CN107227954B - 一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，包括如下步骤：在走向方向选定距离工作面30‑50m处的位置向采空区煤岩体钻孔，钻孔垂直高度设置在煤壁距离底板1.5m处的位置，倾角3‑5°；当钻杆进入采空区煤岩体内部10m的位置时，停止打钻，进行测温、取气；之后重复上述过程继续打钻，每钻进10m，再进行测温、取气，直至钻杆进入采空区煤岩体内部50m时或者监测气体中氧气浓度低于5％以后，结束打钻；将收集的不同深度周围煤岩体气囊中的气体注入到气相色谱仪中进行气体分析，记录分析数据。本发明测量速度快、测位灵活、布置测点方便，人员不需要进入危险区，保证了测试人员的安全，且节省了成本。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿采空区自燃危险区域判定领域，具体涉及一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法。
背景技术
煤自燃火灾是煤矿井下开采面临的五大灾害之一，随着煤矿开采条件的复杂性和规模的不断扩大，矿井煤自燃火灾的灾害程度也在增加，导致每年都有大量的生产工作面因为火而封闭。采空区煤自燃三带观测是划分采空区煤自燃危险区域的必经途径，是采空区煤自燃预防技术的必要条件，现有煤矿采空区三带的观测方法是在采煤工作进行时预先埋设一系列取气管道，当采煤工作完毕后，在撤离液压支架后顶板垮落后，根据从预先埋设的管道中抽取出的气体并分析气体成分所得到的数据来判断采空区三带的大致分布。但这种传统的采用预先埋管的方法有着许多缺点，预先埋管在顶板垮落时导致管道破损、堵塞、甚至是管道断裂；管道铺设成本和布置束管监测系统成本高；测点位置较固定，无法灵活布置；观测周期长(大于1个月)；在特殊情况下人员需要进入危险区域检测，危险性高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，测量速度快，只需3-5天即可测完一个采空区的三带范围；测位灵活，布置测点方便，人员不需要进入危险区，保证了测试人员的安全；所利用的仪器设备均可重复使用，节省了成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，包括如下步骤：
将钻头与第一段钻杆相连接，第一钻杆末端与钻机相连接，启动钻机，在走向方向选定距离工作面30-50m处的位置向采空区煤岩体钻孔，钻孔长度距离密闭墙30-60m，钻孔垂直高度设置在煤壁距离底板1.5m处的位置，倾角3-5°，沿煤层方向采空区施工钻孔；当钻杆进入采空区煤岩体内部10m的位置时，停止打钻，进行测温、取气；之后重复上述过程继续打钻，每钻进10m，再进行测温、取气，直至钻杆进入采空区煤岩体内部50m时或者监测气体中氧气浓度低于5％以后，结束打钻；将收集的不同深度周围煤岩体气囊中的气体注入到气相色谱仪中进行气体分析，记录分析数据。
其中，打钻孔时，从钻杆内通入清水，通过钻头冲洗钻屑，钻屑与水的混合溶液通过钻杆与煤岩体间的空隙排出；在第一段钻杆将要完全进入煤岩体时，将钻机与第一段钻杆分离，将第二段钻杆的一端与第一段钻杆的末端相连接，再将第二段钻杆的末端与钻机相连接，继续打钻孔。
其中，钻孔施工至采空区10m位置时，停止施工，连接好胶管在钻杆保护下送至10米处，预抽时间不小于15min，用负压抽气泵对钻孔内的气体进行采集，然后穿入温度探测装置，对钻孔内温度进行测定。
其中，通过以下步骤完成测温：
当钻杆进入采空区煤岩体10m时，停止打钻，将最后一节钻杆与钻机分离，将连接好的温度传感器和数据传输线装入金属穿线软管中并固定，一同沿着钻杆中心送入至钻头处，待温度稳定后记录温度显示仪显示的数据，重复上述过程可测得20m、30m、40m和50m处周围煤岩体的温度数据。
其中，通过以下步骤完成取气：
在测完温度后，将测温装置取出，将金属穿线软管沿着钻杆中心送入至钻头处，将取气管道后端连接一金属软管接头，在接头的另一端连接一段PVC胶管，胶管的另一侧与气体采样泵相连，连接完毕进行抽气；在抽气15分钟后，将气囊连接在气体采样泵后端进行气体收集；收集完气体后，取下气囊进行密封，拿至地面测定气体成分，重复上述过程可取得20m、30m、40m和50m处周围煤岩体的气体样本。
其中，采用岩石钻机，选用D38/27空心钻杆。
本发明具有以下有益效果：
(1)测量速度快。以往传统的埋管法测量时间长，该方法只需3-5天即可测完一个采空区的三带范围；
(2)测位灵活。该方法操作方便，可在采空区任意高度处选取钻孔位置进行钻孔取气，使得测气范围变大，改变了以往只能抽取单一位置的气体进行分析的缺点；
(3)布置测点方便。该方法采取打钻方式进行测温、取气，人员不需要进入危险区，保证了测试人员的安全；
(4)该方法所利用的仪器设备均可重复使用，解决了以往取气管道可能会由于顶板垮落导致管道破损、报废等损失的问题，并节省了成本。
(5)该方法解决了管路容易堵管的难题。
附图说明
图1为本发明实施例中所使用的钻机整体结构图。
图2为本发明实施例中钻进时的剖面图。
图3为本发明实施例中取气时的剖面图。
图4为本发明实施例中测温时的剖面图。
图5为本发明实施例中钻进时的俯视图。
图中：1-钻头；2-第一段钻杆；3-第二段钻杆；4-第三段钻杆；5-钻杆螺纹；6-钻尾；7-钻机；8-煤岩体；9-清水；10-水与钻屑混合溶液；11-金属软管接头；12-胶管；13-取气泵取气口；14-负压抽气泵；15-取气泵出气口；16-气囊；17-待取气体；18-温度探头；19-数据线；20-测温表；21-密闭墙；22-采空区。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例中所使用的钻机包括依次连接的钻头1、第一段钻杆2、第二段钻杆3、第三段钻杆4、钻杆螺纹5、钻尾6和钻机7。
如图2-5所述，本发明实施例提供了一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，包括如下步骤：
1)在走向方向选定距离工作面30-50m处的位置向采空区煤岩体钻孔，钻孔长度距离密闭墙30-60m，钻孔垂直高度设置在煤壁距离底板1.5m处的位置，倾角3-5°，采用岩石钻机，选用D38/27空心钻杆，沿煤层方向采空区施工钻孔；
2)钻孔施工至采空区10m位置时，停止施工，连接好胶管在钻杆保护下送至10米处，预抽时间不小于15min，用负压抽气泵对钻孔内的气体进行采集，然后穿入温度探测装置，对钻孔内温度进行测定；
3)测定完钻孔内的温度和气体，继续按照1)施工钻孔，施工至20m时，然后停止施工，按照2)进行温度和气体监测；
4)重复3)中内容，直至钻孔深至50m，或者监测气体中氧气浓度低于5％以后停止施工钻孔。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
将钻头与第一段钻杆相连接，第一钻杆末端与钻机相连接，启动钻机，在走向方向选定距离工作面30-50m处的位置向采空区煤岩体钻孔，钻孔长度距离密闭墙30-60m，钻孔垂直高度设置在煤壁距离底板1.5m处的位置，倾角3-5°，沿煤层方向采空区施工钻孔；当钻杆进入采空区煤岩体内部10m的位置时，停止打钻，进行测温、取气；取气具体是测完温度后将测温装置取出，将金属穿线软管沿着钻杆中心送入至钻头处，将取气管道后端连接一金属软管接头，在接头的另一端连接一段PVC胶管，胶管的另一侧与气体采样泵相连，连接完毕进行抽气；在抽气15分钟后，将气囊连接在气体采样泵后端进行气体收集；收集完气体后，取下气囊进行密封，拿至地面测定气体成分，之后继续打钻，每钻进10m，再进行测温、取气，直至钻杆进入采空区煤岩体内部50m时或者监测气体中氧气浓度低于5％以后，结束打钻；将收集的不同深度周围煤岩体气囊中的气体注入到气相色谱仪中进行气体分析，记录分析数据。
2.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，其特征在于，打钻孔时，从钻杆内通入清水，通过钻头冲洗钻屑，钻屑与水的混合溶液通过钻杆与煤岩体间的空隙排出；在第一段钻杆将要完全进入煤岩体时，将钻机与第一段钻杆分离，将第二段钻杆的一端与第一段钻杆的末端相连接，再将第二段钻杆的末端与钻机相连接，继续打钻孔。
3.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，其特征在于，钻孔施工至采空区10m位置时，停止施工，连接好胶管在钻杆保护下送至10米处，预抽时间不小于15min，用负压抽气泵对钻孔内的气体进行采集，然后穿入温度探测装置，对钻孔内温度进行测定。
4.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，其特征在于，通过以下步骤完成测温：
当钻杆进入采空区煤岩体10m时，停止打钻，将最后一节钻杆与钻机分离，将连接好的温度传感器和数据传输线装入金属穿线软管中并固定，一同沿着钻杆中心送入至钻头处，待温度稳定后记录温度显示仪显示的数据，继续打钻，每钻进10m，停止打钻，将最后一节钻杆与钻机分离，将连接好的温度传感器和数据传输线装入金属穿线软管中并固定，一同沿着钻杆中心送入至钻头处，待温度稳定后记录温度显示仪显示的数据，继续打钻，直至钻杆进入采空区煤岩体内部50m时或者监测气体中氧气浓度低于5％，结束打钻。
5.如权利要求1所述的一种采空区煤自燃三带快速观测及分析方法，其特征在于，采用岩石钻机，选用D38/27空心钻杆。
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