CN104296944A - 一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，包括：在所述浅埋煤层煤矿地表的漏风源释放示踪气体，在所述矿井下采空区的漏风汇接收多个所述示踪气体信号；获取接收每个所述示踪气体信号的时刻，所述漏风源和所述漏风汇的压力差作为对应时刻的标示压力差，将对应时刻的所述示踪气体的漏风流速作为标示流速；根据所有所述标示压力差与对应的所述标示流速，建立标示压力差与标示流速关系。本发明得到标示压力差与标示流速关系。该标示压力差与标示流速关系可以用于将压力差与流速进行相互转换。压力差的测试能够长期进行，因此可以将对漏风流速的监测，转换为对压力差的监测，从而实现对漏风情况的监测。

Description

一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法

技术领域

本发明涉及煤炭采集相关技术领域，特别是一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法。

背景技术

矿井自燃火灾严重影响企业的安全生产，制约企业发展。煤炭自燃导致的矿井火灾，常常造成人员伤亡，设备破坏，是危害我国煤矿安全生产的主要灾害之一。漏风是造成采空区遗煤及碎裂煤柱自然发火的必要条件之一。浅埋煤层开采，受采动影响，极易造成地表塌陷，形成采空区地表漏风。

浅埋煤层高强度开采，受到煤层开采影响，引起塌陷，使采空区地表形成许多裂缝，不易封闭，在矿井负压通风的作用下，空气从地表渗入采空区，并从采煤工作面流出，存在较为明显的采空区地表漏风现象。地表漏风导致采空区氧浓度很高，使采空区遗煤自燃危险性增加。

漏风流速需要采用示踪气体进行测定，然而，在媒体开采过程中不可能长期释放示踪气体，因此，现有技术并未能很好地监测漏风流速。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术未能很好地监测漏风流速的技术问题，提供一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法。

一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，包括：

在所述浅埋煤层煤矿地表的漏风源释放示踪气体，在所述矿井下采空区的漏风汇接收多个所述示踪气体信号；

获取接收每个所述示踪气体信号的时刻，所述漏风源和所述漏风汇的压力差作为对应时刻的标示压力差，将对应时刻的所述示踪气体的漏风流速作为标示流速；

根据所有所述标示压力差与对应的所述标示流速，建立标示压力差与标示流速关系。

本发明研究了浅埋煤层煤矿的工作面的地表与采空区漏风规律，通过示踪气体获得对应的标示流速，并获取同一时刻的漏风源和漏风汇的压力差作为标示压力差，从而得到标示压力差与标示流速关系。该标示压力差与标示流速关系可以用于将压力差与流速进行相互转换。压力差的测试能够长期进行，因此可以将对漏风流速的监测，转换为对压力差的监测，从而在压力差超过阈值时提出报警，实现对对采空区煤层自燃进行预测，以便有针对性的采取措施消除地表漏风，对防止煤层自燃，保障矿井安全生产具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法的工作流程图。

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详细的说明。

如图1所示为本发明一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法的工作流程图，包括：

步骤S101，在所述浅埋煤层煤矿地表的漏风源释放示踪气体，在所述矿井下采空区的漏风汇接收多个所述示踪气体信号；

步骤S102，获取接收每个所述示踪气体信号的时刻，所述漏风源和所述漏风汇的压力差作为对应时刻的标示压力差，将对应时刻的所述示踪气体的漏风流速作为标示流速；

步骤S103，根据所有所述标示压力差与对应的所述标示流速，建立标示压力差与标示流速关系。

通过步骤S101～步骤S103，得到多个标示压力差与对应的标示流速，从而建立标示压力差与标示流速关系，该关系可以采用表格形式或者函数形式表示。建立函数的方式可以采用现有的曲线拟合或者最小二乘法方式获得。

所得的标示压力差与标示流速关系，可以用于将流速转换为压力差，压力差的测试能够长期进行，因此可以将对漏风流速的监测，转换为对压力差的监测，从而实现对浅埋煤层煤矿的漏风情况的长期监测。

其中，由于岩体的裂缝较多，因此会形成多个不同的漏风通道，可以从不同的浓度区分示踪气体所经过的不同漏风通道而到达漏风汇。

在其中一个实施例中，所述示踪气体的漏风流速，采用如下方式获得：

获取所述漏风源和所述漏风汇的距离作为漏风距离；

获取从释放所述示踪气体到检测到所述示踪气体所经历的时间作为漏风时间；

根据所述漏风距离和所述漏风时间计算所述漏风流速。

漏风距离L可据漏风源和漏风汇二点的坐标(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)确定：

$L=\sqrt{{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2+{(z_1-z_2)}^2}.$

则根据示踪气体流过漏风源和漏风汇之间的时间可以计算出漏风速度：v＝L/t，

式中：v为漏风速度，m/s

L为漏风距离，m；

t为从释放示踪气体到检测到示踪气体所经历的时间，min。

在其中一个实施例中，所述漏风源和所述漏风汇的压力差，采用如下方式获得：

获得所述漏风源的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据所述漏风源的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算漏风源空气密度ρ1；

获得所述漏风汇的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据所述漏风汇的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算漏风汇空气密度ρ2；

所述漏风源和所述漏风汇的压力差P＝(ρ1-ρ2)×g×h，其中h为漏风源和漏风汇的垂直高差，g为重力加速度。

具体来说，可以通过公式计算漏风源空气密度ρ1和漏风汇空气密度ρ2：

式中：ρ为空气密度，kg/m³；

P为所测定的空气大气压力，Pa；

t为空气温度，℃；

Ps为温度t时饱和水蒸气分压，Pa；

为空气相对湿度，小数点表示。

通过P差＝(ρ1-ρ2)×g×h来计算得出漏风源和漏风汇的压力差。

式中：P差为漏风源和漏风汇的压力差，Pa；

h为漏风源和漏风汇的垂直高差，m。

在其中一个实施例中，通过通风阻力测定仪测定所述漏风源的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，以及通过通风阻力测定仪测定所述漏风汇的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度。

在其中一个实施例中，在所述矿井下采空区的漏风汇接收多个所述示踪气体信号，具体包括：

在所述矿井下采空区的漏风汇采用气体检测仪和定量测定仪同时接收多个所述示踪气体信号。

在其中一个实施例中，所述示踪气体为卤化物气体。

由于卤化物气体不易吸收、易扩散的特点，因此能很好地满足漏风测试气体的需要。

优选地，所述卤化物气体为六氟化硫气体。

六氟化硫(SF₆)的成本较低，因此采用SF₆能有效地节约成本。

在其中一个实施例中，所述漏风汇为矿井下工作面回风隅角最大负压点。

以矿井下工作面回风隅角最大负压点作为漏风汇，由于其为最大负压点，因此示踪气体均会汇集到该点，从而获得更好的测试效果。

在其中一个实施例中，还包括：

获取矿井下的待测试位置和对应地表的压力差作为测试压力差，根据所述标示压力差与标示流速关系，得到与所述测试压力差对应的测试流速。

通过获取待测试位置和对应地表的压力差作为测试压力差，并根据所述标示压力差与标示流速关系，将测试压力差转换为测试流速，从而可以根据测试流速，判断漏风源的漏风是否达到危险程度，从而可以对地表漏风源有针对性的采取措施消除漏风。

如果测试流速或者测试压力差超过预设安全阈值，则进行报警，从而避免煤层自燃，保障矿井安全生产。

在其中一个实施例中，所述获取矿井下的待测试位置和对应地表的压力差作为测试压力差，采用如下方式获得：

获得所述待测试位置的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据所述待测试位置的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算待测试位置空气密度ρ1'；

获得对应地表的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据对应地表的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算地表空气密度ρ2'；

所述测试压力差P差'＝(ρ1'-ρ2')×g×h'，其中h’为待测试位置和对应地表的垂直高差，g为重力加速度。

在其中一个实施例中，通过通风阻力测定仪测定所述待测试位置的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，以及通过通风阻力测定仪测定对应地表的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度。

作为一个例子，通过在采空区对应地面确定地表向工作面漏风的漏风源(受采动影响产生的地表塌陷裂隙)，在漏风源一次瞬时释放一定量的SF₆示踪气体，在井下工作面回风隅角最大负压点为漏风汇，在漏风汇使用5750A便携式SF₆气体检测仪和DFS600便携式定量测定仪同时接收SF₆信号。并在漏风源和漏风汇同时使用CFZZ4通风阻力测定仪测定空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，并测定释放后接收到的示踪气体信号的时间，以分钟为单位。

假设漏风从释放点沿直线流至工作面回风隅角，则释放点至检测点距离L可据二点的坐标确定：可据二点的坐标(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)确定：

根据SF6流过释放点和检测点之间的时间可以计算出漏风速度：

v＝L/t

式中：v为漏风速度，m/s

L为漏风源与漏风汇之间的直线距离，m；

t为从释放SF₆到检测到SF₆所经历的时间，min；。

应该指出，气体在裂隙岩体中的实际渗流的迹线为弯弯曲曲的路线，因此实际SF₆流动速度要大于上计算的值。

通过5750A便携式SF₆气体检测仪和DFS600定量SF₆气体检测仪可以从不同信号的浓度区分SF₆气体所经过的不同漏风通道而到达的井下最大负压点。

在漏风源和漏风汇同时使用CFZZ4通风阻力测定仪测定空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，通过：

计算地表漏风源空气密度ρ₁和井下漏风汇空气密度ρ₂。

式中：ρ为空气密度，kg/m3；

P为所测定的空气大气压力，Pa；

t为空气温度，℃；

PS为温度t时饱和水蒸气的分压，Pa；

为空气相对湿度，小数点表示。

通过P_差＝(ρ₁-ρ₂)×g×h来计算得出漏风源和漏风汇的压力差。

式中：P差为漏风源和漏风汇的压力差，Pa；

h为地表和井下的垂直高差，m。

采用上述方式获得漏风流速和压力差的关系，并用于后续的测试转换。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，包括：

在所述浅埋煤层煤矿地表的漏风源释放示踪气体，在所述矿井下采空区的漏风汇接收多个所述示踪气体信号；

获取接收每个所述示踪气体信号的时刻，所述漏风源和所述漏风汇的压力差作为对应时刻的标示压力差，将对应时刻的所述示踪气体的漏风流速作为标示流速；

根据所有所述标示压力差与对应的所述标示流速，建立标示压力差与标示流速关系。

2.根据权利要求1所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，所述示踪气体的漏风流速，采用如下方式获得：

获取所述漏风源和所述漏风汇的距离作为漏风距离；

获取从释放所述示踪气体到检测到所述示踪气体所经历的时间作为漏风时间；

根据所述漏风距离和所述漏风时间计算所述漏风流速。

3.根据权利要求1所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，所述漏风源和所述漏风汇的压力差，采用如下方式获得：

获得所述漏风源的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据所述漏风源的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算漏风源空气密度ρ1；

获得所述漏风汇的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据所述漏风汇的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算漏风汇空气密度ρ2；

所述漏风源和所述漏风汇的压力差P差＝(ρ1-ρ2)×g×h，其中h为漏风源和漏风汇的垂直高差，g为重力加速度。

4.根据权利要求3所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，通过通风阻力测定仪测定所述漏风源的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，以及通过通风阻力测定仪测定所述漏风汇的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度。

5.根据权利要求1所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，在所述矿井下采空区的漏风汇接收多个所述示踪气体信号，具体包括：

在所述矿井下采空区的漏风汇采用气体检测仪和定量测定仪同时接收多个所述示踪气体信号。

6.根据权利要求1所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，所述示踪气体为卤化物气体。

7.根据权利要求6所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，所述卤化物气体为六氟化硫气体。

8.根据权利要求1所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，所述漏风汇为矿井下工作面回风隅角最大负压点。

9.根据权利要求1所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，还包括：

获取矿井下的待测试位置和对应地表的压力差作为测试压力差，根据所述标示压力差与标示流速关系，得到与所述测试压力差对应的测试流速。

10.根据权利要求9所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，所述获取矿井下的待测试位置和对应地表的压力差作为测试压力差，采用如下方式获得：

获得所述待测试位置的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据所述待测试位置的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算待测试位置空气密度ρ1'；

获得对应地表的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，根据对应地表的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，计算地表空气密度ρ2'；

所述测试压力差P差'＝(ρ1'-ρ2')×g×h'，其中h’为待测试位置和对应地表的垂直高差，g为重力加速度。

11.根据权利要求10所述的浅埋煤层煤矿地表向矿井下采空区漏风测试方法，其特征在于，通过通风阻力测定仪测定所述待测试位置的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度，以及通过通风阻力测定仪测定对应地表的空气大气压力、空气温度、饱和水蒸汽分压和空气相对湿度。