CN102996179A - 一种煤层顶板漏风检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层顶板漏风检测方法，恒量释放示踪气体，利用便携式示踪气体采集仪，在单一采样点采集气样，测试大范围内漏风的最短路径和计算最大漏风风速；测试参数包括示踪气体开始释放时间，采样点采集到示踪气体的时间，便携式示踪气体采集仪不能采集到示踪气体的临界点和临界点距离采样点的距离，风巷平均风速；利用巷道风流平均流速和采样点和临界点间距离，求得示踪气体在风巷流动时间，计算示踪气体在煤层顶板内运移的最短时间；再根据释放点与临界点间距离求解漏风风速；释放点和临界点之间连线即为漏风最短路径。本发明不需要借助大量的采样点和精密的气样分析，也不需要长时间的连续采样，成本低廉、操作简单、准确性高。

Description

一种煤层顶板漏风检测方法

技术领域

本发明涉及一种煤层顶板漏风检测方法，属于煤矿开采领域。

背景技术

厚煤层分层开采是煤炭开采方法之一，上分层开采后，将形成采空区，煤层上部岩层垮落并堆积在下分层上方，随着开采的进行，上部岩石堆积时间变长，冒落岩石逐渐被其上部的岩层压实，但仍然存在气体流动通道。当开采下分层时，在矿井通风机负压作用下，这些气体流动通道两端产生风压差，从而造成少量风流流过下分层上部，形成漏风。

矿井漏风不仅浪费通风能量，降低矿井有效风量率，使用风地点需风不足，而且连续的漏风加速了漏风路径上煤炭的供氧，容易造成煤炭自燃、瓦斯异常涌出、甚至瓦斯爆炸等事故。漏风使矿井通风管理的难度增加，给矿井安全生产埋下重大隐患，因此，检测漏风路径和漏风风速或漏风风量非常必要。

传统测漏风检测主要有两种方法：一种是直接测风法，另一种是示踪气体法。

直接测风法是利用风表测量漏风源（汇）处巷道的风流上风侧和下风侧风量，直接将漏风源（汇）上、下风侧的风量相加减，即得漏风风量。该方法是在明确漏风通道或漏风源（汇）时才可用。且风表测量风量时，人为误差较大，测量结果不够准确。当漏风量很小时，测量误差往往大于漏风量。所以漏风较小时，不宜采用风表测量漏风量。

示踪气体法可测试漏风通道，也可测试漏风量。

测试漏风通道时，采取的方法是在风流能位较高的地点释放示踪气体（一般采用SF₆和/或1211，脉冲释放的方式），利用风流带动示踪气体流动，在预计可能出现示踪气体的地点布置一系列采样点，当采样地点采集到示踪气体时，说明释放点与采集点之间存在漏风通道。为了确定漏风可能通道，往往需要布置大量采样点，每一个采样点均采用人工采样，采样时间往往也较长，根据研究范围和漏风的特点，采样时间从几十分钟到几小时甚至是几十小时不等，该方法耗时耗力，成本较高。即便如此，由于气体采样地点的有限性，用此方法测试的漏风通道与实际漏风通道之间往往有一定偏差，相应的,以此求算的漏风风速也就不准。

测试漏风风量时，一般在漏风汇的上风侧释放示踪气体（需要采取恒量释放法），在释放点下风侧不同地点采集气样，考察不同采样点示踪气体浓度是否存在差异，若存在差异，表明两采样地点间存在漏风流入的情况，此时可以通过两点间浓度差值大小，计算两点间漏风风量。由于漏风量小，释放的示踪气体流量有明确的要求（一般较小），偏大或偏小均不能有效反应漏风大小。可以看出，测试漏风风量的前提是准确判断漏风路径，路径判断不准，漏风量的测试结果也就不正确。而且为了采集并分析微量气体浓度的变化，需要借助专门的气相色谱仪进行分析，整个测试、分析过程同样繁琐、昂贵。

可见，煤矿漏风路径的准确测试是一项非常困难的工作，为了高效准确测试漏风，需要一种简单、低廉的新方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种针对下分层工作面（或煤层群开采工作面）顶板的新型、简单、高效、低廉漏风路径及漏风风速测试方法。

为了实现该目的，本发明采取的技术方法是：

一种煤层顶板漏风检测方法，其特征在于：恒量释放示踪气体，利用便携式示踪气体采集仪，在单一采样点采集气样，测试大范围内漏风的最短路径和计算漏风最大风速；具体方法包括以下步骤：

在工作面待测区域机巷某点A上帮向煤层顶板打钻，钻孔深度穿透煤层0.5m即可，在钻孔内埋设气体释放管，释放管端头设0.5m长的花管，释放管下端伸出钻孔0.3m即可，除花管段外，释放管与钻孔间注浆封堵，确保不漏气。释放管外端设连接装置，与示踪气体释放装置相连。示踪气体采用恒量释放，记录开始释放时间t₁和释放流量q。与此同时，安排人员在待测区域风巷外口C点，采用便携式示踪气体检测仪，检测示踪气体。当检测到示踪气体时，记录示踪气体到达时间t₂。此时，人员开始沿工作面风巷逆风行走，边走边测试示踪气体，当在风巷某点B检测不到示踪气体时（检测到示踪气体的临界点），测量人员行走的距离L_CB，并测量B点巷道风流风速V_BC，计算风流由B点流至C点花费时间⊿t₂=L_CB/V_BC。

由于漏风风速远远小于巷道风流速度，检测到示踪气体的临界点（B点），即为A点释放的最先到达工作面风巷的地点。工作面顶板A点最短漏风路径即为直线AB，可以依据A点和B点的坐标位置，求得距离L_AB，漏风风速V_AB=L_AB/( t₂- t₁-⊿t₂）。

本测试方法中需要测试的参数主要有：示踪气体开始释放时间t₁和释放流量q，示踪气体到达风巷外口时间t₂，人员在风巷行走距离L_BC，以及风巷风速V_B，再根据A点和B点的位置计算L_AB，即可求算最短漏风路径和漏风风速。

本发明的优点在于：

本发明以一种非常简单的方法准确测算出了下分层工作面顶板漏风路径及漏风风速；本发明的测试方法既不需要借助大量的采样点和精密的气样分析，也不需要长时间的连续采样，是一种成本低廉、操作简单、准确性高的快速漏风检测方法。

附图说明

图1为某煤矿22072下分层工作面示踪气体释放点及示踪气体采样点示意图。

图中标号：1—轨道下山，2—回风下山，3—22072机巷，4—22072风巷，5—采空区，6—示踪气体弥散区域，A—示踪气体释放点，B—示踪气体运移临界点，C—采样点。

具体实施方式

实施例

参阅图1，以某煤矿22072下分层工作面漏风测试为例。

一种煤层顶板漏风检测方法，包括以下步骤：

1、在图1中A点位置巷道上帮，向煤层打钻孔，钻孔穿透煤层0.5m。

2、向钻孔下直径φ=12.5mm、前端有0.5m花管的镀锌钢管，作为示踪气体释放管，释放管前端抵达钻孔最里端，外面伸出钻孔外0.3m，以便连接示踪气体释放装置。

3、采用注浆法封堵除花管外的示踪气体释放管与钻孔之间的空隙，确保不漏气。

4、连接示踪气体恒量释放装置与释放钻孔，准备释放示踪气体。

5、安排人员在图1中C点，采用便携式示踪气体检测仪，检测示踪气体。

6、人员在A点释放示踪气体，记录释放时间t₁(9:35)和释放流量q(30L/min)。

7、C点人员检测到示踪气体时，记录检测到的时间t₂(10:02)。

8、人员从C点沿风巷缓慢走向B点，边走边用示踪气体检测仪检测示踪气体，此时仪器一直能够检测到示踪气体。

9、当走至图1中的B点时，仪器检测不到示踪气体，记录B点位置，并测量人员走过的距离L_CB=420m，为确保测试准确，从B点逆风继续行走50m均未检测到示踪气体。

10、测量风巷内风流的平均风速V_BC =1.005m/s。

11、根据A、B两点位置，求算示踪气体流动最短路径，直线AB距离L_AB=196.44m，AB与机巷夹角（锐角）θ=48.6°。

12、根据风巷风流速度V_BC和CB两点间距离L_CB，计算首次检测到前，示踪气体在风巷内运移时间⊿t₂=420/1.005=417.9s。

13、计算示踪气体在下分层工作面顶板运移时间⊿t₁=t₂- t₁-⊿t₂=1202.1s。

14、计算示踪气体在下分层工作面顶板运移的最快速度V_AB=L_AB/⊿t₁=0.16m/s。此速度即为下分层工作面顶板漏风最大风速。

以上所述，仅是本发明的说明示例，并非对本发明的任何限制，凡是根据本发明技术实质对上述示例所作的任何简单修改、变更，均仍属本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种煤层顶板漏风检测方法，其特征在于：恒量释放示踪气体，利用便携式示踪气体采集仪，在单一采样点采集气样，测试大范围内漏风的最短路径和计算漏风最大风速；具体方法包括以下步骤：

（1）在工作面待测区域机巷某点A上帮向煤层顶板打钻，钻孔深度穿透煤层0.4-0.8m，在钻孔内埋设气体释放管，释放管端头设0.4-0.8m长的花管，释放管下端伸出钻孔0.2-0.4m，除花管段外，释放管与钻孔间注浆封堵，确保不漏气，释放管外端设连接装置，与示踪气体释放装置相连；

（2）示踪气体释放装置恒量释放示踪气体，记录开始释放时间t₁和释放流量q；与此同时，安排人员在待测区域风巷外口C点，采用便携式示踪气体检测仪，检测示踪气体；

（3）当检测到示踪气体时，记录示踪气体到达时间t₂；此时，人员开始沿工作面风巷逆风行走，边走边测试示踪气体，当在风巷某点B检测不到示踪气体时即为检测到示踪气体的临界点，测量人员行走的距离L_CB，并测量B点巷道风流风速V_BC，计算风流由B点流至C点花费时间⊿t₂=L_CB/V_BC；

（4）由于漏风风速远远小于巷道风流速度，检测到示踪气体的临界点B点，即为A点释放的最先到达工作面风巷的地点；工作面顶板A点最短漏风路径即为直线AB，可以依据A点和B点的坐标位置，求得距离L_AB，漏风风速V_AB=L_AB/( t₂- t₁-⊿t₂）。