一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法
【专利摘要】本发明涉及煤矿火灾防治的【技术领域】，具体是一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法。地面灭火钻孔孔底采样方法通过法兰连接钻孔套管和弯管，弯管一端连接旋片式真空泵的泵入口端，开启旋片式真空泵对钻孔内气体进行抽气，待钻孔内气体抽取完毕后，打开旋片式真空泵负压端的弯管上的取样口用无油真空泵进行取样，在无油真空泵的出口用气袋进行收集气体，然后送气相色谱分析。本发明采用旋片式真空泵和无油真空泵进行抽气、采样，避免了水环式真空泵抽气时需要水箱和气水分离器，简少了所需要设施和装置，简化了操作工艺，节省了成本。
【专利说明】一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿火灾防治的【技术领域】，具体是一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法。
【背景技术】
[0002]在煤矿生产过程中，煤炭自燃严重威胁着井下人员的生命安全和矿井安全生产。据统计，我国煤炭自燃约占井下火灾的70%，自然发火严重的矿区达80% — 90%。随着煤田的大规模开发，煤炭自燃火灾已成为煤矿生产程的一大突出灾害。由于煤炭自燃火灾发生在人员和设备无法达到的煤矿采空区，在煤层埋藏较浅的矿区普遍采用地表施工钻孔，然后灌注黄泥浆、凝胶、三相泡沫等各种防灭火介质进行治理。地面钻孔灌注防灭火材料治理煤炭自燃火灾的关键是自燃火源位置的精确探测和火区孔底信息(孔底温度和孔底气体)的动态监测，在火区信息检测的基础上、对每个钻孔孔底检测信息进行分析，根据所处的区域及功能，选择不同的灌(注)浆材料和配比，并在施工过程中根据火区信息的动态检测结果对灭火参数进行动态调整。目前，常用的钻孔孔底气体采集都采用单芯的束管(Φ8πιπι)伸入钻孔孔底，在地面将束管连接水环式真空泵进行抽取采样。这种方法在实际施工过程中存在以下问题:(I) 一般煤矿地面灭火钻孔深度在100?600m之间，单芯束管伸入钻孔内由于自重作用对束管进行拉伸，导致束管断裂或管径变小，抽气阻力增加；(2)特别是钻孔较深时，需要束管连接头对束管进行连接，在束管阻力较大的情况下，束管连接头往往容易成为漏气的地方，因此，很难采用这种方法很难采集到钻孔孔底的气体信息；(3)把单芯束管放入钻孔内和从钻孔孔底回收束管的过程劳动强度大，耗费时间长，且这一过程钻孔孔口不能封闭，容易导致地面空气进行钻孔内进而进入火区对自燃火灾治理十分不利；(4)煤矿灭火钻孔位置一般在距矿井工业场地较远的野外，地面抽气采用水环式真空泵需要气水分离器，水箱，在野外操作十分不方便；(5)地面抽气用水环式真空泵一般采用填料密封或机械密封，这种密封工艺不能杜绝泵体周围漏气稀释采样的气体，因此，这种方法往往不能采集到真实的钻孔孔底气样，给防灭火方案制定带来了困难。当前，在煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法还没有一种操作简单、使用方便、气样采集准确率高的工艺。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种操作简单、采样速度快、气样采集准确率高的煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法，按照如下步骤进行:
步骤一、煤矿地面灭火钻孔时最后一根套管使用顶部焊接有连接法兰上法兰盘的套管，制作首部有与连接法兰上法兰盘配合的连接法兰下法兰盘的变径弯管，变径弯管尾部通过第二连接软管连接第一真空泵，变径弯管上有一取气口，变径弯管上取气口通过第一软管连接到第二真空泵，第二真空泵取气口连接取气袋，变径弯管上取气口上有阀门，用于控制取气；
步骤二、在煤矿地面灭火钻孔完成后，钻孔孔口地表以下Im处套圆环形木楔，并用水泥砂浆封堵木楔以上孔壁和套管之间的空隙裂隙；
步骤三、把上法兰盘与下法兰盘通过螺栓固定，并在上下法兰盘之间加垫圈，关闭变径弯管上取气口上阀门，启动第一真空泵开始工作，同时打开第一真空泵排气口，待第一真空泵开启10-15分钟后，打开变径弯管上取气口上阀门，启动第二真空泵，取气袋取气完成后保存好，便于后期的色谱分析以确定气体的种类和浓度。
[0005]作为一种优选方式:第一真空泵是旋片式真空泵，第二真空泵是无油真空泵。
[0006]本发明的有益效果是:第一真空泵用于对钻孔内气体进行充分置换，以便抽取钻孔孔底的气样，第二真空泵是无油真空泵用于在第一真空泵的负压端取气，以减少泵体漏气稀释钻孔孔底气样浓度，提高钻孔孔底采样的准确性。本发明根据煤矿地面灭火钻孔的特点，灭火效果的要求而设计的煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法，通过第一真空泵对钻孔内气体进行充分快速置换后，用第二真空泵在第一真空泵的负压端进行气样采集，可及时采集到钻孔孔底的气样进行色谱分析，为制定地面钻孔灭火灌注材料和配比方案提供准确的科学依据。此方法设计合理，操作简单，使用方便，钻孔孔底气样采集准确率高，采样速度快，是十分理想的煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法。其次本发明不需要将单芯束管伸入钻孔内，而是利用套管进行采气，节省了钻孔孔底气样采集的成本，本发明简化了采样的工序，减轻了现场劳动强度，节省了采样时间，提高了灭火效率；简化了管路连接，减少了抽气过程中的接头漏气导致的气体浓度受到稀释而影响采样准确性；本发明采用抽气负压较大、抽气流量较大的旋片式真空泵对钻孔内气体进行置换，置换气体时间短，提高了采样的速度；本发明采用抽气负压大、抽气流量较小的无油真空泵在旋片式真空泵的负压端进行取气采样，避免了旋片式真空泵由于密封不好而产生的泵体漏气，提高了采样的准确性；本发明采用旋片式真空泵和无油真空泵进行抽气、采样，避免了水环式真空泵抽气时需要水箱和气水分离器，简少了所需要设施和装置，简化了操作工艺，节省了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图。
[0008]其中，1、钻孔壁，2、套管壁，3、煤层采空区，4、岩层，5、木楔，6、水泥砂浆封孔段，7、表土层，8、旋片式真空泵，9、旋片式真空泵排气口，10、第一连接软管，11、无油真空泵，12、无油真空泵取气口，13、第二连接软管，14、阀门，15、变径弯管上取气管，16、气流方向，17、变径弯管，18、连接法兰，19、垫圈。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示，一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法，按照如下步骤进行: 步骤一、煤矿地面灭火钻孔时最后一根套管使用顶部焊接有连接法兰上法兰盘的套管，制作首部有与连接法兰上法兰盘配合的连接法兰下法兰盘的变径弯管，变径弯管尾部通过第二连接软管连接第一真空泵(旋片式真空泵的型号可以采用2X-30，抽气流量:30L/min，功率:3kW，极限压力彡6X 10_2Pa)，变径弯管上有一取气口，变径弯管上取气口通过第一软管连接到第二真空泵，第二真空泵取气口连接取气袋，变径弯管上取气口上有阀门，用于控制取气；
步骤二、在煤矿地面灭火钻孔完成后，钻孔孔口地表以下Im处套圆环形木楔，并用水泥砂浆封堵木楔以上孔壁和套管之间的空隙裂隙，防止钻孔周边空隙裂隙漏风；
步骤三、把用于连接套管和变径弯管的上下法兰盘通过螺栓固定，并在法兰之间加垫圈，关闭变径弯管上取气口上阀门，启动第一真空泵开始工作，同时打开第一真空泵排气口，待第一真空泵开启10-15分钟后，打开变径弯管上取气口上阀门，启动第二真空泵，取气袋取气完成后保存好，便于后期的色谱分析以确定气体的种类和浓度。
[0010]本发明主要结构包括:钻孔、套管、环形木楔、法兰连接、变径弯管、取气口、连接软管、无油真空泵、旋片式真空泵、导管。
[0011]本方法通过法兰连接钻孔套管和变径弯管，变径弯管一端连接旋片式真空泵的泵入口端，开启旋片式真空泵对钻孔内气体进行抽气，待钻孔内气体抽取完毕后，打开旋片式真空泵负压端的弯管上的取样口用无油真空泵进行取样，在无油真空泵的出口用气袋进行收集气体，然后送气相色谱分析。为了减少地表和钻孔之间的漏气，在钻孔距地表Irn处放置一个隔离器(环形木楔)，对钻孔和套管之间的缝隙填充水泥砂浆进行封堵。钻孔套管和变径弯管之间用法兰连接，并加垫圈，减少外部空气进入稀释孔底气体。无油真空泵通过弯管上取气口进行取样，是在旋片式真空泵的负压端取气，完全杜绝了旋片式真空泵泵体漏气的影响。由于旋片式真空泵和钻孔连接进行抽气，钻孔孔径大，阻力小，抽气量大，置换钻孔内所需时间短，采样速度快。旋片式真空泵和无油真空泵均无需水箱和气水分离器，在野外操作简单，使用方便。
【权利要求】
1.一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法，其特征在于按照如下步骤进行: 步骤一、煤矿地面灭火钻孔时最后一根套管使用顶部焊接有连接法兰上法兰盘的套管，制作首部有与连接法兰上法兰盘配合的连接法兰下法兰盘的变径弯管，变径弯管尾部通过第二连接软管连接第一真空泵，变径弯管上有一取气口，变径弯管上取气口通过第一软管连接到第二真空泵，第二真空泵取气口连接取气袋，变径弯管上取气口上有阀门，用于控制取气； 步骤二、在煤矿地面灭火钻孔完成后，钻孔孔口地表以下lm处套圆环形木楔，并用水泥砂浆封堵木楔以上孔壁和套管之间的空隙裂隙； 步骤三、把上法兰盘与下法兰盘通过螺栓固定，并在上下法兰盘之间加垫圈，关闭变径弯管上取气口上阀门，启动第一真空泵开始工作，同时打开第一真空泵排气口，待第一真空泵开启10-15分钟后，打开变径弯管上取气口上阀门，启动第二真空泵，取气袋取气完成后保存好，便于后期的色谱分析以确定气体的种类和浓度。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿地面灭火钻孔孔底气样采集方法，其特征在于:第一真空泵是旋片式真空泵，第二真空泵是无油真空泵。
【文档编号】E21B49/08GK104265283SQ201410366415
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】吴玉国, 邬剑明, 王俊峰, 周春山 申请人:太原理工大学