基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法与流程

1.本发明涉及煤矿安全技术领域，具体涉及一种基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法。


背景技术：

2.在煤矿井下，煤自燃是影响工作面安全回采的主要灾害之一。煤自燃是煤与氧气发生物理、化学反应的外在体现，采空区漏风无法避免，所以采空区遗煤时刻处于氧化状态，属于煤自燃频发区域。但是不同区域的煤氧化程度不同，因此危险程度不同。为了更好地防治煤自燃，需要对采空区进行煤自燃危险区域划分。
3.测温法和标志气体分析法是矿井开采煤自燃预测、预报和预警最常用的两种方法。测温法是根据煤自燃升温放热导致煤体温度升高的特征信息，利用温度直接反应煤体自燃程度的方法，该方法是煤自燃预警最直接的方法。但是由于采空区是封闭区间，无法实时测量其内部空间各处温度，且工程量大，效率低，现场很难得到准确的温度数据，因此煤矿主要通过标志气体分析法进行煤自燃预警。目前应用最广泛的是利用o2浓度划分煤自燃“三带”：o2浓度大于15％为散热带，大于5％而小于15％为氧化带，小于5％为窒息带，其中，氧化带为煤自燃灾害发生的主要区域。但是，5％和15％并非为划分“三带”的唯一临界指标，o2浓度为10％和18％也被作为划分煤自燃“三带”的指标进行应用。此外，受地质赋存、开采条件、通风等因素的影响，仅以固定的o2浓度划分煤自燃“三带”可靠度低，该方法并不能广泛的适用于更多的工作面。
4.因此，鉴于以上问题，有必要提出一种更为合理有效的方法，以快速、准确的确定采空区煤自燃危险区域，保证煤矿的安全生产。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法，包括以下步骤：
7.步骤一、在回采工作面支架后方采空区铺设若干组气体采样束管；
8.步骤二、利用束管自动采样装置及监测系统采集采空区气体，并进行氧气浓度分析；
9.步骤三、以采空区长度为横坐标，以氧气浓度为纵坐标，绘制工作面不同支架后方气体的核密度分布云图；
10.步骤四、在核密度分布云图上添加剖面线，得到核密度分布的峰值及峰值对应的采空区位置；
11.步骤五、根据峰值对应的采空区位置对采空区进行区域划分，即得到采空区煤自燃危险区域的最终分布。
12.优选的，步骤一中，至少在三组支架后方铺设气体采样束管。
13.更优选的，步骤一中，每组支架后方至少铺设3-5根气体采样束管。
14.优选的，步骤三中，利用origin数据处理软件绘制核密度分布云图。
15.与现有技术相比，本发明操作方便，不仅能够探测采空区气体浓度及其变化情况，还可以根据气体浓度对煤自燃危险区域进行精确划分，确定采空区不同区域的危险程度，从而有利于预防煤自燃灾害的发生以及在灾害发生后有针对性的采取治理措施。其次，根据核密度云图，能够得到不同气体在回采期间的分布区间，该区间可作为煤自燃预警的临界值，该方法依托大数据分析方法，削弱了因偶然因素导致的气体浓度突变对结果的影响，更有利于掌握气体浓度分布的普遍特征，提高了煤自燃危险区域划分的可靠度和准确度。
附图说明
16.图1为工作面束管布置方式。
17.图2为实施例1中工作面55号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
18.图3为实施例1中工作面60号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
19.图4为实施例1中工作面70号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
20.图5为实施例1中工作面80号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
21.图6为实施例1基于核密度峰值对应的采空区长度划分的煤自燃危险区域。
22.图7为实施例2中工作面30号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
23.图8为实施例2中工作面60号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
24.图9为实施例2中工作面90号支架对应的采空区o2浓度核密度云图、峰值及峰值对应的采空区长度分布情况。
25.图10为实施例2基于核密度峰值对应的采空区长度划分的煤自燃危险区域。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
27.实施例1
28.本发明的基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法，以陕西彬长胡家河煤矿401103工作面为例进行详细描述。
29.具体是以四组支架(55号、60号、70号和80号)束管采集的气样，对应的o2浓度为例，对其进行详细的剖析。
30.步骤一、根据现场条件，在工作面支架后方布置气体采样束管，如图1所示。
31.步骤二、利用束管自动采样装置及监测系统采集采空区气体，并进行氧气浓度分析。
32.步骤三、以采空区长度为横坐标，以氧气浓度为纵坐标，利用origin 8.5软件(美国origin lab公司)绘制工作面不同支架后方气体的核密度分布云图，如图2-图5所示。
33.根据核密度分布云图颜色的深浅判断该区域的氧气浓度大小。
34.步骤四、在核密度分布云图上添加剖面线，得到核密度分布的峰值及峰值对应的采空区位置：以o2浓度为基准，其中55号、60号、70号和80号四组支架的三个峰值对应的采空区长度的最大取值为分别是(11m，26m，56m)、(17m，29m，58m)、(10m，38m，62m)和(9m，41m，60m)。
35.步骤五、根据峰值对应的采空区位置对采空区进行区域划分，即得到采空区煤自燃危险区域的最终分布：如图6所示，将采空区划分为“散热带”、“第一氧化带”、“第二氧化带”和“窒息带”，其中，“第一氧化带”和“第二氧化带”为主要的煤自燃危险区域，体现了回采期间煤自燃危险区域的动态性。
36.实施例2
37.本发明的基于气体连续在线监测的采空区煤自燃危险区域判定方法，以陕西彬长孟村矿401101工作面为例进行详细描述。
38.具体是以三组支架(30号、60号、90号)束管采集的气样，对应的o2浓度为例，对其进行详细的剖析。
39.步骤一、根据现场条件，在工作面支架后方布置气体采样束管，如图1所示。
40.步骤二、利用束管自动采样装置及监测系统采集采空区气体，并进行氧气浓度分析。
41.步骤三、以采空区长度为横坐标，以氧气浓度为纵坐标，利用origin 8.5软件(美国origin lab公司)绘制工作面不同支架后方气体的核密度分布云图，如图7-图9。
42.根据核密度分布云图颜色的深浅判断该区域的氧气浓度大小。
43.步骤四、在核密度分布云图上添加剖面线，得到核密度分布的峰值及峰值对应的采空区位置：以o2浓度为基准，其中30号、60号和90号四组支架的三个峰值对应的采空区长度的最大取值为分别是(15m，43m，67m)、(17m，53m，73m)和(19m，49m，70m)。
44.步骤五、根据峰值对应的采空区位置对采空区进行区域划分，即得到采空区煤自燃危险区域的最终分布：如图10所示，将采空区划分为“散热带”、“第一氧化带”、“第二氧化带”和“窒息带”，其中，“第一氧化带”和“第二氧化带”为主要的煤自燃危险区域，体现了回采期间煤自燃危险区域的动态性。
45.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。