本發(fā)明涉及煤礦采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定領(lǐng)域，具體涉及一種采空區(qū)煤自燃三帶快速觀測及分析方法。

背景技術(shù)：

煤自燃火災(zāi)是煤礦井下開采面臨的五大災(zāi)害之一，隨著煤礦開采條件的復(fù)雜性和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，礦井煤自燃火災(zāi)的災(zāi)害程度也在增加，導(dǎo)致每年都有大量的生產(chǎn)工作面因?yàn)榛鸲忾]。采空區(qū)煤自燃三帶觀測是劃分采空區(qū)煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域的必經(jīng)途徑，是采空區(qū)煤自燃預(yù)防技術(shù)的必要條件，現(xiàn)有煤礦采空區(qū)三帶的觀測方法是在采煤工作進(jìn)行時(shí)預(yù)先埋設(shè)一系列取氣管道，當(dāng)采煤工作完畢后，在撤離液壓支架后頂板垮落后，根據(jù)從預(yù)先埋設(shè)的管道中抽取出的氣體并分析氣體成分所得到的數(shù)據(jù)來判斷采空區(qū)三帶的大致分布。但這種傳統(tǒng)的采用預(yù)先埋管的方法有著許多缺點(diǎn)，預(yù)先埋管在頂板垮落時(shí)導(dǎo)致管道破損、堵塞、甚至是管道斷裂；管道鋪設(shè)成本和布置束管監(jiān)測系統(tǒng)成本高；測點(diǎn)位置較固定，無法靈活布置；觀測周期長(大于1個(gè)月)；在特殊情況下人員需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域檢測，危險(xiǎn)性高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種采空區(qū)煤自燃三帶快速觀測及分析方法，測量速度快，只需3-5天即可測完一個(gè)采空區(qū)的三帶范圍；測位靈活，布置測點(diǎn)方便，人員不需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，保證了測試人員的安全；所利用的儀器設(shè)備均可重復(fù)使用，節(jié)省了成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種采空區(qū)煤自燃三帶快速觀測及分析方法，包括如下步驟：

將鉆頭與第一段鉆桿相連接，第一鉆桿末端與鉆機(jī)相連接，啟動(dòng)鉆機(jī)，在走向方向選定距離工作面30-50m處的位置向采空區(qū)煤巖體鉆孔，鉆孔長度距離密閉墻30-60m，鉆孔垂直高度設(shè)置在煤壁距離底板1.5m處的位置，傾角3-5°，沿煤層方向采空區(qū)施工鉆孔；當(dāng)鉆桿進(jìn)入采空區(qū)煤巖體內(nèi)部10m的位置時(shí)，停止打鉆，進(jìn)行測溫、取氣；之后重復(fù)上述過程繼續(xù)打鉆，每鉆進(jìn)10m，再進(jìn)行測溫、取氣，直至鉆桿進(jìn)入采空區(qū)煤巖體內(nèi)部50m時(shí)或者監(jiān)測氣體中氧氣濃度低于5％以后，結(jié)束打鉆；將收集的不同深度周圍煤巖體氣囊中的氣體注入到氣相色譜儀中進(jìn)行氣體分析，記錄分析數(shù)據(jù)。

其中，打鉆孔時(shí)，從鉆桿內(nèi)通入清水，通過鉆頭沖洗鉆屑，鉆屑與水的混合溶液通過鉆桿與煤巖體間的空隙排出；在第一段鉆桿將要完全進(jìn)入煤巖體時(shí)，將鉆機(jī)與第一段鉆桿分離，將第二段鉆桿的一端與第一段鉆桿的末端相連接，再將第二段鉆桿的末端與鉆機(jī)相連接，繼續(xù)打鉆孔。

其中，鉆孔施工至采空區(qū)10m位置時(shí)，停止施工，連接好膠管在鉆桿保護(hù)下送至10米處，預(yù)抽時(shí)間不小于15min，用負(fù)壓抽氣泵對(duì)鉆孔內(nèi)的氣體進(jìn)行采集，然后穿入溫度探測裝置，對(duì)鉆孔內(nèi)溫度進(jìn)行測定。

其中，通過以下步驟完成測溫：

當(dāng)鉆桿進(jìn)入采空區(qū)煤巖體10m時(shí)，停止打鉆，將最后一節(jié)鉆桿與鉆機(jī)分離，將連接好的溫度傳感器和數(shù)據(jù)傳輸線裝入金屬穿線軟管中并固定，一同沿著鉆桿中心送入至鉆頭處，待溫度穩(wěn)定后記錄溫度顯示儀顯示的數(shù)據(jù)，重復(fù)上述過程可測得20m、30m、40m和50m處周圍煤巖體的溫度數(shù)據(jù)。

其中，通過以下步驟完成取氣：

在測完溫度后，將測溫裝置取出，將金屬穿線軟管沿著鉆桿中心送入至鉆頭處，將取氣管道后端連接一金屬軟管接頭，在接頭的另一端連接一段pvc膠管，膠管的另一側(cè)與氣體采樣泵相連，連接完畢進(jìn)行抽氣；在抽氣15分鐘后，將氣囊連接在氣體采樣泵后端進(jìn)行氣體收集；收集完氣體后，取下氣囊進(jìn)行密封，拿至地面測定氣體成分，重復(fù)上述過程可取得20m、30m、40m和50m處周圍煤巖體的氣體樣本。

其中，采用巖石鉆機(jī)，選用d38/27空心鉆桿。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)測量速度快。以往傳統(tǒng)的埋管法測量時(shí)間長，該方法只需3-5天即可測完一個(gè)采空區(qū)的三帶范圍；

(2)測位靈活。該方法操作方便，可在采空區(qū)任意高度處選取鉆孔位置進(jìn)行鉆孔取氣，使得測氣范圍變大，改變了以往只能抽取單一位置的氣體進(jìn)行分析的缺點(diǎn)；

(3)布置測點(diǎn)方便。該方法采取打鉆方式進(jìn)行測溫、取氣，人員不需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，保證了測試人員的安全；

(4)該方法所利用的儀器設(shè)備均可重復(fù)使用，解決了以往取氣管道可能會(huì)由于頂板垮落導(dǎo)致管道破損、報(bào)廢等損失的問題，并節(jié)省了成本。

(5)該方法解決了管路容易堵管的難題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所使用的鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中鉆進(jìn)時(shí)的剖面圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中取氣時(shí)的剖面圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中測溫時(shí)的剖面圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中鉆進(jìn)時(shí)的俯視圖。

圖中：1-鉆頭；2-第一段鉆桿；3-第二段鉆桿；4-第三段鉆桿；5-鉆桿螺紋；6-鉆尾；7-鉆機(jī)；8-煤巖體；9-清水；10-水與鉆屑混合溶液；11-金屬軟管接頭；12-膠管；13-取氣泵取氣口；14-負(fù)壓抽氣泵；15-取氣泵出氣口；16-氣囊；17-待取氣體；18-溫度探頭；19-數(shù)據(jù)線；20-測溫表；21-密閉墻；22-采空區(qū)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中所使用的鉆機(jī)包括依次連接的鉆頭1、第一段鉆桿2、第二段鉆桿3、第三段鉆桿4、鉆桿螺紋5、鉆尾6和鉆機(jī)7。

如圖2-5所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種采空區(qū)煤自燃三帶快速觀測及分析方法，包括如下步驟：

1)在走向方向選定距離工作面30-50m處的位置向采空區(qū)煤巖體鉆孔，鉆孔長度距離密閉墻30-60m，鉆孔垂直高度設(shè)置在煤壁距離底板1.5m處的位置，傾角3-5°，采用巖石鉆機(jī)，選用d38/27空心鉆桿，沿煤層方向采空區(qū)施工鉆孔；

2)鉆孔施工至采空區(qū)10m位置時(shí)，停止施工，連接好膠管在鉆桿保護(hù)下送至10米處，預(yù)抽時(shí)間不小于15min，用負(fù)壓抽氣泵對(duì)鉆孔內(nèi)的氣體進(jìn)行采集，然后穿入溫度探測裝置，對(duì)鉆孔內(nèi)溫度進(jìn)行測定；

3)測定完鉆孔內(nèi)的溫度和氣體，繼續(xù)按照1)施工鉆孔，施工至20m時(shí)，然后停止施工，按照2)進(jìn)行溫度和氣體監(jiān)測；

4)重復(fù)3)中內(nèi)容，直至鉆孔深至50m，或者監(jiān)測氣體中氧氣濃度低于5％以后停止施工鉆孔。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種采空區(qū)煤自燃三帶快速觀測及分析方法，包括如下步驟：在走向方向選定距離工作面30?50m處的位置向采空區(qū)煤巖體鉆孔，鉆孔垂直高度設(shè)置在煤壁距離底板1.5m處的位置，傾角3?5°；當(dāng)鉆桿進(jìn)入采空區(qū)煤巖體內(nèi)部10m的位置時(shí)，停止打鉆，進(jìn)行測溫、取氣；之后重復(fù)上述過程繼續(xù)打鉆，每鉆進(jìn)10m，再進(jìn)行測溫、取氣，直至鉆桿進(jìn)入采空區(qū)煤巖體內(nèi)部50m時(shí)或者監(jiān)測氣體中氧氣濃度低于5％以后，結(jié)束打鉆；將收集的不同深度周圍煤巖體氣囊中的氣體注入到氣相色譜儀中進(jìn)行氣體分析，記錄分析數(shù)據(jù)。本發(fā)明測量速度快、測位靈活、布置測點(diǎn)方便，人員不需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，保證了測試人員的安全，且節(jié)省了成本。

技術(shù)研發(fā)人員：翟小偉;許延輝;楊琛;王凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.08
技術(shù)公布日：2017.10.03