CN112761728A - 一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法，该系统包括温度监测与数据采集系统、数据传输系统、充填体内热源迁移数据储存与分析系统。在使用胶结充填开采的巷道内提前等距均匀布置温度监测器，用数据传输电缆串联一列温度监测器并预留出一定长度，然后在充填巷道内充填入胶结充填材料和连接预留的数据传输电缆至信号接收器，整个区段各充填巷道都充填完毕后连接各信号接收器传送数据至地面处理中心。本发明提供了一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法，监测充填体内的热源迁移规律的同时，为煤热共采技术提供理论支撑。
Description
技术领域
本发明属于地热与煤炭资源协同开采技术领域，具体涉及一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法。
背景技术
目前，随着我国经济的快速发展，煤炭资源的需求量逐渐增高，我国煤炭资源开采逐步向西部和东部深部发展，东部浅部遗留的百余座矿井因煤炭资源枯竭面临着关闭的趋势，矿井的多数工人面临着失业的威胁，导致东部浅部矿井面临着严峻的挑战。
目前国家对环保的要求逐渐加大，对于煤炭资源开采领域绿色充填开采技术既可以回收大量遗留煤柱，又可以防止地面下沉，降低废弃物的排放，同时充分利用矿井底部的热源，实现热煤协同开采，零污染开采煤炭资源。在胶结充填进行胶结充填开采过程中，通过在胶结充填体中埋设管路，以液体作为热量运输的载体，将矿井底部的热能开采出来。在开采热源的同时需要监测充填体中热源的迁移规律，掌握热源在充填体中分布规律，更能高效的采热，对井下热煤协同开采以及延长矿井的服务年限具有重要的意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法，解决了充填体内热源迁移以及分布的监测问题，同时为充填体内埋管高效取热提供了监测基础。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明的第一个目的是提供一种充填体内热源迁移规律监测系统，包括温度监测与数据采集系统、数据传输系统、充填体内热源迁移数据储存与分析系统，其中：
所述温度监测与数据采集系统包括在采空区的充填巷中的至少一列间隔设置的若干温度监测器；
所述数据传输系统包括数据传输电缆和信号接收装置；
所述温度传感器上的信号发射端通过所述数据传输电缆串联后连接至所述信号接收装置，再连接至所述充填体内热源迁移数据储存与分析系统的数据储存与分析计算机，用以将温度传感器采集的包括温度在内的数据传输至数据储存与分析计算机。
进一步的，所述温度监测器在充填巷中沿中心轴线均匀间隔设置，直至均匀布满该列充填巷道。
更进一步的，所述温度监测器距离两帮距离相等，位于巷道的断面中心位置，所述若干温度监测器之间相互间隔5～10m。
进一步的，所述温度监测器竖直固定在充填巷底板上，由金属导热壳、热传感器、信号发射端组成，其中，所述热传感器包裹在所述金属导热壳内部，所述信号发射端设置在热传感器的顶部。
更进一步的，所述金属导热壳为长1.0～1.5m、底部直径15～20cm的金属圆柱杆。
进一步的，在一区段内，所述信号接收装置由一级信号接收装置、二级信号接收装置组成，每n列充填巷的温度监测器串联后并联至一个一级信号接收装置，n为2～5的整数；该区段内所有的一级信号接收器再并联至一个二级信号接收器上，所述二级信号接收器的另一端传送数据至数据储存与分析计算机。
更进一步的，所述每n列充填巷相邻间隔n1列设置，n1为1或2。
进一步的，所述温度监测器依靠数据传输电缆连接地面电源持续供电。
进一步的，所述的采空区为长壁逐巷胶结充填采煤方法留下的采空区。
本发明的另一个目的，是提供上述的一种充填体内热源迁移规律监测系统的工作方法，包括以下步骤：
1)在充填巷中间隔设置至少一列的若干温度监测器，用数据传输电缆依次连接其上的信号发射端，接口处密封处理，数据传输电缆保持有预留长度；
2)开始进行充填采煤，向充填巷内灌注充填料，使温度检测器竖直固结在充填体内；待充填体凝固后，连接预留的数据传输电缆至信号接收器，再连接至数据储存与分析计算机；
3)温度监测器定期检测周围充填体的温度，发送信号至信号接收器并传送至数据储存与分析计算机。
有益效果：本发明提供的一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法，与现有技术相比，具有以下优势：本发明利用在采空区胶结材料中埋放温度监测器将较难分析规律的地热能传递过程通过温度传感器转换成电信号输送至地面，均匀等距布置的温度监测器能捕捉周围岩体热能传递至充填体内的速度，以及热能最后的分布规律。为分析利用煤热共采资源综合利用提供了理论依据。
附图说明
图1为本发明一种充填体内热源迁移规律监测系统的布置图。
图2为本发明一种充填体内热源迁移规律监测系统的工作面俯视图。
图3为本发明一种充填体内热源迁移规律监测系统的温度监测器示意图。
图中：1—充填体；2—区段轨道平巷；3—区段运输平巷；4—轨道上山；5—主井；6—副井；7—温度监测器；8—数据传输电缆；9—一级信号接收器；10—二级信号接收器；11—数据储存与分析计算机；12—金属导热壳；13—传感器；14—信号发射端；15 —紧固螺孔。
具体实施方式
本发明公开了一种充填体内热源迁移规律监测系统及其工作方法，包括温度监测与数据采集系统、数据传输系统、充填体内热源迁移数据储存与分析系统。在使用胶结充填开采的巷道内提前等距均匀布置温度监测器，用数据传输电缆串联一列温度监测器并预留出一定长度，然后在充填巷道内充填入胶结充填材料和连接预留的数据传输电缆至信号接收器，整个区段各充填巷道都充填完毕后连接各信号接收器传送数据至地面处理中心。本发明提供了一种充填体内热源迁移规律监测方法，监测充填体内的热源迁移规律的同时，为煤热共采技术提供理论支撑。
下面结合附图，对本发明一种充填体内热源迁移规律监测方法进行详细描述。
实施案例
一种充填体内热源迁移规律监测方法，包括温度监测与数据采集系统、数据传输系统、充填体内热源迁移数据储存与分析系统。
所述温度监测与数据采集系统包括由金属导热壳12、热传感器13、信号发射端14组成的温度监测器7，在胶结充填之前按照一定间距固定好温度传感器，用数据传输电缆连接并预留一定长度，胶结充填之后固定在胶结充填体之内；
所述数据传输系统包括数据传输电缆8、一级信号接收装置9、二级信号接收装置10，数据传输电缆一端连接温度传感器7上的信号发射端14，另一端连接各级信号接收装置并传输数据至地面；
所述充填体内热源迁移数据储存与分析系统由数据储存与分析计算机11组成。
本实施案例的一种充填体内热源迁移规律监测方法，包括如下步骤：
(1)在采空区距两帮一定距离的底板处分别放置一个固定用的底座，在两底座中线位置再等距放置若干个同样的底座。把圆柱形的温度监测器7用螺栓分别竖直固定在底座上。
(2)固定好这一列的温度监测器7后，使用数据传输电缆8依次连接该列温度监测器7上的信号发射端14，把接口处密封处理，并预留出一定长度的数据传输电缆8 便于后期连接一级信号接收器9。
(3)使用胶结充填材料充填这一段距离的采空区，灌注充填料时应注意尽量不要冲歪温度监测器7，使其保持竖直状固结在充填体之内。
(4)随着工作面的推进，接下来的采空区重复上述(1)、(2)、(3)步骤固定温度检测器7在充填体之内。
(5)待充填体凝固后，连接预留的数据传输电缆8至一级信号接收器9，每三列温度监测器7连接至一个一级信号接收器9，且三列温度监测器7之间都相互间隔一列，所有的温度检测器7都按照上述规则连接至一级信号接收器。
(6)完成一个区段的充填作业后连接这个区段所有的一级信号接收器9至二级信号接收器10上，二级信号接收器10另一端传送数据至地面的数据储存与分析计算机11。
(7)温度监测器7每隔24小时检测一次周围充填体的温度，并发送信号通过各级信号接收器传送至地面的数据储存与分析计算机11。
所述采空区为使用长壁逐巷胶结充填采煤法留下的采空区。
所述温度监测器7距离两帮距离相等(如可设为50cm)，位于巷道的断面中心位置，中间若干个温度监测器7之间相互间隔5～10m，数量为均匀布满一列采空区为准。
所述温度监测器7为长1.0～1.5m、底部直径15～20cm的金属圆柱杆。
所述温度监测器7依靠数据传输电缆8连接地面电源持续供电。
本发明利用在采空区胶结材料中埋放温度监测器将较难分析规律的地热能传递过程通过温度传感器转换成电信号输送至地面，均匀等距布置的温度监测器能捕捉周围岩体热能传递至充填体内的速度，以及热能最后的分布规律。为分析利用煤热共采资源综合利用提供了理论依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：包括温度监测与数据采集系统、数据传输系统、充填体内热源迁移数据储存与分析系统，其中，
所述温度监测与数据采集系统包括在采空区的充填巷中的至少一列间隔设置的若干温度监测器(7)；
所述数据传输系统包括数据传输电缆(8)和信号接收装置；
所述温度传感器(7)上的信号发射端(14)通过所述数据传输电缆(8)串联后连接至所述信号接收装置，再连接至所述充填体内热源迁移数据储存与分析系统的数据储存与分析计算机(11)，用以将温度传感器(7)采集的包括温度在内的数据传输至数据储存与分析计算机(11)。
2.根据权利要求1所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述温度监测器(7)在充填巷中沿中心轴线均匀间隔设置，直至均匀布满该列充填巷道。
3.根据权利要求2所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述温度监测器(7)距离两帮距离相等，位于巷道的断面中心位置；所述若干温度监测器(7)相邻之间相互间隔5～10m。
4.根据权利要求1所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述温度监测器(7)竖直固定在充填巷底板上，由金属导热壳(12)、热传感器(13)、信号发射端(14)组成，其中，所述热传感器(13)包裹在所述金属导热壳(12)内部，所述信号发射端(14)设置在热传感器(13)的顶部。
5.根据权利要求4所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述金属导热壳(12)为长1.0～1.5m、底部直径15～20cm的金属圆柱杆。
6.根据权利要求1所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：在一区段内，所述信号接收装置由一级信号接收装置(9)、二级信号接收装置(10)组成，每n列充填巷的温度监测器(7)串联后并联至一个一级信号接收装置(9)，n为2～5的整数；该区段内所有的一级信号接收器(9)再并联至一个二级信号接收器(10)上，所述二级信号接收器(10)的另一端传送数据至数据储存与分析计算机(11)。
7.根据权利要求6所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述每n列充填巷相邻间隔n1列设置，n1为1或2。
8.根据权利要求1所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述温度监测器(7)依靠数据传输电缆(8)连接地面电源持续供电。
9.根据权利要求1所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统，其特征在于：所述的采空区为长壁逐巷胶结充填采煤方法产生的采空区。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种充填体内热源迁移规律监测系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在充填巷中间隔设置至少一列的若干温度监测器(7)，用数据传输电缆(8)依次连接其上的信号发射端(14)，接口处密封处理，数据传输电缆(8)保持有预留长度；
2)向充填巷内灌注充填料进行充填，使温度检测器(7)竖直固结在充填体内；待充填体凝固后，连接预留的数据传输电缆(8)至信号接收器，再连接至数据储存与分析计算机(11)；
3)温度监测器(7)定期检测周围充填体的温度，发送信号至信号接收器并传送至数据储存与分析计算机(11)。
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