2浓度、漏风速度、温升梯度、co浓度为中心划分煤自燃区域。以煤自燃危险区间o2浓度(c1-c2)、漏风速度(c3-c4)、温升梯度(>c5)、co浓度(>c6)的并集，作为潜在煤自燃区域，随后对潜在煤自燃区域精准分级。当4个特征指标同时处于危险区间，潜在煤自燃区域为极高危煤自燃区域。并且对温升梯度和co浓度的危险区间划分是单向的，在测量条件内均存在最大超限值，最大超限值预示着煤自燃发生概率较大，因此以最大超限温升梯度和co浓度位置为核心，向四周辐射一定距离，此区间也定义为极高危煤自燃区域。当其中3个特征指标同时处于危险区间，潜在煤自燃区域为高危煤自燃区域。当其中2个特征指标处于危险区间，潜在煤自燃区域为中危煤自燃区域。当其中1个特征指标处于危险区间，潜在煤自燃区域为低危煤自燃区域。实验测定矿井煤炭的煤自燃临界温度及对应co浓度，对应判定煤样开始自发升温的核心自燃致灾区。
7、进一步地，所述沿空留巷壁面多重防漏风工艺分为支护前和支护后封堵。支护前利用矿用多功能制浆喷涂车对沿空留巷侧采空区遗煤喷涂无机高分子粉煤灰胶体泥浆，从包裹初步氧化遗煤和降低煤温两个角度抑制遗煤继续氧化。沿空留巷支护结构形成时，采用随推随喷的方式进行无机高分子粉煤灰胶体泥浆的封堵，快速减少漏风量，随后挂设加厚防火风筒帘，在风筒帘与巷道顶部/底部衔接位置喷涂高黏速凝粉煤灰泥浆。
8、进一步地，所述矿用多功能制浆喷涂车包括改性粉煤灰泥浆制备和喷涂两个功能。改性泥浆分为无机高分子粉煤灰胶体泥浆和高黏速凝粉煤灰泥浆。矿用多功能制浆喷涂车包括车辆主体、反向对冲防沉淀泥浆混料箱、间断螺旋刮壁泥浆输送箱、机械臂喷浆装置和伸缩式摄像装置。混料箱位于输送箱上部，混料箱底部有两个单向电磁阀输料口，可将粉煤灰泥浆从混料箱运至输送箱；输送箱上设置有辅助剂添加口，与流量阀相连，可以向粉煤灰泥浆中添加悬浮剂、增粘剂等。伸缩式摄像装置由底座，伸缩杆，防爆摄像头，旋转电机、清洗刷组成；底座可以旋转，根据现实情况观察不同部位的巷道，确定是否有煤层裂隙。机械臂喷浆装置由底座、转轴、机械臂、液压装置、喷枪组成；喷浆装置可随着转轴转动，大臂可以伸缩，同时可以俯仰，二者相互配合，满足多角度喷浆，解决了传统巷道喷浆的不灵活性。
9、进一步地，所述反向对冲防沉淀泥浆混料箱内部为长方体与倒棱台组合结构。顶部进料口安装于混料箱上部，包含v形进料漏斗、重力开口、防尘壳、拱形分料架和垫板。粉煤灰从v形进料漏斗顶部倒入，从拱形分料架的均匀分布开口落入混料箱，扬灰大部分限制于防尘壳中。内部混合结构包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定及协同防治技术，其特征在于，由沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定技术和沿空留巷采空区煤自燃协同防治技术组成；沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定技术包括煤自燃区域可视化三维实况动态推演、采空区煤自燃二维监测系统设计和煤自燃区域危险指数梯级划分；沿空留巷采空区煤自燃协同防治技术包括沿空留巷壁面多重防漏风工艺和堵-惰-隔-冷-裹防灭火技术。
2.根据权利要求1所述煤自燃区域可视化三维实况动态推演，其特征在于，基于全尺寸物理模型、孔隙率分布函数代码编程、实验测定煤样耗氧速率/特征气体释放速率/放热强度，可视化呈现工作面动态推演行为，分析煤自燃评估指标与工作面推进速度和巷道通风量关联性，结合现场二维实测结果，预测灾变自燃区域立体演化趋势。
3.根据权利要求1所述采空区煤自燃二维监测系统设计，其特征在于，沿空留巷采空区正反U形交错布置测温光纤，在预测沿空留巷侧的煤自燃区域加设L形测温光纤，光纤置于弹性光纤保护装置内；采空区两侧布置束管测气点，沿空留巷侧测气点接收示踪气体。
4.根据权利要求3所述弹性光纤保护装置，
5.根据权利要求1所述煤自燃区域危险指数梯级划分，其特征在于，以O2浓度、漏风速度、温升梯度、CO浓度为划分指标，以4个特征指标并集作为潜在煤自燃区域，以4个/3个/2个/1个特征指标交集作为极高危/高危/中危/低危煤自燃区域，极高危煤自燃区域包括最大温升/CO浓度周围区域；以自燃临界温度及对应CO浓度判定煤样开始自发升温的核心自燃致灾区。
6.根据权利要求1所述沿空留巷壁面多重防漏风工艺，其特征在于，包括支护前采用矿用多功能制浆喷涂车对沿空留巷侧采空区遗煤喷涂无机高分子粉煤灰胶体泥浆；支护后在支护结构外表面按顺序喷涂无机高分子粉煤灰胶体泥浆、挂设加厚防火风筒帘、风筒帘与巷道顶部/底部衔接位置喷涂高黏速凝粉煤灰泥浆。
7.根据权利要求6所述矿用多功能制浆喷涂车，其特征在于，包括车辆主体、反向对冲防沉淀泥浆混料箱、间断螺旋刮壁泥浆输送箱、机械臂喷浆装置和伸缩式摄像装置；混料箱和输送箱通过单向电磁阀连接，机械臂喷浆装置设有旋转底座和伸缩机械臂。
8.根据权利要求7所述反向对冲防沉淀泥浆混料箱，其特征在于，内部为长方体与倒棱台组合结构，顶部进料口设有防尘壳和多孔等距拱形分料架；内部混合结构包含环形高压输水孔、外扩折叶式多层搅拌器、多孔内抛减速板、中心倾斜导流板；两侧与中心的搅拌器转动方向相反，环形高压输水孔设于混料箱内上部，等距等流量布置。
9.根据权利要求7所述间断螺旋刮壁泥浆输送箱，其特征在于，由间断螺旋、混合搅动杆、金属方框和柔性橡胶刮板组成，搅拌输送装置表面涂有纳米涂层，均随主轴旋转；间断螺旋内部有两个弧形断口；柔性橡胶刮板连接于金属方框外部，与输送箱圆柱形内表面相切。
...【技术特征摘要】
1.沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定及协同防治技术，其特征在于，由沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定技术和沿空留巷采空区煤自燃协同防治技术组成；沿空留巷采空区煤自燃区域梯级动态圈定技术包括煤自燃区域可视化三维实况动态推演、采空区煤自燃二维监测系统设计和煤自燃区域危险指数梯级划分；沿空留巷采空区煤自燃协同防治技术包括沿空留巷壁面多重防漏风工艺和堵-惰-隔-冷-裹防灭火技术。
2.根据权利要求1所述煤自燃区域可视化三维实况动态推演，其特征在于，基于全尺寸物理模型、孔隙率分布函数代码编程、实验测定煤样耗氧速率/特征气体释放速率/放热强度，可视化呈现工作面动态推演行为，分析煤自燃评估指标与工作面推进速度和巷道通风量关联性，结合现场二维实测结果，预测灾变自燃区域立体演化趋势。
3.根据权利要求1所述采空区煤自燃二维监测系统设计，其特征在于，沿空留巷采空区正反u形交错布置测温光纤，在预测沿空留巷侧的煤自燃区域加设l形测温光纤，光纤置于弹性光纤保护装置内；采空区两侧布置束管测气点，沿空留巷侧测气点接收示踪气体。
4.根据权利要求3所述弹性光纤保护装置，其特征在于，包括透明可伸缩外壳、透明可伸缩内壁、卡旋底座、弹性球、塑性弹簧、可伸缩套管；卡旋底座内嵌于透明可伸缩外壳与内壁之间，可沿中空绕圆心环形旋转；六组弹性球通过自旋卡钳与卡旋底座相连，可沿水平方向自旋；弹性球与塑性弹簧相连，塑性弹簧外包裹可伸缩套管。
5.根据权利要求1所述煤自燃区域危险指数梯级划分，其特征在于，以o2浓度、漏风速度、温升梯...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆新晓，史国钰，王冠，王烁，杨兆，陈子瑶，苗家玮，肖帆，郭宇航，肖锦翔，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。