一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统与方法技术方案

技术编号：41147374 阅读：3 留言：0更新日期：2024-04-30 18:15

本发明专利技术涉及煤矿火灾防治领域，具体地说是一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统与方法，包括保护子系统、气体检测子系统和温度监测子系统，保护子系统包括保护钢管，保护钢管在工作面投产前预埋在主进风巷和开切眼内，采空区通过千斤顶顶推设置有若干保护钢管用于保护内部多芯束管和测温光缆；气体检测子系统包括多芯束管和设置在井下的束管监测主机，多芯束管布置在保护钢管中，多芯束管一端连接至束管监测主机；温度监测子系统包括分布式测温光缆、光纤测温分站主机和测温探头，测温光缆布置在保护钢管中。本发明专利技术具有较高自动化水平，极大程度的提高了井下作业安全，减少了人工劳动量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤矿火灾防治领域，具体地说是一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统与方法。

技术介绍

1、采空区自燃发火是煤炭开采过程中最为主要的威胁之一，发火隐蔽且在发火过程中伴随着有害气体、瓦斯爆炸等隐患的发生，严重威胁着工作人员及开采设备的安全。按采煤工作面采空区内浮煤自燃危险性的不同，根据采空区漏风流风速或温度或氧浓度，可将采空区划分为散热带、氧化升温带和窒息带(即自燃“三带”)。在采煤工作面推进过程中，采空区自燃“三带”范围随采煤工作面漏风量、氧浓度、浮煤厚度和采空区温度等因素动态变化。

2、近年来，越来越多的矿井采用沿空留巷无煤柱开采技术。但在沿空留巷无煤柱护巷条件下，采空区呈敞口状态，漏风严重，增大了采空区遗煤自燃的风险。此外，这种无煤柱开采会随着相邻采空区的连通，进一步导致采空区流场的复杂化。现有自然发火监测系统主要通过在工作面两端巷道预埋束管/测温光纤方式进行监测系统布置，但这种布置方式仅能检测采空区两道区域，无法反应采空区内部自然发火情况。而对于沿空留巷工作面主要在沿空留巷段挡矸墙上布置插管，通过插管监测采空区气体或温度，但这种方式也仅能监测采空区内紧靠沿空留巷侧的区域，无法对采空区内部进行有效监测。鉴于沿空留巷工作面风流的复杂性，急需一种能够精确掌握采空区自然发火状况，对采空区内部气体成分及温度进行全方位监测的自然发火监测系统。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本专利技术提出了一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统与方法。

>2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统，包括：保护子系统、气体检测子系统和温度监测子系统，所述保护子系统包括保护钢管，所述保护钢管在工作面投产前预埋在主进风巷和开切眼内，在所述主进风巷和开切眼转弯处的保护钢管设置有弯通连接进行保护，在工作面投产后的采空区通过千斤顶顶推设置有若干保护钢管，保护钢管用于保护内部多芯束管和测温光缆；所述气体检测子系统包括所述多芯束管和设置在井下的束管监测主机，所述多芯束管布置在所述保护钢管中，所述多芯束管一端连接至所述束管监测主机；所述温度监测子系统包括分布式测温光缆、光纤测温分站主机和测温探头，所述测温光缆布置在所述保护钢管中，所述测温光缆一端连接至所述光纤测温分站主机，所述束管监测主机和所述光纤测温分站主机设置在主进风巷位于停采线以下位置，所述束管监测主机和所述光纤测温分站主机与井上监控主机相连；所述束管监测主机包括抽气泵、分路箱和气相色谱仪，所述束管监测主机自动抽取采空区气体进行分析后将结果数据通过井下环网传输给井上监控主机；所述副进风巷设置有若干单体液压支柱，在工作面投产后，所述副进风巷一侧产生采空区，所述副进风巷部分转变尾巷，所述尾巷内所述单体液压支柱一端顶接所述千斤顶，所述千斤顶另一端设置有转接头，所述转接头另一端通过法兰连接有所述保护钢管，所述转接头侧壁设置有孔，所述多芯束管和测温光缆穿入孔进入转接头空腔，进而进入保护钢管，所述保护钢管顶端及两两保护钢管之间设置有花管，所述花管侧壁设置有通气孔，位于所述花管内部多芯束管设置有束管口作为采样点，位于所述花管内部测温光缆设置有测温探头作为采样点，所述花管内部两端设置有聚氨酯封堵；位于采空区所述保护钢管顶端的花管另一端设置有防偏顶头，所述防偏顶头顶端设置有防偏顶头棱角。

3、进一步的，所述千斤顶一端设置有千斤顶圆弧形底座，所述千斤顶圆弧形底座与所述单体液压支柱顶接，所述千斤顶两侧对称设置有一对单体液压支柱卡接，所述转接头靠近所述千斤顶的一侧设置为环套结构的转接头千斤顶卡口，所述转接头千斤顶卡口与所述千斤顶一端连接。

4、进一步的，所述防偏顶头为法兰与直角梯形钢板组成，6个直角梯形钢板焊接在法兰上组成防偏顶头，形成防偏顶头棱角的钝角结构。

5、本专利技术还提供了一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统的监测方法，包括：

6、s001：在投产前预埋在主进风巷、副进风巷和开切眼处保护钢管在布置时由开切眼中间向两端分两路布置，每隔25m-35m布置一采样点，两路分别延伸至主进风巷、副进风巷，在布置保护钢管时先将多芯束管与测温光缆穿入，在保护钢管头部安装花管布置采样点，首根保护钢管头部的花管采用法兰封堵；

7、s002：根据需要设计相邻采样点间距，在布置下一采样点前将多芯束管与测温光缆穿入保护钢管，保护钢管之间采用法兰连接；将多芯束管与测温光缆穿入花管，通过法兰将该花管连至上一保护钢管，在该花管内布置好采样点后通过法兰连接下一根保护钢管，使用聚氨酯封堵对其内部进行封堵固定多芯束管与测温光缆；

8、s003：在主进风巷中每隔25m-35m布置一个采样点，通过预埋管的方式保护主进风巷内的多芯束管与测温光缆，在布置时先将多芯束管与测温光缆穿入，使用弯通连接所述预埋在开切眼内延伸至主进风巷的保护钢管，保护钢管之间采用法兰连接，连接下一保护钢管前使用聚氨酯封堵对其内部多芯束管与测温光缆进行封堵固定，采样点处花管布置方式与步骤s002相同；主进风巷处保护钢管铺至停采线截止，使用聚氨酯封堵封堵最后一根保护钢管末端，当前方采样点进入窒息带后，且过一段时间后，停止采样点的监测；

9、s004：在工作面投产后，布置在尾巷的保护钢管是在尾巷沿空留巷段内，使用千斤顶将保护钢管从工作面液压支架后未垮落区域向采空区内顶入，每处顶管内部采样点为3个，采样点间距25m-35m，相邻顶管间距25m-35m；首个采样点布置在保护钢管前端，将多芯束管与测温光缆穿入首根花管，花管一端使用法兰连接防偏顶头，在花管内布置好采样点后，使用聚氨酯封堵封堵花管另一端，使用法兰将花管与首根保护钢管前端连接；

10、s005：使用千斤顶顶推保护钢管时在末端通过法兰连接转接头，千斤顶卡入转接头内，通过该转接头将力作用在保护钢管上，在千斤顶施力时，转接头保护保护钢管内多芯束管与测温光缆，保护钢管通过千斤顶在采煤工作面液压支架后贴地面向采空区顶入，保护钢管末端留一部分在沿空留巷以便连接后续保护钢管，卸下转接头，重复以上步骤将后续保护钢管和花管顶入采空区，顶入保护钢管数量达到监测需要后，使用聚氨酯封堵封堵最后一根保护钢管末端；

11、s006：在采煤工作面推进25m-35m后，向采空区顶入下一段保护钢管与监测线路，当前面的顶管进入窒息带且过一段时间后，停止该顶管内采样点的监测；其中，定期记录各采样点气体成分、温度与采煤工作面推进距离关系，得到采空区自燃“三带”分布规律，采空区自燃“三带”划分标准如下：散热带为采空区氧气体积分数大于18％，温升△t<1℃/d的区域；氧化升温带为氧气体积分数为10％～18％，温升△t≥1℃/d的区域；窒息带为漏风风速小于0.10m/min，氧气体积分数小于10％温升△t<1℃/d的采空区压实区。

12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：

13、本专利技术针对无煤柱沿空留巷工作面设计，可有效监测采空区内自然发火，测得沿空留巷工本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统，其特征在于，包括：保护子系统、气体检测子系统和温度监测子系统，所述保护子系统包括保护钢管(4)，所述保护钢管(4)在工作面投产前预埋在主进风巷(1)和开切眼(3)内，在所述主进风巷(1)和开切眼(3)转弯处的保护钢管(4)设置有弯通(6)连接进行保护，在工作面投产后的采空区(12)通过千斤顶(22)顶推设置有若干保护钢管(4)，保护钢管(4)用于保护内部多芯束管(11)和测温光缆(10)；所述气体检测子系统包括所述多芯束管(11)和设置在井下的束管监测主机(8)，所述多芯束管(11)布置在所述保护钢管(4)中，所述多芯束管(11)一端连接至所述束管监测主机(8)；所述温度监测子系统包括分布式测温光缆(10)、光纤测温分站主机(9)和测温探头(17)，所述测温光缆(10)布置在所述保护钢管(4)中，所述测温光缆(10)一端连接至所述光纤测温分站主机(9)，所述束管监测主机(8)和所述光纤测温分站主机(9)设置在主进风巷(1)位于停采线(7)以下位置，所述束管监测主机(8)和所述光纤测温分站主机(9)与井上监控主机相连；所述束管监测主机(

2.根据权利要求1所述的一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统，其特征在于，所述千斤顶(22)一端设置有千斤顶圆弧形底座(27)，所述千斤顶圆弧形底座(27)与所述单体液压支柱(26)顶接，所述千斤顶(22)两侧对称设置有一对单体液压支柱(26)卡接，所述转接头(23)靠近所述千斤顶(22)的一侧设置为环套结构的转接头千斤顶卡口(24)，所述转接头千斤顶卡口(24)与所述千斤顶(22)一端连接。

3.根据权利要求1所述的一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统，其特征在于，所述防偏顶头(20)为法兰(19)与直角梯形钢板组成，6个直角梯形钢板焊接在法兰(19)上组成防偏顶头(20)，形成防偏顶头棱角(21)的钝角结构。

4.根据权利要求1所述的一种沿空留巷工作面采空区自燃发火监测系统的监测方法，其特征在于，包括：

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【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康锴，张遵国，赵玮烨，霍振龙，张宏虎，梁谦，荆新军，康小景，赵学良，王润超，张志强，
申请(专利权)人：山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

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