本发明属于煤矿采空区火灾防治技术领域，特别是涉及一种煤矿采空区火灾监测束管布置结构及方法。
背景技术：
采空区火灾是煤炭生产中同冒顶、瓦斯、煤尘、水害并列的五大自然灾害之一，采空区火灾不仅会造成煤炭资源的损失、工程和设备的破坏、生产的中断，而且还严重威胁着井下矿工的生命安全。采空区火灾具有火源隐蔽且很难确定具体位置的特点，同时因矿井采用负压通风，容易造成有毒有害气体侵入巷道，若火势蔓延，将很难控制，甚至有可能导致瓦斯爆炸，造成重大的人员伤亡和经济损失。因此，一旦采空区出现自燃火灾问题，势必对煤矿生产、人员生命安全等带来极大的威胁。
采空区火灾的发生，通常存在一个发展过程，因此可以根据早期预兆进行判断，但受到采空区构造的限制，很难对采空区内部情况进行直接监测，加之采空区内部高温火源位置较隐蔽，导致监测工作开展困难。
目前，采空区火灾的监测措施主要有测温法和指标气体预测法。对于测温法来说，其通过钻孔内或在某些区域内设置预埋测温探头、数据传输线和无线发射装置，根据接收的采集温度信号变化来判断是否存在火灾风险。对于指标气体预测法来说，其通过对钻孔或铺设束管监测系统对采集到的来自采空区内的各个测点气体样本进行检测，根据气体样本组成成分进行采空区自燃发火趋势判断。
但是，由于煤层被开采后形成的采空区破坏了原有的地应力平衡，造成采空区上方岩石的垮落，采空区会被垮落岩体填充，而这一过程会对采空区火灾监测工作造成巨大的影响，特别是采空区内部压力的不断变化，极易导致测温法中的预埋测温探头被砸毁，从而无法正常监测温度，也容易导致数据传输线被砸断，从而无法传输信号，即使预埋温度探头和数据传输线均未损毁，但采空区内被大量的遗煤和垮落碎石填充，也将导致无线发射装置所发出的无线电信号难以稳定高效的从采空区内部传出，从而影响正常的温度监测。同样，指标气体预测法也会受到采空区内地应力变化的影响，出现诸如钻孔堵塞、砸毁、束管堵塞、漏气等严重影响采空区火灾监测工作的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿采空区火灾监测束管布置结构及方法，首次提出了将矿井原有的注氮气管路系统与火灾监测束管系统进行有机结合的技术方案，使原本被遗弃的矿井原有的注氮气管路得到重新利用，借助了注氮气管路具有的大口径、扛撞、抗砸、稳定性高的特点，避免了束管堵塞、漏气、实时性差、测温探头与数据传输线损害问题，为火灾监测束管系统的长距离、高精度、高稳定性的监测提供了稳定的工作环境。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤矿采空区火灾监测束管布置结构，包括注氮气主管路、注氮气支管路、主采气束管、支采气束管、测温探头、数据传输线、埋管器、防护网及电磁止逆阀；所述主采气束管穿装在注氮气主管路内；所述支采气束管穿装在注氮气支管路内，支采气束管与主采气束管之间由三通管接头进行连接；在所述主采气束管和支采气束管内均穿装有数据传输线；所述测温探头位于注氮气支管路的末端管口处且固定安装在支采气束管端部，测温探头与支采气束管内的数据传输线进行电连接；所述埋管器固定安装在注氮气支管路的末端外部；所述防护网固定安装在注氮气支管路的末端外部，所述测温探头位于防护网内侧；所述电磁止逆阀位于注氮气主管路与注氮气支管路的管体交汇处。
所述电磁止逆阀包括外阀壳、柔性内阀套、环形电磁铁、弹簧压杆及弹性封口环；所述外阀壳采用圆筒形结构，在外阀壳的两端筒口处均设置有转接法兰；所述柔性内阀套采用锥筒形结构，柔性内阀套位于外阀壳内部，柔性内阀套的大径端与外阀壳的转接法兰固定连接，柔性内阀套的小径端为自由端；所述弹性封口环固定套装在柔性内阀套的小径端外表面；所述环形电磁铁固定套装在外阀壳内表面，且环形电磁铁与弹性封口环沿外阀壳径向方向正对分布；所述弹簧压杆位于环形电磁铁与弹性封口环之间且沿外阀壳径向方向布设，弹簧压杆一端与环形电磁铁内表面相固连，弹簧压杆另一端与弹性封口环外表面相固连；所述弹簧压杆数量为两个，两个弹簧压杆相对于外阀壳轴心呈180°对称分布。
一种煤矿采空区火灾监测束管布置方法，采用了所述的煤矿采空区火灾监测束管布置结构，包括如下步骤：
步骤一：先在巷道内布设注氮气主管路，然后在主采气束管内穿入数据传输线，之后将穿装有数据传输线的主采气束管穿入注氮气主管路内；
步骤二：先准备好注氮气支管路和穿装有数据传输线的支采气束管，然后将测温探头与支采气束管内的数据传输线连接在一起，之后将测温探头固定按照到支采气束管上；
步骤三：在准备好的注氮气支管路末端分别安装上埋管器和防护网，防护网用于对注氮气支管路的末端管口以及测温探头进行防护；
步骤四：先将支采气束管内的数据传输线与主采气束管内的数据传输线连接在一起，并在接线处利用电工胶布进行防爆处理，然后将主采气束管与支采气束管通过三通管接头密封连接在一起；
步骤五：先准备好电磁止逆阀，然后移动电磁止逆阀使支采气束管穿过电磁止逆阀内的柔性内阀套，在通过外阀壳上的转接法兰将电磁止逆阀密封连接到注氮气主管路上，之后移动注氮气支管路使支采气束管穿过注氮气支管路，再通过外阀壳上的转接法兰将电磁止逆阀与注氮气支管路密封连接在一起，同时使测温探头移动到防护网内侧；
步骤六：控制电磁止逆阀的环形电磁铁得电，由环形电磁铁对弹性封口环产生径向磁吸力，使弹性封口环处于张开状态，同时使弹簧压杆处于压缩状态，此时注氮气支管路处于导通状态，通过导通的注氮气支管路完成注氮气工作；
步骤七：当注氮气支管路完成注氮气工作后，控制电磁止逆阀的环形电磁铁失电，解除环形电磁铁对弹性封口环产生径向磁吸力，由弹簧压杆输出径向弹簧推力，使弹性封口环变为闭合状态，此时注氮气支管路处于封闭状态，通过测温探头对采空区监测点的温度进行监测，采空区监测点的气体样本依次通过支采气束管和主采气束管进行采集输送。
本发明的有益效果：
本发明的煤矿采空区火灾监测束管布置结构及方法，首次提出了将矿井原有的注氮气管路系统与火灾监测束管系统进行有机结合的技术方案，使原本使用后通常被遗弃的矿井原有注氮气管路得到重新利用，借助了注氮气管路具有的大口径、扛撞、抗砸、稳定性高的特点，避免了束管堵塞、漏气、实时性差、测温探头与数据传输线损害问题，为火灾监测束管系统的长距离、高精度、高稳定性的监测提供了稳定的工作环境。
附图说明
图1为本发明的煤矿采空区火灾监测束管布置结构的示意图；
图2为本发明的电磁止逆阀的结构示意图；
图中，1—注氮气主管路，2—注氮气支管路，3—主采气束管，4—支采气束管，5—测温探，6—数据传输线，7—埋管器，8—防护网，9—电磁止逆阀，10—三通管接头，11—外阀壳，12—柔性内阀套，13—环形电磁铁，14—弹簧压杆，15—弹性封口环，16—转接法兰。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种煤矿采空区火灾监测束管布置结构，包括注氮气主管路1、注氮气支管路2、主采气束管3、支采气束管4、测温探头5、数据传输线6、埋管器7、防护网8及电磁止逆阀9；所述主采气束管3穿装在注氮气主管路1内；所述支采气束管4穿装在注氮气支管路2内，支采气束管4与主采气束管3之间由三通管接头10进行连接；在所述主采气束管3和支采气束管4内均穿装有数据传输线6；所述测温探头5位于注氮气支管路2的末端管口处且固定安装在支采气束管4端部，测温探头4与支采气束管4内的数据传输线6进行电连接；所述埋管器7固定安装在注氮气支管路2的末端外部；所述防护网8固定安装在注氮气支管路2的末端外部，所述测温探头5位于防护网8内侧；所述电磁止逆阀9位于注氮气主管路1与注氮气支管路2的管体交汇处。
如图2所示，所述电磁止逆阀9包括外阀壳11、柔性内阀套12、环形电磁铁13、弹簧压杆14及弹性封口环15；所述外阀壳11采用圆筒形结构，在外阀壳11的两端筒口处均设置有转接法兰16；所述柔性内阀套12采用锥筒形结构，柔性内阀套12位于外阀壳11内部，柔性内阀套12的大径端与外阀壳11的转接法兰16固定连接，柔性内阀套12的小径端为自由端；所述弹性封口环15固定套装在柔性内阀套12的小径端外表面；所述环形电磁铁13固定套装在外阀壳11内表面，且环形电磁铁13与弹性封口环15沿外阀壳11径向方向正对分布；所述弹簧压杆14位于环形电磁铁13与弹性封口环15之间且沿外阀壳11径向方向布设，弹簧压杆14一端与环形电磁铁13内表面相固连，弹簧压杆14另一端与弹性封口环15外表面相固连；所述弹簧压杆14数量为两个，两个弹簧压杆14相对于外阀壳11轴心呈180°对称分布。
一种煤矿采空区火灾监测束管布置方法，采用了所述的煤矿采空区火灾监测束管布置结构，包括如下步骤：
步骤一：先在巷道内布设注氮气主管路1，然后在主采气束管3内穿入数据传输线6，之后将穿装有数据传输线6的主采气束管3穿入注氮气主管路1内；
步骤二：先准备好注氮气支管路2和穿装有数据传输线6的支采气束管4，然后将测温探头5与支采气束管4内的数据传输线6连接在一起，之后将测温探头5固定按照到支采气束管4上；
步骤三：在准备好的注氮气支管路2末端分别安装上埋管器7和防护网8，防护网8用于对注氮气支管路2的末端管口以及测温探头5进行防护；
步骤四：先将支采气束管4内的数据传输线6与主采气束管3内的数据传输线6连接在一起，并在接线处利用电工胶布进行防爆处理，然后将主采气束管3与支采气束管4通过三通管接头10密封连接在一起；
步骤五：先准备好电磁止逆阀9，然后移动电磁止逆阀9使支采气束管4穿过电磁止逆阀9内的柔性内阀套12，在通过外阀壳11上的转接法兰15将电磁止逆阀9密封连接到注氮气主管路1上，之后移动注氮气支管路2使支采气束管4穿过注氮气支管路2，再通过外阀壳11上的转接法兰15将电磁止逆阀9与注氮气支管路2密封连接在一起，同时使测温探头5移动到防护网8内侧；
步骤六：控制电磁止逆阀9的环形电磁铁13得电，由环形电磁铁13对弹性封口环15产生径向磁吸力，使弹性封口环15处于张开状态，同时使弹簧压杆14处于压缩状态，此时注氮气支管路2处于导通状态，通过导通的注氮气支管路2完成注氮气工作；
步骤七：当注氮气支管路2完成注氮气工作后，控制电磁止逆阀9的环形电磁铁13失电，解除环形电磁铁13对弹性封口环15产生径向磁吸力，由弹簧压杆14输出径向弹簧推力，使弹性封口环15变为闭合状态，此时注氮气支管路2处于封闭状态，通过测温探头5对采空区监测点的温度进行监测，采空区监测点的气体样本依次通过支采气束管4和主采气束管3进行采集输送。
需要注意的是，为了确保监测数据的准确性，测温工作和气体样本采样工作不宜同时进行，应分时段单独进行。
虽然电磁止逆阀9的环形电磁铁13需要带电工作，但由于环形电磁铁13得电时，正好是注氮气的过程，因而保证了环形电磁铁13在得电状态下始终处于氮气的惰性保护下，因此避免了可能产生的电火花引发瓦斯爆炸的风险。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
1.一种煤矿采空区火灾监测束管布置结构，其特征在于：包括注氮气主管路、注氮气支管路、主采气束管、支采气束管、测温探头、数据传输线、埋管器、防护网及电磁止逆阀；所述主采气束管穿装在注氮气主管路内；所述支采气束管穿装在注氮气支管路内，支采气束管与主采气束管之间由三通管接头进行连接；在所述主采气束管和支采气束管内均穿装有数据传输线；所述测温探头位于注氮气支管路的末端管口处且固定安装在支采气束管端部，测温探头与支采气束管内的数据传输线进行电连接；所述埋管器固定安装在注氮气支管路的末端外部；所述防护网固定安装在注氮气支管路的末端外部，所述测温探头位于防护网内侧；所述电磁止逆阀位于注氮气主管路与注氮气支管路的管体交汇处。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区火灾监测束管布置结构，其特征在于：所述电磁止逆阀包括外阀壳、柔性内阀套、环形电磁铁、弹簧压杆及弹性封口环；所述外阀壳采用圆筒形结构，在外阀壳的两端筒口处均设置有转接法兰；所述柔性内阀套采用锥筒形结构，柔性内阀套位于外阀壳内部，柔性内阀套的大径端与外阀壳的转接法兰固定连接，柔性内阀套的小径端为自由端；所述弹性封口环固定套装在柔性内阀套的小径端外表面；所述环形电磁铁固定套装在外阀壳内表面，且环形电磁铁与弹性封口环沿外阀壳径向方向正对分布；所述弹簧压杆位于环形电磁铁与弹性封口环之间且沿外阀壳径向方向布设，弹簧压杆一端与环形电磁铁内表面相固连，弹簧压杆另一端与弹性封口环外表面相固连；所述弹簧压杆数量为两个，两个弹簧压杆相对于外阀壳轴心呈180°对称分布。
3.一种煤矿采空区火灾监测束管布置方法，采用了权利要求1所述的煤矿采空区火灾监测束管布置结构，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：先在巷道内布设注氮气主管路，然后在主采气束管内穿入数据传输线，之后将穿装有数据传输线的主采气束管穿入注氮气主管路内；
步骤二：先准备好注氮气支管路和穿装有数据传输线的支采气束管，然后将测温探头与支采气束管内的数据传输线连接在一起，之后将测温探头固定按照到支采气束管上；
步骤三：在准备好的注氮气支管路末端分别安装上埋管器和防护网，防护网用于对注氮气支管路的末端管口以及测温探头进行防护；
步骤四：先将支采气束管内的数据传输线与主采气束管内的数据传输线连接在一起，并在接线处利用电工胶布进行防爆处理，然后将主采气束管与支采气束管通过三通管接头密封连接在一起；
步骤五：先准备好电磁止逆阀，然后移动电磁止逆阀使支采气束管穿过电磁止逆阀内的柔性内阀套，在通过外阀壳上的转接法兰将电磁止逆阀密封连接到注氮气主管路上，之后移动注氮气支管路使支采气束管穿过注氮气支管路，再通过外阀壳上的转接法兰将电磁止逆阀与注氮气支管路密封连接在一起，同时使测温探头移动到防护网内侧；
步骤六：控制电磁止逆阀的环形电磁铁得电，由环形电磁铁对弹性封口环产生径向磁吸力，使弹性封口环处于张开状态，同时使弹簧压杆处于压缩状态，此时注氮气支管路处于导通状态，通过导通的注氮气支管路完成注氮气工作；
步骤七：当注氮气支管路完成注氮气工作后，控制电磁止逆阀的环形电磁铁失电，解除环形电磁铁对弹性封口环产生径向磁吸力，由弹簧压杆输出径向弹簧推力，使弹性封口环变为闭合状态，此时注氮气支管路处于封闭状态，通过测温探头对采空区监测点的温度进行监测，采空区监测点的气体样本依次通过支采气束管和主采气束管进行采集输送。
技术总结