CN112880941B - 一种井下采空区快速漏风检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种井下采空区快速漏风检测方法。该方法包括：根据待检测采空区内部结构及压差测试，确定待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点；在释放点向待检测采空区的内部注入氮气，并监测到注氮管的流量和压力稳定后，从释放点向待检测采空区的内部释放SF₆气体，并记录释放时间；当各采样点处在监测到SF₆气体时，采集气样；通过气相色谱仪对各气样的SF₆浓度进行检测，确定各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度；根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、释放时间、各采样点各采样时间的SF₆浓度、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间，获得待检测采空区的漏风情况，可以快速检测出待检测采空区的漏风情况。

Description

一种井下采空区快速漏风检测方法

技术领域

本申请涉及煤矿技术领域，特别是涉及一种井下采空区快速漏风检测方法。

背景技术

煤层开采后遗留在采空区的破碎煤体在工作面及隔离煤柱裂隙持续漏风的条件下极易发生自燃。自燃的煤炭不完全燃烧产生大量CO、C₂H₆等有害气体，导致井下有害气体浓度超标，危害矿井工作人员的生命安全，影响煤矿的正常生产。

随着中国东部煤炭资源的枯竭和产业转型，中国煤炭开采的重心逐渐转向西部地区。由于煤层倾角小、地质条件好，中国西部矿井大都具有工作面长(一般大于300m)、回采速度快、产量大等特点，这就导致煤炭开采所形成的采空区面积大、遗煤厚度大，采空区遗煤自燃危险性大。此外，为了进一步提高煤炭资源的利用率，西部矿区大量矿井推行了沿空留巷或沿空掘巷的小煤柱开采模式，相邻采空区之间的隔离煤柱宽度小(3m～10m)，使得采空区间的隔离煤柱极易受采煤或掘进的应力扰动影响而产生片帮或裂隙发育，进而导致相邻多个采空区之间的隔离煤柱失去隔离效果，使多个同煤层临近采空区沟通形成了大面积采空区，该大面积采空区一般是指多个同煤层并列分布的采空区沟通形成的大面积采空区，也可指单一的走向长度大于2000m、宽度大于300m的大范围采空区。

中国西部矿井大量存在的大面积采空区加重了采空区漏风隐患，极大的增加了采空区自然发火的可能性和矿井防灭火工作的难度。因此，如何迅速、准确、高效的确定大面积采空区的漏风通道、排除大面积采空区漏风隐患成为西部矿井迫切需要解决的难题。

目前采空区漏风检测一般采用直接释放示踪气体的方法，在实际应用中由于采空区内部气体的气体运移缓慢(通常为小于0.1m/min)，SF₆气体在采空区内部的运移极其缓慢，且大面采空区内部漏风和气体运移路径的长度至少为上千米，示踪气体在采空区内部的运移时间长，整个检测过程缓慢，导致气体样本无法及时采集，导致采空区漏风检测结果准确性低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高采空区漏风检测效率和准确性的一种井下采空区快速漏风检测方法。

一种井下采空区快速漏风检测方法，所述方法包括：

根据待检测采空区内部结构，在所述待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定所述待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点；

在所述释放点向所述待检测采空区的内部注入氮气，并监测注氮管的流量和压力；

当所述注氮管的流量和压力稳定后，从所述释放点向所述待检测采空区的内部释放SF₆气体，并记录释放时间；

在各所述采样点处用便携式SF₆检测仪实时监测密闭处预留观测孔内的气体，当监测到SF₆气体时，根据预设间隔在各所述采样点通过负压抽气泵采集预设次数的气样装入气囊密封，并记录每次采集时所述便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度及采样时间；

通过气相色谱仪对各所述气样的SF₆浓度进行检测，确定各所述采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度；

将各所述采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度与所述便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度进行对比，确定各所述采样点各采样时间的SF₆浓度、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间；

根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、所述释放时间、各所述采样点各所述采样时间的SF₆浓度、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得所述待检测采空区的漏风情况。

在其中一个实施例中，所述根据待检测采空区内部结构，在所述待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定所述待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点的步骤，包括：

根据待检测采空区的内部结构，在所述待检测采空区各密闭处进行压差测试，获得所述待检测采空区各密闭处的压差测试结果；

根据所述待检测采空区各密闭处的压差测试结果，判断所述待检测采空区内部的压能关系，预判出所述待检测采空区内部的漏风路径；

将所述待检测采空区内部的漏风路径上压能最高的密闭处确定为所述待检测采空区漏风检测的释放点；

将所述待检测采空区内部的漏风路径上预设个数压能最低的密闭处确定为所述待检测采空区漏风检测的采样点。

在其中一个实施例中，所述压差测试是在所述待检测采空区各密闭处的预留观测孔处，使用U形管或电子压差计进行测试。

在其中一个实施例中，通过在所述释放点向所述待检测采空区的内部注入氮气，增加所述待检测采空区内部的压能高位和低位处的压能差，当从所述释放点向所述待检测采空区的内部释放SF₆气体时，所述待检测采空区的内部的氮气，加速推动所述SF₆气体在所述待检测采空区的内部扩散和运移。

在其中一个实施例中，所述确定监测到所述SF₆气体的方式包括：

当监测到便携式SF₆检测仪上的SF₆浓度数据波动在±0.02以内，且所述SF₆浓度数据稳定时间达到10s以上，确定检测到SF₆气体；并记录相应时间点。

在其中一个实施例中，根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、所述释放时间、各所述采样点各所述采样时间的SF₆浓度、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得所述待检测采空区的漏风情况的步骤，包括：

根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和所述释放时间，确定各所述采样点的最大漏风速度；

根据所述释放时间、各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各所述采样点的最大漏风速度进行分析，获得各所述采样点漏风量最大的漏风路径长度；

根据各所述采样点漏风量最大的漏风路径的长度、各所述采样点到工作面的距离和各采样点所对应的最短漏风距离进行分析，确定所述待检测采空区的隔离煤柱裂隙发育的位置。

在其中一个实施例中，所述根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和所述释放时间，确定各所述采样点的最大漏风速度的步骤，包括：

根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和所述释放时间，采样最大漏风速度的公式计算，得出各所述采样点的最大漏风速度；

所述最大漏风速度的公式为：

其中，L_min为释放点与目标采样点之间的最短漏风距离，t_c0为目标采样点第一次检测到SF₆的采样时间，t_r为在释放点开始释放SF₆的释放时间，v_s为目标采样点的最大漏风速度。

在其中一个实施例中，根据所述释放时间、各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各所述采样点的最大漏风速度进行分析，获得各所述采样点漏风量最大的漏风路径长度的步骤，包括：

根据所述释放时间、各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各所述采样点的最大漏风速度，采用漏风量最大的漏风路径长度公式进行计算，获得各所述采样点漏风量最大的漏风路径长度；

所述漏风量最大的漏风路径长度公式为：

其中，t_cM为目标采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间，t_r为在释放点开始释放SF₆的释放时间，v_n为根据第n个采样点的最大漏风速度，L_M为漏风量最大的漏风路径长度。

一种用于释放氮气和SF₆气体的气体释放系统，所述系统包括：注氮装置、注氮管、SF₆释放装置和SF₆释放管；

所述注氮装置通过法兰盘与释放点的密闭处预埋的注氮管连接，氮气通过所述注氮管释放出来，所述注氮装置与所述注氮管的接口处设有流量计和压力表，用于监测所述注氮管的流量和压力；

所述SF₆释放装置与所述释放点的密闭处铺设的SF₆释放管连接，气体通过SF₆释放管释放到采空区内部；

所述SF₆释放管的位置比注氮管的位置更接近工作面，且SF₆释放管在铺设时向采空区内部延伸3～5m。

上述井下采空区快速漏风检测方法，通过根据待检测采空区内部结构，在待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点；在释放点向待检测采空区的内部注入氮气，并监测注氮管的流量和压力，在原有压能的基础上又增加了注氮的压能，提高了采空区内部压能高位和低位处的压能差，从而加快检测进程，当注氮管的流量和压力稳定后，从释放点向待检测采空区的内部释放SF₆气体，并记录释放时间；在各采样点处用便携式SF₆检测仪实时监测密闭处预留观测孔内的气体，当监测到SF₆气体时，根据预设间隔在各采样点通过负压抽气泵采集预设次数的气样装入气囊密封，并记录每次采集时便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度及采样时间；通过气相色谱仪对各气样的SF₆浓度进行检测，确定各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度；将各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度与便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度进行对比，确定各采样点各采样时间的SF₆浓度、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间；根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、释放时间、各采样点各采样时间的SF₆浓度、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得待检测采空区的漏风情况，可以快速、准确、便捷的得到大面积采空区的漏风情况。

附图说明

图1为井下采空区快速漏风检测方法的流程示意图；

图2为一个实施例中释放点和采样点的布置示意图；

图3为SF₆气体在注氮压力的推动下在待检测采空区内部运移的示意图；

图4为包含注氮装置和SF₆释放装置的气体释放系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

以中国鄂尔多斯南部某矿2-1煤层实施背景为例：鄂尔多斯南部某矿2-1煤层地质构造简单，整体倾角为1°～3°，局部倾角为5°～6°，属缓倾斜煤层，埋深634m-638m，煤层平均厚度为2.77m，容重为1.31t/m³。布置有21102、21103和21104三个并列布置的工作面，各工作面长度均为320m左右，相邻两工作面之间留有30m宽的隔离煤柱。其中21102和21103工作面已回采完毕，21104综采工作面正在回采中。相邻采空区间的隔离煤柱受地应力和采动影响而出现裂隙和片帮现象，导致新的漏风通道的产生，加剧采空区内漏风，增加自然发火的可能性。并可能使相邻采空区沟通形成大面积采空区，增加了防灭火工作的难度，给矿井安全生产造成严重威胁，将该大面积采空区作为待检测采空区，通过本申请提供的井下采空区快速漏风检测方法对该大面积采空区进行漏风检测。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种以氮气为载气的井下复合采空区漏风测试方法，包括以下步骤：

步骤S220，根据待检测采空区的内部结构，在待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点。

其中，压差测试是在待检测采空区各密闭处的预留观测孔处，使用U形管或电子压差计进行测试，测量出密闭处内外压差。待检测采空区是由两个或多个相邻采空区所构成，如：多个同煤层并列分布的采空区沟通形成的大面积采空区，也可以是单一的走向长度大于2000m、宽度大于300m的大范围采空区。

在一个实施例中，根据待检测采空区内部结构，在待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点的步骤，包括：根据待检测采空区的内部结构，在待检测采空区各密闭处进行压差测试，获得待检测采空区各密闭处的压差测试结果；根据待检测采空区各密闭处的压差测试结果，判断待检测采空区内部的压能关系，预判出待检测采空区内部的漏风路径；根据待检测采空区内部的漏风路径上各密闭处的压能，以及各密闭处与工作面之间的距离综合分析，确定待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点。

其中，在待检测采空区各密闭处的压差测试主要用于确定待检测采空区各密闭处的压能，该压能是指静压能和动压能的代数和，本申请中起主要作用的是静压能，压能根据密闭处内外压差确定，因所检测密闭处相对辅运巷道内压力皆为负压，所以密闭处内外压差越小说明这个密闭位置的压强越大、压能越高，反之就越小。待检测采空区的井下采空区的范围大、内部条件复杂，以及现场地质条件和工况条件的差异性，顶板垮落后各位置压实程度不一，空隙分布不均匀，且相邻采空区间的煤柱容易压酥产生漏风裂隙，使临近多个采空区构成更大范围的采空区。因此需要在待检测采空区的内部顺风流释放示踪气体，最终才可获得理想测漏风结果。

具体地：对待检测采空区内部的漏风路径上各密闭处按照压能的高低进行排序，压能最高的密闭处(排在第一个的密闭处)获得的第一释放点选中分数最高，越排在后面的密闭处获得的第一释放点选中分数越低，其中，压能相同的密闭处可以获得相同的第一释放点选中分数，压能最低的密闭处(排在最后一个的密闭处)获得的第一采样点选中分数最高，越排在前面的密闭处获得的第一采样点选中分数越低，其中，压能相同的密闭处可以获得相同的第一采样点选中分数；

按照各密闭处与工作面之间的距离的远近进行排序，与工作面之间的距离最近的密闭处(排在第一个的密闭处)获得的第二释放点选中分数最高，越排在后面的密闭处获得的第二释放点选中分数越低，与工作面之间的距离最近的密闭处(排在第一个的密闭处)获得的第二采样点选中分数最高，越排在后面的密闭处获得的第二采样点选中分数越低，各密闭处的释放点综合选中分数＝第一释放点选中分数×第一释放点权重+第二释放点选中分数×第二释放点权重，其中，第一释放点权重为第一释放点选中分数对应的权重，第二释放点权重为第二释放点选中分数对应的权重，第一释放权重+第二释放权重＝1，释放点综合选中分数最高的密闭处为待检测采空区漏风检测的释放点。各密闭处的采样点综合选中分数＝第一采样点选中分数×第一采样点权重+第二采样点选中分数×第二采样点权重，其中，第一采样点权重为第一采样点选中分数对应的权重，第二采样点权重为第二采样点选中分数对应的权重，第一采样权重+第二采样权重＝1，由采样点综合选中分数的高的密闭处优先作为待检测采空区漏风检测的采样点，选取预设个数的采样点，假设预设个数为3个，则采样点综合选中分数最高的3个密闭处为采样点。

以煤矿井下编号为21104和21103采空区作为待检测采空区进行漏风检测为例，确定释放点和采样点的过程如下：

如图2所示，21104工作面在进行漏风检测时已回采至辅运巷15、16联巷之间，该工作面的左侧紧挨21103采空区，其间留设30m隔离煤柱。因22104工作面正在回采，其压能应高于已完成回采的21103采空区，若两采空区间的隔离煤柱已产生裂隙导致采空区沟通，则可能存在由21104采空区向21103采空区的漏风。现场的漏风检测需通过压差测试明确采空区之间的压能关系，预判出待检测采空区内部的漏风路径，进而确定相应的释放点和采样点的位置，21103和21104部分密闭处压差测试结果见下表。

表1 21103、21104辅运巷密闭内外压差数据

由表中数据可知，18联巷密闭处的压能与17联巷的密闭处压能最高，由于17联巷的密闭处距21104工作面405米，18联巷的密闭处与21104工作面之间的距离比405米长，则17联巷密闭处距21104工作面更近，选取21104辅运巷17联巷密闭处为释放点，示踪气体可迅速向采空区深部渗流，克服采空区内气体运移速率慢、耗散量大等问题。21103辅运10联巷(10L)和9联巷(9L)密闭处压能相对于其他密闭处的压能最低，且距离21104工作面最近，选取这两点作为采样点，其距工作面距离分别为235.6m和590.4m。

步骤S240，在释放点向待检测采空区的内部注入氮气，并监测注氮管的流量和压力。

其中，通过在释放点向待检测采空区的内部注入氮气，增加待检测采空区内部的压能高位和低位处的压能差，当从释放点向待检测采空区的内部释放SF₆气体时，待检测采空区的内部的氮气，加速推动SF₆气体在待检测采空区的内部扩散和运移，具体地，在释放点处向待检测采空区的内部注入氮气，在原有压能的基础上又增加了注氮的压能，提高了待检测采空区的内部压能高位和低位处的压能差，在高压差和注入氮气的推动下，示踪气体在待检测采空区内部快速扩散和运移，加快检测进程，可以快速、准确、便捷的得到待检测采空区的漏风情况。

以煤矿井下编号为21104和21103采空区作为待检测采空区进行漏风检测为例，利用21104辅运巷17联巷处预留的注氮管路，向21104采空区内部注氮气。在通入氮气后监测注氮管路(即注氮管)的流量及管口压力的变化，以及注入点附近的密闭的压差变化。注氮气后，短时间内21104采空区内部压强高于相邻的21103采空区。若采空区间的隔离煤柱充分压酥形成裂隙，则氮气会经过采空区煤柱的裂隙渗流进入21103采空区。

步骤S260，当注氮管的流量和压力稳定后，从释放点向待检测采空区的内部释放SF₆气体，并记录释放时间。

其中，在注氮气管路的流量、管口压力稳定(即释放点附近密闭压差稳定)后，采用SF₆释放装置从释放点向待检测采空区的内部连续稳定释放SF₆气体，并记录释放时间t_r。

具体地，打开注氮气阀门后实时观察注氮气管路的流量计和压力表，在通入氮气一段时间后氮气管路的流量和压力趋于稳定。待流量和压力的数值稳定后，在21104辅运巷的17联络巷密闭处向采空区内部释放SF₆气体(SF₆气体作为示踪气体)，以5L/min的流量连续释放，如图3所示的SF₆气体在注氮压力的推动下在待检测采空区内部运移的示意图，SF₆气体进入21104采空区内部后便与正在扩散的氮气以及采空区原有气体(采空区气体以N₂、O₂、CO和CO₂为主)混合，并以氮气为载气迅速通过采空区的空隙和两采空区间隔离煤柱的裂隙，到达预计的采样点位置。

步骤S280，在各采样点处用便携式SF₆检测仪实时监测密闭处预留观测孔内的气体，当监测到SF₆气体时，根据预设间隔在各采样点通过负压抽气泵采集预设次数的气样装入气囊密封，并记录每次采集时便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度及采样时间。

其中，预设间隔是指每次采集气样的时间间隔，如：每间隔5min～10min采集一次气样，具体的时间间隔可根据现场第一次检测到SF₆气体的时间点和释放时间点的时间差确定，这个时间差越小则预设间隔越小，反之则越大。预设次数是指需要采集气样的次数，如采集气样六次等，具体的的次数可根据预设间隔的大小确定，采样间隔小则取样次数多。每次采集时，均需要记录采集时便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度及采样时间。

在采样点处用便携式SF₆检测仪实时监测密闭处预留观测孔内的气体，当监测到SF₆气体时，在采样点使用负压抽气泵采集气体并装入气囊密封，记录检测仪所测SF₆浓度及采样时间t_c0。

具体地，在首次检测到SF₆气体后，需在各采样点处每隔10min采集一次气样。因便携式SF₆检测仪的精度较低，容易受到现场其他气体干扰产生误报，必须用气囊取气体样本送到化验室用色谱仪检测，得出更准确的SF₆气体的浓度数据和首次检测到SF₆气体的采样时间。

根据上述的采样记录，获得如表2的漏风检测参数表：

表2.漏风检测参数表

步骤S300，通过气相色谱仪对各气样的SF₆浓度进行检测，获得各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度。

其中，气样采集后及时送到实验室使用气相色谱仪对各气样的SF₆浓度进行检测，获得各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度。

步骤S320，将各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度与便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度进行对比，确定各采样点各采样时间的SF₆浓度、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间。

其中，如表3所示的气样中SF₆气体的浓度数据表：

表3.气体样本中SF₆气体的浓度数据表

将各采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度与便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度进行对比，可以减小便携式SF₆检测仪所产生的测量误差。获得气样中精确的SF₆气体的浓度数据，得出更准确的SF₆气体的浓度数据和首次检测到SF₆气体的采样时间。

S340，根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、释放时间、各采样点各采样时间的SF₆浓度、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得待检测采空区的漏风情况。

其中，释放点与各采样点之间的最短漏风距离，可以是先拟定两采空区之间的隔离煤柱可能存在裂隙且与工作面最接近的位置，在该位置处分别向采样点和释放点做直线，两条线段的长度加上煤柱的宽度即为该采样点到释放点所对应的最短漏风距离。

在一个实施例中，根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、释放时间、各采样点各采样时间的SF₆浓度、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得待检测采空区的漏风情况的步骤，包括：

根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和释放时间，确定各采样点的最大漏风速度；根据释放时间、各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各采样点的最大漏风速度进行分析，获得各采样点漏风量最大的漏风路径长度；根据各采样点漏风量最大的漏风路径的长度、各采样点到工作面的距离和各采样点所对应的最短漏风距离进行分析，确定待检测采空区的隔离煤柱裂隙发育的位置。

其中，待检测采空区的隔离煤柱裂隙发育的位置主要是指采空区间隔离煤柱裂隙发育最为充分的位置，该位置的煤柱裂隙发育程度比其他位置突出。

在一个实施例中，根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和释放时间，确定各采样点的最大漏风速度的步骤，包括：

根据释放点与各采样点之间的最短漏风距离、各采样点第一次检测到SF₆的采样时间和释放时间，采样最大漏风速度的公式计算，得出各采样点的最大漏风速度；

最大漏风速度的公式为：

其中，L_min为释放点与目标采样点之间的最短漏风距离，t_c0为目标采样点第一次检测到SF₆的采样时间，t_r为在释放点开始释放SF₆的释放时间，v_s为目标采样点的最大漏风速度。各采样点中的任意一个采样点都可以作为目标采样点，计算对应采样点的最大漏风速度。

在一个实施例中，根据释放时间、各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各采样点的最大漏风速度进行分析，获得各采样点漏风量最大的漏风路径长度的步骤，包括：

根据释放时间、各采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各采样点的最大漏风速度，采用漏风量最大的漏风路径长度公式进行计算，获得各采样点漏风量最大的漏风路径长度；

漏风量最大的漏风路径长度公式为：

其中，t_cM为目标采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间，t_r为在释放点开始释放SF₆的释放时间，v_n为根据第n个采样点的最大漏风速度，L_M为漏风量最大的漏风路径长度。各采样点中的任意一个采样点都可以作为目标采样点，计算对应采样点的点漏风量最大的漏风路径长度。

根据气相色谱仪所检测到SF₆最大浓度气样的采样时间和在释放点开始释放SF₆的时间差，结合多个采样点计算得到各个采样点的最大漏风速度，进一步可以计算漏风量最大的漏风路径长度，进一步可以推断采空区间隔离煤柱裂隙发育最为充分的位置。

以表1中的采空区内外压差，表2中的漏风检测参数表中的数据，以及表3中的气体样本中SF₆气体的浓度数据表中的数据进行分析：在采样点1和采样点2，气相色谱仪与便携式SF₆检测仪均检测出一定浓度的SF₆气体，且在采样时间范围内，后一次采样的浓度均高于前一次。说明该漏风通道风阻较小，漏风畅通，SF₆气体在采样点附近短时间内浓度不断积累。通过便携式SF₆检测仪，记录到采样点1初次测得SF₆气体的时间为2小时48分钟；采样点2初次测得SF₆气体的时间为3小时16分钟，间隔28分钟(以释放时间为起点)。采样点1至采样点2的最短距离为354.8米。初步推算SF₆在煤柱附近采空区内最慢运移速率高达0.21m/s。说明隔离煤柱附近冒落未压实充分，存在大量空隙，漏风风流速度大。若21103辅运巷10联巷至9联巷煤柱及密闭漏风严重，采空区内隔离煤柱附近遗煤易氧化。

由以上数据可知，21103和21104采空区漏风通畅，煤柱基本压酥，存在明显的漏风通道。煤柱附近压实不充分，漏风强度大，可将21103和21104采空区视为已连通的复合采空区。根据漏风检测的结果，可以确定存在以下漏风风流路线：

21104辅运巷尾巷→21104采空区→采空区隔离煤柱→21103采空区→21103辅运巷。

上述井下大面积采空区快速漏风检测方法，以较快的速度完成了大面积采空区内部漏风路径的检测，根据现场记录的浓度及时间数据可以推算注氮气后采空区内部的气体运移情况，进而可以推断采空区间煤柱裂隙的发育情况，为现场的定期采空区惰化和喷浆、堵漏等防灭火工作提供了关键的指导。与传统方法相比，本方法避免了传统采空区漏风检测需长时间等待、检测结果不理想的弊端，极大的提高了大面积采空区漏风检测的速度和准确性，结合注氮气的漏风检测在进行大面积采空区漏风检测的同时，也完成了一定时期内的采空区防灭火工作，为下一阶段的井下安全措施的布置打下基础。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种用于释放氮气和SF6气体的气体释放系统，该系统包括：注氮装置、注氮管、SF₆释放装置和SF₆释放管；

注氮装置通过法兰盘与释放点的密闭处预埋的注氮管连接，氮气通过注氮管释放出来，注氮装置与注氮管的接口处设有流量计和压力表(即图中的流量、压差监控装置)，用于监测注氮管的流量和压力；SF₆释放装置与释放点的密闭处铺设的SF₆释放管连接，气体通过SF₆释放管释放到采空区内部；SF₆释放管的位置比注氮管的位置更接近工作面，且SF₆释放管在铺设时向采空区内部延伸3～5m。

其中，注氮装置可以是井下布置的注氮管路或注氮机。

SF₆释放管的位置比注氮管的位置更接近工作面，且SF₆释放管在铺设时向采空区内部延伸3～5m，可以保障SF₆气体的正常释放。

SF₆释放装置由SF₆气体钢瓶1、减压阀2、稳压阀3、稳流阀4和流量计5组成。稳流阀调节控制释放量，SF₆气体的稳定释放量为5L/min。

SF₆气体钢瓶1的瓶口与减压阀2的一端连接，减压阀2的另一端与稳压阀3的一端连接，稳压阀3的另一端与稳流阀4的一端连接，稳流阀4的另一端与流量计5的一端连接，流量计5的另一端作为释放SF₆气体的释放口与释放点的密闭处铺设的SF₆释放管连接。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种井下采空区快速漏风检测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据待检测采空区内部结构，在所述待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定所述待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点；

在所述释放点向所述待检测采空区的内部注入氮气，并监测注氮管的流量和压力；

当所述注氮管的流量和压力稳定后，从所述释放点向所述待检测采空区的内部释放SF₆气体，并记录释放时间；

在各所述采样点处用便携式SF₆检测仪实时监测密闭处预留观测孔内的气体，当监测到SF₆气体时，根据预设间隔在各所述采样点通过负压抽气泵采集预设次数的气样装入气囊密封，并记录每次采集时所述便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度及采样时间；

通过气相色谱仪对各所述气样的SF₆浓度进行检测，确定各所述采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度；

将各所述采样点各采样时间采集的气样中的SF₆浓度与所述便携式SF₆检测仪所测SF₆浓度进行对比，确定各所述采样点各采样时间的SF₆浓度、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间；

根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、所述释放时间、各所述采样点各所述采样时间的SF₆浓度、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得所述待检测采空区的漏风情况；

所述根据待检测采空区内部结构，在所述待检测采空区各密闭处进行压差测试，确定所述待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点的步骤，包括：

根据待检测采空区的内部结构，在所述待检测采空区各密闭处进行压差测试，获得所述待检测采空区各密闭处的压差测试结果；

根据所述待检测采空区各密闭处的压差测试结果，判断所述待检测采空区内部的压能关系，预判出所述待检测采空区内部的漏风路径；

根据所述待检测采空区内部的漏风路径上各密闭处的压能，以及各所述密闭处与工作面之间的距离综合分析，确定所述待检测采空区漏风检测的释放点和各采样点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压差测试是在所述待检测采空区各密闭处的预留观测孔处，使用U形管或电子压差计进行测试。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述释放点向所述待检测采空区的内部注入氮气，增加所述待检测采空区内部的压能高位和低位处的压能差，当从所述释放点向所述待检测采空区的内部释放SF₆气体时，所述待检测采空区的内部的氮气，加速推动所述SF₆气体在所述待检测采空区的内部扩散和运移。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定监测到所述SF₆气体的方式包括：

当监测到便携式SF₆检测仪上的SF₆浓度数据波动在±0.02以内，且所述SF₆浓度数据稳定时间达到10s以上，确定检测到SF₆气体；并记录相应时间点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、所述释放时间、各所述采样点各所述采样时间的SF₆浓度、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间进行分析，获得所述待检测采空区的漏风情况的步骤，包括：

根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和所述释放时间，确定各所述采样点的最大漏风速度；

根据所述释放时间、各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各所述采样点的最大漏风速度进行分析，获得各所述采样点漏风量最大的漏风路径长度；

根据各所述采样点漏风量最大的漏风路径的长度、各所述采样点到工作面的距离和各采样点所对应的最短漏风距离进行分析，确定所述待检测采空区的隔离煤柱裂隙发育的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和所述释放时间，确定各所述采样点的最大漏风速度的步骤，包括：

根据所述释放点与各所述采样点之间的最短漏风距离、各所述采样点第一次检测到SF₆的采样时间和所述释放时间，采样最大漏风速度的公式计算，得出各所述采样点的最大漏风速度；

所述最大漏风速度的公式为：

其中，L_min为释放点与目标采样点之间的最短漏风距离，t_c0为目标采样点第一次检测到SF₆的采样时间，t_r为在释放点开始释放SF₆的释放时间，v_s为目标采样点的最大漏风速度。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述释放时间、各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各所述采样点的最大漏风速度进行分析，获得各所述采样点漏风量最大的漏风路径长度的步骤，包括：

根据所述释放时间、各所述采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间和各所述采样点的最大漏风速度，采用漏风量最大的漏风路径长度公式进行计算，获得各所述采样点漏风量最大的漏风路径长度；

所述漏风量最大的漏风路径长度公式为：

其中，t_cM为目标采样点检测到SF₆最大浓度的采样时间，t_r为在释放点开始释放SF₆的释放时间，v_n为根据第n个采样点的最大漏风速度，L_M为漏风量最大的漏风路径长度。

8.一种氮气和SF₆气体的气体释放系统，所述氮气和SF₆气体的气体释放系统应用于如权利要求1-7任一项所述的井下采空区快速漏风检测方法，其特征在于，所述系统包括：注氮装置、注氮管、SF₆释放装置和SF₆释放管；

所述注氮装置通过法兰盘与释放点的密闭处预埋的注氮管连接，氮气通过所述注氮管释放出来，所述注氮装置与所述注氮管的接口处设有流量计和压力表，用于监测所述注氮管的流量和压力；

所述SF₆释放装置与所述释放点的密闭处铺设的SF₆释放管连接，气体通过SF₆释放管释放到采空区内部；

所述SF₆释放管的位置比注氮管的位置更接近工作面，且SF₆释放管在铺设时向采空区内部延伸3～5m。

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