一种纯机械式采空区束管取气装置及方法与流程

本发明涉及矿井采空区取气领域，尤其涉及煤矿工作面无其它任何抽气动力条件下的采空区束管取样装置及方法。

背景技术：

抽取采空区内不同位置的气体并进行气相色谱分析，根据气样中各组分的含量分析采空区内不同位置遗煤的氧化情况，进而得到采空区遗煤自燃“三带”的分布，这是目前判定采空区遗煤自燃危险区域的主要方法之一，对矿井采空区防治火灾至关重要。

目前，煤矿普遍采用的采空区束管取气方法为：通过专用的抽气泵进行气体抽取，这种方法存在以下缺陷：

1.矿井对于电器设备的使用有严格的限制，专用的防爆抽气泵价格昂贵，投资成本高，并且防爆抽采泵也无法达到绝对的安全；

2.矿井内地形环境复杂，导致搬运抽气泵十分困难，同时因工作面现场取电困难，其抽气泵用电需要布置几百甚至上千米的专用电缆，不仅电缆投资大，而且存在用电安全隐患。

针对采空区无抽采泵束管取气装置有一种简便式采空区束管取气装置及方法(cn201410633078.7)，该发明用工作面的瓦斯抽采管路来代替专用抽气泵为取气提供动力，将预埋束管与瓦斯抽采管路相连，通过六分球阀控制各束管与瓦斯管道的联通。虽然该发明能够避免使用专用抽气泵的缺点，但需要使用瓦斯抽采管路提供动力。因此，当矿井为低瓦斯矿井，工作面无瓦斯抽采管路时，该发明则还是无法从根本上解决采空区束管取气的问题。

由于束管气路较长，气体阻力大，故采用常用的矿用唧筒或者注射器取气方法无法满足要求。采空区预埋束管的总长度约在150～200m范围内，以最长200m的束管阻力计算，计算得到圆环的拉力为5.7n，计算依据如表1所示，所以人力转动完全能够满足要求，由此分析得出，采用这种纯机械式束管取气装置是完全可行的。

表1圆环拉力计算表

技术实现要素：

本发明目的是从根本上取缔抽气泵进行采空区束管取气，降低矿井因取气而造成的事故，提供一种适应于任何矿井、经济实用、操作简便的采空区取气装置及方法。

本发明所采用的技术方案：本发明的装置包括：五通管、进气管、气缸、活塞头、活塞杆、一号三角支座、二号三角支座、固定三角支座的连接杆、两个定子、转杆、转环、齿轮、齿条、两个固定块、四个束管接头、六个闸阀、排水管、取气管、四根束管，所述气缸为圆柱型，其沿中轴线水平放置，由一号三角支座支撑，其一端底面封闭且中央安装有进气管，另一端底面开口；所述进气管与五通管相连；所述五通管分别与四个束管接头相连；所述四个束管接头分别与四根束管相连，所述四根束管分别通向采空区内的抽采点，四根束管接头上分别装有闸阀；所述活塞头与活塞杆相连，置于气缸内且密封其截面；所述连接杆连接一号三角支座和二号三角支座，固定一号三角支座与二号三角支座间的距离，从而确保活塞头在气缸内滑动；所述排水管安装于气缸的最下部，排水管上装有闸阀；所述取气管安装于气缸的最上部，取气管上装有闸阀；所述齿条一端与活塞杆相连，且限定在二号三角支座上的两个固定块之间滑动；所述齿轮与齿条之间相互啮合；所述转环中心的转杆通过两个定子固定在二号三角支座上且与齿轮相连，可通过转动转环带动齿轮转动，进而拉动齿条带动活塞杆推动活塞头在气缸内滑动。

本发明的装置实施方法如下：

(一)安装设备：使两个支座水平安放，用连接杆固定，安装气缸、活塞头、活塞杆、转环、齿轮、齿条等，将活塞头推至气缸封闭的底面，关闭所有闸阀，用四个束管接头分别与四根采空区预埋束管进行连接。

(二)排气排水：打开束管接头上闸阀，通过齿轮推动活塞头往远离封闭底面方向滑动，将与束管接头所连通的束管内气体及少量积水抽入至气缸内，再关闭闸阀并打开闸阀，再将活塞头往封闭底面方向移动，将气缸内气体及积水由排水管、取气管排出。

(三)取气：重复步骤(二)多次。再次打开闸阀，关闭闸阀，移动活塞头进行抽气，关闭闸阀，将储气容器与取气管连接，打开闸阀，推动活塞头将气缸内气体压入储气容器内。

(四)同样的方法，分别打开另外三根束管上的闸阀，重复步骤(二)和步骤(三)，抽取采空区其他三个位置的气体。

本发明的有益效果：(1)本发明所用装置较为简便，可直接避免传统使用专用抽气泵取气的方法带来的诸多不便。(2)本发明投资成本低。(3)本发明的抽气动力装置，无需外界提供任何的抽气动力或电力，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的采空区束管取气总体结构示意图；

图2是图1中(a)部位的放大示意图；

图3是图2中(b)部位的放大示意图；

图4是图2中四个束管接头在i-i剖面示意图。

图中：1—五通管，2—进气管，3—气缸，4—活塞头，5—活塞杆，6～7—三角支座1～2，8—连接杆，9-两个定子、10-转杆，11—转环，12—齿轮，13—齿条，14～17—束管接头，18～21—束管接头上的闸阀，22—取气管上的闸阀，23—排水管上的闸阀，24—排水管，25—取气管，26—两个固定块，27—进风巷，28—回风巷，29—四根束管，30～37—采空区的抽采点，38—采空区。

具体实施方式：

下面结合附图与具体实例对本发明进行详细说明。

实施例：如图1至图3所示，因进风巷(27)与回风巷(28)的取气装置及方法相同，下面对进风巷(27)进行详细说明。本发明的装置包括：五通管(1)、进气管(2)、气缸(3)、活塞头(4)、活塞杆(5)、一号三角支座(6)、二号三角支座(7)、固定三角支座的连接杆(8)、两个定子(9)、转杆(10)、转环(11)、齿轮(12)、齿条(13)、四个束管接头(14～17)、六个闸阀(18～23)、排水管(24)、取气管(25)、两个固定块(26)、四根束管(29)，所述气缸(3)为圆柱型，其中轴线水平放置，由支座(6)支撑，其一端底面封闭且中央安装有进气管(2)，另一端底面开口与活塞头(4)相连；所述进气管(2)与五通管(1)相连；所述五通管(1)其余四个接口分别与四个束管接头(14～17)相连；所述四个束管接头(14～17)另一端分别与采空区(38)内预埋的四根束管(29)相连，可抽取采空区内(30～33)四个位置的气体，四个束管接头(14～17)上分别装有闸阀(18～21)；所述活塞头(4)与活塞杆(5)相连，布置于气缸(3)内且与气缸(3)内壁密封；所述连接杆(8)连接两个三角支座(6～7)，固定两个三角支座(6～7)间的距离，从而确保活塞头(4)在气缸(3)内滑动；所述排水管(24)安装于缸(3)的最下部，排水管(24)上装有闸阀(23)；取气管(25)安装于气缸(3)的最上部，取气管(25)上装有闸阀(22)；所述齿条(13)一端与活塞杆(5)相连，齿轮(12)与齿条(13)之间进行啮合，齿条(13)限定在两个固定块(26)之间；所述转环(11)中心的钻杆(10)通过两个定子(9)固定在二号三角支座(7)上且与齿轮(12)相连，可通过转动转环(11)带动齿轮(12)转动，进而拉动齿条(13)带动活塞杆(5)推动活塞头(4)在气缸内滑动。

本发明的装置实施方法如下：

(一)安装设备：使两个三角支座(6～7)水平安放，用连接杆(8)固定，安装气缸(3)、活塞头(4)、活塞杆(5)、转环(11)、齿轮(12)、齿条(13)等，将活塞头(4)推至气缸(3)封闭的底面，关闭所有闸阀(18～23)，用四个束管接头(14～17)分别与四根采空区预埋束管进行连接。

(二)排气排水：打开束管接头(14)上闸阀(18)，通过齿轮(12)推动活塞头(4)往远离封闭底面方向滑动，将与束管接头(14)所连通的束管内气体及少量积水抽入至气缸(3)内，再关闭闸阀(18)并打开闸阀(22～23)，再将活塞头(4)往封闭底面方向移动，将气缸(3)内气体及积水由排水管(24)、取气管(25)排出。

(三)取气：重复步骤(二)多次。再次打开闸阀(18)，关闭闸阀(22～23)，移动活塞头(4)进行抽气，关闭闸阀(18)，将储气容器与取气管(25)连接，打开闸阀(22)，推动活塞头(4)将气缸(3)内气体压入储气容器内。

(四)同样的方法，分别打开另外三根束管上的闸阀(19～21)，重复步骤(二)和步骤(三)，抽取采空区其他三个位置的气体。

最后应用气相色谱仪对所抽取的四个气样进行分析，得出采空区(38)中各种气体浓度变化规律，以此判断采空区(38)内遗煤自燃危险区域的位置及范围。

实施例2：如图1、图2、图3和图4所示，采空区(38)自燃危险区域通常发生在进风侧和回风侧“两道”附近，所以在对采空区(38)煤自燃危险区域分析研究时，通常在进风巷(27)和回风巷(28)分别预埋四根束管(29)对8个不同采空区抽采点(30～37)进行气体取样。所以还需对采空区(38)回风侧四个采空区抽采点(34～37)进行气体取样，其气体取样的装置和方法与实例1相同。