一种煤与瓦斯突出监测预警装置

1.本发明属于煤矿灾害预测技术领域，具体是一种煤与瓦斯突出监测预警装置。


背景技术：

2.目前，由于对不同矿区、不同采掘工艺条件煤与瓦斯的致突规律掌握不足，煤与瓦斯突出事故仍然时有发生。现有技术中在瓦斯突出监测中多采用多种传感器进行监测，如：瓦斯浓度传感器、温湿度传感器、气压传感器等设备，但由于上述设备在瓦斯监测中仅能提供瓦斯浓度变化，无法依据井下环境对瓦斯突出作出准确超前预测；因此，有必要提供一种煤与瓦斯突出监测预警装置，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

3.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤与瓦斯突出监测预警装置，其包括：
4.瓦斯浓度传感器，均匀排布在煤矿巷道内，用于实时监测各区域范围处瓦斯浓度；
5.温、湿度传感器，分布在煤矿巷道内，其中，煤矿巷道内还设置有风向传感器；
6.插接锚定组件，垂直插接分布在煤矿巷道围岩侧壁上，所述插接锚定组件能够实时监测围岩侧壁中应力变化数据；
7.抽排监测机构，架设在煤矿巷道内，所述抽排监测机构能够配合插接锚定组件针对采空区围岩侧壁进行瓦斯抽排监测，并获取围岩侧壁中表层与里层瓦斯渗流监测数据，根据监测数据建立预警系统模型；
8.语音报警系统、指示灯报警系统，对应分布在井口、工作面，用于发出强烈的预警警报；
9.中央监控系统，其配备有数据存储、实时显示、报警触发以及数据分析，所述中央监控系统结合数据分析软件、数据库系统以及数据可视化工具对煤矿巷道中瓦斯浓度监测数据进行分析，以便识别潜在的突出风险，同时中央监控系统还外接设置专家系统。
10.进一步，作为优选，所述抽排监测机构包括：
11.地轨，平行铺设在巷道地面上；
12.柱架，通过滑动座与所述地轨相滑动连接，所述柱架均竖直固定在滑动座上方，所述柱架之间横向连接有固定架；
13.连接导架，竖直固定在各所述柱架上；以及
14.对接组件，滑动设置在各所述连接导架上，所述对接组件能够与插接锚定组件进行端部密封对接。
15.进一步，作为优选，所述对接组件包括：
16.密封缸座，滑动设置在连接导架上，所述密封缸座的一侧设置有固定接管；
17.丝杠，横向对称固定在固定接管的上下两侧，所述丝杠的一端滑动伸入在密封缸座内，所述密封缸座与固定接管之间连接有伸缩驱动架；
18.伸缩管，横向连通在所述述密封缸座与固定接管之间，所述密封缸座的一侧连接有流通管。
19.进一步，作为优选，所述固定接管内同轴固定有环腔件，所述环腔件内滑动设置有密封环塞，所述固定接管的一侧设置有轴圈架，所述轴圈架上通过多个支杆与所述密封环塞相连接，所述轴圈架内周向分布有多个夹紧件，各所述夹紧件的横截面呈l字形结构，所述轴圈架上固定有抵靠环，所述夹紧件的一侧壁抵靠接触在抵靠环上，所述夹紧件的端部设有密封橡胶，所述夹紧件与抵靠环的接触面被设置为斜面结构，所述环腔件外连接有气压管。
20.进一步，作为优选，所述密封缸座上还设置有供气管。
21.进一步，作为优选，所述插接锚定组件包括：
22.固定锚杆，其被构造成空心杆架结构，所述固定锚杆的一端套接固定有节轴套，所述节轴套的一端伸入抽排监测机构中，并与抽排监测机构中的对接组件对应连通；
23.气流孔，周向均匀分布在固定锚杆上；
24.钻孔空位；排列分布在固定锚杆上，多个钻孔空位均采用钻孔机钻设在煤矿巷道围岩侧壁内；
25.插接管，与各所述钻孔空位相对应设置，且所述插接管的一端均与钻孔空位对应连通，所述插接管的另一端贯穿定位在煤矿巷道围岩侧壁外，所述插接管上均开设有通孔。
26.进一步，作为优选，各所述插接管从不同方位埋设在煤矿巷道围岩侧壁中，所述插接管的端部均设有单向阀，所述固定锚杆上分布有多个应力片。
27.进一步，作为优选，所述固定锚杆内密封滑动设置有定位塞，所述定位塞内同轴穿接设置有内管，所述节轴套内固定有截管，所述截管通过伸缩软管与内管相连通。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明中主要基于煤矿巷道围岩侧壁中应力变化以及围岩侧壁表层与里层中瓦斯渗透浓度变化进行监测，并建立预警系统模型，从而对比数据库系统，采用数据可视化工具生成分析图表，使得数据分析结果更加易于理解和识别。
附图说明
30.图1为本发明工作流程示意图；
31.图2为本发明中抽排监测机构的结构示意图；
32.图3为本发明中对接组件的结构示意图；
33.图4为本发明中环腔件的结构示意图；
34.图5为本发明中插接锚定组件的结构示意图；
35.图6为本发明中定位的结构示意图；
36.图中：1、抽排监测机构；11、地轨；12、柱架；13、固定架；14、连接导架；2、插接锚定组件；21、固定锚杆；22、节轴套；23、钻孔空位；24、插接管；25、应力片；26、定位塞；27、内管；3、对接组件；31、密封缸座；32、固定接管；33、丝杠；34、伸缩管；35、流通管；4、环腔件；41、密封环塞；42、轴圈架；43、夹紧件；44、抵靠环；45、气压管。
具体实施方式
37.请参阅图1，本发明实施例中，一种煤与瓦斯突出监测预警装置，其包括：
38.瓦斯浓度传感器，均匀排布在煤矿巷道内，用于实时监测各区域范围处瓦斯浓度；
39.温、湿度传感器，分布在煤矿巷道内，其中，煤矿巷道内还设置有风向传感器；
40.插接锚定组件2，垂直插接分布在煤矿巷道围岩侧壁上，所述插接锚定组件2能够实时监测围岩侧壁中应力变化数据；
41.抽排监测机构1，架设在煤矿巷道内，所述抽排监测机构1能够配合插接锚定组件2针对采空区围岩侧壁进行瓦斯抽排监测，并获取围岩侧壁中表层与里层瓦斯渗流监测数据，根据监测数据建立预警系统模型；也就是说，围岩侧壁瓦斯浓度和瓦斯突出几率之间的关系可能表现为以下几种情况：
42.围岩侧壁瓦斯浓度增加，瓦斯突出几率增加：如果煤矿围岩侧壁瓦斯浓度较高，这可能意味着侧壁中存在大量的瓦斯储存，或者存在瓦斯渗透的路径。高瓦斯浓度的围岩侧壁可能增加了瓦斯突出的几率，瓦斯可能在一定条件下突然涌出。
43.围岩侧壁瓦斯浓度较低，瓦斯突出几率相对较低：低瓦斯浓度的围岩侧壁可能意味着瓦斯储存较少，或者瓦斯渗透的能力有限。在这种情况下，瓦斯突出的几率可能相对较低。
44.围岩侧壁表层和里层瓦斯浓度差异：如果围岩侧壁的瓦斯浓度在表层和里层之间存在显著差异，这可能会影响瓦斯突出的发生。如果里层的瓦斯浓度较高，但表层的瓦斯浓度较低，这可能会导致瓦斯在一定条件下突然涌出，从而增加瓦斯突出的几率；
45.语音报警系统、指示灯报警系统，对应分布在井口、工作面，用于发出强烈的预警警报；
46.中央监控系统，其配备有数据存储、实时显示、报警触发以及数据分析，所述中央监控系统结合数据分析软件、数据库系统(数据库用于存储大量的监测数据，以便随时进行查询、分析和比对)以及数据可视化工具对煤矿巷道中瓦斯浓度监测数据进行分析，这些工具用于将监测数据以图表、图形、地图等形式可视化，使得数据分析结果更加易于理解和识别，以便识别潜在的突出风险，同时中央监控系统还外接设置专家系统，使用专家系统技术，将矿山安全专家的知识和经验融入到数据分析中，提供更准确的突出风险评估。
47.本实施例中，所述抽排监测机构1包括：
48.地轨11，平行铺设在巷道地面上；
49.柱架12，通过滑动座与所述地轨11相滑动连接，所述柱架12均竖直固定在滑动座上方，所述柱架12之间横向连接有固定架13；
50.连接导架14，竖直固定在各所述柱架12上；以及
51.对接组件3，滑动设置在各所述连接导架14上，所述对接组件3能够与插接锚定组件2进行端部密封对接。
52.作为较佳的实施例，所述对接组件3包括：
53.密封缸座31，滑动设置在连接导架14上，所述密封缸座31的一侧设置有固定接管32；
54.丝杠33，横向对称固定在固定接管32的上下两侧，所述丝杠33的一端滑动伸入在密封缸座31内，所述密封缸座31与固定接管32之间连接有伸缩驱动架；
55.伸缩管34，横向连通在所述述密封缸座31与固定接管32之间，所述密封缸座31的一侧连接有流通管35，其中在采空区煤矿巷道处，对接组件能够在位移驱动下逐一对插接锚定组件区域处围岩侧壁进行间歇性瓦斯浓度监测，其中对接组件对接在各插接锚定组件外，通过流通管对围岩侧壁进行瓦斯抽排，同时进行浓度检测，生成数据汇总，经过中央监控系统中的数据库系统分析比对，从而对煤与瓦斯突出作出准确超前预测。
56.本实施例中，所述固定接管32内同轴固定有环腔件4，所述环腔件4内滑动设置有密封环塞41，所述固定接管32的一侧设置有轴圈架42，所述轴圈架42上通过多个支杆与所述密封环塞41相连接，所述轴圈架42内周向分布有多个夹紧件43，各所述夹紧件43的横截面呈l字形结构，所述轴圈架42上固定有抵靠环44，所述夹紧件43的一侧壁抵靠接触在抵靠环44上，所述夹紧件43的端部设有密封橡胶，所述夹紧件43与抵靠环44的接触面被设置为斜面结构，所述环腔件4外连接有气压管45，从而通过气压管驱动密封环塞横向位移，以便由多个夹紧件从侧围对插接锚定组件端部连接固定。
57.本实施例中，所述密封缸座31上还设置有供气管(图中未示出)，其中，在瓦斯浓度超标并通风处理后，抽排监测机构能够通过密封缸座上的供气管逐一对配合插接锚定组件对围岩侧壁进行供气增压，能够带来：
58.控制瓦斯浓度：可以改变巷道内的气体组成，从而降低瓦斯的浓度。这有助于进一步减少瓦斯爆炸的风险；
59.防止瓦斯渗透：可以填充巷道空间，减少了瓦斯渗透的可能性，从而减少了瓦斯在煤层和岩壁之间的传递；
60.减少火灾风险：可以稀释瓦斯浓度，降低火灾爆炸的可能性，使得巷道内的气体更加安全；
61.辅助通风：注入的气体可以辅助通风系统，帮助新鲜空气更好地流通，减少死角和积气。
62.本实施例中，所述插接锚定组件2包括：
63.固定锚杆21，其被构造成空心杆架结构，所述固定锚杆21的一端套接固定有节轴套22，所述节轴套22的一端伸入抽排监测机构1中，并与抽排监测机构1中的对接组件3对应连通；
64.气流孔，周向均匀分布在固定锚杆21上；
65.钻孔空位23；排列分布在固定锚杆21上，多个钻孔空位23均采用钻孔机钻设在煤矿巷道围岩侧壁内；
66.插接管24，与各所述钻孔空位23相对应设置，且所述插接管24的一端均与钻孔空位23对应连通，所述插接管24的另一端贯穿定位在煤矿巷道围岩侧壁外，所述插接管24上均开设有通孔，其中，抽排监测机构在与固定锚杆完成对接后，能够在负压抽排下通过固定锚杆手上的各气流孔进行瓦斯抽送，同时钻孔空位上的各插接管能够由通孔进行瓦斯排送，从而实现对围岩侧壁瓦斯渗流浓度进行抽送监测。
67.作为较佳的实施例，各所述插接管24从不同方位埋设在煤矿巷道围岩侧壁中，所述插接管24的端部均设有单向阀，单向阀能够在插接管瓦斯抽送中呈闭合状态，避免巷道内的气体进入插接管中，而在高压注气时，单向阀能够呈打开，以便实现围岩侧壁中瓦斯气流换气排出，所述固定锚杆21上分布有多个应力片25，能够实时监控围岩侧壁内部应力变
化；
68.假设围岩表层瓦斯浓度为c_s，里层瓦斯浓度为c_i，巷道内瓦斯浓度为c_g，通风效率为v，瓦斯渗透系数为k。
69.其简化的数学关系为：
70.c_g＝(c_s c_i*k)*v，从而能够依据围岩侧壁中瓦斯渗流浓度作出准确超前预测。
71.本实施例中，所述固定锚杆21内密封滑动设置有定位塞26，所述定位塞26内同轴穿接设置有内管27，所述节轴套22内固定有截管，所述截管通过伸缩软管与内管27相连通，尤其，在定位塞轴向位移调节中，能够将固定锚杆划分为两个相同或不同大小隔腔，节轴套对靠近位置的隔腔进行瓦斯气流输送、抽排，而内管则对另一隔腔进行瓦斯气流输送、抽排，从而实现对围岩侧壁里层与表层的瓦斯渗流浓度监测，需要注意的是，相对里层中连接的插接管上通孔呈单侧分布(即仅分布在偏中心的一侧，靠近表层处无通孔开设)，避免表层瓦斯进入影响监测精度。
72.具体地，根据煤矿巷道围岩中煤矿分布状况，对应插接多个固定锚杆，在固定的时间段中由抽排监测机构中的对接组件逐一与固定锚杆密封对接，并进行瓦斯抽送浓度监测，从而获取巷道围岩中表层与里层的瓦斯渗流量，建立预警系统模型，并由中央监控系统中的数据库系统分析比对，从而对煤与瓦斯突出作出准确超前预测。
73.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。