[发明专利]一种无线交互式采空区多场耦合数据采集系统及使用方法

说明书

本发明提供的一种无线交互式采空区多场耦合数据采集系统及使用方法，所述装置包括放于采空区内用于数据采集的数据采集器、用于放大信号的信号放大装置、用于保护数据采集器和信号放大装置的装置保护器，还包括用于接收数据信息的井下数据接收站、用于对数据采集系统进行控制和对所采集的数据进行存储及显示的地面控制台、井下移动控制台、用于向采空区释放示踪气体的示踪气体释放装置。本装置可以对工作面开采过程中采空区的压力场、渗流场、速度场、气体浓度场、温度场等数据进行采集，可为分析采空区各场相互影响规律、给出具有普适性的采空区遗煤自燃氧化升温特性、制定高效的遗煤自燃防治措施等方面的研究提供基础数据。本装置在采空区内测点的位置选择更加灵活、装置安设更加方便、测点数量可自由设定、系统的稳定性更加可靠，数据采集更加及时、精确。所述装置造价低，操作方便，具有广泛的适用性。

技术领域

本发明涉及矿山安全工程技术领域，具体涉及一种无线交互式采空区多场耦合数据采集系统及使用方法。

背景技术

火灾是矿井的五大灾害之一，一旦发生可造成严重的财产损失及人员伤亡，如果引发次生灾害，其造成的损失会进一步增多。矿井火灾以煤炭自燃灾害为主，占到火灾总数的90%以上。据统计，我国国有煤矿中50%以上具有煤炭自燃危险，煤炭自燃又以采空区遗煤自燃为最多，约占到矿井煤炭自燃灾害的95%以上。可见，防治采空区遗煤自燃是治理矿井火灾的关键。随着我国矿井年产量的增加、机械化程度的提高、开采深度的加大，采空区遗煤自燃灾害将会变得更加严重。另外，遗煤自燃还可能诱发采空区内的瓦斯爆炸，这会给煤矿的安全生产带来更大的威胁。

采空区遗煤自燃规律的研究是制定合理的防治措施、提高防治效果的关键。目前对采空区遗煤自燃规律的研究大多是对现象的研究，对现象产生的原因的研究则较少。然而对采空区遗煤自燃规律现象的产生原因的研究才是防治采空区遗煤自燃的关键，才具有普遍性。采空区遗煤自燃受多种因素的影响，采空区遗煤自燃规律是在多场耦合作用下形成的，例如采空区的气体浓度场、速度场、压力场、渗流场及温度场等均对采空区遗煤的自燃规律存在较大影响。若要研究采空区遗煤自燃规律形成的原因，首先要对这些参数进行观测、分析。

目前采空区内数据的采集多集中在对采空区内气体浓度和温度的采集，用于划分采空区遗煤自燃的“三带”或监测采空区遗煤自燃状况。采空区内气体浓度的采集目前主要是采用向采空区内埋设束管，然后利用抽气泵在井下或地面通过束管抽取采空区内的气体，最后利用气相色谱仪对气体浓度或成分进行检测；采空区内温度的数据采集目前主要是采用向采空区埋设温度传感器，利用导线将采空区内温度传感器的感应温度数据传输到井下或地面进行采集。

对于研究采空区遗煤自燃规律形成的原因，目前采空区内数据采集主要存在以下不足：1）采空区内数据采集不全，无法对采空区遗煤自燃规律的形成原因进行分析。如采空区内的气体运移规律、顶板动压等对采空区遗煤自燃规律的影响。2）由于在采空区内铺设的束管及导线较长，容易被采空区内冒落岩石压坏，导致数据经常不能正常采集。3）采空区内条件比较复杂，经常会有渗水和煤粉，渗水和煤粉容易进入束管内堵塞束管、浸泡和掩埋温度传感器，导致束管无法取气、温度传感器无法正常感应气体温度。4）由于束管、导线及保护套管（在导线外套装的金属保护管）铺设比较困难，很大程度上限制了束管及温度传感器的安设位置，一些关键位置的数据无法采集。5）垂直方向的数据采集位置难以固定，尤其是在放顶煤开采时，数据采集位置距底板有一定高度才能准确测量数据，而在顶板压力及碎石的作用下束管和温度传感器往往会被压至底板，无法正常采集数据。6）数据采集点的数量受到限制，一般为2~8个，使采空区内的数据观测密度不够，分析结果偏差较大。7）由于各个数据采集点的束管、导线都捆扎在一起由采空区引出，一旦遭到破碎顶板的破坏，所有数据采集点的数据均无法采集。

因此，需要提出一种更加适用的无线交互式采空区多场耦合数据采集系统及使用方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种安装方便、安设地点不受限制、测量精度高、不易出现故障的无线交互式采空区多场耦合数据采集系统及使用方法。