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1、10申请公布号CN103806943A43申请公布日20140521CN103806943A21申请号201310683192622申请日20131213E21F17/1820060171申请人中国神华能源股份有限公司地址100011北京市东城区安外西滨河路22号神华大厦申请人神华神东煤炭集团有限责任公司中国矿业大学72发明人鲁义贺安民白枫桐尚少勇李恒74专利代理机构北京邦信阳专利商标代理有限公司11012代理人王昭林张相升54发明名称用于监测煤层采空区漏风的监测装置及监测方法57摘要本发明公开了一种用于监测煤层采空区漏风的监测装置，包括两条主连接管、两条采样管和两台防爆抽气泵，所述两条主连接。
2、管分别安装在采煤工作面的两侧的顺槽内，两条所述采样管横向布置在采空区内，每条所述采样管分别与两条所述主连接管连通，每条所述主连接管内均布置有一台所述防爆抽气泵，其中每条所述采样管上均设置有多个监测口，且每个所述监测口分别通过单独的一条送气支管连接至其中一台所述防爆抽样气泵，每条所述采样管上在靠近所述采空区两侧的所述顺槽处时的所述监测口的布置密度大于在位于所述采空区中间位置时的所述监测口的布置密度。本发明还公开了用于监测煤层采空区漏风的监测方法。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页10申请公布号CN1038。
3、06943ACN103806943A1/2页21一种用于监测煤层采空区漏风的监测装置，其特征在于，包括两条主连接管、两条采样管和两台防爆抽气泵，所述两条主连接管分别安装在采煤工作面的两侧的顺槽内，两条所述采样管横向布置在采空区内，每条所述采样管分别与两条所述主连接管连通，每条所述主连接管内均布置有一台所述防爆抽气泵，其中每条所述采样管上均设置有多个监测口，且每个所述监测口分别通过单独的一条送气支管连接至其中一台所述防爆抽样气泵，每条所述采样管上在靠近所述采空区两侧的所述顺槽处时的所述监测口的布置密度大于在位于所述采空区中间位置时的所述监测口的布置密度。2根据权利要求1所述的一种监测装置，其特征。
4、在于，两台所述防爆抽样气泵分别连接有气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将从各个所述监测口传来的气体样品进行分析，得出各个所述监测口传来的气体样品中氧气的浓度。3根据权利要求2所述的一种监测装置，其特征在于，所述采空区的横向距离为214M，两条所述采样管之间的距离为50M，所述采空区内位于两侧的所述顺槽处遗煤厚度大于其中间位置处遗煤的厚度，两条所述采样管上均设置有11个监测口，11个所述监测口从一侧所述顺槽处至另一侧顺槽处以如下间隔2M、5M、8M、12M、15M、25M、40M、25M、15M、12M、8M、5M和2M布置。4一种采用权利要求1所述的监测装置进行监测煤层采空区漏风的监测方法，其包括。
5、如下步骤步骤1在采煤工作面的两侧的顺槽内分别布置一条主连接管，在每条所述主连接管内均布置一台防爆抽样气泵，在采空区内横向布置两条采样管，每所述采样管分别与两条所述主连接管连通，所述采样管上设置有多个监测口，并将每个所述监测口分别通过一条单独的送气支管连接至其中一台所述防爆抽样气泵，每条所述采样管上在靠近所述采空区两侧的所述顺槽处时的所述监测口的布置密度大于在位于所述采空区中间位置时的所述监测口的布置密度；步骤2开启所述防爆抽样气泵，采集每个所述监测口输出的气体样品，并分析所述气体样品中氧气的浓度，来确定各监测口处的漏风范围。5根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，上述步骤2中通过气相色谱仪。
6、将从各个所述监测口传来的所述气体样品进行分析，得出各个所述监测口传来的气体样品中氧气的浓度。6根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，还包括如下步骤，步骤3对采空区内的遗煤区域进行打钻注水，确定所述采空区内各监测口处的孔隙率，并根据每个所述监测口处所述孔隙率及每个所述监测口处的氧气浓度之间的关系，得出所述采空区内各区域的漏风分布情况；所述孔隙率的测定方法为NKQ/V；VGL（DHM）2WDHMCOT/2；HMD/（K1）COS；其中，HM为采空最大冒落高度，单位为M；权利要求书CN103806943A2/2页3D为煤层厚度或采厚，单位为M；K为岩石碎涨系数12515，取13；为煤岩层倾角，取。
7、8；L为采煤工作面斜长，单位为M；W为煤工作面长，单位为M；Q为采空区积水量放水量，单位为M3；VG为采空垮落空间体积，单位为M3；NK为采空垮落孔隙率。7根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述采空区内自然发火危险漏风范围的氧气浓度在818之间。8根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，还包括如下步骤，步骤4每天记录采煤工作面的推进度，测算每个所述监测口距所述采煤工作面的距离，并记录随着所述采煤工作面推进每个所述监测口的氧气浓度变化。权利要求书CN103806943A1/5页4用于监测煤层采空区漏风的监测装置及监测方法技术领域0001本发明属于煤矿采空区煤自燃防治技术领域，特别是涉及。
8、一种用于监测煤层采空区漏风的监测装置及监测方法，主要用于正在大规模开采的特厚煤层复杂采空区大量遗煤自燃的防治。背景技术0002矿井煤层自燃火灾已成为直接威胁矿井安全生产的主要灾害之一。统计显示，50以上的国有重点煤矿存在自然发火威胁，而正在大规模开采的特厚煤层尤为严重。我国神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等大型煤炭基地赋存有大量特厚煤层，该类煤层具有赋存厚度不稳定、硬度较大、自然发火期短等显著特点。随着特厚煤层综采放顶煤开采技术的推广，该技术在大幅度提高煤炭生产效率及煤炭产量的同时，也给采空区遗留下大量浮煤，使得越来越多的矿井经常出现采空区自燃火灾，特别是高瓦斯矿井，自燃往往引发瓦斯燃烧和爆炸。在。
9、特厚煤层综放开采中，采空区冒落大，遗煤多，加之配风量大，一般达25003000M3/MIN，远远高于一般煤层工作面的配风量，从而导致漏风变得非常严重。在上述情况下，遗煤很容易与采空区漏风流中的氧气发生氧化反应，导致采空区自燃火灾的发生，严重威胁矿工的生命安全和煤矿的安全生产。0003特厚煤层综放面采空区自燃有以下特点自燃一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部，高温区域隐蔽且范围较大；煤自燃过程中，随着煤温升高，高温点总是逆着风流移动，采空区自燃火灾灭火难度大，火区启封后易于复燃；采空区漏风开放、立体空间大、工作面长度大、火源较为隐蔽。因此，一旦特厚煤层采空区出现自然发火的隐患，很难准确的对采空区。
10、火区进行治理，况且由于火源位置确定的模糊性，使火区治理盲目性增大，治理区域大。0004根据煤炭自燃的煤氧复合学说及煤炭自燃过程的分析和生产实际表明，煤炭自燃必须具备三个条件（1）有自燃倾向性的煤炭开采后呈破碎状态，堆积厚度一般大于04M；（2）具有含氧量较高的风流流经破碎的煤体，维持煤的氧化过程不断的发展；风流速度适中，使破碎的煤体有积聚氧化热量的环境，即有较好的蓄热环境；（3）有适量的通风供氧，通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提。0005由此可见，氧气浓度的大小及变化情况直接影响着松散煤体的氧化放热，漏风首先是向煤体提供自燃所需的氧气，促进煤自燃的发展；其次是带走煤。
11、氧化过程中所产生的热量，降低煤体温度，从而控制着采空区不同范围内的遗煤自燃过程的发展。而现有技术中还缺乏对采空区漏风的监测，无法准确判断采空区中含氧量，进而无法效预防采空区煤自燃，避免恶性事故的发生。发明内容0006本发明的发明目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种用于监测煤层采空区漏风的监测装置及监测方法。说明书CN103806943A2/5页50007本发明技术方案提供一种用于监测煤层采空区漏风的监测装置，包括两条主连接管、两条采样管和两台防爆抽气泵，所述两条主连接管分别安装在采煤工作面的两侧的顺槽内，两条所述采样管横向布置在采空区内，每条所述采样管分别与两条所述主连接管连通，每条所述主连。
12、接管内均布置有一台所述防爆抽气泵，其中每条所述采样管上均设置有多个监测口，且每个所述监测口分别通过单独的一条送气支管连接至其中一台所述防爆抽样气泵，每条所述采样管上在靠近所述采空区两侧的所述顺槽处时的所述监测口的布置密度大于在位于所述采空区中间位置时的所述监测口的布置密度。0008进一步地，两台所述防爆抽样气泵分别连接有气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将从各个所述监测口传来的气体样品进行分析，得出各个所述监测口传来的气体样品中氧气的浓度。0009进一步地，所述采空区的横向距离为214M，两条所述采样管之间的距离为50M，所述采空区内位于两侧的所述顺槽处遗煤厚度大于其中间位置处遗煤的厚度，两条所述。
13、采样管上均设置有11个监测口，11个所述监测口从一侧所述顺槽处至另一侧顺槽处以如下间隔2M、5M、8M、12M、15M、25M、40M、25M、15M、12M、8M、5M和2M布置。0010本发明还提供一种用于监测煤层采空区漏风的监测方法，其包括如下步骤步骤1在采煤工作面的两侧的顺槽内分别布置一条主连接管，在每条所述主连接管内均布置一台防爆抽气泵，在采空区内横向布置两条采样管，每所述采样管分别与两条所述主连接管连通，所述采样管上设置有多个监测口，并将每个所述监测口分别通过一条单独的送气支管连接至其中一台所述防爆抽样气泵，每条所述采样管上在靠近所述采空区两侧的所述顺槽处时的所述监测口的布置密度大。
14、于在位于所述采空区中间位置时的所述监测口的布置密度；步骤2开启所述防爆抽样气泵，采集每个所述监测口输出的气体样品，并分析所述气体样品中氧气的浓度，来确定各监测口处的漏风范围。0011进一步地，上述步骤2中通过气相色谱仪将从各个所述监测口传来的所述气体样品进行分析，得出各个所述监测口传来的气体样品中氧气的浓度。0012进一步地，还包括如下步骤，步骤3对采空区内的遗煤区域进行打钻注水，确定所述采空区内各监测口处的孔隙率，并根据每个所述监测口处所述孔隙率及每个所述监测口处的氧气浓度之间的关系，得出所述采空区内各区域的漏风分布情况；所述孔隙率的测定方法为0013NKQ/V；VGL（DHM）2WDHMC。
15、OT/2；HMD/（K1）COS；0014其中，HM为采空最大冒落高度，单位为M；D为煤层厚度或采厚，单位为M；K为岩石碎涨系数12515，取13；为煤岩层倾角，取8；L为采煤工作面斜长，单位为M；W为煤工作面长，单位为M；Q为采空区积水量放水量，单位为M3；VG为采空垮落空间体积，单位为M3；NK为采空垮落孔隙率。0015进一步地，所述采空区内自然发火危险漏风范围的氧气浓度在818之间。0016进一步地，还包括如下步骤，步骤4每天记录采煤工作面的推进度，测算每个所述监测口距所述采煤工作面的距离，并记录随着所述采煤工作面推进每个所述监测口的氧气浓度变化。0017采用上述技术方案，具有如下有益效。
16、果通过本对特厚煤层（厚度在35M10M之间）采空区漏风分布情况进行监测，可以得知采空区漏风分布情况，改变了以往采用经验来说明书CN103806943A3/5页6确定特厚煤层漏风分布的不足，使得特厚煤层采空区煤自燃防治工作变得更加科学、更加有效，也就大大提高了矿井的安全生产；其次，该漏风范围的确定改变了以往防灭火设计的盲目性，大大减少了防灭火材料的浪费，做到了有的放矢。附图说明0018图1为本发明提供的监测装置的示意图。0019附图表记对照表00201采煤工作面；2顺槽；3主连接管；00214采样管；5监测口；6送气支管；00227采空区；8防爆抽气泵；9气相色谱仪。具体实施方式0023下面结合。
17、附图来进一步说明本发明的具体实施方式。0024本发明提供的监测装置及监测方法专用针对特厚煤层（煤层厚度在35M10M之间）的采空区漏风情况监测。0025如图1所示，本发明提供的一种用于监测煤层采空区漏风的监测装置，包括两条主连接管3、两条采样管4和两台防爆抽气泵8，两条主连接管3分别安装在采煤工作面1的两侧的顺槽2内，两条采样管4横向布置在采空区7内，每条采样管4分别与两条主连接管3连通，每条主连接管3内均布置有一台防爆抽气泵8，其中每条采样管4上均设置有多个监测口5，且每个监测口5分别通过单独的一条送气支管6连接至其中一台防爆抽样气泵8，每条采样管4上在靠近采空区7两侧的顺槽2处时的监测口5。
18、的布置密度大于在位于采空区7中间位置时的监测口5的布置密度。0026即，该监测装置，包括两条主连接管3、两条采样管4和两台防爆抽气泵8。在采空区7与采煤工作面1的两侧布置有顺槽2，一条为顺风槽，一条为回风槽。在特厚煤层的采空区7内埋设两条采样管4进行气体成份观测，采样管4上布置有监测口5，并沿采煤工作面1倾向方向布置。根据特厚煤层放煤后两侧顺槽2处的遗煤厚度大于采空区中间部分的遗煤厚度，监测口5布置数量在两侧顺槽2处密集，在采空区7中间位置处相对稀疏。每个监测口5通过单独的一根送气支管6与其中一台防爆抽样气泵8连接，送气支管6并行穿过主连接管3。每个监测口5单独通过一根送气支管6与台防爆抽样气。
19、泵8，可以保证准确测得每个监测口5处的氧气浓度。0027使用时，开启防爆抽气泵8，收集每个监测口5处的气体样品，并通过分析得出随采煤工作面1的推进，采空区7内的温度和O2、CO、CO2、CH4、C2H2等重碳氢气体的浓度变化规律，并得出每个监测口5处氧气浓度。根据特厚煤层的采空区7内氧气浓度的变化情况来分析采空区7内部的氧化规律；依据支持采空区7浮煤氧化的氧气浓度上下限来划定煤自燃发火危险漏风范围，自燃发火危险漏风范围8O2浓度18。0028由此，本发明提供的监测装置可通过分别监测分析每个监测口处的氧气浓度，利于施工人员分析出整个采空区内的氧气浓度，得知氧化程度，便于提前预防自然火灾，使得特厚。
20、煤层采空区煤自燃防治工作变得更加科学、更加有效，也就大大提高了矿井的安全生产；其次，该漏风范围的确定改变了以往防灭火设计的盲目性，大大减少了防灭火材料的浪说明书CN103806943A4/5页7费，做到了有的放矢。0029较佳地，两台防爆抽样气泵8别连接有气相色谱仪9，气相色谱仪9用于将从各个监测口5传来的气体样品进行分析，得出各个监测口5传来的气体样品中氧气的浓度。正常情况下每日测取气体成份数据，早班入井测定。若有异常，则根据具体情况而定，可在异常监测口每日测取23次数据。在防爆抽样气泵8的作用下，通过送气支管6抽取气样送入气相色谱仪9中进行分析（同时在井下抽取采空区7内气体样品放至球胆中，。
21、带到地面送入气相色谱仪9进行分析，以便对照比较，从而得出随采煤工作面1的推进，采空区7内的温度和O2、CO、CO2、CH4、C2H2等重碳氢气体的浓度的变化规律。并记录每日采煤工作面1的推进度，以便推算监测口5距采煤工作面1的距离，并记录随着采煤工作面1的推进，每个监测口5处的氧气浓度变化。0030采空区7的横向（宽）距离约为214M，两条采样管4之间的距离为50M，采空区7内位于两侧的顺槽2处遗煤厚度大于其中间位置处遗煤的厚度，两条采样管4上均设置有11个监测口5，11个监测口5从一侧顺槽处2至另一侧顺槽2处以如下间隔2M、5M、8M、12M、15M、25M、40M、25M、15M、12M、。
22、8M、5M和2M布置。0031对一采煤工作面长为300M，采空区7的横向（宽）距离约为214M，采煤工作面1的煤厚为8M的采空区7内埋设采样管4进行气体成份观测；根据特厚煤层放煤后两顺槽2处的遗煤厚度大于其中间部分遗煤厚度的特点，监测口5布置数量在两顺槽2处密集，在中间位置处相对稀疏。0032在采煤工作面1综放支架沿着后部刮板输送机布置，从一个顺槽2侧（进风侧）到另一个顺槽2侧（回风侧），监测口5布置的间隔距离分别为2M、5M、8M、15M、25M、40M、40M、40M、40M、40M、25M、15M、8M、5M和2M。为达到准确分析的效果，在采空区7中部埋设两路采样管4，两路采样管4沿纵向。
23、相隔50M。采样管4与两侧主连接管3连接，主连接管3前期铺设250M，根据测试数据结果可做适当延长，主连接管3沿着进回风巷煤帮采用挖槽埋放，在其一端安装有矿用防爆抽气泵8。0033本发明还提供一种用于监测煤层采空区漏风的监测方法，结合图1所示，其包括如下步骤0034步骤1在采煤工作面1的两侧的顺槽2内分别布置一条主连接管3，在每条主连接管3内均布置一台防爆抽气泵8，在采空区7内横向布置两条采样管4，每采样管4分别与两条主连接管3连通，采样管4上均设置有多个监测口5，并将每个监测口5分别通过一条单独的送气支管6连接至其中一台防爆抽样气泵8，每条采样管4上在靠近采空区7两侧的顺槽2处时的监测口5的。
24、布置密度大于在位于采空区7中间位置时的监测口5的布置密度；0035步骤2开启防爆抽样气泵8，采集每个监测口5输出的气体样品，并分析气体样品中氧气的浓度，来确定各监测口5处的漏风范围。0036使用时，开启防爆抽气泵8，收集每个监测口5处的气体样品，并通过分析得出随采煤工作面1的推进，采空区7内的温度和O2、CO、CO2、CH4、C2H2等重碳氢气体的浓度变化规律，并得出每个监测口5处氧气浓度。根据特厚煤层的采空区7内氧气浓度的变化情况来分析采空区7内部的氧化规律；依据支持采空区7浮煤氧化的氧气浓度上下限来划定煤自燃发火危险漏风范围，自燃发火危险漏风范围8O2浓度18。说明书CN103806943。
25、A5/5页80037较佳地，上述步骤2中通过气相色谱仪9将从各个监测口5传来的气体样品进行分析，得出各个监测口5传来的气体样品中氧气的浓度。在防爆抽样气泵8的作用下，通过送气支管6抽取气样送入气相色谱仪9中进行分析（同时在井下抽取采空区7内气体样品放至球胆中，带到地面送入气相色谱仪9进行分析，以便对照比较，从而得出随采煤工作面1的推进，采空区7内的温度和O2、CO、CO2、CH4、C2H2等重碳氢气体的浓度的变化规律。0038上述监测步骤，还包括步骤3对采空区7内的遗煤区域进行打钻注水，确定采空区7内各监测口5处的孔隙率，并根据每个监测口5处孔隙率及每个监测口5处的氧气浓度之间的关系，得出采空。
26、区7内各区域的漏风分布情况。0039孔隙率的测定方法为0040NKQ/V；0041VGL（DHM）2WDHMCOT/2；0042HMD/（K1）COS；0043其中，HM为采空最大冒落高度，单位为M；D为煤层厚度或采厚，单位为M；K为岩石碎涨系数12515，取13；为煤岩层倾角，取8；L为采煤工作面斜长，单位为M；W为煤工作面长，单位为M；Q为采空区积水量放水量，单位为M3；VG为采空垮落空间体积，单位为M3；NK为采空垮落孔隙率。0044在现场对采空区7内进行打钻，结合工作面的相关地质数据对钻孔注水量进行分析，确定特厚煤层采空区各范围的孔隙。即注入水的体积等于遗煤区域的孔或间隙的体积。004。
27、5上述监测步骤，还包括步骤4每天记录采煤工作面1的推进度，测算每个监测口5距采煤工作面1的距离，并记录随着采煤工作面1的推进，每个监测口5的氧气浓度变化。0046根据特厚煤层采空区7的孔隙率及采煤工作面1的开采、地质、通风及其他相关数据，确定氧浓度分布规律，来判定特厚煤层的采空区7在不同风量条件下的氧气浓度变化情况，从而掌握其漏风分布情况。0047由此可见，本发明提供的监测方法，可以监测出采空区中每个监测口处的氧气浓度，得出该处漏风情况，利于掌握采空区中漏风分布情况，便于提前预防自然火灾，提高了矿井的安全生产。0048根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。0049以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。说明书CN103806943A1/1页9图1说明书附图CN103806943A。