一种采空区自燃危险区域动态监测与精准防控的方法与流程

本发明涉及采空区自燃领域，具体而言，涉及一种采空区自燃危险区域动态监测与精准防控的方法。

背景技术：

1、长期以来，煤炭一直是主体能源。随着经济社会的飞速发展，对能源的需求量日益剧增，在未来很长一段时间内，煤炭仍将是主要能源。在煤炭开采过程中，存在多种影响矿井安全开采的自燃危险，而煤炭自燃是其中最常见的危险之一。据估计，每年约有2000万吨煤因自燃而被烧毁。这不仅损毁了大量煤炭资源，还对井下工作人员的人身安全造成了巨大威胁。煤炭自燃危险已经成为制约矿井安全高效生产的重要因素，是煤矿井下防火工作的重点和难点。

2、随着采煤方法及采煤工艺的不断发展更新，煤炭产量大幅增加，经济效益不断提高，但同时也造成了采空区遗煤增多，增加了浮煤氧化自燃潜在危险，使得煤层发火概率增高，矿井自燃火灾事故增多。采空区自燃发火除了能引发煤矿火灾之外，还可能引起瓦斯爆炸、煤尘爆炸等次生事故，其危害程度不亚于瓦斯、顶板、突水等事故类型。

3、采空区是煤炭自燃发火的主要场所，由于开采过程中大量煤炭的丢失和回采面漏入的新鲜风流，采空区内的自燃带范围内的遗煤很容易氧化放热，进而引发自燃灾害。由于回采工作面的推进速度、顶板来压和遗煤量等影响因素的变化，采空区氧化带的范围也随着不断变化，这对采空区自燃灾害的防控工作带来了很大困难。因此，亟需一种能够精准监测采空区内部遗煤自燃发火危险并有效防控的关键技术，以保障回采工作面的安全回采和矿井的安全、高效生产。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种采空区自燃危险区域动态监测与精准防控的方法，旨在改善由于开采过程中大量煤炭的丢失和回采面漏入的新鲜风流，采空区内的自燃带范围内的遗煤很容易氧化放热，进而引发自燃灾害。由于回采工作面的推进速度、顶板来压和遗煤量等影响因素的变化，采空区氧化带的范围也随着不断变化等问题。

2、本发明实施例提供了一种采空区自燃危险区域动态监测与精准防控的方法，包括有以下步骤：

3、s1、布设监测测点：将温度探头和取气束管固定在直径为0.4m的保护花管内部，防止垮落的落煤和石块砸坏温度探头和取气束管，并且温度探头的端部长于取气束管的端部，便于采集到抽取气体的温度；

4、s2、布设测点线路：保护花管被竖直固定在贴近巷道侧帮位置，保护花管末端通过弯头与高压软管连接；

5、s3、重复布置监测测点及其线路：根据煤层赋存状况和回采面推进距离相关条件，每隔30-50m布设一处采空区遗煤自燃监测测点及其线路；

6、s4、取样测试：每日提取监测点的温度探头采集到的采空区内部测点周围的温度，并利用气体自动负压采样器和气囊抽取采空区内部测点周围气体成分，然后带到地面利用气相色谱仪进行化验；

7、s5、注氮防灭火：当某测点区域温度和气体组分数据异常、出现自燃发火征兆时，向异常点进行注入氮气，快速惰化测点区域气体场，降低氧气浓度，抑制采空区内部遗煤的进一步氧化。

8、在上述实现过程中，本发明克服了采空区自燃发火监测距离短、不及时的难题，可以持续动态监测采空区深部的温度和气体组分变化规律，准确掌握采空区遗煤自燃发火区域时空演化规律；此外，一旦发火采空区起火，可以直接利用监测线路的保护管路精准快速地向火源点附近直接注氮气，迅速扑灭火源，并有效惰化采空区环境，避免了常规注氮措施埋管距离短，注氮效果不理想的缺点；

9、通过温度探头采集采空区遗煤自燃监测测点周围温度，并利用气体自动负压采样器和气囊抽取采空区内部测点周围气体，然后带到地面利用气相色谱仪进行化验，当某测点区域温度和气体组分数据异常、出现自燃发火征兆时，迅速利用采空区遗煤自燃监测测点的保护管路直接向采空区内部注氮，快速惰化测点区域气体场，降低氧气浓度，抑制采空区内部遗煤的进一步氧化。

10、在一种具体的实施方案中，所述采空区的一侧为回采工作面，在所述回采工作面建立进风巷和回风巷，所述高压软管固定安装在所述进风巷和所述回风巷的内部。

11、在上述实现过程中，通过进风巷和回风巷的设定用于实现气流进行输送，并且便于对设定进行输送，提高巷道内部的安全性，以及实现降低巷道内部的二氧化碳、甲烷、瓦斯等危害气体的浓度，以及便于实现对高压软管进行安装固定。

12、在一种具体的实施方案中，所述采空区遗煤自燃监测测点在所述采空区和所述回采工作面均有设置，所述采空区遗煤自燃监测测点由温度探头及其导线、所述取气束管和所述保护花管三个部分构成，所述温度探头由温度传感器、保护铜管和防水密封胶构成，防止落煤或积水损毁温度传感器。

13、在上述实现过程中，通过在进风巷和回风巷的内部每隔30-50m分别布设一个采空区遗煤自燃监测测点，便于对采空区和回采工作面进行精准度的检测自燃现象的异常数据，便于实现及时的进行管控处理，提高安全性，并且通过保护花管实现对温度探头和取气束管进行保护，以及且温度探头采保护铜管作为外壳，便于提高强度，防止碰撞损坏。

14、在一种具体的实施方案中，所述取气束管管口附近用刻刀钻取多个取气孔，外面由铁砂网包裹，防止遗煤堵塞束管口，所述保护花管上也钻取有若干个气孔，且所述保护花管上的气孔与所述取气束管管口处的气孔错位设置。

15、在上述实现过程中，取气束管管口的气孔便于对气体进行抽取，实现对获取气体进行检测，以及保护花管上气孔的设置，便于实现气体进入，并且同时具有一定的保护能力，且保护花管上的气孔与取气束管管口处的气孔错位设置，可以防止灰尘或者杂质直接进入到取气束管的内部，防止造成堵塞。

16、在一种具体的实施方案中，所述保护花管下部区域用聚氨酯密封，确保通过取气束管抽气时只抽取测点区域气体，排除所述高压软管内部气体的影响。

17、在上述实现过程中，保护花管底部的聚氨酯能够将底部进行封闭起来，并且导线和取气束管镶嵌在聚氨酯的内部，既能够实现供电传输信息，进行抽取气体，也能够实现提高密封性和固定安装性，聚氨酯封口便于防止高压软管内部的气体进入到取气束管的内部进行抽取。

18、在一种具体的实施方案中，所述高压软管与所述弯头的连接以及所述保护花管与所述弯头的连接处均采用卡箍进行固定连接，防止所述导线和所述取气束管被垮落的落煤和石块砸坏。

19、在上述实现过程中，弯头通过卡箍与高压软管和保护花管进行连接便于保持连接的固定性，并且便于后续进行拆卸处理，使得设备便于进行循环使用，并且能够提高连接的强度，防止脱落。

20、在一种具体的实施方案中，所述高压软管的长度为每根10m，并且所述高压软管之间相互密封连接，保护所述导线和所述取气束管，每一路监测管路的整个线路长80-100m。

21、在上述实现过程中，高压软管的长10m便于进行输送和安装连接，防止重力造成高压软管的中部发生弧垂的现象，并且实现对导线和取气束管进行保护，且较长的监测路线便于对整个采空区和回采工作面进行监测。

22、在一种具体的实施方案中，所述氮气的注入是通过所述取气束管直接向数据异常区域进行注氮，并且在注氮后能够适当实现测点线路续监测区域温度和气体组分，防治遗煤复燃。

23、在上述实现过程中，通过取气束管向数据异常区域进行注入氮气，便于实现降低氧气浓度，抑制采空区内部遗煤的进一步氧化，并且因为稀释了氧气和降低为温度，可以防止遗煤复燃，并且保护温度探头和取气束管的安全性，便于实现持续性的监测。

24、在一种具体的实施方案中，所述采空区遗煤自燃监测测点的自燃是工作面漏风带进来的氧气与遗落在采空区内的浮煤发生物理、化学吸附以及化学反应，造成煤氧化产生大量热量，采空区内部温度的升高加速遗煤氧化，氧化速度又加快升高采空区内部温度，造成采空区内部的温度达到了遗煤燃点。

25、在上述实现过程中，注入氮气既是用于实现对降低工作面漏风带进的氧气浓度，使得氧气不会与遗煤发生反应，进而降低温度，实现良好的循环，防止遗煤发生自燃。

26、在一种具体的实施方案中，所述注氮防灭火还能够通过凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫和阻化剂进行替换，以及将凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂进行组合使用，实现对采空区进行防火以及能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。

27、在上述实现过程中，通过多种防止自燃的方式进行选择性的使用或者是组合性的使用，可以根据采空区的特性进行选择，提高采空区遗煤自燃的防护的效率和准确性。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果：

29、本发明克服了采空区自燃发火监测距离短、不及时的难题，可以持续动态监测采空区深部的温度和气体组分变化规律，准确掌握采空区遗煤自燃发火区域时空演化规律；此外，一旦发火采空区起火，可以直接利用监测线路的保护管路精准快速地向火源点附近直接注氮气，迅速扑灭火源，并有效惰化采空区环境，避免了常规注氮措施埋管距离短，注氮效果不理想的缺点；

30、通过温度探头采集采空区遗煤自燃监测测点周围温度，并利用气体自动负压采样器和气囊抽取采空区内部测点周围气体，然后带到地面利用气相色谱仪进行化验，当某测点区域温度和气体组分数据异常、出现自燃发火征兆时，迅速利用采空区遗煤自燃监测测点的保护管路直接向采空区内部注氮，快速惰化测点区域气体场，降低氧气浓度，抑制采空区内部遗煤的进一步氧化。