一种煤与瓦斯突出的监测装置

技术领域

本申请涉及能源技术领域，特别涉及一种煤与瓦斯突出的监测装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是指在压力作用下破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，是一种瓦斯特殊涌出的现象，具有极大的破坏性。

目前预防煤与瓦斯突出的常用方法有三种，第一种是开采前于底抽巷道钻孔，分别埋测压导管和抽采泄压导管，测压导管上设置有压力表，通过压力表监测采区瓦斯压力，抽采泄压导管用于负压抽采瓦斯气体，以降低采区瓦斯压力；第二种是在采区上方设置软岩保护层，利用瓦斯气体上浮的方式抽采瓦斯气体，实现泄压；第三种是在开采中加强通风，通过检测巷道和负压抽采管道的瓦斯浓度，判断煤与瓦斯突出风险。

上述方法需要工作人员频繁下井采集和记录瓦斯压力和瓦斯浓度，不仅耗费大量人工，而且无法做到实时监测，影响煤与瓦斯突出的提前预警。

因此，如何降低预防煤与瓦斯突出耗费的人工，同时实现煤与瓦斯突出的提前预警，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提出了一种煤与瓦斯突出的监测装置，以降低预防煤与瓦斯突出耗费的人工，同时实现煤与瓦斯突出的提前预警。

为了实现上述目的，本申请提供了一种煤与瓦斯突出的监测装置，包括地应力监测组件和瓦斯压力监测组件，

所述地应力监测组件包括应力计和应力传感器，所述应力计用于采集煤层的地应力，所述应力传感器与所述应力计连接，用于测量所述地应力；

所述瓦斯压力监测组件包括瓦斯过滤器和压力传感器，所述瓦斯过滤器与所述应力计同轴布置且连接，所述瓦斯过滤器用于过滤所述瓦斯，所述瓦斯过滤器与所述压力传感器连接，所述压力传感器用于测量瓦斯压力。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，还包括推杆声发射监测组件，包括采集管、传导管、推杆和声发射传感器，

所述采集管用于采集所述煤层的声发射，所述传导管用于传导所述声发射，所述推杆用于传导所述声发射至所述声发射传感器且用于在钻孔内下放所述应力计和所述瓦斯过滤器，

所述采集管安装在所述应力计上，所述传导管与所述采集管连接且安装在所述瓦斯过滤器上，所述推杆与所述传导管连接且与所述声发射传感器连接。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，所述应力计包括压力管、前部支撑架和后部支撑架，

所述压力管的轴线方向的两端分别设置所述前部支撑架和所述后部支撑架，

所述前部支撑架上设置有通孔，所述采集管通过所述通孔插入所述压力管，所述采集管的管壁上开设有与所述压力管的内腔连通的通孔，所述采集管位于所述压力管外的一端设置有用于控制排气的丝堵，

所述后部支撑架与所述采集管位于所述压力管内的一端连接，所述后部支撑架位于所述压力管外的一侧与所述传导管连接，所述后部支撑架上设置有用于与所述压力管的内腔连通的油道，所述油道通过应力导管与所述应力传感器连通。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，所述前部支撑架的前端为圆锥形；和/或，

所述后部支撑架的前端设置有防滑凸起，以增大所述后部支撑架与所述压力管之间的摩擦力。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，所述前部支撑架与所述压力管通过抱箍连接，和/或，所述后部支撑架与所述压力管通过抱箍连接。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，所述瓦斯过滤器包括：

外层过滤管，用于对所述瓦斯进行初步过滤，所述外层过滤管与所述后部支撑架的下端连接；

内层过滤网，位于所述外层过滤管内且绕设在所述传导管上，用于对所述瓦斯进行二次过滤；

下部封板，用于封堵所述外层过滤管的下端，所述传导管上开设有与所述内层过滤网的网孔连通的第一通气孔，所述下部封板上开设有气道，所述气道通过瓦斯导管与所述压力传感器连通，所述传导管上开设有与所述气道连通的第二通气孔。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，所述下部封板上设置有应力导管接头，用于与所述应力导管连接，

所述外层过滤管内设置有用于连通所述油道与所述应力导管接头的导油管，所述导油管绕所述内层过滤网螺旋布置。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，还包括温度传感器，用于测量所述煤层的温度，所述温度传感器安装在所述下部封板上且位于所述外层过滤管的内腔。

优选地，在上述煤与瓦斯突出的监测装置中，所述推杆包括多个同轴布置的短管，相邻所述短管通过螺纹连接。

本申请实施例提供的煤与瓦斯突出的监测装置，集成地应力监测组件和瓦斯压力监测组件，使得煤与瓦斯突出的监测装置能够监测地应力和瓦斯压力两个参数。本方案将不需要进入煤层钻孔的应力传感器和压力传感器留在巷道内，需要进入煤层钻孔的应力计和瓦斯过滤器集成在一起，应力计和瓦斯过滤器同步下井，以在应力计对地应力进行采集的同时瓦斯过滤器对供入压力传感器的瓦斯进行过滤，实现在地应力监测组件对地应力进行监测时瓦斯压力监测组件对瓦斯压力进行监测，不需要频繁下井采集记录数据，降低了人工耗费；应力计实时对地应力进行采集，以实现地应力监测组件实时对地应力进行监测，瓦斯过滤器实时对瓦斯进行过滤，以使瓦斯压力监测组件实时对瓦斯压力进行监测，从而有助于煤与瓦斯突出的提前预警。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的结构示意图；

图2是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的应力计与瓦斯过滤器连接的结构示意图；

图3是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的应力计的结构示意图；

图4是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的应力计的剖视图；

图5是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的瓦斯过滤器的结构示意图；

图6是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的瓦斯过滤器的剖视图；

图7是本申请的煤与瓦斯突出的监测装置的推杆的结构示意图。

2、应力传感器，3、瓦斯过滤器，31、外层过滤管，32、内层过滤网，33、下部封板，4、压力传感器，5、采集管，6、传导管，7、推杆，8、声发射传感器，9、导油管，10、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1-图7。

本申请一些实施例公开了煤与瓦斯突出的监测装置，包括地应力监测组件和瓦斯压力监测组件，其中地应力监测组件用于监测煤层的地应力，瓦斯压力监测组件用于监测煤层的瓦斯压力。

地应力监测组件包括应力计1和应力传感器2，应力计1与应力传感器2连接，应力计1用于采集煤层的地应力，应力传感器2用于测量地应力；

瓦斯压力监测组件包括瓦斯过滤器3和压力传感器4，瓦斯过滤器3用于对进入压力传感器4的瓦斯进行过滤，以防止煤粉阻塞管路，压力传感器4用于检测瓦斯的压力。

本申请公开的煤与瓦斯突出的监测装置，集成地应力监测组件和瓦斯压力监测组件，使得煤与瓦斯突出的监测装置能够监测地应力和瓦斯压力两个参数。本方案将不需要进入煤层钻孔的应力传感器2和压力传感器4留在巷道内，需要进入煤层钻孔的应力计1和瓦斯过滤器3集成在一起，应力计1和瓦斯过滤器3同步下井，以在应力计1对地应力进行采集的同时瓦斯过滤器3对供入压力传感器4的瓦斯进行过滤，实现在地应力监测组件对地应力进行监测时瓦斯压力监测组件对瓦斯压力进行监测，不需要频繁下井采集记录数据，降低了人工耗费；应力计1实时对地应力进行采集，以实现地应力监测组件实时对地应力进行监测，瓦斯过滤器3实时对瓦斯进行过滤，以使瓦斯压力监测组件实时对瓦斯压力进行监测，从而有助于煤与瓦斯突出的提前预警。

应力计1和瓦斯过滤器3在钻孔内的下放可以通过管柱实现，也可以通过推杆声发射监测组件实现。推杆声发射监测组件既具有推杆下放应力计和瓦斯过滤器3的作用，同时具有监测声发射的作用。

通过声发射对地应力测量，能够圈定煤与瓦斯突出的危险地带，为安全生产提供依据。

在应力计1和瓦斯过滤器3在钻孔内通过推杆声发射监测组件下放的实施例中，推杆声发射监测组件包括采集管5、传导管6、推杆7和声发射传感器8。

具体的，采集管5沿应力计1的轴线方向安装在应力计1上，用于采集煤层的声发射；

传导管6与采集管5连接且沿瓦斯过滤器3的轴线方向安装在瓦斯过滤器3上，用于传导声发射；

推杆7与传导管6连接且与声发射传感器8连接。本方案中推杆7具有两个作用，一个作用是将应力计1和瓦斯过滤器3推入指定深度的钻孔内，另一个作用是传递声发射给声发射传感器8。

上述设计方式能够减小用于实现推杆7与声发射传感器8连接的线路的长度，使用于连通推杆与声发射传感器8的线路始终位于巷道，能够降低巷道内杂音对声发射传导的影响。

在本申请的另一些实施例中，推杆可以仅发挥下放应力计1和瓦斯过滤器3的作用，声发射传感器8与传导管6连接。

上述实施例中，瓦斯过滤器3位于应力计1和推杆7之间。

本方案中将采集管5集成在应力计1上，传导管6集成在瓦斯过滤器3上，将需要下入钻孔的采集管5、传导管6、应力计1和瓦斯过滤器3集成在一起，推杆7与瓦斯过滤器3连接，将采集管5、传导管6、应力计1和瓦斯过滤器3一同下入钻孔，进一步降低了人工耗费；应力传感器2、瓦斯压力监测组件和声发射传感器8位于巷道内。

具体的，推杆7组件的长度根据指定钻孔的深度进行设置。

在本申请的另一些实施例中，应力计1位于瓦斯过滤器3和推杆7之间，该实施例中采集管5安装在瓦斯过滤器3内，传导管6安装在应力计1内，推杆7与传导管6连接且与声发射传感器8连接。

如图3和4所示，应力计1包括压力管11、前部支撑架12和后部支撑架13，前部支撑架12和后部支撑架13分别位于压力管11的轴线方向的两端，且用于对压力管11的前端和后端进行支撑，以在压力管11内形成用于盛放液压油的内腔。

前部支撑架12上设置有通孔，采集管5通过排气管插入压力管11，采集管5上开设有与压力管11的内腔连通的通孔。在向压力管11内注入液压油时，压力管11内的气体通过通孔进入采集管5，最终通过采集管5位于前部支撑架12外的一端排出。压力管11内的气体排完后，通过丝堵对采集管5位于前部支撑架12外的一端进行封堵。优选地，丝堵与所述采集管5螺纹连接。该实施例中，采集管5不仅用于采集声发射，而且用于实现应力计1的排气。

前部支撑架12的通孔不仅为采集管5提供了安装基础，而且对采集管5的安装起到了导向作用。此处需要说明的是，采集管5与通孔密封连接，以防应力计1中的液压油自通孔与采集管5之间的缝隙泄漏。

采集管5的长度大于应力计1的长度，采集管5位于压力管11内的一端与后部支撑架13位于压力管11内的一侧连接，以将采集的声发射传递给后部支撑架13。

传导管6与后部支撑架13位于压力管11外的一侧连接，以使后部支撑架13将声发射传递给传导管6。

后部支撑架13上还设置有油道，该油道与压力管11的内腔连通，油道通过应力导管与应力传感器2连通，以传递地应力。

本方案中压力管11是由橡胶和编织钢丝组成的圆管型结构，当压力管11内的压力大于地应力时，压力管11的直径变大，当地应力大于压力管11内的压力时，压力管11的直径变小。煤与瓦斯突出的监测装置工作时，压力管11内预充一定压力的液压油，使压力管11的管壁与钻孔的孔壁接触，以使地应力通过管壁传递给液压油，由于液压油的不可压缩性，压力会通过应力导管传递给应力传感器2。应力传感器2输出电信号给数据采集器，数据采集器再上传至地面服务器。

如图3和4所示，前部支撑架12的端部为圆锥形，以减小应力计1推入钻孔的阻力。

为了增大后部支撑架13与压力管11之间的摩擦力，本申请在后部支撑架13的前端设置有防滑凸起。优选地，防滑凸起为锯齿形凸起。

为了防止应力计1内部压力增高造成压力管11内的液压油自压力管11与前部支撑架12和后部支撑架13的连接位置泄漏，优选地，前部支撑架12与压力管11通过抱箍连接，后部支撑架13与压力管11通过抱箍连接。

瓦斯过滤器3包括外层过滤管31、内层过滤网32和下部封板33。

外层过滤管31位于瓦斯过滤器3的最外层，不仅用于承受外部煤层压力，而且对经过外层过滤管31的瓦斯进行初步过滤，阻挡大颗粒煤粉进入外层过滤管31内部。

内层过滤网32位于外层过滤管31内且绕设在传导管6上，用于对瓦斯进行二次过滤，以滤除瓦斯中的小颗粒煤粉，得到纯净瓦斯。内层过滤网32的强度低，传导管6对内层过滤网32进行支撑，以防内层过滤网32变形。优选地，内层过滤网32与传导管6阻焊连接。

下部封板33与外层过滤管31的下端连接，用于封堵筛管的下端。传导管6上开设有与内层过滤网32的网孔连通的第一通气孔，使得经过内层过滤网32过滤后的瓦斯进入传导管6内；下部封板33上开设有气道，气道通过瓦斯导管与压力传感器4连通，相应的，传导管6上开设有与气道连通的第二通气孔，以将进入传导管6的瓦斯引入瓦斯导管。

瓦斯导管包括阴接头、气管和阳接头，其中阴接头与气道连通，阳接头与压力传感器4连通，气管的长度根据使用工况调整。优选地，下部封板33上设置有用于与阴接头连接的瓦斯导管接口。

下部封板33上还设置有应力导管结接头，该应力导管接头与应力导管连接。

在本申请的一些实施例中，应力导管包括接头、油管和加压阀总成，其中接头焊接在瓦斯过滤器3的应力导管接口上，油管的长度根据使用工况调整，加压阀总成与应力传感器2连接，加压阀总成有用于向压力管11补充液压油的注油口和相关联的锁止结构。

下部封板33上设置有应力导管接头，应力导管接头与应力导管连接。本申请公开的煤与瓦斯突出的监测装置的外层过滤管31内设置有用于连通油道与应力导管接头的导油管9，导油管9绕内层过滤网32螺旋布置。该种设置方式将用于实现油道与应力导管接头连通的导油管9隐藏在外层过滤管31内，减少油管外露，降低油管损伤的风险。

为了实现推杆7的长度可调，本方案中推杆7包括多个短管，相邻短管通过螺纹连接。

在本申请的一些实施例中，如图7所示，短管的两端分别设置有外螺纹，相邻短管通过设置有内螺纹的连接管连接。

在本申请的另一些实施例中，短管的一端开设内螺纹，短管的另一端开设外螺纹，相邻短管通过内螺纹与外螺纹配合连接。

为了进一步优化上述技术方案，本申请公开的煤与瓦斯突出的监测装置还包括温度传感器10，用于测量煤层温度。

本方案中温度传感器10安装在下部封板33上且位于外层过滤管31的内腔。

该实施例公开的煤与瓦斯突出的监测装置集成地应力监测组件、瓦斯压力监测组件、声发射监测组件和温度传感器，能够监测地应力、瓦斯压力、声发射和温度四个参数。

本方案公开的煤与瓦斯突出的监测装置可在采区开采前采集原始的地应力和原始的瓦斯压力、声发射及温度数据，为煤与瓦斯突出风险等级划分提供基础预警数据；在采取开采中可实时监测地应力变化、瓦斯压力变化、声发射能量及频次变化和温度变化，为煤与瓦斯突出的监测提供实时数据。

本方案公开的煤与瓦斯突出的监测装置将地应力监测组件、瓦斯压力监测组件、推杆声发射监测组件和温度传感器10集合于一体，形成多参量监测装置，一次安装即可同时收集四类数据，不需要频繁下井采集记录数据，大大减少工作量。

本申请将地应力、瓦斯压力、声发射和温度多个参数至少两两进行结合，对煤与瓦斯突出进行综合分析，相对于仅通过瓦斯压力或瓦斯浓度预防煤与瓦斯突出的方式，提高了预防煤与瓦斯突出的可靠性。

本方案公开的煤与瓦斯突出的监测装置采集地应力、瓦斯压力、声发射和温度等参数，通过无线或有线方式上传至监测分站，监测分站通过以太网将数据发送到地面服务器端，地面服务器端通过分析地应力分布及变动、瓦斯压力分布及变动、声发射和温度等多参数信息，综合评判划分采区煤与瓦斯突出风险等级，实现采前、采中和采后的等级划分以及风险预警。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。