本發(fā)明涉及煤礦安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種煤礦綜采工作面采空區(qū)氣體檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

火災(zāi)是煤礦的一種主要災(zāi)害，其中在我國大量煤礦存在煤礦采空區(qū)自然發(fā)火。采空區(qū)煤炭自然發(fā)火不僅造成了嚴(yán)重的煤炭資源浪費(fèi)，而且威脅著井下作業(yè)人員的人身安全。煤炭仍將是我國的主要能源，作為我國基礎(chǔ)能源的地位不可動(dòng)搖。我國煤礦所開采的煤層有75％的煤層是屬于容易自燃和自燃煤層，每年因自然發(fā)火封閉的工作面和凍結(jié)的煤炭數(shù)量驚人。隨著煤礦采深的增加，煤層自然發(fā)火的危險(xiǎn)性會(huì)更大。不斷發(fā)生的煤層自燃火災(zāi)給國內(nèi)外礦井帶來了巨大損失，不但會(huì)打亂正常的生產(chǎn)秩序，且可能造成人員的傷亡，其危害相當(dāng)大。

采空區(qū)煤炭自燃的根本原因是采空區(qū)存在遺煤，同時(shí)由于采空區(qū)丙部漏風(fēng)的存在，造成遺煤和氧氣接觸，最終引發(fā)采空區(qū)煤炭自燃。因此，如果能夠掌握采空區(qū)內(nèi)部氣體特別是氧氣在采空區(qū)內(nèi)部空間的分布規(guī)律，就可以提高自然發(fā)火預(yù)防措施的針對(duì)性和有效性，可以減少和控制采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的發(fā)生。

采空區(qū)氣體濃度監(jiān)測(cè)是預(yù)防采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，往往需要根據(jù)氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行采空區(qū)三帶劃分并制定相應(yīng)的防滅火措施。對(duì)于綜采工作面而言，由于井下工作面后方完全被液壓支架封死，在工作面無法實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)的布置，因此目前綜采工作面采空區(qū)氣體觀測(cè)的一般方法是沿著工作面推進(jìn)方向，在上下順槽埋設(shè)束管，然后通過束管抽取采空區(qū)氣體，通過地面氣相色譜或者其他儀器進(jìn)行分析。例如中國發(fā)明專利CN 101487388 B公開的煤礦回采采空區(qū)的氣體檢測(cè)方法及其裝置。這種方法存在的問題是：空氣采樣速度不均勻，采樣檢測(cè)精確度不高。

因此，為了掌握采空區(qū)氣體的空間分布，提高防滅火措施的針對(duì)性就需要一種新的檢測(cè)綜采工作面采空區(qū)氣體空間分布測(cè)點(diǎn)布置方法和相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種煤礦綜采工作面采空區(qū)氣體檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高空氣采樣的速度和檢測(cè)精確度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種煤礦綜采工作面采空區(qū)氣體檢測(cè)裝置，包括在保護(hù)煤柱上設(shè)置的若干個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)采樣管，采樣管的外側(cè)設(shè)置有保護(hù)管，采樣管連接有氣相色譜儀，所述鉆孔分成兩組，一組鉆孔水平設(shè)置，另一組鉆孔豎直設(shè)置，水平設(shè)置的鉆孔與豎直設(shè)置的鉆孔交錯(cuò)設(shè)置，保護(hù)管內(nèi)設(shè)置有三個(gè)氮?dú)庾⑷牍?，氮?dú)庾⑷牍芤圆蓸庸転閷?duì)稱軸中心對(duì)稱設(shè)置，氮?dú)庾⑷牍苌显O(shè)置有旁路管，旁路管位于采樣管和氮?dú)庾⑷牍苤行倪B接線的延長線上，旁路管與氮?dú)庾⑷牍艽怪痹O(shè)置，旁路管的頂部連接有噴射管，噴射管與氮?dú)庾⑷牍芷叫性O(shè)置，旁路管內(nèi)設(shè)置有螺旋導(dǎo)流槽，螺旋導(dǎo)流槽上平均設(shè)置有若干個(gè)缺口，氮?dú)庾⑷牍艿某隹谠O(shè)置有第一斜切面，噴射管的出口設(shè)置有第二斜切面，第一斜切面和第二斜切面相互垂直，氮?dú)庾⑷牍艿牡酌嬖O(shè)置有弧形凹槽。

作為優(yōu)選，所述采樣管與氮?dú)庾⑷牍芎团月饭艿膬?nèi)徑之比為5∶3∶1。

作為優(yōu)選，所述采樣管的進(jìn)口處設(shè)置有粉塵過濾器，粉塵過濾器包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有第一過濾棉層，第一過濾棉層的兩側(cè)分別設(shè)置有一排旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上連接有葉片，第一過濾棉兩側(cè)的葉片交錯(cuò)設(shè)置，位于第一過濾棉同一側(cè)的葉片安裝角度相同，第一過濾棉兩側(cè)的葉片安裝角度差為30°。

作為優(yōu)選，所述外殼底部設(shè)置有第二過濾棉層，外殼與氮?dú)庾⑷牍苤g設(shè)置有吹掃管，吹掃管的出口位于第一過濾棉層的頂部。

作為優(yōu)選，所述保護(hù)管的外壁設(shè)置有螺旋齒，螺旋齒上設(shè)置有若干列通孔，保護(hù)管的兩端設(shè)置有固定法蘭，保護(hù)管兩端的固定法蘭通過第一加強(qiáng)筋連接在一起，第一加強(qiáng)筋穿過通孔，位于不同保護(hù)管上相鄰的固定法蘭的側(cè)壁上螺紋連接有第二加強(qiáng)筋，第二加強(qiáng)筋兩端設(shè)置有彈簧體。

用于上述煤礦綜采工作面采空區(qū)氣體檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

A、將待測(cè)采樣管對(duì)應(yīng)的氣相色譜儀打開，將其與采樣管封閉，開啟與待測(cè)采樣管位于同一保護(hù)管內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍芤约跋噜彵Ｗo(hù)管內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍埽?/p>

B、氣相色譜儀對(duì)采集到的氣體進(jìn)行分析；

C、取樣結(jié)束前，首先關(guān)閉與采樣位置相鄰的保護(hù)管內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?，間隔2min～3min后，逐漸降低與采樣管位于同一保護(hù)管內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍艿牧髁浚３?min～7min，最終關(guān)閉氮?dú)庾⑷牍埽P(guān)閉所有氮?dú)庾⑷牍芎?，氣相色譜儀再進(jìn)行采樣分析2min～3min。

作為優(yōu)選，檢測(cè)開始時(shí)，位于與采樣管同一保護(hù)管內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍艿牡獨(dú)庾⑷肓髁繛?00mL/s，位于相鄰保護(hù)管內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍艿牡獨(dú)庾⑷肓髁繛?.5L/s。

采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于：本發(fā)明采用氮?dú)庾⑷氲姆绞教岣吡瞬蓸铀俾?，通過優(yōu)化注氣管和采樣管的結(jié)構(gòu)，降低了采用氮?dú)庾⑷牒髮?duì)原始采樣環(huán)境均衡度的干擾。粉塵過濾器具有自清潔功能可以在井下高濃度粉塵的環(huán)境下長時(shí)間使用。保護(hù)管可以提高對(duì)煤層的保護(hù)。檢測(cè)過程中對(duì)于氮?dú)饬髁康目刂瓶梢蕴岣卟蓸訙?zhǔn)確度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中保護(hù)管內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中噴射管與氮?dú)庾⑷牍懿课坏母┮晥D。

圖4是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中粉塵過濾器的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中保護(hù)管外部連接部分的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中旁路管內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、鉆孔；2、采樣管；3、保護(hù)管；4、氣相色譜儀；5、氮?dú)庾⑷牍埽?、旁路管；7、噴射管；8、螺旋導(dǎo)流槽；9、缺口；10、第一斜切面；11、第二斜切面；12、弧形凹槽；13、粉塵過濾器；14、外殼：15、第一過濾棉層；16、旋轉(zhuǎn)軸；17、葉片；18、第二過濾棉層；19吹掃管；20、螺旋齒；21、通孔；22、固定法蘭；23、第一加強(qiáng)筋；24、第二加強(qiáng)筋；25、彈簧體；26、環(huán)形擋板。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中使用到的標(biāo)準(zhǔn)零件均可以從市場(chǎng)上購買，異形件根據(jù)說明書的和附圖的記載均可以進(jìn)行訂制，各個(gè)零件的具體連接方式均采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規(guī)手段，在此不再詳述。

參照?qǐng)D1-6，本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式包括在保護(hù)煤柱上設(shè)置的若干個(gè)鉆孔1，每個(gè)鉆孔1內(nèi)設(shè)置有一個(gè)采樣管2，采樣管2的外側(cè)設(shè)置有保護(hù)管3，采樣管2連接有氣相色譜儀4，所述鉆孔1分成兩組，一組鉆孔1水平設(shè)置，另一組鉆孔1豎直設(shè)置，水平設(shè)置的鉆孔與豎直設(shè)置的鉆孔交錯(cuò)設(shè)置，保護(hù)管3內(nèi)設(shè)置有三個(gè)氮?dú)庾⑷牍?，氮?dú)庾⑷牍?以采樣管2為對(duì)稱軸中心對(duì)稱設(shè)置，氮?dú)庾⑷牍?上設(shè)置有旁路管6，旁路管6位于采樣管2和氮?dú)庾⑷牍?中心連接線的延長線上，旁路管6與氮?dú)庾⑷牍?垂直設(shè)置，旁路管6的頂部連接有噴射管7，噴射管7與氮?dú)庾⑷牍?平行設(shè)置，旁路管6內(nèi)設(shè)置有螺旋導(dǎo)流槽8，螺旋導(dǎo)流槽8上平均設(shè)置有若干個(gè)缺口9，氮?dú)庾⑷牍?的出口設(shè)置有第一斜切面10，噴射管7的出口設(shè)置有第二斜切面11，第一斜切面10和第二斜切面11相互垂直氮?dú)庾⑷牍?的底面設(shè)置有弧形凹槽12。采樣管2與氮?dú)庾⑷牍?和旁路管6的內(nèi)徑之比為5∶3∶1。采樣管2的進(jìn)口處設(shè)置有粉塵過濾器13，粉塵過濾器13包括外殼14，外殼14內(nèi)設(shè)置有第一過濾棉層15，第一過濾棉層15的兩側(cè)分別設(shè)置有一排旋轉(zhuǎn)軸16，旋轉(zhuǎn)軸16上連接有葉片17，第一過濾棉15兩側(cè)的葉片交錯(cuò)設(shè)置，位于第一過濾棉15同一側(cè)的葉片安裝角度相同，第一過濾棉15兩側(cè)的葉片安裝角度差為30°。外殼14底部設(shè)置有第二過濾棉層18，外殼14與氮?dú)庾⑷牍?之間設(shè)置有吹掃管19，吹掃管19的出口位于第一過濾棉層15的頂部。保護(hù)管3的外壁設(shè)置有螺旋齒20，螺旋齒20上設(shè)置有若干列通孔21，保護(hù)管3的兩端設(shè)置有固定法蘭22，保護(hù)管3兩端的固定法蘭22通過第一加強(qiáng)筋23連接在一起，第一加強(qiáng)筋23穿過通孔21，位于不同保護(hù)管3上相鄰的固定法蘭22的側(cè)壁上螺紋連接有第二加強(qiáng)筋24，第二加強(qiáng)筋24兩端設(shè)置有彈簧體25。采樣管2的進(jìn)口處設(shè)置有環(huán)形擋板26，環(huán)形擋板26的內(nèi)徑由外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸擴(kuò)大，環(huán)形擋板26側(cè)面與采樣管2軸線的夾角為25°。采樣管2的進(jìn)口位于環(huán)形擋板26內(nèi)部，采樣管2的進(jìn)口與環(huán)形擋板26內(nèi)徑較小的一端的端面在采樣管2軸線方向的距離為10cm，氮?dú)庾⑷牍?出口與環(huán)形擋板26內(nèi)徑較小的一端平齊。噴射管7的出口位于環(huán)形擋板26的外側(cè)，噴射管7的出口與環(huán)形擋板26內(nèi)徑較小的一端的端面在采樣管2軸線方向的距離為5cm，保護(hù)管3的外沿與環(huán)形擋板26內(nèi)徑較小的一端的端面在采樣管2軸線方向的距離為20cm。

用于上述煤礦綜采工作面采空區(qū)氣體檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

A、將待測(cè)采樣管2對(duì)應(yīng)的氣相色譜儀4打開，將其與采樣管2封閉，開啟與待測(cè)采樣管2位于同一保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?以及相鄰保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?；

B、氣相色譜儀4對(duì)采集到的氣體進(jìn)行分析；

C、取樣結(jié)束前，首先關(guān)閉與采樣位置相鄰的保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?，間隔2min后，逐漸降低與采樣管2位于同一保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?的流量，保持6min，最終關(guān)閉氮?dú)庾⑷牍?，關(guān)閉所有氮?dú)庾⑷牍?后氣相色譜儀4再進(jìn)行采樣分析3min，在與采樣管2位于同一保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?的流量降低的過程中，流量變化率逐漸降低，流量變化率曲線為：

其中，檢測(cè)開始時(shí)，位于與采樣管2同一保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?的氮?dú)庾⑷肓髁繛?00mL/s，位于相鄰保護(hù)管3內(nèi)的氮?dú)庾⑷牍?的氮?dú)庾⑷肓髁繛?.5L/s。

本發(fā)明通過使用氮?dú)庾⑷?，同時(shí)優(yōu)化了氣體流動(dòng)路徑結(jié)構(gòu)，不僅提高了采樣速率，而且可以高精度地對(duì)采樣環(huán)境內(nèi)的空氣進(jìn)行分析，使用方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。