一种Y型通风工作面采空区发火区域探测方法 |
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申请号 | CN202410086951.9 | 申请日 | 2024-01-22 | 公开(公告)号 | CN117968761A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
申请人 | 中煤科工集团沈阳研究院有限公司; | 发明人 | 李飞; 付巍; 梁文勖; 薛彦平; 马文伟; 闫斌移; 邓鹏江; 裴越; 宋官林; 邢万里; 于佳强; 赵岳然; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种Y型通 风 工作面采空区发火区域探测方法,包括:布置测点装置;当测线埋入采空区的情况下,控制对应 钢 管上的SF6释放结构以设定参数释放SF6气体;回采期间,通过井下分站记录各测点对应的测点数据;基于测点数据并采用O2浓度法、 温度 速率法、漏风速率法分别得到三个采空区灾害分区范围;结合井下工作面实际情况和 煤 层自然发火特性,综合比较分析三个采空区灾害分区范围,最终确定 散热 带、 氧 化带、窒息带。本发明能够实时监测各测点数据,通过分析各测点气体成分、温度、漏风速率等综合评价采空区危险区域,优化工作面安全推进速度和注氮气管路铺设方式,为采空区防灭火设计提供借鉴。 | ||||||
权利要求 | 1.一种Y型通风工作面采空区发火区域探测方法,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 一种Y型通风工作面采空区发火区域探测方法技术领域背景技术[0002] Y型通风可以有效降低采空区上隅角瓦斯浓度,提升了瓦斯治理能力,由于工作面后方采空区留有专门的回风巷,受采动应力影响,回风巷道裂隙发育,密闭性较差,加大了采空区漏风通道形成,极易引发采空区遗留煤炭自然发火灾害,威胁井下安全生产。传统监测手段包括:束管分析系统,井下人工气囊采集法、标志气体漏风通道监测技术,采空区注氮气技术等,其取样工作量大,测试设备多,数据格式不统一,数据壁垒严重,多因素交叉分析困难。 发明内容[0003] 本发明针对上述现有技术存在的问题,本发明提出的技术方案在回风巷设置多个井下分站,沿着切眼方向布置5条监测线,每条测线布置多个监测点,每个测点布置气体采集束管和温度传感器,采用定点释放SF6气体等手段,实时监测采空区O2浓度,温度、漏风速率等数据,基于O2浓度法、温度速率法、漏风速率法等出具采空区灾害分区图,同时结合井下工作面实际情况和煤层自然发火特性,综合判定采空区灾害区域范围,优化工作面安全 推进速度和注氮气管路铺设方式,为采空区防灭火设计提供借鉴。 [0004] 本发明公开了一种Y型通风工作面采空区发火区域探测方法,包括: [0005] S1:布置测点装置,其中,测点装置包括平行于工作面切眼方向均匀间隔设置的5条测线所对应的第一钢管至第五钢管,各钢管上分别均匀布置有第一测点至第六测点,分 别在第二钢管的第三测点、第三钢管的第二测点和第四测点、第四钢管的第一测点和第五 测点处单独设有SF6释放机构; [0006] S2:随着第二钢管、第三钢管、第四钢管对应的测线依次埋入采空区,分别控制被埋入测线对应的钢管上的SF6释放结构以设定参数释放SF6气体; [0007] S3:回采期间,通过井下分站对各测点对应的测点数据汇总分析并上传; [0008] S4:基于测点数据并采用O2浓度法、温度速率法、漏风速率法分别得到三个采空区灾害分区范围;结合井下工作面实际情况和煤层自然发火特性,综合比较分析三个采空区灾害分区范围,最终确定工作面采空区灾害分区的散热带、氧化带、窒息带。 [0009] 进一步地,所述的步骤S1,包括: [0010] S101:在平行于工作面切眼方向设置均匀间隔的第一测线至第五测线,每条测线均匀布置有第一测点至第六测点,其中,在第二测线的第三测点、第三测线的第二测点和第四测点、第四测线的第一测点和第五测点处为单独设置的SF6释放点; [0011] S102:在工作面支架后方,铺设与各监测线位置对应的第一钢管至第五钢管,各钢管在对应的测点位置预留出口,通过法兰与花管连接,束管和数据线从钢管内部穿过,在预留口分出单芯束管和数据线接口; [0012] S103:在各钢管内部铺设一条6芯束管和一条数据线,各测点位置安装的花管内部安设一个单芯束管和一个Pt100温度传感器,其中,单芯束管端头连接防尘罩。 [0013] S104:6芯束管另一端连接井下分站,6芯束管的每芯端头独立依次连接过滤装置、自动气体取样装置、气体分析仪; [0014] S105:数据线一端连接井下分站内部的温度测试仪,另一端连接各个测点Pt100温度传感器,温度传感器与防尘罩并列布置,安放在花管内; [0015] S106:花管一端通过法兰与支管连接,另一端设置堵头,花管外壁设有透气孔,各透气孔对称均匀布置,花管开口向上,安设在枕木上,离地面高度为H,做好防倾倒措施。 [0016] S107:在第二钢管的第三测点、第三钢管的第二测点和第四测点、第四钢管的第一测点和第五测点处单独布置一趟高压胶管,高压胶管穿过对应的钢管内部,高压胶管的进气口一端放置在测点处的花管内,另一端与井下分站中SF6释放罐连接; [0017] 其中,所述的井下分站内部设有阀门、过滤装置、自动气体取样装置、压力表、流量计、气体分析仪、温度测试仪、SF6释放罐,能够实时监测各测点数据;在回采期间,井下分站用于对各测点数据汇总分析,通过光纤传输到地面数据中心。 [0018] 进一步地,在所述的测点装置中:测线间距长度为30~50m;测点间距的长度为20~50m;花管长度为10~30cm,H高度为0.1~1.0m。 [0019] 进一步地,所述的步骤S2,包括: [0020] S201:当第二测线埋入采空区时,打开第二钢管的第三测点对应的SF6释放罐,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h; [0021] S202:当第三测线埋入采空区时,打开第三钢管的第二测点对应的SF6释放罐,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h;间隔24小时后,打开第三钢管的第四测点对应的SF6释放罐,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h; [0022] S203:当第四测线埋入采空区时,打开第四钢管的第一测点对应的SF6释放罐,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h;间隔24小时后,打开第四钢管的第五测点对应的SF6释放罐,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h。 [0023] 进一步地,所述的步骤S3,包括: [0024] 回采期间,井下分站对各个测点数据汇总分析,并通过光纤传输到地面数据中心; [0025] 其中,井下分站的气体分析仪所记录数据包括:采样时间、O2浓度值、SF6最早监测到时间、SF6浓度值;井下分站的温度测试仪所记录数据包括:采样时间、温度值;气体分析仪和温度测试仪取样间隔时间为5min,当单独设置SF6释放点的测点释放SF6气体1h内,数据取样间隔为1min。 [0026] 进一步地,所述的步骤S4,包括: [0027] S401:采用O2浓度法分析各个测点O2浓度数据,结合各个测点和工作面实际位置的相对关系,得到出具各个测线的氧气浓度变化曲线图,按照:散热带:氧气浓度>18%,氧化带:18%≥氧气浓度≥7%,窒息带:氧气浓度<7%的划分标准,划分得到采空区灾害分区图; [0028] S402:对各个测点温度数据汇总,计算各测点温度变化率△T,单位℃/d,采用温度速率法,按照:散热带:△T<1℃/d,且靠近工作面;氧化带:△T≥1℃/d;窒息带:△T<1℃/d,且靠近采空区压实区的划分标准,划分得到采空区灾害分区图; [0029] S403:通过计算各个测点与SF6释放点之间距离、各个测点最早检测到SF6气体与开始释放的时间差,以及各测点SF6浓度值,计算各个测点漏风速率,单位为m/min;采用漏风速率法,按照:散热带:漏风流速>0.24m/min;氧化带:0.24m/min≥漏风流速≥0.10m/min;窒息带:漏风流速<0.10m/min的划分规则,划分得到采空区灾害分区图; [0030] S404:结合井下工作面实际情况和煤层自然发火特性,综合比较O2浓度法、温度速率法、漏风速率法划分得到的灾害分区图,最终确定工作面采空区灾害分区图,各分区范围如下:散热带范围:L散热带<L1,氧化带范围:L2≥L氧化带≥L1,且氧化带长度=L2‑L1,窒息带范围:L窒息带>L2;其中,L1为工作面切眼到散热带最远位置的距离,单位为米,L2为工作面切眼到最远窒息带的距离,单位为米。其中,L1为工作面切眼到散热带最远位置的距离,单位为米,L2工作面切眼到最远窒息带的距离,单位为米。 [0031] 进一步地,所述的步骤S4,之后还包括: [0032] S5:工作面最小安全推进速度计算:Vmin=Lmax/τ,式中:Vmin表示最小安全推进速度,单位为米/天,Lmax表示氧化带最大宽度,单位为米,τ为最短自然发火期,单位为天; [0033] 采空区发火判定方式:当工作面实际推进速度大于Vmin时,采空区没有自然发火的危险;若工作面实际连续超过τ天平均推进速度小于Vmin时,采空区将有自然发火危险,当检测到有自然发火危险时,数据中心做出预警预报。 [0034] 进一步地,所述的步骤S5,之后还包括: [0035] S6:当工作面实际推进速度小于Vmin,工作面采用迈步式注氮气防灭火措施时,注氮气管路注气口安放在采空区氧化带内,即L1~L2之间,注氮气管路迈步步距为L2‑L1,相关数据更新周期为1至3个月。 [0036] 本发明至少具有以下有益效果: [0037] 本发明实现了多个数据类型统一采集,自动化分析,避免了频繁的人工采样,达到实时监测采空区O2浓度,温度、漏风速率等数据,大大降低了人工采样工作量,提升了工作效率,通过地面数据处理中心,大幅提升了数据分析和灾害预警能力。 [0038] 本发明综合考虑O2浓度法、温度速率法、漏风速率法的采空区灾害分布特征,结合井下工作面实际情况和煤层自然发火特性,综合确定工作面采空区灾害分区图,给出了采空区灾害范围实测数据:L散热带<L1,L2≥L氧化带≥L1,氧化带长度=L2‑L1,L窒息带>L2,为工作面防灭火设计提供了指导。 [0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0042] 图1是本发明优选实施例公开的Y型通风工作面采空区发火区域探测方法的方法流程图。 [0043] 图2是本发明优选实施例公开的测点布置结构图。 [0044] 图3是本发明优选实施例公开的第一阶段SF6气体释放示意图。 [0045] 图4是本发明优选实施例公开的第二阶段SF6气体释放示意图。 [0046] 图5是本发明优选实施例公开的第三阶段SF6气体释放示意图。 [0047] 图6是本发明优选实施例公开的开采结束时测点布置图。 [0048] 图7是本发明优选实施例公开的各个测点设备连接示意图。 [0049] 图8是本发明优选实施例公开的井下分站内部结构示意图。 [0050] 图9是本发明优选实施例公开的采用不同测试法得到的灾害分区简图。 [0051] 图10是本发明优选实施例公开的综合比较分析得到的灾害分区简图。 [0052] 其中,1‑进风巷,2‑辅助风巷,3‑回风巷,4‑切眼,5‑采空区,6‑支架,7‑钢管,8‑花管,9‑SF6释放点,10‑井下分站,11‑数据线,12‑高压胶管,13‑6芯束管,14‑单芯束管,15‑防尘罩,16‑花管堵头,17‑温度传感器,18‑SF6释放端口,19‑透气孔,20‑阀门,21‑过滤装置,22‑自动气体取样装置,23‑气体分析仪,24‑SF6释放罐,25‑温度测试仪,26流量计,27‑压力表,28‑开关。 具体实施方式[0053] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有 其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。 [0054] 如图1所示,本发明公开了一种Y型通风工作面采空区发火区域探测方法,包括: [0055] S1:布置测点装置,其中,测点装置包括平行于工作面切眼方向均匀间隔设置的5条测线所对应的第一钢管至第五钢管,各钢管上分别均匀布置有第一测点至第六测点,分 别在第二钢管的第三测点、第三钢管的第二测点和第四测点、第四钢管的第一测点和第五 测点处单独设有SF6释放机构; [0056] S2:随着第二钢管、第三钢管、第四钢管对应的测线依次埋入采空区,分别控制被埋入测线对应的钢管上的SF6释放结构以设定参数释放SF6气体; [0057] S3:回采期间,通过井下分站对各测点对应的测点数据汇总分析并上传; [0058] S4:基于测点数据并采用O2浓度法、温度速率法、漏风速率法分别得到三个采空区灾害分区范围;结合井下工作面实际情况和煤层自然发火特性,综合比较分析三个采空区灾害分区范围,最终确定工作面采空区灾害分区的散热带、氧化带、窒息带。 [0059] 下面结合附图2至图10及具体实施例进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。 [0060] 本发明实施方式主要包括:测点布置、监测取样设置、最优距离设计、灾害区域划分、安全推进速度核算、注氮气管路设施优化。 [0061] (1)测点布置。参见图2,测点装置所在环包括进风巷1、辅助风巷2、回风巷3、切眼4、采空区5、支架6。 [0062] 1)平行于工作面切眼方向设置5条测线,分别标记为1#、2#、3#,4#、5#,测线间距为A;每条测线均匀布置6个测点,记作1‑1、1‑2、1‑3、1‑4、1‑5、1‑6……;5‑1、5‑2、5‑3、5‑4、5‑5、5‑6,每个测点间距B,其中,在2‑3、3‑2、3‑4、4‑1、4‑5测点单独设置SF6释放点。 [0063] 2)在每条监测线位置,工作面支架后方铺设一趟钢管7,钢管7单节长度4m,型号DN100,采用配套法兰连接,在测点位置预留出口,通过法兰与花管8连接,花管长度为C,束管13和数据线11从钢管内部穿过,在预留口分出单芯束管14和数据线接口。 [0064] 3)钢管7内部铺设1条6芯束管13和1条数据线11,每个测点位置安装一个花管8,花管内部安设1个单芯束管14和1个Pt100温度传感器17,其中单芯束管端头连接防尘罩15。 [0065] 4)6芯束管13另一端连接井下分站10,6芯束管13的每芯端头独立依次连接过滤装置、自动气体取样装置22、气体分析仪23。 [0066] 5)数据线一端连接井下分站10内部的温度测试仪,另一端连接各个测点Pt100温度传感器17,温度传感器17与防尘罩15并列布置,安放在花管8内。 [0067] 6)花管8一端通过法兰与支管连接,另一端设置堵头16,花管8设有SF6释放端口18,花管8外壁设有透气孔19,孔径φ5‑20mm,各透气孔对称均匀布置,花管开口向上,安设在枕木上,离地面高度为H,做好防倾倒措施。 [0068] 7)在2‑3、3‑2、3‑4、4‑1、4‑5各测点单独布置一趟φ10mm高压胶管12,高压胶管12穿过钢管7内部,进气口一端放置在测点处的花管8内,另一端与井下分站10中SF6释放罐24连接。 [0069] 8)井下分站10内部设有阀门20、过滤装置21、自动气体取样装置22、压力表27,流量计26、气体分析仪23、温度测试仪25、SF6释放罐24,能够实时监测各测点数据。数据线11与温度测试仪25间设有开关28。 [0070] 9)参见图3,当测线2埋入采空区时,此时打开2‑3测点SF6释放罐24,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h。 [0071] 10)参见图4,当测线3埋入采空区时,此时打开3‑2测点SF6释放罐24,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h;间隔24小时后,打开3‑4测点SF6释放罐24,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h。 [0072] 11)参见图5,当测线4埋入采空区时,此时打开4‑1测点SF6释放罐24,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h;间隔24小时后,打开4‑5测点SF6释放罐24,按照50mL/min速度释放SF6气体,释放时间为1h。 [0073] 12)回采期间,井下分站10对各个测点数据汇总分析,通过光纤传输到地面数据中心。 [0074] (2)监测取样设置 [0075] 回采期间,气体分析仪23记录数据包括:采样时间、O2浓度值、SF6最早监测到时间、SF6浓度值;温度测试仪25记录数据包括:采样时间、温度值;气体分析仪23和温度测试仪25取样间隔时间为5min,当2‑3、3‑2、3‑4、4‑1、4‑5测点释放SF6气体1h内,数据取样间隔为1min。 [0076] (3)最优距离设计 [0077] 各设施长度设计为:A长度为30‑50m,最优为40m;B长度为20‑50m,最优为30m。C长度为10‑30cm,最优为20cm,H高度为0.1‑1.0m,最优为0.5m。 [0078] (4)灾害区域划分 [0079] 1)采用O2浓度法分析各个测点O2浓度数据,结合各个测点和工作面实际位置的相对关系,出具各个测线的氧气浓度变化曲线图,按照:散热带,氧气浓度>18%;氧化带, 18%≥氧气浓度≥7%;窒息带,氧气浓度<7%划分标准,出具采空区灾害分区图。 [0080] 2)对各个测点温度数据汇总,计算各测点温度变化率△T,单位℃/d,采用温度速率法,按照:散热带:△T<1℃/d,且靠近工作面。氧化带:△T≥1℃/d。窒息带:△T<1℃/d,且靠近采空区压实区的划分标准,出具采空区灾害分区图。 [0081] 3)通过计算各个测点与SF6释放点之间距离、各个测点最早检测到SF6气体与开始释放的时间差,以及各测点SF6浓度值,计算各个测点漏风速率,单位为m/min,采用漏风速率法,按照:散热带:漏风流速>0.24m/min,氧化带:0.24m/min≥漏风流速≥0.10m/min,窒息带:漏风流速<0.10m/min的划分规则,出具采空区灾害分区图,见图9所示。 [0082] 4)结合井下工作面实际情况和煤层自然发火特性,综合比较O2浓度法、温度速率法、漏风速率法的灾害分区图,综合比较分析,最终确定工作面采空区灾害分区图,各分区范围如下:散热带范围:L散热带<L1,氧化带范围:L2≥L氧化带≥L1,且氧化带长度=L2‑L1,窒息带范围:L窒息带>L2,参见图9和图10所示。 [0083] 汇总数据得到:L1=71.6m,L2=165.9m,各分区范围如下:散热带范围:L散热带<71.6m,氧化带范围:165.9m≥L氧化带≥71.6m,且氧化带长度=L2‑L1=165.9‑71.6=94.3m,窒息带范围:L窒息带>165.9m。 [0084] 5)安全推进速度核算 [0085] 工作面最小安全推进速度计算:Vmin=Lmax/τ,式中:Vmin表示最小安全推进速度,m/d,Lmax表示氧化带最大宽度取平均值,m,τ为最短自然发火期,d。 [0086] 实测工作面氧化带长度最大值为94.3m,煤层自然发火期为74天,工作面的最小安全推进速度为Vmin=Lmax/τ=94.3/74=1.27m/d。 [0087] 经过统计矿方工作面进尺台账,测试期间工作面127天推进距离为344.2m,工作面实际推进速度V=344.2/127=2.71m/d。 [0088] 工作面实际推进速度大于最小安全推进速度2.71m/d>1.27m/d,采空区,没有自然发火危险,当受到地质条件和人为因素影响,若工作面实际连续超过74天平均推进速度 小于1.27m/d时,采空区将有自然发火危险,当检测到有自然发火危险时,数据中心做出预警预报,工作面及时采取有效的防灭火措施。 [0089] 6)注氮气管路设施优化 [0090] 当工作面实际推进速度小于Vmin时,工作面采用迈步式注氮气防灭火措施时,注氮气管路注气口安放在采空区氧化带内,即76.1m~165.9m之间,注氮气管路迈步步距为94.3m,考虑到井下环境的差异性,相关数据更新周期为1—3个月。 |