专利名称：一种煤层早期自然发火测氡法监测方法
技术领域：
本发明旨在提供一种煤层早期自然发火测氡法监测方法，属煤矿监测技术领域，特别涉及煤矿煤层自燃火灾监测技术领域。
背景技术：
对煤矿煤层自燃火灾早期预测的方法，主要有煤矿自然发火束管监测系统，2008年12月10日，国家知识产权局以公开号CN101320024. 4，公开的发明专利“矿井气体束管监测系统及气体爆炸性与火灾危险识别方法”，该方法借助束管将矿井井下各测点气体经抽气泵负压抽取、汇总至指定地点，在借助气相色谱检测装置对束管所采集的井下气体进行分析，实现对CO、CO2、CH、C2H2、C2H4、C2H6、O2, N2, H2等气体的在线监测，其监测结果以实时监测报告、分析日报表等方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库，以便今后对某种气体含量的变化趋势进行分析，从而实现对矿井自燃火灾的早期预测。煤矿矿井自燃火灾发生后，自燃火灾火源探测技术中，同位素测氡法不但能准确识别火源中心位置、火区的范围以及火源的发展情况，而且具备推测和数据处理速度快、成本低等优势，是目前理想的地下火源探测技术。同位素测氡法探测地下火源位置的原理在同样的地质地层条件，当地下煤层发生氧化升温或自燃时，其周围及上覆岩层中天然放射性氡的析出率增大。由于氡衰变时的离子交换作用，使其反映到地表而形成放射性异常，该异常可作为反映温度的信息而被检测出来，检测数据经过专用的计算机处理后，可得出火源中心位置及火区范围、火源的性质及发展趋势和火源中心及边缘温度预测范围。1998年6月15日，中国国土资源航空物探遥感中心主办的《物探与化探》第22卷第3期，发表了成都理工大学方方和贾文懿的论文《杯法测氡原理及应用》，该文介绍了 α杯法测氡原理、α杯测氡仪、α杯法的工作方法及野外应用，应用的是电离室测氡法。2003年8月25日，中国地震局地球物理研究所和中国地震学会地震观测技术专业委员会主办的《地震地磁观测与研究》第24卷第4期，发表了珠海市泰德企业有限公司刘桂生、张国育、陈粤坚和吴怀壮的论文《智能化TDR-25型气氡传感器的设计》，该文介绍了 智能化TDR-25型气氡传感器检测原理和设计要求、工作原理及结构框图、主要性能指标，应用的是闪烁室测氡法。2009年6月15日，山西省科学技术情报研究所和山西省科学技术情报学会主办的《科技情报开发与经济》第19卷第17期，发表了太原理工大学矿业工程学院董魁、部剑明和吴玉国的论文《煤升温过程中氡析出率与温度之间关系的试验研究》，该文分析了氡析出率的影响因素，通过进行模拟煤炭自燃过程的试验，测量不同温度下氡的析出量，根据测得的数据分析了煤氧化过程中温度与氡析出率之间的正相关关系，为自燃煤矿控制氡析出提供了重要依据。矿井气体束管监测系统中，首先要在煤矿井下预埋提取气体的束管，以提取井下采空区的各种气体，其次由气相色谱仪对提取气体进行分析，然后得出煤矿井下煤层发火情况。这种方法通常由于井下条件复杂，在老空区尤其是有发火倾向区域预埋束管较难，从而受到很大局限。智能化TDR-25型气氡传感器主要应用于地下流体前兆观测项目；电离室同位素测氡法是近几年刚刚研发的新技术，目前仅应用于煤层自燃发火后灭火前的火区探测，而且探测时间是间隔性的。以是两种测氡技术均未应用于煤层早期自然发火的监测。
发明内容
为了克服目前煤层自然发火监测系统存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提出一种煤层早期自然发火测氡法监测方法，利用测氡法，测得是否因地下煤层发生的氧化升温或自燃，引起周围及上覆岩层天然放射性氡的析出量增大或平稳，达到煤层早期自然发火监测的目的。本发明采取的技术方案是将测氡法应用于煤层早期自然发火监测方法，由以下步骤完成
第一步,地面布置测点101、选择自然发火监测区域在煤层自然发火倾向性鉴定结果为自燃或容易自燃的煤矿矿井井田范围内，选取一个自然发火监测区域；102、在监测区域布置测场基准点在上述区域边界和区域内布置若干测场基准点；103、由基准点布置测点一个基准点一般为四个测点，形状为长方形、正方形或不规则方格网，网格边长一般为 200m X 200m;104、确定是否加大监测密度监测矿井自然发火倾向性等级为自燃或容易自燃，但本矿井及周边矿从没有发生过自然发火现象，正常布置测点，转到206 ;否则，转到105 ；105、加大测点密度在监测过程中，根据煤层赋存情况、矿井开采情况及监测情况，基准点进一步延伸，即缩小方格网网格边长到IOOm或50m或20m，加大监测密度；第二步，提取野外数据206、测点编号布置测氡仪器把所有基准点的所有测点进行编号，在每个测点布置测氡仪器，准备进行氡气气样或传感器信号采集，提取野外数据；207、判断测氡仪器种类判断测氡仪器是什么种类，是测氡传感器还是氡气α探杯；如果是测氡传感器，转到208 ;如果是氡气α探杯，转至IJ 209 ；208、获取野外电脉冲传感信号由测氡传感器获取氡及其子体的电脉冲信号，转到310 ；209、氡气α探杯进行气体取样需人工每天一次，在每个测点地下30_50cm处，埋设氡气α探杯，4小时后，将氡气α探杯取出，转到311 ；第三步，计算机分析
310、每个测氡传感器与监控分站相连，与四个或六个测氡传感器相连的监控分站与传输接口相连，传输接口与监控计算机相连，转到312 ；311、取出氡气α探杯，立即置入⑶-1 α探杯测量仪测量，同时记下测量定时3min的野外测量数据，转到313;312、监控计算机得出煤层自然发火监测结论；313、将野外测量数据输入至“测氡探火数据处理系统”，得出煤层自然发火监测结论。为实现上述技术方案步骤第一步、第二步的206、207、208、第三步的310、312，采
取的系统是，由测氡传感器、监控分站、传输接口、监控计算机依次相连，组成的煤层早期自然发火测氡法在线监测系统。 煤层早期自然发火测氡法在线监测系统中，其特征是，所述的测氡传感器，由依次连接的电离室、检测电路单元、脉冲信号输出单元，及接入检测电路单元的电源电路组成；埋入地下时，电离室内氡气α探杯杯口竖直朝下。煤层早期自然发火测氡法在线监测系统中，其特征是，所述的电离室，由收集电极、电离室壁、保护环、氡气α探杯组成；其结构，氡气α探杯开口背向收集电集，电离室底部不加电离室盖，敞口。煤层早期自然发火测氡法在线监测系统中，所述的检测电路单元，由高压模块，光电倍增管、阻抗变换电路、调理放大电路、阀值电路依次连接组成，其特征是，在高压模块供电电路侧增加间隔供电模块，每4小时供电3分钟，即每4小时测氡3分钟。为实现上述技术方案步骤第一步、第二的206、270、209、第三步的311、313，采取的系统是，由氡气α探杯、CD- α探杯测量仪和安装“测氡探火数据处理系统”的计算机配套使用，组成的煤层早期自然发火测氡法间隔性监测系统，将该精确探测井下火源位置及火区范围的测氡法，应用于煤层早期自然发火的监测。本发明的有益效果I、测氡法测点布置在地面，可以随便加大测点密度，较目前使用的束管监测系统容易布置测点；2、把测氡法这种探测井下火源及火区范围的先进技术直接应用于煤层早期自然发火监测。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明图1、煤层早期自然发火测氡法监测方法技术方案示意2、测氡传感器结构框3、测氡传感器电离室结构框4、测氡传感器检测电路结构框图具休实施方式图1、煤层早期自然发火测氡法监测方法技术方案示意图中，第一步由虚线方框100中的101、102、103、104、105组成，第二步由虚线方框200中的206、207、208、209组成，第三步由虚线方框300中的310、311、312、313组成。
图2、测氡传感器结构框图中，测氡传感器由电离室、检测电路、脉冲信号输出三部分串接，将电源电路接入检测电路而成。图3、测氡传感器电离室结构框图中，电离室由电离室壁2围成底部开口的圆柱容器，电离室内安装有氡气α探杯(7)，氡气α探杯(7)开口方向与电离室开口方向一致，收集电极(I)从电离室顶部插入电离室及氡气α探杯(7)内，绝缘体(4)、绝缘体(6)分别将收集电极(I)和保护环(5)、保护环(5)和电离室杯顶隔开，电离室底部(3)敞口。图4、测氡传感器检测电路结构框图中，测氡传感器检测电路，由光电倍增管、阻抗变换电路、调理放大电路、阀值电路组成，并将间隔供电模块、高压模块接入光电倍增管。从图1中可以看出，本发明采取的技术方案是将测氡法应用于煤层早期自然发火监测方法，由以下步骤完成
第一步，地面布置测点，见虚线方框(100)101、选择自然发火监测区域在煤层自然发火倾向性鉴定结果为自燃或容易自燃的煤矿矿井井田范围内，选取一个自然发火监测区域；102、在监测区域布置测场基准点在上述区域边界和区域内布置若干测场基准点；103、由测场基准点布置测点一个基准点一般为四个测点，形状为长方形、正方形或不规则方格网，网格边长一般为 200m X 200m;104、确定是否加大监测密度监测矿井自然发火倾向性等级为自燃或容易自燃，但本矿井及周边矿从没有发生过自然发火现象，正常布置测点，转到206 ;否则，转到105 ；105、加大测点密度在监测过程中，根据煤层赋存情况、矿井开采情况及监测情况，基准点进一步延伸，即缩小方格网网格边长到IOOm或50m或20m，加大监测密度；第二步，提取野外数据，见虚线方框(200)206、测点编号布置测氡仪器把所有基准点的所有测点进行编号，在每个测点布置测氡仪器，准备进行氡气气样或传感器信号采集，提取野外数据；207、判断测氡仪器种类判断测氡仪器是什么种类，是测氡传感器还是氡气α探杯；如果是测氡传感器，转到208 ;如果是氡气α探杯，转至IJ 209 ；208、获取野外电脉冲传感信号由测氡传感器获取氡及其子体的电脉冲信号，转到310 ；209、氡气α探杯进行气体取样需人工每天一次，在每个测点地下30— 50cm处，埋设氡气α探杯，4小时后，将氡气α探杯取出，转到311 ；第三步，计算机分析，见虚线方框(300)310、每个测氡传感器与监控分站相连，与四个或六个测氡传感器相连的监控分站与传输接口相连，传输接口与监控计算机相连，转到312 ；311、取出氡气α探杯，立即置入⑶-1 α探杯测量仪测量，同时记下测量定时3min的野外测量数据，转到313;312、监控计算机得出煤层自然发火监测结论；313、将野外测量数 据输入至计算机“测氡探火数据处理系统”，得出煤层自然发火监测结论。上述技术方案步骤第一步、第二步的206、207、208、第三步的310、312，采取的系
统是，由测氡传感器、监控分站、传输接口、监控计算机依次相连，组成的煤层早期自然发火测氡法在线监测系统。煤层早期自然发火测氡法在线监测系统中，从图2中可以看出，其特征在于，所述的测氡传感器，由依次连接的电离室、检测电路单元、脉冲信号输出单元，及接入检测电路单元电源电路组成；埋入地下时，电离室内氡气α探杯杯口竖直朝下。煤层早期自然发火测氡法在线监测系统中，从图3中可以看出，其特征是，所述的电离室，由收集电极(I)、电离室壁(2)、绝缘体(4)、绝缘体(6)、保护环(5)、测氡α探杯
(7)组成；其结构，氡气α探杯(7)开口背向收集电极(1)，电离室底部(3)敞口。煤层早期自然发火测氡法在线监测系统中，从图4中看出，所述的检测电路单元，由高压模块，光电倍增管、阻抗变换电路、调理放大电路、阀值电路依次连接组成，其特征是，它在高压模块供电电路侧增加间隔供电模块，每4小时供电3分钟，即每4小时测氡3分钟。为实现上述技术方案步骤第一步、第二的206、270、209、第三步的311、313，采取
的系统是，采用与精确探测井下火源位置及火区范围的测氡方法相同的系统，由氡气α探杯、CD-1 α探杯测量仪和安装“测氡探火数据处理系统”的计算机配套使用，组成的煤层早期自然发火测氡法间隔性监测系统，将这种精确探测井下火源位置及火区范围的测氡法，应用于煤层早期自然发火的监测。
权利要求
1.一种煤层早期自然发火测氡法监测方法，其特征是，将测氡法应用于煤矿煤层早期自然发火监测，由以下步骤完成第一步，地面布置测点，见虚线方框(100)101、选择自然发火监测区域在煤层自然发火倾向性鉴定结果为自燃或容易自燃的煤矿矿井井田范围内，选取一个自然发火监测区域；102、在监测区域布置测场基准点在上述区域边界和区域内布置若干测场基准点；103、由测场基准点布置测点一个基准点一般为四个测点，形状为长方形、正方形或不规则方格网，网格边长一般为 200mX 200m ；104、确定是否加大监测密度监测矿井自然发火倾向性等级为自燃或容易自燃，但本矿井及周边矿从没有发生过自然发火现象，正常布置测点，转到206 ;否则，转到105 ；105、加大测点密度在监测过程中，根据煤层赋存情况、矿井开采情况及监测情况，基准点进一步延伸，即缩小方格网网格边长到100 m或50 m或20 m，加大监测密度；第二步，提取野外数据，见虚线方框(200)206、测点编号并布置测氡仪器把所有基准点的所有测点进行编号，在每个测点布置测氡仪器，准备进行氡气气样或传感器信号采集，提取野外数据；207、判断测氡仪器种类判断测氡仪器是什么种类，是测氡传感器还是氡气α探杯；如果是测氡传感器，转到 208 ;如果是氡气α探杯，转至IJ 209 ；208、获取野外电脉冲传感信号由测氡传感器获取氡及其子体的电脉冲信号，转到310 ；209、氡气α探杯进行气体取样需人工每天一次，在每个测点地下30—50cm处，埋设氡气α探杯，4小时后，并将氡气 α探杯取出，转到311 ；第三步，计算机分析，见虚线方框(300)310、每个测氡传感器与监控分站相连，与四个或六个测氡传感器相连的监控分站与传输接口相连，传输接口与监控计算机相连，转到312 ；311、取出氡气α探杯，立即置入⑶-Ia探杯测量仪测量，同时记下测量定时3min的野外测量数据，转到313;312、监控计算机得出矿井自然发火监测结论；313、将野外测量数据输入至计算机“测氡探火数据处理系统”，得出矿井自然发火监测结论。
2.根据权利要求I所述的煤层早期自然发火测氡法监测方法，此方法由以下技术方案步骤组成第一步、第二步的206、207、208、第三步的310、312，其特征是，由测氡传感器、监控分站、传输接口、监控计算机依次相连，组成煤层早期自然发火测氡法在线监测系统。
3.根据权利要求2所述的煤层早期自然发火测氡法监测方法，其特征是，所述的测氡传感器，由依次连接的电离室、检测电路单元、脉冲信号输出单元，及接入检测电路单元的电源电路组成；埋入地下时，电离室内氡气α探杯杯口竖直朝下。
4.根据权利要求3所述的煤层早期自然发火测氡法监测方法，其特征是，所述的电离室，由收集电极(I)、电离室壁(2)、绝缘体(4)、绝缘体(6)、保护环(5)、氡气α探杯(7)组成；其结构在于，氡气α探杯(7)开口背向收集电极(1)，电离室底部(3)敞口。
5.根据权利要求3所述的煤层早期自然发火测氡法监测方法，所述的检测电路单元， 由高压模块，光电倍增管、阻抗变换电路、调理放大电路、阀值电路依次连接组成，其特征是，它在高压模块供电电路侧增加间隔供电模块，每4小时供电3分钟，即每4小时测氡3 分钟。
6.根据权利要求I所述的煤层早期自然发火测氡法监测方法，此方法由以下技术方案步骤组成第一步、第二的206、270、209、第三步的311、313，其特征是，由氡气α探杯、 CD-I α探杯测量仪和安装“测氡探火数据处理系统”软件的计算机配套使用，组成煤层早期自然发火测氡法间隔性监测系统。
全文摘要
本发明提供一种煤层早期自然发火测氡法监测方法，属煤矿监测技术领域，特别涉及煤矿煤层自燃火灾监测技术领域。本发明把测氡法这种探测井下火源及火区范围的先进技术应用于煤层早期自然发火的监测。本发明采取的技术方案是将测氡法应用于矿井早期自然发火，监测方法由以下步骤完成第一步，地面布置测点，见虚线方框(100)；第二步，提取野外数据，见虚线方框(200)；第三步，计算机分析，见虚线方框(300)。测点布置在地面，可以随便加大测点密度，较束管监测系统容易布置测点。
文档编号G01N23/00GK102982648SQ201210545698
公开日2013年3月20日 申请日期2009年10月4日 优先权日2009年10月4日
发明者徐占成, 王俊峰, 邬剑明, 樊孝思, 樊铁山 申请人:樊铁山, 王俊峰, 徐占成, 邬剑明, 樊孝思