煤层钻孔气体测量系统的制作方法

本实用新型涉及煤矿相关技术领域，特别是一种煤层钻孔气体测量系统。

背景技术：

目前矿井测量采空区气体都采用闭墙埋管技术，即在采空区闭墙施工时将一根通往采空区的2寸铁管引至墙外，另加三通管路，一端连接阀门及观测孔，在取样时将阀门打开，利用负压取样器可短时间取到真实气样，准确判断采空区是否存在自燃发火隐患。抽取的气体装入气囊，运送到地面进行从地面进行抽采分析化验。

其中，大部分采空区气体取样采用在防火密闭上压设的Φ25mm的观测管，取样时将阀门打开，取样时间为3-5分钟，利用气囊将气体送入地面，用矿井气体多点参数色谱自动分析仪进行分析，测量气体浓度。

然而，现有的煤层气体测量方法，存在如下缺点：

(1)矿井在开采过程中，所有采过的采空区连成一体，尽管已经通过调整通风系统使采空区两顺槽封闭后处于均压状态，但受临近工作面回采影响，绝大多数情况下封闭墙均处于进气状态，由于封闭墙上观察管比较长，管内残留气体，防火检查工在现场取样时，利用打气筒无法取到墙内的真实气体。

(2)采空区气体取样主要依赖于防火密闭上压设的Φ25mm的观测管，但当防火密闭周边裂隙漏风时，采空区产生呼吸效应，防火密闭内聚集了漏风气体，通过观测管不能真正取到采空区内的真实气体，不能准确反映出采空区内气体的真实组分，面从分析结果无法判断采空区是否存在自然发火隐患。

(3)取样管材质为金属，存在导电隐患，管理不当易造成静电入采空区，导致瓦斯事故的发生。

(4)现有的方式。由于地点多，范围广，需要的人力、物力很大，不利于矿井降本增效，给矿井生产增加成本上的负担。

(5)每个地点都需要人工测量，而人工测量存在不稳定性、不准确性，存在主观的判断失误，造成采空区气体取样失准。

(6)取样不确定性，如果采空区取样管路为负压状态(采空区进气)，人工就不能取样。造成人员成本浪费。

(7)实际操作过程中，气体分析结果变化比较大，常常高于采空区内部气体，造成采空区气体失真，同时存在一个月有近10天由于采空区气压变化不能正常取样，不能准确判断采空区是否存在自燃发火隐患。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的煤层采样方式需要人工测量，且采空区气体容易失真的技术问题，提供一种煤层钻孔气体测量系统。

一种煤层钻孔气体测量系统，包括：封孔装置、探测装置、以及测量装置；

所述封孔装置包括封孔管、囊袋封孔装置，所述封孔管插入所述煤层的钻孔，且所述封孔管与所述煤层之间填充封孔填料，所述封孔管末端设置所述囊袋封孔装置；

所述探测装置包括至少一探测束管，所述探测束管前端插入所述封孔管内，所述探测束管末端穿出所述封孔管并与至少一个所述测量装置连接。

进一步的，所述囊袋封孔装置为加压注气的囊袋。

进一步的，还包括设置在所述封孔管与所述煤层之间且环绕所述封孔管的封孔胶囊。

进一步的，还包括注浆返气管，所述注浆返气管前端插入所述封孔填料，所述注浆返气管末端设置注浆返气管闸阀。

进一步的，所述测量装置包括与所述探测束管末端分别连通的U型压差计、真空负压表、瓦斯抽放多参数传感器、矿用隔爆兼本安型火灾束管监测装置。

进一步的，还包括多通路管件，所述探测束管末端与所述多通路管件的一管路连通，所述多通路管件的其他管路与多个所述测量装置一一对应连通。

更进一步的，所述多通路管件在每个与所述测量装置连通的管路上设置测量口、以及控制测量口与管路通断的测量闸阀。

更进一步的，所述多通路管件通过软管与所述测量装置连通。

本实用新型通过囊袋封孔装置进行封孔，从而保证气体取样的真实性及准确性，同时通过探测束管与测量装置连通，实现实时监测。

附图说明

图1为本实用新型一种煤层钻孔气体测量系统的系统示意图；

图2为本实用新型最佳实施例的作业示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示为本实用新型一种煤层钻孔气体测量系统的系统示意图，包括：封孔装置、探测装置、以及测量装置；

所述封孔装置包括封孔管1、囊袋封孔装置2，所述封孔管1插入所述煤层3的钻孔，且所述封孔管1与所述煤层3之间填充封孔填料4，所述封孔管1末端设置所述囊袋封孔装置2；

所述探测装置包括至少一探测束管5，所述探测束管5前端插入所述封孔管1内，所述探测束管5末端穿出所述封孔管1并与至少一个所述测量装置连接。

具体来说，利用封闭气室的原理，在连通采空区6的抽采钻孔内部加装封孔管1、囊袋封孔装置2，同时，探测束管5内置束管线路、束管取样探头，在钻孔外部加装筛孔，将探测束管5与测量装置连接。

本实用新型可进行连续取样。传统的取样方式，采空区一个月内近10-15天取样孔为进气，不能进行取样，因此无法掌握采空区内气体情况，对自然煤层防火性不能实时掌握，存在安全隐患。而本实用新型可彻底取消隐患。

本实用新型通过囊袋封孔装置进行封孔，从而保证气体取样的真实性及准确性，同时通过探测束管与测量装置连通，实现实时监测。

在其中一个实施例中，所述囊袋封孔装置2为加压注气的囊袋。

本实施例利用囊袋的柔韧性，抗压强度较大，使得钻孔内空间能完好密封，形成一个永久封闭的气室，作为取样的主气室，以保证气体取样的真实性及准确性。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述封孔管1与所述煤层3之间且环绕所述封孔管1的封孔胶囊7。

本实施例使用封孔胶囊7更好地保证气密性。

在其中一个实施例中，还包括注浆返气管8，所述注浆返气管8前端插入所述封孔填料4，所述注浆返气管8末端设置注浆返气管闸阀81。

本实施例通过注浆返气管7以对封孔填料4进行监测。

在其中一个实施例中，所述测量装置包括与所述探测束管5末端分别连通的U型压差计9、真空负压表10、瓦斯抽放多参数传感器11、矿用隔爆兼本安型火灾束管监测装置12。

本实施例中，U型压差计9，用于测量采空区内外气体压差，真空负压表10，用于测量采空区负压，观测气体涌出变化情况，瓦斯抽放多参数传感器11，用于测量采空区瓦斯浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、温度，矿用隔爆兼本安型火灾束管监测装置12包括相同通信的地面端和井下端，井下端121与探测束管5末端连通进行24小时不间断的分析采空区气体成分，并将分析结果上传至地面端122。

在其中一个实施例中，还包括多通路管件13，所述探测束管5末端与所述多通路管件13的一管路连通，所述多通路管件13的其他管路与多个所述测量装置一一对应连通。

优选地，采用三通管件。

在其中一个实施例中，所述多通路管件在每个与所述测量装置连通的管路上设置测量口、以及控制测量口与管路通断的测量闸阀。

其中，测量口优选为测嘴。本实施例通过安装测量口及测量闸阀，使得防火检查工进行每周一次的防火检查时，亦可手动取样，即将管路上的测量闸阀打开，待抽3～5min后，从测嘴里取样，就能够取到真实的气样。取样完成后，将测量闸阀关闭。同时，还可将测量口与探测束管相连。

在其中一个实施例中，所述多通路管件通过软管与所述测量装置连通。

本实施例采用软管连接，从而排除导电隐患。

作为本实用新型的最佳实施例，一种煤层钻孔气体测量系统，利用抽采钻孔密封性良好，受采动影响小，可以超前施工等多项优势，同时利用矿井的束管抽放系统，瓦斯抽放系统的便利条件，形成了封闭钻孔气体测量及取样装置及工艺。

封孔管1、囊袋封孔装置2，所述封孔管1插入所述煤层3的钻孔，且所述封孔管1与所述煤层3之间填充封孔填料4，所述封孔管1末端设置所述囊袋封孔装置2；

所述探测装置包括至少一探测束管5，所述探测束管5前端插入所述封孔管1内，所述探测束管5末端穿出所述封孔管1并与至少一个所述测量装置连接。

如图2所示，提前在联巷施工两个Φ153mm的钻孔14，安设了Φ108mm封孔管1并进行了封孔，在回顺侧15留设了球阀，Φ108mm封孔管1内敷设了Φ10mm探测束管5至胶顺侧16。

如图1在封孔管1末端加装囊袋，封孔管1与所述煤层3之间填充封孔填料4，环绕封孔管1设置封孔胶囊7。探测束管5内设置束管线路、束管取样探头，同时在封孔管1加装筛孔，束管线路联入U型压差计9、真空负压表10、瓦斯抽放多参数传感器11、矿用隔爆兼本安型火灾束管监测装置12。

利用封闭气室的原理，当工作面推进后，胶顺钻孔端甩入采空区6，在采空区封闭期间，利用加压泵将封孔囊袋7加压13Mpa以上，中间形成独立的气室，防止外部气体进入钻孔，同时利用囊袋的柔韧性，抗压强度较大，使钻孔内空间能完好密封，外部气体能进入，形成一个永久封闭的气室，作为取样的主气室。

探测束管5为4芯束管，在回采前规定在采空区内。其中，U型压差计9，用于测量采空区内外气体压差，真空负压表10，用于测量采空区负压，观测气体涌出变化情况，瓦斯抽放多参数传感器11，用于测量采空区瓦斯浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、温度，矿用隔爆兼本安型火灾束管监测装置12包括相同通信的地面端和井下端，井下端与探测束管5末端连通进行24小时不间断的分析采空区气体成分，并将分析结果上传至地面端。

上述连接方式都采用软管通过各种装置连接，三通上与抽采管相连的管路上装一个对应的闸阀，同时焊接一个小测嘴。这样，当防火检查工进行每周一次的防火检查时，亦可手动取样，即将三通上的闸阀打开，待抽3～5min，从测嘴里取样，就能够取到真实的气样。取样完成后，将闸阀关闭。同时，可将三通上的测嘴与探测束管相连。

实施过程中，分为系统自动采样及人工采样两种。

(1)自动采样。将本实用新型煤层钻孔气体测量系统装入钻孔内，利用封孔胶囊将钻孔封闭，钻孔内形成一个封闭的“主气室”。将气室内的探测束管通过转换接头接到井下分站中进行数据化验，化验结果通过光缆直接传输至地面，形成报表。

(2)抽放系统观测。封闭钻孔气体测量及取样装置按照完毕后，将探测束管通过软管联入抽放管路，管路设置三通，三通上安装传感器，即可随时观察采空区气体情况。

(3)人工取样，可将U型压差计拔掉，在取样孔联入负压采样器进行取样。

使用本实用新型的煤层钻孔气体测量系统，具有以下优点和积极效果：

(1)可连续性进行取样，由于传统的取样方式，采空区一个月内近10-15天取样孔为进气，不能进行取样，进而不能掌握采空区内气体情况，对自然煤层防火性不能实时掌握，存在安全隐患，利用该系统可彻底取消隐患。

(2)可自动取样和手动取样互相切换，通过对管路三通的改造，防火检查工到现场进行防火检查时，只要打开的闸阀，在1～2min后便可以用高压气筒从测嘴取到采空区真实气样现场进行分析，能及时有效掌握采空区的真实气样成分，能够及时发现存在的安全隐患，大大提高了安全系数。

(3)通过钻孔进行采空区气体取样，取得的气样更能准确反映采空区内气体的真实组分，同时取样人员的作业环境、工作效率也得到了较大的提高。

(4)经过工业试验(四个月)的采空区气体数据分析对比，可以看出两钻孔14取得的气样比联巷密闭观测孔内取得的气样氧气浓度更有规律，受密闭裂隙漏风影响较小。取样的氧气浓度均低于闭墙取样浓度(钻孔取平均氧气浓度4.6％，瓦斯浓度25％，密闭观测管取平均氧气浓度6.8％，瓦斯浓度13.5％)，更加准确有效。

(5)现有的墙取样管为KJ25钢管，存在导电隐患，而采用本系统取样、分析可排除此类隐患。

(6)取样人员在巷道内作业，极大地缩短了取样时间，取样人员的工作效率提高了30％左右，节约人工、车辆成本。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。