反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法及系统技术方案

本申请提出一种反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法，包括如下过程：将试验箱进行密封处理并获取试验箱的内部尺寸V和试验箱的质量M0，获取原料A组分和B组分的密度，原料A组分和B组分按照一定的比例经过注浆装置混合后注入试验箱中，根据注浆比例计算A组分和B组分的平均密度ρ0，测定试验箱中生成的有毒气体的含量和种类；试验结束后，原料A组分和原料B组分反应后得到的固结体充满试验箱，测定固结体的质量M，计算固结体的密度ρ和膨胀倍数n。可精确测定煤层在注入反应型高分子材料的膨胀倍数，同时可测定释放有毒有害气体成分及含量情况，为反应型高分子材料井下使用的安全性和环保性问题，提供客观的数据支持。提供客观的数据支持。提供客观的数据支持。

【技术实现步骤摘要】
反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法及系统


[0001]本申请涉及气体检测
，尤其涉及一种反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法及系统。

技术介绍

[0002]煤炭是中国的优势资源，储量最丰富、性价比最高、生产能力最大。在碳达峰、碳中和的国家战略背景下，大力推进煤炭的清洁利用有助于推动能源生产消费方式革命。煤炭等传统能源在现阶段仍起着重要作用，未来除了将继续发展新能源，煤炭的高效清洁低碳利用仍将是中国能源战略的重中之重，而且相关技术正在朝着有利的方向发展。
[0003]我国煤炭开采的条件复杂，98％的煤矿为井工开采，平均开采深度在500m以上，超过千米的矿井已有50座，最深达到1501m。随着开采深度的增加，地应力、瓦斯压力、渗透性压力增大。在采掘生产中，随着工作面不断推进，因地质条件复杂多变，经常受到巷道冒顶、煤岩体片帮、工作面冒顶、透水等问题的困扰，影响了煤矿的生产安全。
[0004]反应型高分子材料可以快速地加固围岩、堵塞裂缝匝道，增加煤岩体围岩本体的力学性能，如结构承载力、剪切力、防渗漏性等，防止煤矿井下冒顶、片帮、透水、漏风等事故隐患，提高了煤炭开采的安全性、可靠性和工作效率，在煤矿井下得到广泛的应用。
[0005]经过大量的事故案例分析与现场实验发现，反应型高分子材料大量注入到煤层后很容易出现冒烟、着火等事故，主要表现在两个方面：一是反应过程中放出的大量热量难以移除，导致其实际最高反应温度远高于实验室小样检测的最高温度，很可能引起材料自身燃烧甚至引发煤的自燃；二是材料在反应放热或引发自燃过程中产生的毒性烟气在通风不畅时也可致人熏倒或死亡。现行标准AQ/T 1089
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2020《煤矿加固煤岩体用高分子材料》、NB/T51069
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2017 《煤矿加固煤岩体用高分子材料热安全性能测试方法》，虽然规定了加固用高分子材料最高反应温度及放热安全性能测试方法，但仅采用小样(200ml)对材料的最高反应中心温度及放热量进行了测试，无法对高分子材料大量注入煤层中的放热情况和反应情况进行评估。目前，尚无相关标准或方法对反应型高分子材料井下反应放热安全性与环保性进行规范。

技术实现思路

[0006]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此，本申请的目的在于提出反应型高分子材料注浆过程及固化后的温度及有害气体成分及含量的连续测定方法，可精确测定煤层在注入反应型高分子材料后，其内部的发热情况，并可对比分析其注入反应型高分子材料前后的温度变化情况，并计算出材料的膨胀倍数，通过膨胀倍数能够预判注浆的量及物理机械指标的衡量，表征化学反应的剧烈程度，综合评判注浆效果，同时可测定过程及固化后的释放有毒有害气体成分及含量情况，为反应型高分子材料井下使用的安全性和环保性问题，提供客观的数据支持。
[0008]为达到上述目的，本申请提出的一种反应型材料在井下施工过程中反应的监测方
法，包括如下过程：
[0009]将试验箱进行密封处理并获取试验箱的内部尺寸V和试验箱的质量M0；
[0010]获取原料A组分和B组分的密度，将原料A组分和B组分按照一定的比例经过注浆装置混合后注入试验箱中，根据所述注浆比例计算所述A组分和所述B组分的平均密度ρ0；
[0011]将注浆过程中生成的气体实时的抽入气体分析仪中，测定试验箱中生成的有毒气体的含量和种类；
[0012]试验结束后，原料A组分和原料B组分反应后得到的固结体充满试验箱，测定所述固结体的质量M，通过如下公式计算固结体的密度ρ；
[0013][0014]根据如下公式计算所述固结体的膨胀倍数n；
[0015][0016]进一步地，所述试验箱进行密封处理的具体过程如下：
[0017]在试验箱内部使用一定厚度的塑料薄膜满铺，塑料薄膜的搭接宽度不小于50mm，搭接处提前用注浆材料做好密封。
[0018]进一步地，所述将注浆过程中生成的气体实时的抽入气体分析仪中的具体过程为：通过气体管上的抽气装置将试验箱中的气体以(0.5～3)L/min的速度抽出，气体分析仪以20s/次采集气体浓度数据，待气体浓度曲线趋于稳定后，停止采集。
[0019]进一步地，还包括边注浆边测定试验箱中的实时温度，具体测定方法如下：将多个热电偶布置在试验箱的形心处，并做好固定，开始注浆时连接好热电偶与温度采集仪，每10s采集一次温度数据，记录反应过程中的温度随时间变化情况。
[0020]一种反应型材料在井下施工过程中反应的监测系统，包括：
[0021]试验箱，所述试验箱设置在自动称重装置上，以通过所述自动称重装置实时的对已知内部尺寸的所述试验箱进行称重；
[0022]注浆装置，所述注浆装置连接所述试验箱和料桶，以通过所述注浆装置将所述料桶中的已知密度的原料A组分和B组分按照一定的比例混合后注入试验箱中形成一定膨胀倍数的固结体；
[0023]气体分析仪，所述气体分析仪通过气体管连接所述试验箱，以通入所述试验箱中的原料A组分和原B组分在所述试验箱中反应过程中产生的气体通入所述气体分析仪中进行检测。
[0024]进一步地，所述气体管中设置有干燥装置。
[0025]进一步地，所述试验箱中布置有多个热电偶，所述热电偶连接温度采集仪。
[0026]进一步地，所述注浆装置包括动力抽料机构和注射机构；
[0027]所述动力抽料机构包括三个抽料管，三个所述抽料管上均设置有注塞泵，三个所述抽料管的底端连接料桶，三个所述抽料管上分别连接有第一吸液管、第二吸液管和补液管，第二吸液管和补液管通过三通连接在一个连接管上，第二吸液管和补液管抽取的原料种类相同；
[0028]注射机构包括混合管以及与所述混合管相连通的第一支管和第二支管，所述第一
支管和所述第二支管分别连接所述第一吸液管和所述连接管，以使所述第一吸液管和所述连接管中的两种原料液体分别通过所述第一支管和所述第二支管进入所述混合管中进行混合后注入所述试验箱中进行反应。
[0029]进一步地，所述第一支管和所述第二支管进料端设置有单向阀，所述第一支管和所述第二支管出料端均设置有球阀，以使所述第一吸液管和所述连接管中压力达到一定值时所述球阀打开，所述两种原料液体分别通过所述单向阀后经过所述球阀进入所述混合管中进行混合后注入所述试验箱中。
[0030]进一步地，第一吸液管、第二吸液管和补液管均采用高压软管，三个高压软管上均设置有流量检测组件，用于检测流经所述第一吸液管、所述第二吸液管和所述补液管的原料的流量。
[0031]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0032]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0033]图1是本申请一实施例提出的反应型材料在井下施工过程中反应的监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法，其特征在于，包括如下过程：将试验箱进行密封处理并获取试验箱的内部尺寸V和试验箱的质量M0；获取原料A组分和B组分的密度，将原料A组分和B组分按照一定的比例经过注浆装置混合后注入试验箱中，根据所述注浆比例计算所述A组分和所述B组分的平均密度ρ0；将注浆过程中生成的气体实时的抽入气体分析仪中，测定试验箱中生成的有毒气体的含量和种类；试验结束后，原料A组分和原料B组分反应后得到的固结体充满试验箱，测定所述固结体的质量M，通过如下公式计算固结体的密度ρ；根据如下公式计算所述固结体的膨胀倍数n；2.如权利要求1所述的反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法，其特征在于，所述试验箱进行密封处理的具体过程如下：在试验箱内部使用一定厚度的塑料薄膜满铺，塑料薄膜的搭接宽度不小于50mm，搭接处提前用注浆材料做好密封。3.如权利要求1所述的反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法，其特征在于，所述将注浆过程中生成的气体实时的抽入气体分析仪中的具体过程为：通过气体管上的抽气装置将试验箱中的气体以(0.5～3)L/min的速度抽出，气体分析仪以20s/次采集气体浓度数据，待气体浓度曲线趋于稳定后，停止采集。4.如权利要求1所述的反应型材料在井下施工过程中反应的监测方法，其特征在于，还包括边注浆边测定试验箱中的实时温度，具体测定方法如下：将多个热电偶布置在试验箱的形心处，并做好固定，开始注浆时连接好热电偶与温度采集仪，每10s采集一次温度数据，记录反应过程中的温度随时间变化情况。5.一种反应型材料在井下施工过程中反应的监测系统，其特征在于，包括：试验箱，所述试验箱设置在自动称重装置上，以通过所述自动称重装置实时的对已知内部尺寸的所述试验箱进行称重；注浆装置，所述注浆装置连接所述试验箱和料桶，以通过所述注浆装置将所述料桶中的已知密度的原料A组分和B组分按照一定的比例混合后注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰晶，张素艳，王巍，贺江波，冯海涛，刘永亮，张连军，宋磊，
申请(专利权)人：安标国家矿用产品安全标志中心有限公司，
类型：发明
国别省市：