一种利用气体浓度差法测量采空区容积的方法及装置与流程

本公开属于采空区容积测量领域，尤其涉及一种利用气体浓度差法测量采空区容积的方法及装置。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

采空区治理大多需要回填，所以其容积测量显得尤为重要。目前采空区容积测量主要是采取矿产开采资料收集和三维激光扫描两种方法。

发明人发现，取矿产开采资料收集和三维激光扫描这两种方法都存在各自的不足：(1)矿产开采资料收集：首先，本方法不适应岩溶空洞；其次，矿产采空区大多已经闭矿多年，由于自然沉降和年久失修等因素影响，采空区内部空间已经发生较大变化，采空区容积变小。(2)三维激光扫描：本方法能采用非接触方式精确测量采空区容积。但是，这种方法存在其固有的不足。这种方法要求被测区域完整、通视情况良好。以仪器所在位置为中心如果此采空区之外还联通其它空间，其不能被准确测出。地下采空区巷道、采场众多，实际测量中往往不能准确获得整个采空区的容积。综上所述，现有方法无法准确地获得地下采空区的容积，因此，导致不能准确确定治理的回填量。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种利用气体浓度差法测量采空区容积的方法，其采用气体浓度差法测量采空区容积，在不考虑采空区具体形态的前提下可以准确获得其容积，从而为采空区回填治理提供精确的数据。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种利用气体浓度差法测量采空区容积的方法，包括：

在确定采空区位置后，钻探获得一个与采空区连通的钻孔；

利用浓度检测传感器测量获得采空区内原始预选定气体浓度数值ρ1；

连通预选定气体储存设备并向采空区注入预选定气体，记录注入预选定气体的质量δm及此时采空区内预选定气体的浓度数值ρ2；

根据公式求得采空区容积vx。

作为一种实施方式，预选定气体为co2气体。

为了避免由于气体泄漏而对测量人员造成危害，本实施例的预选定气体为co2气体，而且co2气体在采空区内也是常见的。

需要说明的是，在其他实施例中，预选定气体也可为其他气体，比如n2，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再详述。

可以理解的是，预选定气体最好选用活性较低的、浓度检测精度高的、制造成本低的和储存携带方便的气体，具备以上特征的气体均可使用。

作为一种实施方式，在向采空区预选定气体的过程中，浓度检测传感器检测到预选定气体浓度数值波动范围在预设阈值范围内时，记录此时注入预选定气体的质量δm及此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

当采空区内选定气体浓度数值相对稳定时测量即可结束，这样能够使得采空区内的注入压力达到稳定值，避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

作为另一种实施方式，利用气体压力传感器检测采空区内的压力，在向采空区预选定气体的过程中，当采空区内的压力达到预设压力阈值时，记录此时注入预选定气体的质量δm及此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

本实施例利用气体压力传感器检测采空区内的压力，能够避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

作为一种实施方式，根据重量计量设备获得注入采空区的预选定气体的质量δm。

需要说明的是，重量计量设备可为电子秤或其他现有的称重设备。

为了解决上述问题，本公开的第二个方面提供一种利用气体浓度差法测量采空区容积的装置，其采用气体浓度差法测量采空区容积，在不考虑采空区具体形态的前提下可以准确获得其容积，从而为采空区回填治理提供精确的数据。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种利用气体浓度差法测量采空区容积的装置，包括：

浓度传感器，其设置在采空区内，用于检测采空区内预选定气体浓度数值；

连通管道，其用于连通预选定气体储存设备并向采空区注入预选定气体；

重量计量设备，其用于获得注入采空区的预选定气体的质量δm；

控制器，被配置为：

接收浓度检测传感器测量采空区内原始预选定气体浓度数值ρ1；

向采空区注入预选定气体质量δm时采空区内预选定气体的浓度数值ρ2；

根据公式求得采空区容积vx。

作为一种实施方式，预选定气体为co2气体。

为了避免由于气体泄漏而对测量人员造成危害，本实施例的预选定气体为co2气体，而且co2气体在采空区内也是常见的。

需要说明的是，在其他实施例中，预选定气体也可为其他气体，比如n2，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再详述。

可以理解的是，预选定气体最好选用活性较低的、浓度检测精度高的、制造成本低的和储存携带方便的气体，具备以上特征的气体均可使用。

作为一种实施方式，浓度检测传感器还用于：

在向采空区预选定气体的过程中，当检测到预选定气体浓度数值波动范围在预设阈值范围内时，记录此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

当采空区内选定气体浓度数值相对稳定时测量即可结束，这样能够使得采空区内的注入压力达到稳定值，避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

作为一种实施方式，所述重量计量设备用于：

在向采空区预选定气体的过程中，当检测到预选定气体浓度数值波动范围在预设阈值范围内时，记录此时注入预选定气体的质量δm。

作为一种实施方式，所述采空区、连通管道及预选定气体储存设备三者构成的通道完全密封。

作为一种实施方式，所述控制器还与显示器相连，所述显示器用于显示采空区容积。

作为一种实施方式，所述控制器还与气体压力传感器相连，所述气体压力传感器用于检测采空区内的压力，在向采空区预选定气体的过程中，当采空区内的压力达到预设压力阈值时，记录此时注入预选定气体的质量δm及此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

上述方案的优点在于，本实施例利用气体压力传感器检测采空区内的压力，能够避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

本公开的有益效果是：

(1)本公开在不确定采空区的形态的前提下，利用气体浓度差法不需要通视条件，只要地下空间互相连通其均可以精确测量采空区的容积，为采空区回填治理提供准确的参数。

(2)本公开的原理简单、设备成熟，方便集成和推广，可以极大提高该行业的预算准确度，为政府和业主决策提供有力支撑。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的利用气体浓度差法测量采空区容积原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

本实施例的一种利用气体浓度差法测量采空区容积的方法，包括：

步骤1：在确定采空区位置后，钻探获得一个与采空区连通的钻孔；

步骤2：利用浓度检测传感器测量获得采空区内原始预选定气体浓度数值ρ1；

步骤3：连通预选定气体储存设备并向采空区注入预选定气体，记录注入预选定气体的质量δm及此时采空区内预选定气体的浓度数值ρ2；

步骤4：根据公式求得采空区容积vx。

在具体实施中，本实施例的预选定气体为co2气体。

为了避免由于气体泄漏而对测量人员造成危害，本实施例的预选定气体为co2气体，而且co2气体在采空区内也是常见的。

需要说明的是，在其他实施例中，预选定气体也可为其他气体，比如n2，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再详述。

可以理解的是，预选定气体最好选用活性较低的、浓度检测精度高的、制造成本低的和储存携带方便的气体，具备以上特征的气体均可使用。

作为一种实施方式，在向采空区预选定气体的过程中，浓度检测传感器检测到预选定气体浓度数值波动范围在预设阈值范围内时，记录此时注入预选定气体的质量δm及此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

当采空区内选定气体浓度数值相对稳定时测量即可结束，这样能够使得采空区内的注入压力达到稳定值，避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

作为另一种实施方式，利用气体压力传感器检测采空区内的压力，在向采空区预选定气体的过程中，当采空区内的压力达到预设压力阈值时，记录此时注入预选定气体的质量δm及此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

本实施例利用气体压力传感器检测采空区内的压力，能够避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

作为一种实施方式，根据重量计量设备获得注入采空区的预选定气体的质量δm。

需要说明的是，重量计量设备可为电子秤或其他现有的称重设备。

本实施例在不确定采空区的形态的前提下，利用气体浓度差法不需要通视条件，只要地下空间互相连通其均可以精确测量采空区的容积，为采空区回填治理提供准确的参数。

实施例2

本实施例的一种利用气体浓度差法测量采空区容积的装置，包括：

浓度传感器，其设置在采空区内，用于检测采空区内预选定气体浓度数值；

连通管道，其用于连通预选定气体储存设备并向采空区注入预选定气体；

重量计量设备，其用于获得注入采空区的预选定气体的质量δm；

控制器，被配置为：

接收浓度检测传感器测量采空区内原始预选定气体浓度数值ρ1；

向采空区注入预选定气体质量δm时采空区内预选定气体的浓度数值ρ2；

根据公式求得采空区容积vx。

作为一种实施方式，预选定气体为co2气体。

为了避免由于气体泄漏而对测量人员造成危害，本实施例的预选定气体为co2气体，而且co2气体在采空区内也是常见的。

需要说明的是，在其他实施例中，预选定气体也可为其他气体，比如n2，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择，此处不再详述。

可以理解的是，预选定气体最好选用活性较低的、浓度检测精度高的、制造成本低的和储存携带方便的气体，具备以上特征的气体均可使用。

作为一种实施方式，浓度检测传感器还用于：

在向采空区预选定气体的过程中，当检测到预选定气体浓度数值波动范围在预设阈值范围内时，记录此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

当采空区内选定气体浓度数值相对稳定时测量即可结束，这样能够使得采空区内的注入压力达到稳定值，避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

作为一种实施方式，所述重量计量设备用于：

在向采空区预选定气体的过程中，当检测到预选定气体浓度数值波动范围在预设阈值范围内时，记录此时注入预选定气体的质量δm。

其中，重量计量设备可采用电子秤或其他具有称重功能的设备。

作为一种实施方式，所述采空区、连通管道及预选定气体储存设备三者构成的通道完全密封。

作为一种实施方式，所述控制器还与显示器相连，所述显示器用于显示采空区容积。

作为一种实施方式，所述控制器还与气体压力传感器相连，所述气体压力传感器用于检测采空区内的压力，在向采空区预选定气体的过程中，当采空区内的压力达到预设压力阈值时，记录此时注入预选定气体的质量δm及此时采空区内选定气体的浓度数值ρ2。

上述方案的优点在于，本实施例利用气体压力传感器检测采空区内的压力，能够避免造成气体泄漏，影响测量的准确性。

具体地，如图1所示，确定采空区8的位置后，利用钻探获得一个与采空区连通的钻孔9，通过钻孔9将浓度检测传感器7放入采空区8内，同时将输气管道3连通采空区8与预选定气体储存设备1。

为了保证采空区8、预选定气体储存设备1、输气管道3的密封性，在钻孔9与地表6相连接处，还设置有密封结构5。其中，密封结构5可采用密封胶结构或其他具有密封功能的结构。

利用重量计量设备2获得注入采空区的预选定气体的质量δm。

最后在控制器4内，接收浓度检测传感器测量采空区内原始预选定气体浓度数值ρ1；

向采空区注入预选定气体质量δm时采空区内预选定气体的浓度数值ρ2；

根据公式求得采空区容积vx。

本实施例的利用气体浓度差法测量采空区容积的装置操作简单、成本低廉、方便环保、能准确测量采空区容积的方法，采用气体浓度差法测量采空区容积，在不考虑采空区具体形态的前提下可以准确获得其容积，从而为采空区回填治理提供精确的数据。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。