CN112362248A - 一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统及方法 - Google Patents

一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于煤矿井下通风技术领域；采空区漏风是已发采空区煤炭自然的重要环节，现有对采空区漏风量的检测，人力消耗较大，检测时间较长，不能尽快得出井下采空区漏风情况，对采空区管理不能及时做出判断，本发明提供一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统及方法，在采空区释放示踪气体并收集检测采空区的混合气体，对所含示踪气体进行检测分析，将数据传输至地面控制系统，漏风量达到设定阈值即触发声光报警，示踪气体释放装置根据工作面的推进调整安装位置与编号，本发明实现无人操作启动，节省人力，提高生产过程中的安全性，有效降低生产成本。

Description

一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统及方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下沿空留巷采空区漏风量检测，更具体的说，涉及一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统及方法。
背景技术
沿空留巷无煤柱开采技术条件下，由于留巷的正帮段是采空区的冒落带，采空区全部暴露在巷道内，形成一种完全开放的状态，与传统回采工艺的密闭封堵采空区状况相比较，采空区未能完全封闭，不同的通风方式以及同一种通风方式不同的风量配比对采空区的漏风、瓦斯排放和自然发火均有重要的影响。
采空区漏风的管理工作是预防采空区煤炭自燃的重要环节，当采空区的漏风风速为0.12m/min时，用现有各种风速测定仪就无法测定。示踪气体例如SF6于24小时内对人体无病理反应，在一个大气压条件下，25℃水中的溶解度极小，在矿内所遇到的物料对SF6无明显的吸附作用，SF6具有很好的热稳定性和化学惰性；现有对采空区漏风量的检测，人力消耗较大，检测时间较长，不能尽快得出井下采空区漏风情况，对采空区管理不能及时做出判断。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统及方法，该发明能够根据实时检测采空区漏风情况，以采取相应的解决方案，达到安全生产的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统通过无线方式进行数据传输，包括示踪气体释放装置、检测示踪气体释放装置与工作面之间距离的激光测距装置、若干示踪气体收集检测装置和地面控制器，示踪气体释放装置和激光测距装置安装在进风巷内同一位置；示踪气体收集检测装置安装在距离工作面40~65米处的沿空留巷，若干示踪气体收集检测装置在沿空留巷内等距安装，示踪气体收集检测装置包括用于检测收集的气体成分的分析检测仪，每个示踪气体收集检测装置设置若干深入采空区用于收集采空区的混合气体的集气管；地面控制器连接声光报警装置，声光报警器位于井口和进风巷内。
进一步，示踪气体释放装置和激光测距装置的安装位置与工作面的距离范围为25~35米。
进一步，相邻的两个示踪气体收集检测装置的间距范围为40~65米。
进一步，示踪气体收集检测装置的数量为4~8个。
进一步，每个示踪气体收集检测装置的集气管数量为3~6根，集气管的长度为70~80mm。
进一步，进风巷内的声光报警装置与工作面的距离为5~10米。
一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的方法，通过示踪气体均匀释放系统释放示踪气体，采空区示踪气体收集检测系统对示踪气体检测和分析，并将检测数据传输至地面控制系统，具体包括以下步骤：
步骤1. 根据工作面的位置，分别在进风巷和沿空留巷中安装示踪气体释放装置、激光测距装置和若干示踪气体收集检测装置，相邻的示踪气体收集检测装置等间距安装，并对所有示踪气体收集检测装置进行编号；
步骤2. 在需要检测采空区漏风量的时间点，开启检测煤矿井下沿空留巷采空区漏风量的系统，示踪气体释放装置开始释放示踪气体；
步骤3. 示踪气体释放装置开启7~10分钟后，开启示踪气体收集检测装置，对采空区的混合气体进行收集和检测，并将检测的示踪气体体积分数、示踪气体浓度的数据传输至地面控制器；
步骤4. 地面控制器通过接收的示踪气体浓度的数据计算漏风量，当距离工作面最远的一个示踪气体收集检测装置检测到示踪气体，本次检测结束，地面控制器输出漏风量并与漏风量阈值比较，若达到漏风量阈值，触发声光报警装置，否则等待下次检测。
进一步，激光测距装置实时检测到示踪气体释放装置与工作面的距离L，当距离L小于25米时，地面控制器发出信号，操作人员将示踪气体释放装置和激光测距装置移动至工作面的前方25~35米处，将离工作面最远处的示踪气体收集检测装置移动至距离工作面最近的等距位置，并将所有示踪气体收集检测装置重新编号，继续检测。
综上所述，发明具有以下有益效果：
本发明能够实时检测煤矿井下沿空留巷采空区漏风情况，判断漏风严重区域，便于迅速采取相应的解决方案或措施，以达到安全生产的目的；本发明实现漏风量自动化检测与信号传输，节省人力，有效降低生产成本；本发明所述系统与矿井安全生产系统联网，将每日检测漏风数据汇总，便于煤矿综合分析在各个工作时间段漏风情况；本发明系统能够在预设定时间自动启动并将检测情况上传保存，实现无人操作启动。
附图说明
图1为本发明的系统结构连接示意图；
图2为Y型通风方式示意图；
图3为示踪气体均匀释放系统、激光测距系统、采空区示踪气体收集检测系统的位置示意图；
图4为采空区示踪气体收集检测系统中集气管布置示意图；
图5为本发明的方法流程图。
图中：1-进风巷，2-工作面，3-沿空留巷，4-采空区，5-示踪气体释放装置，6-激光测距装置，7-第一示踪气体收集检测装置；8-第二示踪气体收集检测装置，9-集气管；图中的空心箭头指示工作面推进方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1~4所示，本发明公开了一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，系统通过无线方式进行数据传输，包括示踪气体释放装置5、检测示踪气体释放装置5与工作面2之间距离的激光测距装置6、地面控制器和若干示踪气体收集检测装置，示踪气体释放装置5和激光测距装置6安装在进风巷1内同一位置，示踪气体释放装置5和激光测距装置6的安装位置与工作面2的距离范围为25~35米，激光测距装置6能够实时检测示踪气体释放装置5与工作面2的距离，示踪气体可以选择SF6气体或者其他气体，示踪气体释放装置不仅可以由地面控制器、井下人工启动，还可以由地面控制器设定启动时间自动启动，在设定的检测时间释放示踪气体，本实施例中，激光测距装置6的型号BHM67-GM-FB或GOLDM-41FB，井下工作环境选用防爆设备，利于安全生产，激光测距装置6配置防爆型数字显示屏，在井下能够显示所测距离，激光测距装置6所测距离的数据通过无线方式传输至地面控制器；示踪气体收集检测装置安装在距离工作面40~65米处的沿空留巷3即回风巷，若干示踪气体收集检测装置在沿空留巷3内等距安装，示踪气体收集检测装置包括用于收集采空区4的混合气体的集气管9和用于检测收集的气体成分的分析检测仪，将分析检测仪放入用于安装集气管9的箱体内，箱体中气体为收集到的采空区内气体，分析检测仪属于成熟产品，可在市场购买，本实施例中选用MB-M4便携式气体检测仪，每个示踪气体收集检测装置设置若干伸入采空区4的集气管9，集气管9的长度为70~80mm，即为集气管9伸入采空区4的长度，每个示踪气体收集检测装置的集气管9的数量为3~6根，相邻的两个示踪气体收集检测装置的间距范围为40~65米，示踪气体收集检测装置的数量为4~8个，图3所示的实施例中仅显示距离工作面2最近的两个示踪气体收集检测装置，即第一示踪气体收集检测装置7和第二示踪气体收集检测装置8；地面控制器连接若干声光报警装置，地面控制器、检测示踪气体释放装置5和示踪气体收集检测装置的信号均为双向传输；地面控制器置于距离主井20~50米的范围内，通过地面控制系统中的计算机监测采空区漏风情况；声光报警装置分别设置于井口和进风巷1内，进风巷1内的声光报警装置与工作面2的距离为5~10米，还可根据实际环境在其他位置安装声光报警装置，当采空区4漏风量达到漏风量阈值时，触发声光报警装置，漏风量阈值根据不同使用环境可在地面控制器中设置不同取值，以适应不同工作环境；检测煤矿井下沿空留巷采空区漏风量的系统还能够通过地面控制器预先设定开启时间进行自动开启，漏风量的计算与地面控制器对各部件或系统的控制可通过软件实现。
如图5所示，本发明还公开了一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的方法，通过示踪气体均匀释放系统释放示踪气体，若干采空区示踪气体收集检测系统对示踪气体检测和分析，并将检测数据传输至地面控制系统，具体包括以下步骤：
步骤1. 根据工作面2的位置，分别在进风巷1和沿空留巷3中安装示踪气体释放装置5、激光测距装置6和若干示踪气体收集检测装置，相邻的示踪气体收集检测装置等间距安装，并对所有示踪气体收集检测装置进行编号，距离工作面最近的示踪气体收集检测装置为1号，其他示踪气体收集检测装置根据与工作面2的距离远近依次排序。
步骤2. 在需要检测采空区漏风量的时间点，开启检测煤矿井下沿空留巷采空区漏风量的系统，可选择在需要检测的时间点人工开启本系统，也可在本系统中设定自动开启检测的时间，示踪气体释放装置5释放示踪气体，示踪气体的释放量可根据具体环境如井下风量、巷道断面等，调整示踪气体的释放量。
步骤3. 示踪气体释放装置5开启7~10分钟后，开启示踪气体收集检测装置，示踪气体收集检测装置在示踪气体释放装置5开启后自动启动，根据实际检测需要设定示踪气体释放装置5与示踪气体收集检测装置的开启时间间隔，设定后自动开启无需人为操作，对采空区4的混合气体进行收集和检测，示踪气体收集检测装置将检测的示踪气体体积分数、示踪气体浓度的数据传输至地面控制器。
步骤4. 地面控制器通过接收的示踪气体浓度的数据计算漏风量，当距离工作面2最远的一个示踪气体收集检测装置检测到示踪气体，本次检测结束，地面控制器输出漏风量并与漏风量阈值比较，当采空区4的漏风量达到漏风量阈值时，触发声光报警装置，工作人员采取漏风补救措施，否则等待下次检测；声光报警装置可与示踪气体释放装置5采用联动控制即实现同时开启，也可设置为单独开启，操作人员可按照矿井实际工作状态，在地面控制器中设置漏风量阈值。
随着工作面2在生产过程中向前推进，激光测距装置6实时检测到示踪气体释放装置5与工作面2的距离L，当距离L小于25米时，地面控制器发出信号，操作人员将示踪气体释放装置5和激光测距装置6移动至工作面2的前方25~35米处，距离L设定最小值为25米能够为示踪气体预留足够的扩散时间，将离工作面2最远处的示踪气体收集检测装置移动至距离工作面最近的等距位置，并将所有示踪气体收集检测装置重新编号，继续检测，为避免示踪气体收集检测装置与所检测位置及检测位置与工作面2的距离不对应，故重新编号，距离工作面最近的示踪气体收集检测装置的编号始终为1，其他示踪气体收集检测装置的编号根据与工作面2的距离依次排序。
本发明也适用于沿空留巷的其他通风方式，应用广泛。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，其特征在于：所述系统通过无线方式进行数据传输，包括示踪气体释放装置（5）、检测示踪气体释放装置（5）与工作面（2）之间距离的激光测距装置（6）、若干示踪气体收集检测装置和地面控制器，所述示踪气体释放装置（5）和激光测距装置（6）安装在进风巷（1）内同一位置；所述示踪气体收集检测装置安装在距离工作面40~65米处的沿空留巷（3），若干示踪气体收集检测装置在沿空留巷（3）内等距安装，示踪气体收集检测装置包括用于检测收集的气体成分的分析检测仪，每个示踪气体收集检测装置设置若干深入采空区（4）用于收集采空区（4）的混合气体的集气管（9）；所述地面控制器连接若干声光报警装置，声光报警器分别设置于井口和进风巷（1）内。
2.根据权利要求1所述的实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，其特征在于：所述示踪气体释放装置（5）和激光测距装置（6）的安装位置与工作面（2）的距离范围为25~35米。
3.根据权利要求1所述的实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，其特征在于：相邻的两个示踪气体收集检测装置的间距范围为40~65米。
4.根据权利要求1或3所述的实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，其特征在于：所述示踪气体收集检测装置的数量为4~8个。
5.根据权利要求4所述的实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，其特征在于：所述每个示踪气体收集检测装置的集气管（9）数量为3~6根，集气管（9）的长度为70~80mm。
6.根据权利要求1所述的实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的系统，其特征在于：所述进风巷（1）内的声光报警装置与工作面（2）的距离为5~10米。
7.一种实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的方法，其特征在于：通过示踪气体均匀释放系统释放示踪气体，采空区示踪气体收集检测系统对示踪气体检测和分析，并将检测数据传输至地面控制系统，具体包括以下步骤：
步骤1. 根据工作面（2）的位置，分别在进风巷（1）和沿空留巷（3）中安装示踪气体释放装置（5）、激光测距装置（6）和若干示踪气体收集检测装置，相邻的示踪气体收集检测装置等间距安装，并对所有示踪气体收集检测装置进行编号；
步骤2. 在需要检测采空区漏风量的时间点，开启检测煤矿井下沿空留巷采空区漏风量的系统，示踪气体释放装置（5）开始释放示踪气体；
步骤3. 示踪气体释放装置（5）开启7~10分钟后，开启示踪气体收集检测装置，对采空区（4）的混合气体进行收集和检测，并将检测的示踪气体体积分数、示踪气体浓度的数据传输至地面控制器；
步骤4. 地面控制器通过接收的示踪气体浓度的数据计算漏风量，当距离工作面（2）最远的一个示踪气体收集检测装置检测到示踪气体，本次检测结束，地面控制器输出漏风量并与漏风量阈值比较，若达到漏风量阈值，触发声光报警装置，否则等待下次检测。
8.根据权利要求7所述的实时检测沿空留巷开采下采空区漏风量的方法，其特征在于：所述激光测距装置（6）实时检测到示踪气体释放装置（5）与工作面（2）的距离L，当距离L小于25米时，地面控制器发出信号，操作人员将示踪气体释放装置（5）和激光测距装置（6）移动至工作面（2）的前方25~35米处，将离工作面（2）最远处的示踪气体收集检测装置移动至距离工作面最近的等距位置，并将所有示踪气体收集检测装置重新编号，继续检测。
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