一种采空区自燃危险区域划分及防治方法

1.本发明属于采空区遗煤自燃监测及防治领域，具体涉及一种采空区自燃危险区域划分及防治方法。


背景技术：

2.煤炭是我国的重要战略资源，在我国能源安全的压舱石地位短期内不会发生改变。随着煤炭开采技术的不断改进及完善，煤矿生产走向高效化和集约化，极大程度提高了开采效率，与此同时，高产高效带来的矿井灾害日益凸显，其中煤自燃问题尤为严重。做好采空区自燃监测和防治，对于煤矿安全高效开采具有重要意义。
3.由于采空区由垮落岩石和遗煤构成，人无法进入采空区进行直接观测。因此采空区一旦发生煤自燃，其火源的隐蔽性导致无法及时发现火情并进行治理，只有自燃发展到较为严重的阶段后才能被发现，采空区内部的自燃监测一直存在较大困难。目前煤矿通常采用在工作面进回风巷道预埋束管监测煤自燃情况，通过分析采空区不同深度处的o2浓度，简单划分“自燃三带”。一方面，该方法只能监测工作面两端巷道处的o2浓度分布情况，并不能反映采空区内部情况；另一方面，o2浓度只是划分采空区“自燃三带”的关键因素之一，仅以o2浓度作为判定指标不够全面，两方面综合影响导致采空区内部自燃危险区域的划分不够准确，其“三带”划分仅为一个大致范围。在这种情况下，煤矿要想防治采空区遗煤自燃，只能通过大面积、持续性的对采空区注浆、注氮或注二氧化碳等措施进行防治，不仅自燃防治效率低，极大程度上增加了自燃防治成本，大量的气体注入还有可能导致采空区气体泄漏。如何精准探测采空区自燃危险区域并针对性的进行自燃防治工作仍是现场防灭火工作的重点和难点。


技术实现要素：

4.本发明针对现有采空区自燃危险区域监测及防治方法的不足，提供一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，实现对采空区自燃危险区域的精准探测和针对性治理，降低自燃防治成本的同时保证自燃防治效果，提高煤矿采空区自燃监测和防控效率。
5.为实现上述目的，本发明提供一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，具体步骤如下：
6.1)测点布置：以穿层钻孔作为测点，在每个穿层钻孔内布置封孔管和取样管，所述封孔管由穿层钻孔向内依次连接有前囊袋、中囊袋和后囊袋，封孔管在穿层钻孔外设有注气阀，所述取样管内设有温度探头，取样管在穿层钻孔外设有取样阀，封孔管和取样管通过细铁丝固定在一起后从囊袋内径穿过，所述前囊袋、中囊袋和后囊袋通过封孔管注水或压缩空气使其膨胀，封闭穿层钻孔的同时对取样管进行固定；
7.2)煤自燃特性参数测定：实验室测定煤的自燃参数，包括煤的临界耗氧浓度以及煤自燃的标志性气体；
8.3)采空区自燃监测：通过取样管采集采空区不同测点的气体，分析气体组分和浓
温度探头，9-三通接头，10-注气阀，11-取样阀，12-三通接线头，13-电缆密封接头，14-中囊袋，15-后囊袋，16-测温电缆，17-温度传感器，18-环氧树脂，19-采空区自燃重点关注区域，20-采空区自燃危险区域。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.结合图1～图5所示，一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，包括以下步骤：
29.1)测点布置：以穿层钻孔1作为测点，在每个穿层钻孔1内布置封孔管3和取样管4，所述封孔管3由穿层钻孔1向内依次连接有前囊袋2、中囊袋14和后囊袋15，封孔管3在穿层钻孔1外设有注气阀10，所述取样管4内设有温度探头8，取样管4在穿层钻孔1外设有取样阀11，封孔管3和取样管4通过细铁丝5固定在一起后从囊袋内径穿过，所述前囊袋2、中囊袋14和后囊袋15通过封孔管3注水或压缩空气使其膨胀，封闭穿层钻孔1的同时对取样管4进行固定；
30.2)煤自燃特性参数测定：实验室测定煤的自燃参数，包括煤的临界耗氧浓度以及煤自燃的标志性气体；
31.3)采空区自燃监测：通过取样管4采集采空区不同测点的气体，分析气体组分和浓度数据，同时通过温度探头8监测采空区温度数据；
32.4)自燃危险区域划分：以氧浓度划分法、升温速率划分法和煤自燃标志性气体法作为判定依据，通过文氏图法确定采空区自燃危险区域20，将临界耗氧浓度《o2浓度《18％的区域作为危险区域a，将升温速率》1℃/d的区域作为危险区域b，将出现自燃标志性气体的区域作为危险区域c，a∩b∩c的区域为采空区自燃危险区域20，a∩b、a∩c和b∩c的区域为采空区自燃重点关注区域19；
33.5)自燃防治：打开注气阀10，通过排出前囊袋2、中囊袋14和后囊袋15内的气体或水后即可取出封孔管3和取样管4，然后利用穿层钻孔1进行注浆、注氮或注二氧化碳等防治措施对采空区自燃危险区域20和采空区自燃重点关注区域19进行治理。
34.在步骤1)中，封孔管3与前囊袋2和中囊袋14通过三通接头9连接，与后囊袋15通过弯通6连接，封孔管3在穿层钻孔1外设有注气阀10，通过控制注气阀10的开闭控制封孔管3的注气和排气，进而实现前囊袋2、中囊袋14和后囊袋15的注气膨胀和排气收缩功能；取样管4在穿层钻孔1外设有取样阀11，通过控制取样阀11的开闭进行取样分析，实现气体采样功能，注气阀10和取样阀11为手动球阀；取样管4的末端为花管7，花管7和取样管4通过螺纹连接，花管7内设有温度探头8，用于监测采空区温度数据，温度探头8为一端封闭，一端开口的紫铜管，内置有温度传感器17，并采用环氧树脂18密封温度探头8的开口处，防止穿层钻孔1积水导致温度传感器17泡水损坏；取样管4内布置有测温电缆16，测温电缆16一端与温度探头8里的温度传感器17连接，另一端在穿层钻孔1外通过三通接线头12迁出取样管4，所述三通接线头12上通过螺纹连接有电缆密封接头13，保证取样管4的气密性良好；此外，取样管4可以兼用于排除穿层钻孔1内的积水。
35.在步骤3)中，所述气体组分和浓度数据分析主要包括o2、co、c2h4、c2h6、ch4、co2、c2h2气体。
36.以上所述实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的适用范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，其特征在于，包括以下步骤：1)测点布置：以穿层钻孔(1)作为测点，在每个穿层钻孔(1)内布置封孔管(3)和取样管(4)，所述封孔管(3)由穿层钻孔(1)向内依次连接有前囊袋(2)、中囊袋(14)和后囊袋(15)，封孔管(3)在穿层钻孔(1)外设有注气阀(10)，所述取样管(4)内设有温度探头(8)，取样管(4)在穿层钻孔(1)外设有取样阀(11)，封孔管(3)和取样管(4)通过细铁丝(5)固定在一起后从囊袋内径穿过，所述前囊袋(2)、中囊袋(14)和后囊袋(15)通过封孔管(3)注水或注压缩空气使其膨胀，封闭穿层钻孔(1)的同时对取样管(4)进行固定；2)煤自燃特性参数测定：实验室测定煤的自燃参数，包括煤的临界耗氧浓度以及煤自燃的标志性气体；3)采空区自燃监测：通过取样管(4)采集采空区不同测点的气体，分析气体组分和浓度数据，同时通过温度探头(8)监测采空区温度数据；4)自燃危险区域划分：以氧浓度划分法、升温速率划分法和煤自燃标志性气体法作为判定依据，通过文氏图法确定采空区自燃危险区域(20)，将临界耗氧浓度<o2浓度<18％的区域作为危险区域a，将升温速率>1℃/d的区域作为危险区域b，将出现自燃标志性气体的区域作为危险区域c，a∩b∩c的区域为采空区自燃危险区域(20)，a∩b、a∩c和b∩c的区域为采空区自燃重点关注区域(19)；5)自燃防治：打开注气阀(10)，通过排出前囊袋(2)、中囊袋(14)和后囊袋(15)内的气体或水后即可取出封孔管(3)和取样管(4)，然后利用穿层钻孔(1)进行注浆、注氮或注二氧化碳等防治措施对采空区自燃危险区域(20)和采空区自燃重点关注区域(19)进行治理。2.根据权利要求1所述的一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，其特征在于，在步骤1)中，所述前囊袋(2)和中囊袋(14)通过三通接头(9)与封孔管(3)连接，所述后囊袋(15)通过弯通(6)与封孔管(3)连接。3.根据权利要求1所述的一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，其特征在于，在步骤1)中，所述注气阀(10)和取样阀(11)为手动球阀。4.根据权利要求1所述的一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，其特征在于，在步骤1)中，所述取样管(4)末端为花管(7)，所述花管(7)和取样管(4)通过螺纹连接，花管(7)内设有温度探头(8)，所述温度探头(8)为一端封闭，一端开口的紫铜管，紫铜管内置有温度传感器(17)，所述温度传感器(17)与取样管(4)内的测温电缆(16)连接，并通过环氧树脂(18)对温度探头(8)的开口处进行密封，所述测温电缆(16)在穿层钻孔(1)外通过三通接线头(12)迁出取样管(4)，所述三通接线头(12)上通过螺纹连接有电缆密封接头(13)。5.根据权利要求1所述的一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，其特征在于，在步骤1)中，所述取样管(4)可以兼用于排除穿层钻孔(1)内的积水。6.根据权利要求1所述的一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，其特征在于，在步骤3)中，所述气体组分和浓度数据分析主要包括o2、co、c2h6、c2h4、ch4、co2、c2h2气体。

技术总结
本发明公开了一种采空区自燃危险区域划分及防治方法，包括以下步骤：1)测点布置；2)煤自燃特性参数测定；3)自燃监测；4)危险区域划分；5)自燃防治。以穿层钻孔为测点布置封孔管和取样管，所述封孔管连接囊袋，所述取样管内设有温度探头，通过取样管监测各测点的气体组分、浓度和温度数据，结合测定的煤自燃特性参数，通过文氏图法确定采空区自燃危险区和自燃重点关注区。然后拆卸封孔管和取样管，继续利用穿层钻孔针对采空区自燃危险区域和自燃重点关注区域采区防治措施。该方法综合多种判定条件，能够科学合理的划分采空区自燃危险区域，并针对性的进行治理，能够确保自燃防治效果，保障工作面安全高效开采。保障工作面安全高效开采。保障工作面安全高效开采。


技术研发人员：张遵国 陈毅 唐朝 王多华 蔺小康
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/7