СИСТЕМА ОТБОРА ПРОБ ДЛЯ ПРОВЕРКИ В ОТНОШЕНИИ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПРИ ЗАКЛАДКЕ ПУСТОЙ УГОЛЬНОЙ ПОРОДОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА УГОЛЬНЫХ ШАХТ Российский патент 2020 года по МПК G01N1/14 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к системе отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт.

Уровень техники

[0002] В последние годы скорость добычи угля привела к ускорению исчерпания ресурсов в шахтах. Поскольку в Китае ведется серьезное освоение угольных пластов «под тремя территориями» (под зданиями, под железной дорогой и под водоемами), технология добычи угля с закладкой твердого материала за счет комплексной механизации является одной из экологичных технологий добычи угля, предназначенных для решения проблемы существующих в Китае угольных пластов «под тремя территориями», проблемы выгрузки пустой угольной породы и проблемы земельных ресурсов, и широко применяется во многих месторождениях.

[0003] После заполнения пустой породой выработанного пространства, под действием устройств для механической трамбовки позади крепи для добычи угля с закладкой образуется плотная структура; поскольку под землей темно и сыро, часть пустой породы, заполняющей выработанное пространство, может непосредственно находиться в проходящих рядом шахтных водах, к которым в основном относится вода, вытекающая из трещин кровли перекрывающего пласта, вода, пробивающаяся из дна, и вода, пробивающаяся из разрабатываемого угольного пласта; после укрепления выработанного пространства пустая угольная порода длительное время пропитывается шахтными водами, и микрогранулы в пустой угольной породе в воде могут становиться взвешенными веществами, при этом после растворения в воде содержащиеся в них ионы некоторых тяжелых металлов загрязняют водные объекты, вмещающие породы и другие экологические среды, и определенным образом портят протекающие рядом подземные воды. Поэтому в отношении водных объектов в выработанном пространстве угольных шахт, заполненном пустой угольной породой, необходима точная проверка в реальном времени на ионы тяжелых металлов. Однако, поскольку выработанное пространство является закрытым пространством, в выработанном пространстве после обратной закладки взятие пробы воды является очень трудным, особенно взятие проб в разных точках выработанного пространства, поскольку на сегодняшний день в принципе нет эффективных способов осуществления этого.

[0004] Разрабатываются системы и способы отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов в выработанном пространстве, заполненном пустой породой; поскольку проверка и контроль в отношении ионов тяжелых металлов в воде, скопившейся в шахтах, после заполнения пустой породой имеют важное значение, они также являются актуальными технологическими требованиями для работы в угольном забое.

Суть изобретения

[0005] Согласно настоящему изобретению для решения технической задачи, заключающейся в компенсации недостатков современных технологий, связанных, в частности, с тем, что взятие проб весьма затруднительно, поскольку выработанное пространство является закрытым пространством, предложена система отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт. Систему согласно настоящему изобретению последовательно устанавливают за опорными конструкциями по мере подвигания разрабатываемого забоя; по выработанному пространству равномерно распределены точки отбора проб для равномерного отбора проб в реальном времени.

[0006] Согласно настоящему изобретению система отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт содержит определенное количество устройств для сбора проб и трубы для отбора проб, связанные с одинаковым количеством устройств для сбора проб. Система отличается тем, что:

Указанные устройства для сбора проб расположены в выработанном пространстве рядами через определенные промежутки параллельно угольному забою; устройства для сбора проб в каждом ряду размещены через определенные промежутки; каждое устройство для сбора проб представляет собой одну точку отбора проб; каждое устройство для сбора проб выполнено в сообщении с одной из указанных труб для отбора проб; указанные трубы для отбора проб размещены в очистной выработке забоя и соединены с водяными насосами снаружи выработанного пространства.

[0007] Указанные определенные промежутки составляют предпочтительно от 30 м до 50 м.

[0008] Указанные устройства для сбора проб представляют собой цилиндрические трубы; внутри цилиндрических труб установлено несколько водонепроницаемых пластин, при этом водонепроницаемые пластины проходят через продольную центральную ось цилиндрической трубы; внутренняя часть цилиндрических труб равномерно разделена на несколько продольных каналов с сечением в виде сектора. В одном из продольных каналов выполнено водопропускное отверстие; в водопропускном отверстии установлена сетка водопропускного отверстия. Указанные цилиндрические трубы закреплены на опорных элементах; в расположенном внизу продольном канале установлено устройство для отслеживания давления воды.

[0009] Количество устройств для сбора проб в каждом ряду меньше или равно количеству продольных каналов, на которые разделена внутренняя часть устройства для сбора проб; устройства для сбора проб в каждом ряду последовательно соединены друг с другом посредством соединительных труб. Указанные соединительные трубы также представляют собой цилиндрические трубы и посредством водонепроницаемых пластин равномерно разделены на несколько продольных каналов с сечением в виде сектора, при этом количество каналов в них такое же, как в устройствах для сбора проб. Продольные каналы в каждом устройстве для сбора проб и продольные каналы в каждом соединительном приспособлении соответственно соединены друг с другом с образованием сквозных каналов, при этом водопропускные отверстия устройств для сбора проб расположены на разных сквозных каналах. С указанными трубами для отбора проб выполнены в сообщении концы соответствующих сквозных каналов.

[0010] Указанные устройства для сбора проб и соединительные трубы представляют собой предпочтительно стальные трубы или прочные нейлоновые трубы.

[0011] Процесс размещения системы отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт и отбора проб согласно настоящему изобретению следующий:

1. По мере подвигания угольного забоя за опорными конструкциями через определенный промежуток, составляющий от 30 м до 50 м, и параллельно угольному забою размещают устройства для сбора проб; посредством соединительных труб устройства для сбора проб соединяют друг с другом с образованием колонны соединенных труб; каждое устройство для сбора проб представляет собой одну точку измерения. Затем после подвигания забоя на определенное расстояние размещают еще один ряд устройств для сбора проб, при этом ряды располагают через одинаковые промежутки, а соседние устройства для сбора проб в одном ряду - на одинаковом расстоянии друг от друга. Тогда точки измерения размещены квадратом (промежутки между всеми точками измерения одинаковы). Поскольку один сквозной канал содержит водопропускное отверстие только одного устройства для сбора проб, расположенное на нем, то в указанный сквозной канал попадает проба воды из места размещения только указанного устройства для сбора проб, и проба воды, собранная в указанном сквозном канале, представляет собой пробу воды из точки измерения в месте размещения указанного устройства для сбора проб.

[0012] 2. После подвигания забоя посредством устройств для отслеживания давления воды отслеживают давление воды Р на дне выработанного пространства; на основании формулы P=ρgh определяют высоту h воды, скопившейся в выработанном пространстве; если высота больше чем 30 сантиметров, то посредством водяных насосов по трубам для отбора проб выводят пробы воды из сквозных каналов.

[0013] 3. Каждое устройство для сбора проб в качестве точки измерения нумеруют (например, расположенному в первом ряду первому устройству присваивают номер «11», а расположенному во втором ряду первому устройству присваивают номер «21»); на основании интервалов между взятием проб определяют место в выработанном пространстве, соответствующее месту взятия пробы. На основании разных концентраций, определенных в разных местах, анализируют особенности содержания и миграции ионов тяжелых металлов, а также характер ослабления ионной силы для оценки ионов тяжелых металлов в выработанном пространстве.

[0014] Согласно настоящему изобретению можно из закрытого выработанного пространства отбирать воду, скопившуюся в шахтах, и можно определять концентрацию ионов тяжелых металлов в отдельных местах выработанного пространства, чтобы получить достоверное распределение ионов тяжелых металлов в выработанном пространстве, а также обеспечивается средство для отбора проб с целью дальнейшего анализа загрязнения выработанного пространства тяжелыми металлами.

Описание прилагаемых графических материалов

[0015] Фиг. 1 представляет собой схему расположения системы отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт согласно настоящему изобретению.

[0016] Фиг. 2 представляет собой объемное схематическое изображение устройства для сбора проб согласно настоящему изобретению.

[0017] Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение сверху устройства для сбора проб согласно настоящему изобретению.

[0018] Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение сбоку устройства для сбора проб согласно настоящему изобретению.

Конкретные способы осуществления

[0019] Ниже настоящее изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые графические материалы.

[0020] Как показано на фиг. 1, согласно настоящему изобретению система отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт содержит определенное количество устройств 1 для сбора проб, соединительные трубы 2 и трубы 3 для отбора проб, связанные с одинаковым количеством устройств для сбора проб.

[0021] Указанные устройства 1 для сбора проб расположены в выработанном пространстве рядами через определенный промежуток, составляющий 40 м, параллельно угольному забою, при этом каждый ряд устройств 1 для сбора проб размещен через определенный промежуток, составляющий 40 м, и каждое устройство для сбора проб представляет собой одну точку отбора проб.

[0022] Указанные устройства 1 для сбора проб представляют собой цилиндрические трубы, при этом применяются стальные трубы или прочные нейлоновые трубы, у которых длина составляет 10 м, а диаметр составляет 0,15 м. Внутри цилиндрических труб установлено несколько водонепроницаемых пластин 4, при этом водонепроницаемые пластины проходят через продольную центральную ось цилиндрической трубы; внутренняя часть цилиндрических труб равномерно разделена на шесть продольных каналов 7 с сечением в виде сектора. В одном из продольных каналов выполнено водопропускное отверстие 6; в водопропускном отверстии установлена сетка водопропускного отверстия. Указанные цилиндрические трубы закреплены на опорных элементах 5; в расположенном внизу продольном канале установлено устройство 8 для отслеживания давления воды.

[0023] Поскольку количество продольных каналов в устройстве для сбора проб равно шести, то количество устройств для сбора проб в каждом ряду равно самое большее шести. В этом варианте осуществления в каждом ряду установлено четыре устройства для сбора проб; устройства для сбора проб в каждом ряду последовательно соединены друг с другом посредством соединительных труб 2. Указанные соединительные трубы 2 также представляют собой цилиндрические трубы, у которых длина составляет 10 м, а диаметр составляет 0,15 м, при этом применяются стальные трубы или прочные нейлоновые трубы, и у которых внутренняя часть посредством водонепроницаемых пластин равномерно разделена на шесть продольных каналов с сечением в виде сектора, при этом в соединительных трубах 2 нет водопропускного отверстия. Продольные каналы в каждом устройстве для сбора проб и продольные каналы 7 в каждом соединительном приспособлении соответственно соединены друг с другом с образованием сквозных каналов; один сквозной канал содержит водопропускное отверстие 6 только одного устройства для сбора проб, расположенное на указанном сквозном канале. Следовательно, предусмотрено четыре сквозных канала, содержащих водопропускное отверстие 6. Концы этих четырех сквозных каналов проходят в одну указанную трубу 3 для отбора проб; в этом варианте осуществления на конце каждого ряда предусмотрена одна из четырех труб 3 для отбора проб. Трубы 3 для отбора проб размещены в очистной выработке и соединены с водяными насосами снаружи выработанного пространства.

[0024] Процесс размещения системы отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт и отбора проб согласно настоящему изобретению следующий:

1. По мере подвигания угольного забоя за опорными конструкциями через определенный промежуток, составляющий от 30 м до 50 м, и параллельно угольному забою размещают устройства для сбора проб; посредством соединительных труб устройства для сбора проб соединяют друг с другом с образованием колонны соединенных труб; каждое устройство для сбора проб представляет собой одну точку измерения. Затем после подвигания забоя на определенное расстояние размещают еще один ряд устройств для сбора проб, при этом ряды располагают через одинаковые промежутки, а соседние устройства для сбора проб в одном ряду - на одинаковом расстоянии друг от друга. Тогда точки измерения размещены квадратом (промежутки между всеми точками измерения одинаковы). Поскольку один сквозной канал содержит водопропускное отверстие только одного устройства для сбора проб, расположенное на нем, то в указанный сквозной канал попадает проба воды из места размещения только указанного устройства для сбора проб, и проба воды, собранная в указанном сквозном канале, представляет собой пробу воды из точки измерения в месте размещения указанного устройства для сбора проб.

[0025] 2. После подвигания забоя посредством устройств для отслеживания давления воды отслеживают давление воды Р на дне выработанного пространства; на основании формулы P=ρgh определяют высоту h воды, скопившейся в выработанном пространстве; если высота больше чем 30 сантиметров, то посредством водяных насосов по трубам для отбора проб выводят пробы воды из сквозных каналов.

[0026] 3. Каждое устройство для сбора проб в качестве точки измерения нумеруют (например, расположенному в первом ряду первому устройству присваивают номер «11», а расположенному во втором ряду первому устройству присваивают номер «21»); на основании интервалов между взятием проб определяют место в выработанном пространстве, соответствующее месту взятия пробы. На основании разных концентраций, определенных в разных местах, анализируют особенности содержания и миграции ионов тяжелых металлов, а также характер ослабления ионной силы для оценки ионов тяжелых металлов в выработанном пространстве.

Изобретение относится к системе отбора проб для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт. Предлагается система отбора проб воды для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт, содержащая устройства для сбора проб и трубы для отбора проб, связанные с одинаковым количеством устройств для сбора проб, указанные устройства для сбора проб расположены в выработанном пространстве рядами через промежутки на основании фактической длины забоя в направлении подвигания забоя; ряды устройств для сбора проб размещены на одинаковом расстоянии друг от друга; устройства для сбора проб установлены за крепью по мере подвигания угольного забоя; каждое устройство для сбора проб представляет собой одну точку отбора проб; каждое устройство для сбора проб выполнено в сообщении с одной из указанных труб для отбора проб; указанные трубы для отбора проб размещены в очистной выработке забоя и соединены с водяными насосами снаружи выработанного пространства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система отбора проб воды для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт, содержащая устройства для сбора проб и трубы для отбора проб, связанные с одинаковым количеством устройств для сбора проб; отличающаяся тем, что

указанные устройства для сбора проб расположены в выработанном пространстве рядами через промежутки на основании фактической длины забоя в направлении подвигания забоя; ряды устройств для сбора проб размещены на одинаковом расстоянии друг от друга; устройства для сбора проб установлены за крепью по мере подвигания угольного забоя; каждое устройство для сбора проб представляет собой одну точку отбора проб; каждое устройство для сбора проб выполнено в сообщении с одной из указанных труб для отбора проб; указанные трубы для отбора проб размещены в очистной выработке забоя и соединены с водяными насосами снаружи выработанного пространства.

2. Система отбора проб воды для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт по п. 1, отличающаяся тем, что указанные промежутки составляют от 30 м до 50 м.

3. Система отбора проб воды для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт по п. 1, отличающаяся тем, что указанные устройства для сбора проб представляют собой цилиндрические трубы; внутри цилиндрических труб установлено несколько водонепроницаемых пластин, при этом водонепроницаемые пластины проходят через продольную центральную ось цилиндрической трубы; внутренняя часть цилиндрических труб равномерно разделена на несколько продольных каналов с сечением в виде сектора; в одном из продольных каналов выполнено водопропускное отверстие; в водопропускном отверстии установлена сетка водопропускного отверстия; указанные цилиндрические трубы закреплены на опорных элементах; в расположенном внизу продольном канале установлено устройство для отслеживания давления воды;

количество устройств для сбора проб в каждом ряду меньше или равно количеству продольных каналов, на которые разделена внутренняя часть устройства для сбора проб; устройства для сбора проб в каждом ряду последовательно соединены друг с другом посредством соединительных труб; указанные соединительные трубы представляют собой цилиндрические трубы и посредством водонепроницаемых пластин равномерно разделены на несколько продольных каналов с сечением в виде сектора, при этом количество каналов в них такое же, как в устройствах для сбора проб; продольные каналы в каждом устройстве для сбора проб и продольные каналы в каждом соединительном приспособлении соответственно соединены друг с другом с образованием сквозных каналов, при этом водопропускные отверстия устройств для сбора проб расположены на разных сквозных каналах; с указанными трубами для отбора проб выполнены в сообщении концы соответствующих сквозных каналов.

4. Система отбора проб воды для проверки в отношении ионов тяжелых металлов при закладке пустой угольной породой выработанного пространства угольных шахт по п. 3, отличающаяся тем, что указанные устройства для сбора проб, трубы для отбора проб и соединительные трубы представляют собой стальные трубы или прочные нейлоновые трубы.