一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃三带分布范围方法

1.本发明涉及采空区自燃“三带
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氧气浓度和温度监测领域，更具体的说，是涉及一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃“三带”分布范围方法。


背景技术：

2.矿井火灾是煤矿六大灾害之一，产生大量的高温火焰及有害气体，造成人员伤亡。火灾有产生大量毒有害气体，如一氧化碳、二氧化碳等，这些气体随高温火烟一起流入井下各作业场所，造成人员中毒和窒息。引起瓦斯、煤尘爆炸。矿井火灾不仅提供了瓦斯、煤尘爆炸的热源，而已由于火的干馏作用，使井下可燃物(煤、木材等)放出氢气和其他多种碳氢化合物等爆炸性气体。因此，火灾会引起瓦斯、煤尘爆炸,进一步扩大灾情及伤亡。火灾烧毁设备和煤炭资源。井下发生火灾，因灭火措施不当或拖延时间，往往错失灭火良机，使火势扩大，这样就会烧毁大量的设备、器材和煤炭资源。有时封闭火区也会导致些设备长朗被封闭在火区而损坏，造成大量煤炭资源呆滞，影响矿井正常生产。火灾使井下风流逆转，导致灾情扩大。矿井火灾发生后，高温浓烟流经区域的空气发牛受化，温度升高。井巷中产生火风压。火风压一方面使矿井总风量发生变化，另一方面还能使局部地区风流方向变化、出现风流逆转，造成通风系统紊乱，扩大灾害范围，增大事故损失和灭火救灾的困难。矿井火灾消耗大量的人力物力，在经济上造成巨大损失。
3.传统的测定工作面采空区遗煤自燃“三带”分布范围，即在回采巷道里预埋束管，等采空区垮落后束管及探头埋在地下无法回收，且有时束管和测温探头会损坏，影响测量进度。更关键的是，传统的测量自燃三带方法，只能测量固定位置的气体浓度与温度，不能精确反映两个位置中间的气体浓度与温度，只能根据两测点位置的气体浓度和温度变化趋势来粗略的判断两测点中间某处位置的气体浓度和温度，进而划分采空区自燃三带，对采空区自燃三带的判定范围误差较大，对精准判断采空区的自燃有一定程度影响。
4.沿空留巷侧采空区不能采用传统的预埋束管测定工作面采空区遗煤自燃“三带”分布范围，为此提出使用一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃“三带”分布范围方法。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是提供一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃三带分布范围方法，该方法充分利用沿空留巷支护墙体上的观测孔来安装测量工具，大幅提高了工作效率，大大缩短预测时间；同时能够做到回收氧气浓度低于百分之五之后的测量工具，回收回来的测量工具可以重复使用，节约成本。
6.第一方面，本技术提供了一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃“三带”的装置，其中在巷道内形成有沿空留巷，在巷道的两侧分别设置有进风巷和回风巷，在进风巷和回风巷之间具有工作面；在进风巷侧沿空留巷设有支护墙体，在支护墙体上每隔一定距离构造有一个采空区气体观测孔，在观测孔内设置有用于测量温度和其他数据的测量工具。
7.结合第一方面，在对上述观测孔进行布局时，从巷道的开切眼一直到工作面，在支
护墙体上每100m留设一个观测孔，使观测孔均匀分布整个采空区。
8.结合第一方面，在对上述测量工具进行设置时，随着工作面的向前推移，各个观测孔里面的测量工具将动态测量整个采空区的温度变化和各种气体浓度的变化。
9.第二方面，本技术还提供了一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃三带分布范围方法，包括如下阶段：阶段a：将自燃三带分布范围精确到10-100m范围内；在工作面推进距离一定情况下，采用各个观测孔里的测量工具精确测量整个采空区的温度和各种气体的浓度数据并一次性采集；依据氧气浓度指标和温度指标划分出采空区自燃三带分布范围，实现将自燃三带分布范围精确到10-100m范围内；阶段b：将自燃三带分布范围精确到1-10m范围内；工作面每向前推进1-10m后，根据阶段a已经划分出采空区自燃三带的分布范围，测量推进后三带区域边界所分布的相邻测点的温度和各种气体的浓度数据，随着工作面的向前推进，可以精准观测并获取到边界相邻测点温度和气体浓度的变化，将自燃三带分布范围精确到1-10米范围内；阶段c：将自燃三带分布范围精确到0-1m范围内；在工作面不断向前推进的情况下，在已预判1-10m自燃三带分布范围采空区气体和温度数据边界基础上，工作面每向前推进0-1m，观测并获取阶段b划分出来的三带边界分布的相邻测点的温度和气体浓度的数据，随着工作面的不断向前推进，将自燃三带分布范围精确到0-1m范围内，最终精确测定采空区自燃三带的位置，从而划分出采空区自燃三带的分布范围。
10.结合第二方面，在上述方式基础上，取得测量数据后，工作人员对测量结果进行分析，依据氧气浓度指标和温度指标划分出采空区自燃“三带”分布范围。
11.在完成测量一次测量之后，回收采空区氧气浓度低于百分之五之后的测量工具，用于接下来的测量或回收使用。
12.本发明的有益效果在于：1.目前的方式中，需要在巷道里预埋导管，这个过程量是比较大的，而且采空区采完后会塌陷，无法回收检测工具，更关键的是传统的方式无法精确预埋束管测定工作面采空区遗煤自燃三带分布，只能够获取到大概的范围，这对于安全防护工作来说具有巨大风险，无法根据三带分布精准位置做出的提前布控工作；而本方法不需要在巷道里预埋导管，而是充分利用沿空留巷支护墙体上的观测孔来安装测量工具，提高了工作效率。
13.2.本方法的测量结果可以精确到以米以内的精度；基于工作面、观测孔和采空区自燃“三带”分布规律三者之间的时空演化规律，可以预测氧气浓度降到百分之十八以及百分之八的位置，即可以预测采空区自燃“三带
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的位置，可以大大缩短测试时间，而且效率极高、精度也高，按照本法，可以将三带划分精度精确到一米以内。
14.3.本方法可以回收氧气浓度低于百分之五之后的测量工具，回收回来的检测工具可以重复使用，节约成本。
15.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配
合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明中阶段a对三带检测后划分的演示图。
19.图2为本发明中阶段b对三带检测后划分的演示图。
20.图3为本发明中阶段c对三带检测后划分的演示图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.目前对于巷道内采空区的三带划分并精度并没有一个行之有效的方法，对于三带的划分，无法做到非常精准的划分，而且工作量还巨大，这对于需要依据三带区域实施安全防护措施的工作来说，手段有效性很差，对此本技术提出如下技术方案。
23.本技术综合利用了“空间规律”和“时间规律”提供了一种能够精准划分三带的方法，现场研究调研发现在进风侧沿空留巷支护墙体每隔一定距离布置一个采空区气体观测孔，结合开采过程中采空区自燃“三带”在采动过程中的分布范围规律，发现三者充分体现出时空演化规律，该规律体现在两方面：一是空间规律，即工作面推进距离一定情况下，采空区自燃“三带”分布范围基本不变的规律性，利用整条巷道观测孔可大致实测采空区自燃“三带”分布范围；二是时间规律，即采空区气体观测孔位置不变，采空区自燃“三带”范围随工作面推进发生改变，利用同一观测孔与工作面之间变化的距离，基于工作面、观测孔和采空区自然“三带”分布规律之间的时空演化规律，可准确获取采空区“三带”范围。
24.对此，本技术通过三个阶段实现准确获取采空区“三带”范围，具体如下：在实施前，需要先进行硬件上的布置，具体为：在工作面推进距离一定情况下，在采空区形成有沿空留巷，同时在巷道的两侧分别构造有进风巷和回风巷，在进风巷和回风巷之间是工作面；在进风巷那一侧等间距的设置有支护墙体，在支护墙体上每隔100m设置有一个采空区气体观测孔，在观测孔内设置有用于测量温度和各种气体浓度的测量工具；上述测量工具，包括但不限于温度检测器、氧气浓度检测器、风速检测器。
25.实施例1在上述硬件结构基础上，通过三个阶段逐渐的将三带划分精度提高到1m以内，具体为：第一阶段、将自燃三带的分布范围精确到10-100m范围内在工作面推进距离一定情况下，各个观测孔里的测量工具可以精确测量整个采空区的温度和各种气体的浓度数据，一次性采集整条巷道内观测孔内采空区气体和温度数
据，依据氧气浓度指标和温度指标预测（划分）出采空区自燃“三带”分布范围；具体为读取每一组观测孔内的氧气浓度指标和温度指标数据；更具体的为：如图1所示，读取1-10号观测孔位内的氧气浓度指标和温度数据并进行记录，由此可获得十组温度和氧气浓度数据，其中，散热带的是指：指采空区漏风风速大于0.24m/min，氧气体积分数大于18%，温升
△
t《1℃/d且靠近工作面的区域；氧化（升温）带是指：漏风风速在0.10~0.24m/min，氧气体积分数为8%~18%，温升
△
t≥1℃/d的区域；窒息带是指：漏风风速小于0.10m/min，氧气体积分数小于8%，温升
△
t《1℃/d的采空区压实区；根据上述测得的数据按照三带划分标准，首先可以将采空区划分为散热带、氧化带、窒息带（合称“三带），如图1所示，测得的10号观测孔数据符合散热带的划分范围，而9号观测孔测得数据在散热带和氧化带之间，由此可以判断散热带的分界范围在9号和10号观测孔之间，此时由于相邻观测孔（9号和10号）的距离是100m，因此其精度是100以内；氧化带和窒息带的分界确定也是同样的道理；第二阶段，将自燃三带分布范围精确到1-10m范围内在工作面向前进的情况下，采空区自燃“三带”中的散热带和氧化带分布位置与工作面相对位置近乎不变，而窒息带的范围变大。基于工作面、观测孔和采空区自燃“三带”分布规律三者之间的时空演化规律，如果工作面一天向前推进10m，以自燃“三带”分布范围为参照物，相当于所有的测点向后方采空区移动了10m，由于阶段a已经预测出采空区自燃“三带”的分布范围，每天只需要测量采空区“三带”边界所分布的相邻测点的温度和各种气体的浓度数据。
26.随着工作面的向前推进，可以精准观测各个测点（指分界带相邻的测点）温度和气体浓度的变化，将自燃“三带”分布范围精确到10米范围内；如图2所示，也即工作面每向前推进10米，只需要记录10号和9号、8号和7号四个测点的温度、氧气浓度、漏风风速数据即可，直到10号观测孔测得的数据首次落入氧化带分界指标内，说明散热带的分界线刚超过10号观测孔，那么散热带的分界线距离10号观测点的左侧的距离一定在10m以内，那么散此时热带的精度就能够确定至10m以内；氧化带和窒息带的分界范围是同样的道理，只需要测得9号、8号、7号三个观测点的数据，将其数据与氧化带、窒息带的指标数据进行比对（看在哪个范围内），即能够将氧化带和窒息带的分界线的精确确定至10m以内；此处应当注意的是，若工作面已经推进的距离超过100m时，需要在10号观测孔的左侧100m处增设第11号观测孔（图2中未示出11号观测孔）。
27.第三阶段，将自燃三带分布范围精确到0-1m范围内在工作面继续向前推进的情况下，在已预判10m自燃“三带”分布范围采空区气体和温度数据基础上，工作面每向前推进1m，观测各个测点温度和气体浓度的变化，可达到将自燃“三带”分布范围精确到1m范围内；即工作面每推进1米的时候，就记录第二阶段时划分的三带相邻两侧观测孔的数据，如图3所示，11号观测孔测的数据首次落入到氧化带分界线区间内时，说明此时散热带的分界线刚超过11号观测孔，而由于推进量是1m一测，此时散热带的分界线距离11号观测
孔的距离是小于1m的，最终可以精准（此时三带的确定精度在1m以内）划分出采空区自燃“三带”的分布范围。而且每次测量的数据只有四个观测孔的数据，需要的数据量小，效率高。
28.此处应当注意的是，在阶段a中，精度只能达到100以内，是因为相邻观测孔之间的距离是100米，若相邻观测孔的距离是50m或其他数据，则其对应的精度就是50m或其他数据。
29.在阶段b中，精度只能够达到10以内，是因为工作面每次推进的距离是10m，若每次推进距离是5m或者15m就检测或记载一次数据，则其对应的精度就是5m或者15m，该精度取决于工作面每次推进量的大小。
30.在阶段c中，精度同样是取决于每次推进量的大小，若每次推进量是0.5m就检测或记录一次数据，则其精度就是0.5m以内。
31.上述工作面的推进距离（10m或1m），取决于实际情况的应对，而非对其数据精度进行了限定。
32.在上述分界线的确定中，为了方便理解，申请人对其进一步说明，但该说明并不能理解为对工作面推进距离的限定，也不能理解为对分界线精度的限定；工作面在不断推进时，散热带和氧化带是随着工作面的推进在不断的前进，散热带和氧化带分布大致与工作面的推进是一致的，但该一致并不意味着散热带的带宽（带宽是指分布范围）不变化、氧化带的带宽不变化，因此依然是需要进行精确测量的，以根据实际数据进行实时精确的划分；而正是利用这个原理，如图2所示，工作面每推进10m，进行一次数据检测或记录，总有一次工作面在推进后，10号观测孔得到的数据是落入到了氧化带的范围内，那么此时散热带的分界线（为便于理解，此处用散热带的分界线进行举例）就能够确定其位于10号观测孔的左侧，且由于工作面推进距离是10m，因此能够确定的是散热带的分界线距10号观测孔的距离是10m以内，因此就能够将散热带的分界线精度确定在10m以内；而氧化带的分界线也是同样的道理，就能够确定到10m精度以内。
33.而对于窒息带内的其他观测孔内的测量工具（如图2所示的1-6号测量工具）由于不用读取器数据，因此就可以进行撤掉进行回收使用，实现了降低成本的作用；在工作面的不断推进过程中，这些测量工具能够交替向前布置进行重复的使用。
34.经上述方法的实施，能够将三带的分界区域实现1m以内的精度划分，为巷道内安全防护工作和指导工作提供精确的数据指标。
35.另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；上述所指出的精度确定，也仅仅是为了方便理解进行的具体说明，而非对其进行限定，上述提到的温度检测器、氧气浓度检测器、风速检测器也均为市售产品，并非本技术索要保护的内容，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃三带的装置，其中在巷道内形成有沿空留巷，在巷道的两侧分别设置有进风巷和回风巷，在进风巷和回风巷之间具有工作面，其特征在于：在进风巷侧沿空留巷设有支护墙体，在支护墙体上每隔一定距离构造有一个采空区气体观测孔，在观测孔内设置有用于测量温度和各种其他数据的测量工具。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：从巷道的开切眼一直到工作面，在支护墙体上每100m留设一个观测孔，使观测孔均匀分布整个采空区。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：随着工作面的向前推移，各个观测孔里面的测量工具将动态测量整个采空区的温度变化和各种气体浓度的变化。4.一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃三带分布范围方法，其特征在于，包括如下阶段：阶段a：将自燃三带分布范围精确到10-100m范围内；在工作面推进距离一定情况下，采用各个观测孔里的测量工具精确测量整个采空区的温度和各种气体的浓度数据并一次性采集；依据氧气浓度指标和温度指标划分出采空区自燃三带分布范围，实现将自燃三带分布范围精确到10-100m范围内；阶段b：将自燃三带分布范围精确到1-10m范围内；工作面每向前推进1-10m后，根据阶段a已经划分出采空区自燃三带的分布范围，测量推进后三带区域边界所分布的相邻测点的温度和各种气体的浓度数据，随着工作面的向前推进，可以精准观测并获取到边界相邻测点温度和气体浓度的变化，将自燃三带分布范围精确到1-10米范围内；阶段c：将自燃三带分布范围精确到0-1m范围内；在工作面不断向前推进的情况下，在已预判1-10m自燃三带分布范围采空区气体和温度数据边界基础上，工作面每向前推进0-1m，观测并获取阶段b划分出来的三带边界分布的相邻测点的温度和气体浓度的数据，随着工作面的不断向前推进，将自燃三带分布范围精确到0-1m范围内，最终精确测定采空区自燃三带的位置，从而划分出采空区自燃三带的分布范围。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：取得测量数据后，工作人员对测量结果进行分析，依据氧气浓度指标和温度指标划分出采空区自燃“三带”分布范围。

技术总结
本发明公开了一种精确实测沿空留巷侧采空区自燃三带的装置及方法，其中在巷道内形成有沿空留巷，在巷道的两侧分别设置有进风巷和回风巷，在进风巷和回风巷之间具有工作面，其特征在于：在进风巷侧沿空留巷设有支护墙体，在支护墙体上每隔一定距离构造有一个采空区气体观测孔，在观测孔内设置有用于测量温度和各种其他数据的测量工具，利用该装置及方法能够大幅提高工作效率，大大缩短预测时间；同时能够做到回收氧气浓度低于百分之五之后的测量工具，回收回来的测量工具可以重复使用，节约成本。约成本。约成本。


技术研发人员：吴祥业 王婧雅 孙鹏 王帅 庞政 廖大林
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：2021.12.10
技术公布日：2022/3/8