[发明专利]一种排除氧化干扰的原煤赋存CO气体测定装置及方法

说明书

本发明属于煤矿井下气体检测技术领域；在打钻过程中钻头温度过高导致煤体发生氧化，开孔后用氮气冲洗效果不佳或者封孔效果不佳导致密闭气室发生气体交换，气样偏差造成测定结果的失准，且氧气易引发火灾，存在较大安全隐患，本发明提供一种排除氧化干扰的原煤赋存CO气体测定装置及方法，对钻头喷淋冷却，对钻孔有效封堵以及对测试气室喷洒脱氧剂，抽气系统和智能脱氧剂喷淋系统的管理平行分布延伸至测试气室，智能脱氧剂喷淋系统根据测试气室内的氧气浓度控制雾化器和注液泵的开启状态和喷淋速度，具有快速脱氧和阻化煤层的效果，保证气室内CO来源的可靠性，解决原煤层赋存CO测定过程中氧气的干扰作用，保证矿井工作的安全性。

技术领域

本发明涉及煤矿井下气体检测技术领域，更具体的说，涉及一种排除氧化干扰的原煤赋存CO气体测定装置及方法。

背景技术

煤炭占据我国能源主体地位，近些年煤炭产量不断提高，但在煤炭采掘过程中尤其是褐煤开采，矿井空气中CO超限问题越来越严重，我国《煤矿安全规程》明确规定，井下空气中CO浓度不得超过24ppm,但在实际生产中，有些煤矿井下CO浓度超过规程的数十倍，严重威胁井下作业人员安全及煤矿行业的健康稳定发展。根据现有实验总结，在煤样程序升温实验中，煤样氧化产生的CO气体具备灵敏性、规律性、可测性的特点，因此大多选择CO气体作为煤自燃发火的指标性气体。井下CO浓度对煤炭自燃预测预报具有非常重要的意义，现有研究证明，井下空气中CO来源于主要以下方面：采空区遗煤氧化产生CO、采煤过程中煤层氧化产生CO、所开采煤层原生赋存CO。煤自燃氧化不是井下CO的唯一来源，这就为井下煤自燃危险程度和区域的判断造成了极大的干扰性，不能准确的对矿井灾害进行预测预报，从而丧失预防和控制煤自燃灾害的最佳时机，甚至诱发更大的矿井灾害，造成严重经济损失。

在现有的公开文件煤层原生CO气体含量测定方法，申请号201510079748.X，该方法采用湿式钻孔取样，置于密闭罐中通过解析法来测得CO含量。该方法存在取样过程中与空气接触稍长导致测定结果的偏差；在现有公开文件，其申请号202010470874.9，专利名称为：一种煤层原生CO原位探测方法，该方法通过钻孔封堵，形成密闭气室后，对测试气室内气体进行抽采分析。该方法存在打钻过程中钻头温度过高导致煤体发生氧化，并且在实测所采气样分析中，发现有较高浓度O₂存在，分析原因可能为开孔后用N₂冲洗效果不佳或者封孔效果不佳导致密闭气室发生气体交换，另外该技术在封堵钻孔后向测试气室注入高纯氮气，这样存在密闭气室的高压环境抑制原煤层CO的解析，综上原因可能导致所取气样的偏差，造成测定结果的失准。鉴于以上原因，需要对现有装置做出改进，排除钻孔至取样阶段O₂的干预作用，保证获得的气样为原煤层所赋存，有利于今后进一步用CO气体监测井下火灾事故，具有极重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种排除氧化干扰的原煤赋存CO气体测定装置及方法，该发明解决了现有测定技术中封孔质量不佳或测试气室外围煤层裂隙导致O₂遗留或渗入。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种排除氧化干扰的原煤赋存CO气体测定装置，包括抽气系统和智能脱氧剂喷淋系统，抽气系统包括抽气管束和用于密封测试气室的注浆封孔器，抽气管束一端置于测试气室内，另一端置于钻孔孔口外端，测试气室内的抽气管束设有若干均匀分布的筛眼；智能脱氧剂喷淋系统包括控制器、用于放置脱氧剂的溶液箱和用于喷洒脱氧剂的喷淋管路，喷淋管路沿钻孔方向与抽气管束平行分布并延伸至测试气室内，测试气室段内的喷淋管路上安装若干用于喷射脱氧剂的雾化器，氧气浓度传感器连接在测试气室内的喷淋管路端部，氧气浓度传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；溶液箱设置在钻孔孔口，喷淋管路吸取溶液的一端置于溶液箱内。

进一步，喷淋管路靠近溶液箱的一端设有注液泵，注液泵的信号控制端连接控制器的信号输出端，喷淋管路设有阀门。