一种煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统的制作方法

本发明涉及一种煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统。

背景技术：

近年来，煤炭开采速度提高加速了矿井资源的枯竭。由于我国“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤严重，综合机械化固体充填采煤技术是针对我国存在的“三下”压煤问题，煤矸石排放问题和土地资源问题而开发出来的绿色采煤技术之一，并在多个矿区进行了广泛应用。

矸石充入采空区后，在充填采煤液压支架后方的夯实机构作用下形成密实结构，由于井下环境比较阴暗潮湿，充入采空区的部分矸石会一直处于一个矿井水环境中，主要包括来自上覆岩层顶板裂隙渗漏的水、底板涌出的水以及煤层开采涌出的水，在采空区稳定后，煤矸石经过长期的矿井水浸泡，煤矸石中的微小颗粒会在水中成为悬浮物，其中含有的某些重金属离子经过水溶解后污染水体、围岩以及其他生态环境，对地下水环境造成一定的破坏。因此需要对煤矸石填充的煤矿采空区的水体进行重金属离子的实时和准确检测。但是由于采空区为密闭的空间，在回填后的采空区内进行水体取样是十分困难的，尤其是在采空区内部的不同点位分别取样，目前更是没有有效方法。

开发一种矸石充填采空区重金属离子的取样系统和方法，对矸石充填后矿井积水中重金属离子的检测与治理具有重要意义，也是采煤工作现实的技术需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，在于弥补现有技术存在的空白，针对采空区为密闭空间取样难度大的特点，提出了一种煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统。本发明系统随开采工作面的推进于支架后方而逐步布设，在采空区均匀布设采样点，实时均布采样。

本发明煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统，由若干收集装置和与收集装置等数量的采样管构成。其特征是：

所述收集装置，在采空区内按照设定的间隔距离与采煤工作面平行成排布设，每一排中的各收集装置按照设定间隔距离布置，每个收集装置为一个采样点，每个收集装置连接一根所述的采样管，所述各采样管布设在采区回采巷道内并连接到采空区外的水泵。

所述设定的间隔距离，优选30m-50m。

所述收集装置为圆柱形管，圆柱形管内部设有若干隔水板，各隔水板均通过圆柱形管的纵向中心轴线，将圆柱形管内部等分为若干扇形断面的纵向通道。在其中一个纵向通道上开设有透水口，透水口上设置透水网。所述圆柱形管固定在卡座上，位于底部的纵向通道内设置水压监测仪。

每一排的收集装置个数小于或等于收集装置被分隔的纵向通道个数，每一排的各个收集装置，用连接管依次连接。所述连接管也是圆柱形管且用隔水板等分为若干扇形断面的纵向通道，其通道数与收集装置相同。各收集装置的纵向通道与各连接装置的纵向通道对应连接形成各个连通通道，各收集装置的透水口分别位于不同连通通道上。所述各个采样管分别连接在连通通道的端部。

所述收集装置和连接管优选钢管或强力尼龙管。

本发明煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统的布设和采样过程是：

1.随采煤工作面推进，在支架后方按照设定的间隔30m-50m并且与采煤工作面平行埋设收集装置，用连接管将各个收集装置连接成一个连通的管体，各个收集装置就是一个测点。然后工作面推进到一定距离后，再布设一排收集装置，每一排的间隔与同排中相邻收集装置间的间隔距离相同。则测点按正方形（每个测点间距相等）的方式进行布置。因为一个连通通道中只有一个收集装置的透水口位于其中，因此只有该收集装置位置处的水样流入该连通通道中，在该连通通道收集到的水样就是该收集装置所处测点的水样。

2.待工作面推进完毕，利用水压监测仪监测采空区底板处水压p，根据公式p=ρgh反推出采空区积水高度h，当高度大于30厘米，利用水泵通过各个采样管在各个连通通道中抽取水样。

3.对每个测点的收集装置进行标号（例如第一排第一个为“11”第二排第一个为“21”），根据取样的间排距反推出所取试样所对应的采空区的位置。根据所得不同位置的不同浓度，分析各重金属离子的含量、迁移特征，衰减属性，来对采空区重金属离子作出评估。

本发明能够从采空区密闭空间内取出矿井积水，并能确定采空区各个位置的重金属离子浓度，真实反映采空区内重金属离子的分布状态，为进一步分析采空区重金属污染提供取样手段。

附图说明

图1是本发明煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统平面布置图。

图2是本发明收集装置立体示意图。

图3是本发明收集装置俯视示意图。

图4是本发明收集装置侧视示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统，由若干收集装置1、连接管2和与收集装置等数量的采样管3构成。

所述收集装置1，在采空区内按照设定的间隔距离40m与采煤工作面平行成排布设，每一排中的各收集装置1按照设定间隔距离40m布置，每个收集装置为一个采样点。

所述收集装置1为圆柱形管，采用钢管或强力尼龙管，长度为10m，直径为0.15m。圆柱形管内部设有若干隔水板4，各隔水板均通过圆柱形管的纵向中心轴线，将圆柱形管内部等分为六个扇形断面的纵向通道7。在其中一个纵向通道上开设有透水口6，透水口上设置透水网。所述圆柱形管固定在卡座5上，位于底部的纵向通道内设置水压监测仪8。

由于收集装置的纵向通道数为六个，因此每一排收集装置的数量最多是六个。本实施例，每一排设置四个收集装置，每一排的各个收集装置，用连接管2依次连接。所述连接管2也是圆柱形管，长度为10m，直径为0.15m，采用钢管或强力尼龙管，且用隔水板等分为六个扇形断面的纵向通道，连接管2无透水口。各收集装置的纵向通道与各连接装置的纵向通道7对应连接形成各个连通通道，一个连通通道上只有一个收集装置的透水口6位于该连通通道上。因此有四个连通通道有透水口6。这四个连通通道端部各引出一根所述采样管3，本实施例每排端部有四根采样管3。采样管3布置在回采巷道道内，与采空区外部的水泵连接。

本发明煤矸石充填煤矿采空区重金属离子检测取样系统的布设和采样过程是：

1.随采煤工作面推进，在支架后方按照设定的间隔30m-50m并且与采煤工作面平行埋设收集装置，用连接管将各个收集装置连接成一个连通的管体，各个收集装置就是一个测点。然后工作面推进到一定距离后，再布设一排收集装置，每一排的间隔与同排中相邻收集装置间的间隔距离相同。则测点按正方形（每个测点间距相等）的方式进行布置。因为一个连通通道中只有一个收集装置的透水口位于其中，因此只有该收集装置位置处的水样流入该连通通道中，在该连通通道收集到的水样就是该收集装置所处测点的水样。

2.待工作面推进完毕，利用水压监测仪监测采空区底板处水压p，根据公式p=ρgh反推出采空区积水高度h，当高度大于30厘米，利用水泵通过各个采样管在各个连通通道中抽取水样。

3.对每个测点的收集装置进行标号（例如第一排第一个为“11”第二排第一个为“21”），根据取样的间排距反推出所取试样所对应的采空区的位置。根据所得不同位置的不同浓度，分析各重金属离子的含量、迁移特征，衰减属性，来对采空区重金属离子作出评估。