一种测定煤层钻孔温度的方法与流程

本发明涉及煤矿煤层温度测试领域，具体涉及一种测定煤层钻孔温度的方法。

背景技术：

煤在氧化时要解吸产生多种气体，如CO、H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₃H₈等。但煤在自热过程中各种气体产生的最低温度、以及气体生成量与煤温之间的关系因煤质的不同而不同。煤与氧气氧化的过程中会产生较多的CO，温度升高会加速煤的氧化，因此当温度过高时即应停止开采。但是在煤层瓦斯抽采钻孔期间低温情况下煤即可以发生氧化，经研究及实验发现，是由于在钻孔施工过程中，钻头同煤体之间的摩擦产生热，加速了煤的氧化，致使煤在低温时即可发生氧化，产生CO。经实际研究及煤矿现场取样测试发现，煤层在60℃左右将开始有CO气体产生，当温度逐渐升高时CO的浓度逐渐升高，当CO浓度较高时再继续开采会对开采人员的健康造成极大危害，因此需要对煤的氧化程度也就是产生的CO量进行及时的监控。而衡量钻孔内氧化程度的高低，主要取决于温度，因此对钻孔内的温度进行及时的监控，可以及时的知道煤层内煤的氧化程度，再制定相应的开采计划。

目前顺层钻孔深度一般在80m以上，现有的激光测温仪不能测量钻孔内部较深位置的温度，且一般的测温仪器在钻孔封闭抽采后只能测量钻孔表面温度，所以需要一种能够深度测量钻孔内温度，以及在钻孔封闭后仍能测量钻孔内温度的方法。

技术实现要素：

本发明涉及一种煤层钻孔温度传感器的制备方法及其测定方法，设备制作方法简单，便于携带，可以深入的钻孔内部测量钻孔内温度。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种测定煤层钻孔温度的方法，包括如下步骤：(1)温度传感器的制备及温度传感器标准曲线的绘制：温度传感器包括万用表、第一探头和第二探头，第一探头和第二探头由分别由第一铜-康铜导线和第二铜-康铜导线连接到温度传感器；第一探头浸入参考溶液中，第二探头浸入变温溶液，记录万用表电压示数，绘制以温度为横坐标，万用表电压示数为纵坐标的标准曲线；(2)测定煤层钻孔温度：将上述第二探头设置于钻孔内，万用表读出电压示数，同标准曲线对比，则得钻孔温度。

进一步，第二探头设置于套管内，利用矿区原有的套管可将探头设置于套管内，便于测试钻孔内温度。

进一步，为保证热量及电量的传递，铜导线和康铜导线直径均为2～3mm。

进一步，温度传感器的制备方法为：

(1)铜-康铜导线及热偶探头的制备：铜线和康铜导线并列放置，分别将铜导线和康铜导线的末端缠绕在一起，首端缠绕在一起，即得铜-康铜导线；并用电弧焊将所述铜导线和康铜导线末端缠绕部分熔成球状，即为探头；

(2)温度传感器的制备：第一铜-康铜导线一端连接万用表第一 接口,另一端第一探头浸入固定温度的参考溶液中；第二铜-康铜导线一端连接万用表第二接口，另一端第二探头浸入变温溶液中；第三导线一端浸入变温溶液中另一端浸入参考溶液中，变温溶液中设置标准温度计，即得温度传感器；

(3)制定标准工作曲线：绘制上述温度传感器的标准曲线，改变变温水溶液温度，万用表示数即为相应电压，标准温度计示数为其相应温度；绘制以温度为横坐标，电压为纵坐标的温度传感器的标准工作曲线。

进一步，为保证热偶探头工作的稳定性，铜导线和康铜导线缠绕末端熔成的球状为圆滑无孔洞球。

进一步，第三导线为铜导线或者铜康导线或者铜-康铜导线中的一种。

进一步，参考溶液为0℃冰水溶液。

进一步，变温溶液为0～100℃的变温水溶液。

与现有技术相比，本发明具有：

1、可以伸入到钻孔内部，探测钻孔内部深度处的温度；

2、在钻孔封闭后仍能测量孔内的温度；

3、制作方法简单，便于携带，设备材料经济，可广泛用于煤层的钻孔温度探测方面，可减少煤层事故的发生。

附图说明

图1为温度传感器示意图。

图2为实施例1中利用煤层钻孔温度传感器测得钻孔深度95m时 温度电压曲线图。

图3为实施例1中利用煤层钻孔温度传感器测得钻孔深度95m时温度电压曲线图。

图4为实施例1中利用煤层钻孔温度传感器测得钻孔深度55m时温度电压曲线图。

图5为实施例1中利用煤层钻孔温度传感器测得钻孔深度40m时温度电压曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种测定煤层钻孔温度的方法，包括如下步骤：

(1)铜-康铜导线及热偶探头的制备：铜线和康铜导线并列放置，分别将铜导线和康铜导线的末端缠绕在一起，首端缠绕在一起，即得铜-康铜导线；并用电弧焊将所述铜导线和康铜导线末端缠绕部分熔成球状，即为探头；(2)温度传感器的制备：以0℃冰水溶液为温度传感器的参考溶液4，第一铜-康铜导线10一端连接万用表表3第一接口7,另一端第一探头5浸入参考溶液4中；第二铜-康铜导线9一端连接万用表表3第二接口8，另一端第二探头6浸入变温水溶液2中；第三导线11一端浸入变温水溶液2中另一端浸入参考水溶液4中，变温溶液中设置标准温度计1，即得温度传感器；

其中，铜导线和康铜导线直径均为2～3mm；球状探头为圆滑无孔洞球；第三导线11为铜导线或者铜康导线或者铜-康铜导线中的一种；万用表3为10μV分辨率的数字式万用表；铜导线和康铜导线并 用可以增加温度传感器的使用寿命，当其中一个导线出现故障时另外一根仍可以继续使用，且铜导线和康铜导线的长度可以根据钻孔的实际深度进行截取，大于80m时仍可以使用，从而可以满足不同钻孔深度的需要，需要测量钻孔内温度时第一探头5仍浸入参考溶液4中，第二探头6伸入钻孔内部。

(3)制定标准工作曲线：改变变温水溶液2中的溶液温度，则万用表3中电压会随之改变，从标准温度计1中读出变温水溶液的温度，以温度计1中示数为横坐标，万用表3示数为纵坐标绘制温度传感器标准工作曲线；

煤矿开采中，通常在钻孔完成后会在钻孔中设置套管，从而便于抽取钻孔内部气体用于观察及分析，因而可以将温度传感器的探头部分设置在套管内，根据电压表度数，在标准工作曲线中求得相应温度。

通过线性回归分析，可得出各热电偶的线性回归方程：t＝A+t_g+BV

式中：t—测定温度，℃；A、B—系数；t_g—环境(参考端)温度，℃；V—毫伏表读数，mV。将上述标准温度计的读数带入t,电压表读数带入V，其中t_g为0则可以分别求得A、B值，从而绘制温度传感器标准工作曲线。相关分析是用相关系数来表示两个变量间相互的直线关系，并判断其密切程度的统计方法。其绝对值愈接近1，两个变量间的直线相关愈密切，愈接近0，相关愈不密切，一般要求回归方程的相关系数在0.99以上，才符合实验要求。

表1为采用本温度传感器对不同深度钻孔的电压进行测试，利用标准曲线即可得出相对应钻孔温度，对温度传感器的精度进行标定。

表1不同深度钻孔的温度及电压

图2、图3、图4、图5分别为95m、75m、55m、40m深度钻孔所对应的温度及压力的线性回归曲线图，R²为其相关系数，从图中可以看到不同深度时的温度传感器的线性回归方程的相关系数均在0.99以上，说明温度传感器的灵敏度和精度都很高，符合测试要求；同时还发现温度较高时各组热电偶在相同温度点的电压标定结果非常接近，可见当温度达到某一温度时热电偶线的长度对标定结果影响较小。

实施例2

一种温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)铜-康铜导线及热偶探头的制备：将2mm铜线和3mm康铜导线并列放置，分别将铜导线和康铜导线的末端缠绕在一起，首端缠绕在一起，即得铜-康铜导线；并用电弧焊将所述铜导线和康铜导线末端缠绕部分熔成无空洞的球状，即为探头；

(2)温度传感器的制备：以0℃水溶液为温度传感器的参考溶液4，第一铜-康铜导线10一端连接万用表3第一接口7,另一端第一探头5浸入参考溶液4中；第二铜-康铜导线9一端连接万用表3第二接口8，另一端第二探头6浸入变温水溶液2中；第三导线11一端浸入变温水溶液2中另一端浸入参考水溶液4中，变温溶液中设置标准温度计1，即得温度传感器。

根据电压和相对热偶探头测得的温度，绘制标准曲线，则只从压力表即可得探头端所测物体的温度。

实施例3

一种温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)铜-康铜导线及热偶探头的制备：将2mm铜线和2mm康铜导线并列放置，分别将铜导线和康铜导线的末端缠绕在一起，首端缠绕在一起，即得铜-康铜导线；并用电弧焊将所述铜导线和康铜导线末端缠绕部分熔成无空洞的球状，即为探头；

(2)温度传感器的制备：以0℃冰水溶液为温度传感器的参考溶液4，第一铜-康铜导线10一端连接万用表3第一接口7,另一端第一探头5浸入参考溶液4中；第二铜-康铜导线9一端连接万用表3第二接口8，另一端第二探头6浸入变温水溶液2中；第三导线11一端浸入变温水溶液2中另一端浸入参考水溶液4中，变温溶液中设置标准温度计1，即得温度传感器。

根据电压和相对热偶探头测得的温度，绘制标准曲线，则只从压力表即可得探头端所测物体的温度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。