CN104913885A - 一种利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，包括示踪气体钢瓶、减压阀、稳压阀、稳流阀、流量计、四通管、球阀一、球阀二、球阀三、连接导管、外部导管、外壳和外部导管连接口，所述四通管包括管臂一、管臂二、管臂三和管臂四，示踪气体钢瓶顶部设有减压阀，所述减压阀、稳压阀、稳流阀、流量计和管臂一的接口通过连接导管依次连接，球阀一设置在管臂一内部、球阀二设置在管臂二内部、球阀三设置在管臂三内部，管臂二和管臂三的接口分别与外壳的两侧固定连接，外壳上与管臂二和管臂三的接口相对应处分别开设有开口一和开口二。本发明装置为小型化装置，简单轻便，成本低，容易操作。本发明还提供了上述装置的使用方法。

Description

一种利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全检测技术领域，尤其是涉及一种利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置及使用方法。

背景技术

煤炭自燃是我国煤炭开采过程中的主要自然灾害之一，在国家的一些大型煤矿中，超过一半的矿井存在煤炭自燃的危险，而且煤炭自燃所引起的火灾占矿井火灾总数的90％以上。我国在长壁工作面中开采中，大多采用留设大宽度煤柱实现区段之间开采，从而浪费了宝贵的煤炭资源。目前煤矿采用留设小煤柱取代早期的大宽度煤柱，以减少煤炭资源的损失，但小煤柱易导致自身发生塑性破坏,引起节理裂隙发育,甚至破碎，尤其是在深部开采时,地应力大,更容易导致预留小煤柱破碎,造成漏风供氧,极易引发煤柱自然发火以及相邻采空区自然发火，不仅威胁井下作业人员的生命安全，而且造成煤炭资源、井下设施、机电设备的巨大损失。因此研究小煤柱漏风状况，判断小煤柱预留合理尺寸具有重要意义。

示踪气体用于矿井通风测量由来已久，已有大量文献报道并设计了能连续稳定地释放示踪气体的装置，例如王春生设计了一种释放示踪气体的装置(黑龙江科技信息，2007，21：33)，该装置能连续稳定地释放示踪气体，但是所设计装置均将示踪气体如六氟化硫(SF₆)释放到小煤柱表面外部空间中，由于SF₆是外部释放，不能有效辨别是巷道施工缺陷造成的漏风还是由于小煤柱破裂产生的漏风，同时上述方法仅能研究现存小煤柱漏风状况，对于相同生产条件下不同厚度小煤柱漏风情况不能进行有效判断，从而不能有效判断小煤柱预留尺寸是否合理。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置，采用简单化的检测方法，小型化的检测设备，有利于准确判断小 煤柱漏风程度。本发明另一目的是提供上述利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置的使用方法。

一种利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置，包括示踪气体钢瓶、减压阀、稳压阀、稳流阀、流量计、四通管、球阀一、球阀二、球阀三、连接导管、外部导管、外壳、外部导管连接口、防尘盖一和防尘盖二，所述四通管包括管臂一、管臂二、管臂三和管臂四，所述示踪气体钢瓶顶部设有所述减压阀，所述减压阀、所述稳压阀、所述稳流阀、所述流量计和所述管臂一的接口通过连接导管依次连接，所述管臂四的接口与所述外部导管连接口固定连接，所述外部导管通过所述外部导管连接口与所述管臂四的接口连接，所述球阀一设置在所述管臂一内部、所述球阀二设置在所述管臂二内部、所述球阀三设置在所述管臂三内部，所述管臂二和所述管臂三的接口分别与所述外壳的两侧固定连接，所述外壳上与所述管臂二和所述管臂三的接口相对应处分别开设有开口一和开口二，所述示踪气体钢瓶和所述四通管均设置在外壳内部，所述开口一和所述开口二部位分别安装防尘盖一和防尘盖二。

本发明所述的利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，其中，所述球阀一、所述球阀二和所述球阀三分别设置在距离所述四通管的中心5-10cm处。

本发明所述的利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，其中，所述外壳的底部安装有伸缩支架。

一种利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置的使用方法，包括如下步骤：

(a)在所测小煤柱中钻钻孔，钻孔深度根据实际测量需要而定；

(b)将外部导管部分插入步骤中所述钻孔之中，所插入深度离所述钻孔底部3-10cm，并对钻孔开口进行密封；

(c)关闭球阀二和球阀三，打开减压阀，稳压阀、稳流阀、流量计、球阀一，将一定量的示踪气体充入所钻钻孔之中，所释放示踪气体量SF₆为10-30ml；

(d)关闭减压阀，稳压阀、稳流阀、流量计、球阀一，若巷道左侧送时风，打开防尘盖一以及球阀二，若巷道右侧送风时，打开防尘盖一以及球阀三，利用巷道送风风压促进所述示踪气体向煤柱的渗透，该状态持续时间为10-60min，在所钻孔煤柱相邻工作面的密闭墙后检测SF₆浓度变化，每间隔规定时间取样一次，对空气组分进行检测，确定所述示踪气体SF₆的浓度，并以此判断煤柱漏风 情况。

本发明有益效果：

本发明提供的利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置，可实现示踪气体的定量释放，将示踪气体释放入煤柱钻孔中，并利用巷道风压将示踪气体渗透入煤柱内部，可利用钻孔深度的不同研究不同厚度煤柱漏风状况，且装置简单轻便，成本低，容易操作。

本发明提供的利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置，所述球阀一、所述球阀二和所述球阀三分别设置在距离所述四通管的中心5-10cm处，有利于示踪气体的渗透，易于操作，便于维修。

本发明提供的利用示踪气体判断小煤柱漏风程度的装置的使用方法，能够有效判断相同生产条件下不同厚度小煤柱漏风情况，从而有效判断小煤柱预留尺寸是否合理，具有作业量小，检测时间短，操作简单，安全性好等优点。

附图说明

图1为本发明所述的利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置的主视图；

图2为本发明所述的利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置的俯视图；

图3为不同厚度煤柱SF₆气体变化曲线图。

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1，图2和图3所示，一种利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，包括示踪气体钢瓶1、减压阀2、稳压阀3、稳流阀4、流量计5、四通管6、球阀一7、球阀二8、球阀三9、连接导管10、外部导管11、外壳12、外部导管连接口13、防尘盖一14、防尘盖二15、伸缩支架16，四通管6包括管臂一61、管臂二62、管臂三63和管臂四64；示踪气体钢瓶1顶部设有减压阀2；减压阀2、稳压阀3、稳流阀4、流量计5和管臂一61的接口通过连接导管10依次连接；管臂四64的接口与外部导管连接口13固定连接；外部导管11通过外部导管连接口13与管臂四64的接口连接，外部导管11可以摘除；球阀一7设置在管臂一61内部、球阀二8设置在管臂二62内部、球阀三9设置在管臂三63内部， 球阀一7、球阀二8、球阀三9分别设置在距离四通管6的中心5-10cm处；管臂二62和管臂三63的接口分别与外壳12的两侧固定连接，外壳12上与管臂二62和管臂三63的接口相对应处分别开设有开口一和开口二，开口一和开口二部位分别安装防尘盖一14、防尘盖二15；示踪气体钢瓶1、四通管6均设置在外壳12内部；外壳12上设有流量计5，外壳12的底部安装有伸缩支架，管臂一61和管臂四64内径为3-5cm，长度为20-30cm，管臂二62和管臂三63内径为5-8cm，长度为40-50cm。本实施例中四通管6的管壁一61、管壁四64主要目的是将SF₆释放到外部导管中，管壁二62、管壁三63主要目的是利用巷道风压将SF₆送入到小煤柱中。

本实施例利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置的使用方法，包括如下步骤：

(a)在所测小煤柱中钻孔，钻孔深度根据实际测量需要而定；

(b)将外部导管11部分插入所测钻孔之中，所插入深度离钻孔底部3-10cm，并利用黄泥对钻孔开口进行密封，防止示踪气体SF6从钻孔开口出溢出；

(c)关闭球阀二8和球阀三9，打开减压阀2，稳压阀3、稳流阀4、流量计5、球阀一7，将一定量的示踪气体充入所钻钻孔之中，所释放示踪气体量SF₆为10-30ml；

(d)关闭减压阀2，稳压阀3、稳流阀4、流量计5、球阀一7，若巷道左侧送时风，打开防尘盖一14以及球阀二8，若巷道右侧送风时，打开防尘盖一15以及球阀三9，利用巷道送风风压促进所述示踪气体向煤柱的渗透，该状态持续时间为10-60min，在所钻孔煤柱相邻工作面的密闭墙后检测SF₆浓度变化，每间隔规定时间取样一次，对空气组分进行检测，确定所述示踪气体SF₆的浓度，并以此判断煤柱漏风情况。

本实施例利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置的使用：

释放地点：在谢桥煤矿1222(1)工作面上顺槽离上隅角40m钻孔释放SF₆气体，钻孔深度分别为1m、2m和3m，由于煤柱总厚度为7m，所以相对应的为6m，5m，4m煤柱厚度，释放时间为35s，SF₆总量在15ml。在1212(1)工作面回风巷密闭墙观察孔取样，连续取样，检测SF₆浓度变化，判断1222(1)煤柱厚度与临近工作面采空区漏风关系，其检测结果如表1所示，不同厚度煤柱SF₆气体变化曲 线图如图3所示。

表1工作面上顺槽小煤柱不同厚度煤柱SF₆浓度测试结果

利用示踪法研究表明：

1)不同厚度煤柱均可以在临近采空区上顺槽密闭墙后检测到SF₆，但是在相同释放条件下SF₆的浓度发生具有明显的差异性，煤柱越厚，检测到SF₆的浓度越小，表明漏风量越小。

2)4m、5m和6m厚度煤柱在9：00-12：00检测所得SF₆平均浓度分别为0.0026×10^-6、0.0011×10^-6和0.0006×10^-6，可以看出6m厚小煤柱检测到的SF₆浓度仅为0.0006×10^-6，浓度很小，表明漏风量很小。从上述结果表明在外界条件均相同情况下，从SF₆变化可以看出，4m煤柱的漏风量为6m煤柱漏风量的4.3倍。

3)虽然6m煤柱在临近采空区上顺槽密闭墙后检测到SF₆的浓度很小，但依然存在SF₆，说明6m煤柱存在少量漏风情况。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，其特征在于：包括示踪气体钢瓶(1)、减压阀(2)、稳压阀(3)、稳流阀(4)、流量计(5)、四通管(6)、球阀一(7)、球阀二(8)、球阀三(9)、连接导管(10)、外部导管(11)、外壳(12)、外部导管连接口(13)、防尘盖一(14)和防尘盖二(15)，所述四通管(6)包括管臂一(61)、管臂二(62)、管臂三(63)和管臂四(64)，所述示踪气体钢瓶(1)顶部设有所述减压阀(2)，所述减压阀(2)、所述稳压阀(3)、所述稳流阀(4)、所述流量计(5)和所述管臂一(61)的接口通过连接导管(10)依次连接，所述管臂四(64)的接口与所述外部导管连接口(13)固定连接，所述外部导管(11)通过所述外部导管连接口(13)与所述管臂四(64)的接口连接，所述球阀一(7)设置在所述管臂一(61)内部、所述球阀二(8)设置在所述管臂二(62)内部、所述球阀三(9)设置在所述管臂三(63)内部，所述管臂二(62)和所述管臂三(63)的接口分别与所述外壳(12)的两侧固定连接，所述外壳(12)上与所述管臂二(62)和所述管臂三(63)的接口相对应处分别开设有开口一和开口二，所述示踪气体钢瓶(1)和所述四通管(6)均设置在外壳(12)内部，所述开口一和所述开口二部位分别安装所述防尘盖一(14)和所述防尘盖二(15)。

2.根据权利要求1所述的利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，其特征在于：所述球阀一(7)、所述球阀二(8)和所述球阀三(9)分别设置在距离所述四通管(6)的中心5-10cm处。

3.根据权利要求1或2所述的利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置，其特征在于：所述外壳(12)的底部安装有伸缩支架(16)。

4.权利要求1-3任意一项所述利用示踪气体判断煤柱漏风程度的装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

(a)在所测小煤柱中钻钻孔，钻孔深度根据实际测量需要而定；

(b)将外部导管(11)部分插入步骤(a)中所述钻孔之中，所插入深度离所述钻孔底部3-10cm，并对所述钻孔的开口进行密封；

(c)关闭球阀二(8)和球阀三(9)，打开减压阀(2)，稳压阀(3)、稳流阀(4)、流量计(5)、球阀一(7)，将一定量的示踪气体充入所述钻孔之中，所释放示踪气体量SF₆为10-30ml；

(d)关闭减压阀(2)，稳压阀(3)、稳流阀(4)、流量计(5)、球阀一(7)，若巷道左侧送时风，打开防尘盖一(14)以及球阀二(8)，若巷道右侧送风时，打开防尘盖二(15)以及球阀三(9)，利用巷道送风风压促进所述示踪气体向煤柱的渗透，该状态持续时间为10-60min，在所钻孔煤柱相邻工作面的密闭墙后检测SF₆浓度变化，每间隔规定时间取样一次，对空气组分进行检测，确定所述示踪气体SF₆的浓度，并以此判断煤柱漏风情况。