[发明专利]采空区瓦斯与煤自燃多场耦合危险区域的判定方法

说明书

本发明涉及一种采空区瓦斯与煤自燃多场耦合危险区域的判定方法，采用束管及光纤测温的方式，在采空区内进行高密度网格化布点，包括如下步骤：采用埋管抽气法观测采空区气体浓度分布；分布式测温光缆的布置与束管测点一致，形成对温度场的监测，构成了温度和气体的高密度网络化监测；结合现场观测参数，分析瓦斯异常涌出原因、特征和影响因素，建立煤岩裂隙空间多场交汇和气体在煤岩裂隙中运移的物理模型；基于煤岩裂隙场建立了不同尺度下孔隙－裂隙煤岩介质中气体运移及浓度场分布计算模型。该判定方法能够实时准确地监测采空区内煤自燃和瓦斯爆炸关键参数，控制并减少矿井火灾、瓦斯爆炸等重大恶性事故的发生。

技术领域：

本发明涉及煤矿采空区监测技术领域，尤其涉及一种采空区瓦斯与煤自燃多场耦合危险区域的判定方法。

背景技术：

我国的煤炭资源储量是除美国和俄罗斯之外的第三大国，约占到世界煤炭储量的12.8％，由于我国能源“富煤、贫油、少气”的非均衡分布特点，使得煤炭资源的消耗占到三大化石能源的70％左右。虽然近年来国家大力推广节能减耗及各种清洁、新型能源，但短期内，煤炭仍将是我国的主要消耗能源，且据估计，截止2020年，我国煤炭消耗增加量将占全世界的2/3。煤炭作为我国的第一大生产和消耗能源，在给我们创造巨大利益的同时，由于其复杂的赋存状况及开采技术的局限性，已成为一大高危行业。据国家安全生产监察管理总局统计资料显示，近几年我国煤炭行业安全形势持续好转，但若从百万吨死亡率来评估，煤炭行业的安全问题仍相当严峻。

随着矿井开采深度及机械化强度的加大，五大灾害愈加严重地威胁着矿井的正常生产和人、机安全，其中以矿井火灾与瓦斯爆炸尤为突出。煤矿火灾包括外因火灾和内因火灾，其中内因火灾主要指煤炭自燃，是矿井的主要火灾形式，且大约60％的自燃事故以采空区为主要灾害场所；采空区是综采工作面瓦斯的主要涌出源，据有关资料显示，采空区遗煤解析的瓦斯量占到整个采场瓦斯涌出量的50％以上，高者可达80％。近年来，随着煤层赋存深度及开采速度的不断加大，煤矿井下采空区环境愈加复杂，两种事故因素之间相互影响、动态关联，采空区自燃引发瓦斯爆炸的耦合灾害频发，且其发生后果危害性大、治理难度大。采空区是矿井各种灾害的高发区，其内部复杂的环境状况对采空区灾害的防治十分不利。目前，对采空区遗煤自燃或瓦斯爆炸的研究已趋于成熟，但随着煤层赋存深度的不断加大，遗煤自燃引发瓦斯爆炸的燃爆耦合灾害日渐凸显，且其后果严重、危害性大，尤其是高瓦斯易自燃煤矿，而目前针对燃爆耦合灾害的研究分析尚为不足。因此，结合矿井工程实际，判定采空区燃爆耦合灾害危险区域并分析其危险性，对煤矿的灾害防治工作尤为重要。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种采空区瓦斯与煤自燃多场耦合危险区域的判定方法，能够实时准确地监测采空区内煤自燃和瓦斯爆炸关键参数，避免发生危险。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种采空区瓦斯与煤自燃多场耦合危险区域的判定方法，采用束管及光纤测温的方式，在采空区内进行高密度网格化布点，包括如下步骤：

采用埋管抽气法观测采空区气体浓度分布，即沿工作面倾向布置，由回风侧向采空区埋设束管，分两排布置，共埋设束管监测点16个，采空区内的沿工作面倾向的各测点在布置的时候从支架后穿过并且各束管监测点间距设定为30米；

分布式测温光缆的布置与束管测点一致，从支架后溜槽沿倾向每隔60米布置测温光缆，形成对温度场的监测，构成了温度和气体的高密度网络化监测；

结合现场观测参数，分析瓦斯异常涌出原因、特征和影响因素，建立煤岩裂隙空间多场交汇和气体在煤岩裂隙中运移的物理模型；

基于煤岩裂隙场建立了不同尺度下孔隙－裂隙煤岩介质中气体运移及浓度场分布计算模型。

为了监测采空区真实气体分布，防止采空区积水堵塞束管，并便于束管埋设，所述采空区及回风顺槽预埋的束管进气口距离底板高度为均在1.15m以上。