CN113049191A - 一种矿用sf6示踪气体漏风检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统，包括SF6瞬时释放装置、SF6测定装置和上位机；SF6瞬时释放装置包括释放器和供气组件；释放器包括单向充气嘴、可视压力表、释放扳手和储气筒；储气筒上设置有进气口和出气口，进气口上设置有与供气组件相连的单向充气嘴；出气口处设置有释放扳手，可视压力表设置在储气筒上；SF6测定装置包括控制器和与控制器相连的采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池；采样泵与净化器相连，净化器与红外SF6气体分析仪相连，控制器与上位机相连。优点是：漏风检测系统不仅可检测漏风风速和漏风通道，还能用来精确检测漏风量的大小，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量以及准确测量微风巷道风量当中。
Description
技术领域
本发明涉及矿用漏风检测技术领域，尤其涉及一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统。
背景技术
煤矿通风中,送到井下的风流，未经过作业地点，而通过通风构筑物的缝隙、煤柱裂隙、采空区或地表塌陷区等直接渗透到回风道或地面的风流称为漏风。矿井漏风分为正压漏风、负压漏风、局部漏风和连续漏风。煤矿漏风是井下通风普遍存在的现象。其会浪费通风能量，降低矿井的有效风量率，造成用风地供风不足。同时，连续的漏风供氧加速了工作面、采空区、密闭内遗煤的氧化，容易造成采空区内煤炭自燃、瓦斯异常涌出等现象，甚至会产生瓦斯爆炸等事故。煤矿漏风已经成为影响矿井安全生产的一个重要隐患。井下巷道交错，漏风形式多种多样，程度也不尽相同，因此必须采取精确、有效、快捷的方法进行漏风检测、分析和诊断,找出漏风通道，掌握井下漏风情况及规律，防止具有自燃发火倾向煤层采空区煤炭自燃，为煤矿火灾的防治提供依据,是保障煤矿安全生产的重要手段。
目前，常规的漏风测量方法主要有风表测量法和示踪技术测量法，采用风表测量漏风时，受断面形状及空间设备材料的影响，造成测量结果不准确，且漏风量较小时测量误差较大。另外，对于采空区、煤柱内、密闭内等人员进出不便的地方用传统的风表测风法测定漏风量、研究风流流动规律更是不便和不可行的。国内外比较普遍的矿井漏风测量方法是示踪技术法，即应用示踪气体流动踪迹及其规律的一项专门技术。示踪气体技术源于十九世纪，早期的示踪气体技术(SF6、H2、CO2等)主要应用于建筑领域的通风测量。1972年，国际标准化组织正式将示踪法认定为一种标准的流量测量方法。在煤矿安全领域，被广泛接受的示踪气体为SF6，SF6无毒、不可燃、不易分解、性质稳定，不存在于煤矿的自然环境中，并且在极低的浓度下就可以被检测到，是煤矿领域较为理想的示踪剂，现在已经成为煤矿井下检测漏风通道、判断漏风方向、确定漏风风量的可靠手段。为了更好地应用SF6示踪气体检测漏风技术，国家煤炭工业局在1999年颁布了《煤矿巷道用SF6示踪气体检测漏风技术规范》(连续稳定释放+色谱检测)，但由于检测设备研发的滞后，致使矿井漏风定量检测并未纳入到矿井日常漏风测量工作之中。
当前，国内使用示踪气体技术检测矿井漏风时普遍采用如下步骤和方法：在煤矿井下连续释放SF6示踪气体->在矿井下使用球胆在监测电采样释放的SF6气体->将球胆采集的气样送至地面用色谱仪化验分析->人工计算分析色谱仪分析的结果，使用Excel等出具检测报告。该种方式存在如下弊端：1)释放时间长，往往需要数小时；SF6示踪气体消耗量大，一瓶4L的气体释放不了几次。2)释放要求稳定、定量，否则会造成很大误差，以致测量结果失真，现场条件往往达不到稳定、定量释放。3)球胆采集气样随机性大、不可控，往往采集不到可靠气样，需要多次采集。4)色谱分析需要专业人员操作，费时、费力，需要人工反复的分析化验。5)人工计算的算法单一，需要高素质、高专业水平、现场经验丰富的专业工程师多次计算和验证才能得到相对准确一点的结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统，包括SF6瞬时释放装置、SF6测定装置和上位机；所述SF6瞬时释放装置包括释放器和与所述释放器相连的供气组件；所述释放器包括单向充气嘴、可视压力表、释放扳手和储气筒；所述储气筒上设置有进气口和出气口，所述进气口上设置有单向充气嘴，所述单向充气嘴与所述供气组件相连；所述出气口处设置有控制所述出气口开闭的释放扳手，所述可视压力表设置在所述储气筒上；所述SF6测定装置包括采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池和控制器；所述采样泵与所述净化器相连，所述净化器与所述红外SF6气体分析仪相连，所述采样泵、所述净化器和所述红外SF6气体分析仪均与所述控制器相连，所述控制器与所述蓄电池和所述上位机相连。
优选的，所述储气筒呈圆柱形筒状结构，所述储气筒内部中空且两端封闭设置，所述进气口、所述出气口和所述可视压力表均设置在所述储气筒的同一端；所述出气口上设置有向远离所述储气筒方向延伸的出气头，所述释放扳手设置在所述出气头上；所述释放器包括把手，所述把手紧邻所述扳手设置在所述出气头远离所述储气筒的一端。
优选的，所述供气组件包括气瓶、第一压力表、减压阀、第二压力表和球阀，所述气瓶经输气管与所述单向充气嘴相连，所述第一压力表、减压阀、第二压力表和球阀沿所述气瓶到单向充气嘴的方向依次设置在所述输气管上。
优选的，SF6测定装置还包括内部中空的外壳，所述采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池和控制器均设置在所述外壳中；所述外壳上设置有进气口和出气口，所述进气口与所述采样泵的入口连通，所述采样泵的出口与所述净化器的入口连通，所述净化器的出口与所述红外SF6气体分析仪的入口连通，所述红外SF6气体分析仪的出口与所述出气口连通。
优选的，所述外壳的外壁上嵌入有显示屏和操作面板，所述显示屏和所述操作面板均与所述控制器相连；所述操作面板与所述显示屏位于外壳的同一侧。
优选的，所述外壳上还设置有与所述控制器相连的三个指示LED，三个指示LED分别表征SF6测定装置欠压、通讯和故障的工作状态；所述外壳上设置有USB数据接口，所述USB数据接口与所述控制器和所述蓄电池相连。
优选的，矿井不漏风时，采空区的上风流侧流动转移到下风流侧后的SF6示踪气体的总量保持不变；则检测系统确定采空区漏风位置和漏风量的过程为：
S1、在采空区的上风侧间隔布置第一测点和第二测点，在采空区的下风侧间隔布置第三测点和第四测点，第一测点和第四测点上下对应，所述第二测点和第三测点上下对应；
S2、利用瞬时释放装置在上风侧瞬时释放一定量的SF6示踪气体，经过一定时长后，SF6示踪气体逐渐流动到测点，在测点之间不漏风的情况下，上风侧风量Q1与下风侧风量Q2相等，则当Q2-Q1>0则表示采空区进风，当Q2-Q1<0，则表示采空区漏风；
上风侧风量Q1和下风侧风量Q2的计算公式如下，
Q1＝S*v1
v1＝L1/(t2-t1)
Q2＝S*v2
v2＝L2/(t4-t3)
其中，Q1表示上风侧风量；S表示测点的巷道横截面的面积；v1表示上风侧风速；L1表示第一测点和第二测点之间的距离；t1表示SF6示踪气体通过第一测点的时间；t2表示SF6示踪气体通过第二测点的时间；Q2表示下风侧风量；v2表示下风侧风速；L2表示第三测点和第四测点之间的距离；t3表示SF6示踪气体通过第三测点的时间；t4表示SF6示踪气体通过第四测点的时间；
利用瞬时释放装置瞬时释放一定量的SF6示踪气体，可以得到一条SF6示踪气体的浓度与时间关系曲线，计算该曲线所包围的面积，即可获取采空区漏风的漏风量；则采空区漏风的漏风量计算如下，
其中，Q漏风量表示采空区漏风量；V表示SF6示踪气体的最佳释放量；c表示测点SF6示踪气体的浓度与时间关系曲线；dt表示时间范围,t0和ti分别表示时间范围的起止时间；C表示SF6示踪气体峰值浓度，取值为25；A表示巷道断面面积；E表示SF6示踪气体的纵向弥散系数，取值为3；t表示瞬时释放时长。
本发明的有益效果是：1、SF6瞬时释放装置改变了传统从释放到检测需要几个小时的工作方式，大大节省了SF6示踪气体的使用量；具有简便、灵活、易于操作、智能化高等一系列优点，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量以及准确测量微风巷道风量当中进行示踪气体的瞬时释放；该释放装置带有压力显示可准确计算出释放的SF6示踪气体的体积，可以准确把握检测过程中SF6示踪气体的使用量。2、SF6测定装置具备简便、灵活、易于操作、智能化高等一系列优点，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量，能够实现微风巷道风量当中SF6示踪气体的在线检测。该测定装置摒弃了人工采集示踪气体的方式，气样采集更可靠，降低采集次数，无需专业人员进行色谱分析，节省时间和劳动力。3、漏风检测系统不仅可检测漏风风速和漏风通道，还可以用来精确检测漏风量的大小，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量以及准确测量微风巷道风量当中。
附图说明
图1是本发明实施例中漏风检测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中SF6瞬时释放装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中释放器的结构示意图；
图4是本发明实施例中在线监测装置的结构示意图；
图5是本发明实施例中煤矿连续正压漏风示意图；
图6是本发明实施例中煤矿连续负压漏风示意图；
图7是本发明实施例中测点设置位置示意图；
图8是本发明实施例中测点处SF6测定装置数据示意图；
图9是本发明实施例中漏风检测系统在煤矿中布置的示意图；
图10是本发明实施例中上位机中显示的测点数据曲线示意图。
图中：1、释放器；2、气瓶；3、第一压力表；4、减压阀；5、第二压力表；6、球阀；7、输气管；8、储气筒；9、可视压力表；10、单向充气嘴；11、出气头；12、释放扳手；13、把手。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1至图8所示，本实施例中，提供了一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统，包括SF6瞬时释放装置、SF6测定装置和上位机；所述SF6瞬时释放装置包括释放器1和与所述释放器1相连的供气组件；所述释放器1包括单向充气嘴10、可视压力表9、释放扳手12和储气筒8；所述储气筒8上设置有进气口和出气口，所述进气口上设置有单向充气嘴10，所述单向充气嘴10与所述供气组件相连；所述出气口处设置有控制所述出气口开闭的释放扳手12，所述可视压力表9设置在所述储气筒8上；所述SF6测定装置包括采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池和控制器；所述采样泵与所述净化器相连，所述净化器与所述红外SF6气体分析仪相连，所述采样泵、所述净化器和所述红外SF6气体分析仪均与所述控制器相连，所述控制器与所述蓄电池和所述上位机相连。
如图2至图3所示，本实施例中，所述储气筒8呈圆柱形筒状结构，所述储气筒8内部中空且两端封闭设置，所述进气口、所述出气口和所述可视压力表9均设置在所述储气筒8的同一端；所述出气口上设置有向远离所述储气筒8方向延伸的出气头11，所述释放扳手12设置在所述出气头11上；所述释放器1包括把手13，所述把手13紧邻所述扳手设置在所述出气头11远离所述储气筒8的一端。
使用者在使用释放器1的时候，可以通过手持把手13拿着释放器1，将扳手向把手13方向扳动，即可打开出气头11，放开扳手，扳手自动向远离把手13的方向移动，即可关闭出气头11。
所述供气组件包括气瓶2、第一压力表3、减压阀4、第二压力表5和球阀6，所述气瓶2经输气管7与所述单向充气嘴10相连，所述第一压力表3、减压阀4、第二压力表5和球阀6沿所述气瓶2到单向充气嘴10的方向依次设置在所述输气管7上。
所述储气筒8的内径为110mm，容积为3L，压力范围为0.0-0.9MPa。气瓶2的容积很大，可以持续给释放器1提供SF6气体，保证其充足的释放量。
单向充气嘴10采用快插形式经输气管7与气瓶2相连，方便快捷，气瓶2中的SF6示踪气体通过输气管7单向和单向充气嘴10进入储气筒8中，单向充气嘴10的设置可以保证气瓶2与储气筒8之间的气体单向流通，确保不反向流动、不泄露。可视压力表9能够显示储气筒8中的内部压力，通过压力确定储气筒8中SF6示踪气体的体积，确定储气筒8中是否已经储满SF6示踪气体。SF6示踪气体封闭在储气筒8内，当需要使用SF6示踪气体时，操作人员只需拉动扳手，使出气头11打开，储气筒8内的SF6示踪气体则会通过出气头11释放到空气中。
气瓶2中存储了大量的SF6示踪气体，将气瓶2通过减压阀4和球阀6连接到释放器1的单向充气嘴10上，通过巷道风量计算需要释放的SF6示踪气体的体积，打开减压阀4和球阀6，将气瓶2中的SF6示踪气体逐渐冲入储气筒8中，观察可视压力表9的读数，直到储气筒8中的气压达到预设压力、储气筒8中储满SF6示踪气体，关闭球阀6，将释放器1卸下，把释放器1放在巷道中心位置，向靠近把手13的方向拉动扳手，将SF6示踪气体释放到空气中；当储气筒8内的SF6示踪气体释放完全后，再次将释放器1与气瓶2连接向储气筒8中输入SF6示踪气体，如此往复，直到释放装置向空气中释放的SF6示踪气体的体积等于之前计算的需要释放的SF6示踪气体的体积。
如图4所示，本实施例中，SF6测定装置包括内部中空的外壳，所述采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池和控制器均设置在所述外壳中；所述外壳上设置有进气口和出气口，所述进气口与所述采样泵的入口连通，所述采样泵的出口与所述净化器的入口连通，所述净化器的出口与所述红外SF6气体分析仪的入口连通，所述红外SF6气体分析仪的出口与所述出气口连通。
所述外壳的材质为Q235,能有效防水、防尘、抵抗强震动和强干扰，确保装置在恶劣的环境条件下仍具备高可靠性。
采样泵采集SF6示踪气体，并将采集到的SF6示踪气体传输给净化器；
净化器能够对采集到的SF6示踪气体进行滤尘和滤水；
红外SF6气体分析仪能够对经净化器处理后的SF6示踪气体进行实时连续监测和分析，且红外SF6气体分析仪的精度高、范围广、稳定性好、使用寿命长；
控制器为新一代32位基于ARM双核技术的通用硬件平台，嵌入式软件平台采用开源的RTOS系统，硬件电路采用插拔式的插件结构，CPU电路采用4层板、元器件采用表面贴装技术，装置强弱电回路、开入开出回路合理布局，抗干扰能力强，可靠性高。能够控制采集泵、净化器和红外SF6气体分析仪协同工作，实现气体采样、气体实时分析、数据传输等过程，并存储检测的数据。
蓄电池为锰酸锂电池，5000mAh，充电时间5小时，满电可工作8小时。SF6测定装置开机后，显示屏上会显示蓄电池状态。
所述外壳的外壁上嵌入有显示屏和操作面板，所述显示屏和所述操作面板均与所述控制器相连；所述操作面板与所述显示屏位于外壳的同一侧。
操作面板上设置有六个按键，分别为【电源】、【返回】【菜单】【确认】【向左】【向右】，操作人员通过操作这六个按键可以对SF6测定装置实施开关机、实时监测、系统设置、数据设置和蓄电池监测等操作。
所述外壳上还设置有与所述控制器相连的三个指示LED，三个指示LED分别表征SF6测定装置欠压、通讯和故障的工作状态；对应的指示LED亮，则表示SF6测定装置处于对应的状态；操作人员可以根据三个指示LED的亮灭确定SF6测定装置在工作的过程中处于那种状态。
所述外壳上设置有USB数据接口，所述USB数据接口与所述控制器和所述蓄电池相连。所述USB数据接口存在两个功能，分别为数据传输和电量传输；使用USB数据接口连接上位机时，可将控制器中存储的SF6示踪气体的检测结果传输给上位机，进行更深层次的分析；使用USB数据接口连接电源时，可以实现蓄电池的充电过程。
SF6测定装置的使用过程为：
长按操作面板上的【电源】按键，进行开机操作。
通过操作面板相关按键操作，打开装置内的采样泵。
采样泵运行将监测点的SF6示踪气体从进气口抽入到净化器，通过净化器滤尘、滤水后进入红外SF6气体分析仪；
红外SF6气体分析仪对采集的气体进行实时分析，每1秒保存一条数据到控制器；分析完的气体经出气口从装置内排出；
将SF6测定装置从井下拿到地面，使用数据线将SF6测定装置的USB数据接口连接到上位机，通过操作面板的相关操作将数据导入到上位机中；
定期通过USB数据接口对SF6测定装置内的蓄电池进行充电，以保证装置能在煤矿井下连续工作8小时。
本实施例中，SF6测定装置中的红外SF6气体分析仪能够实时测量SF6浓度，分析准确，稳定好，精度高；可通过SF6测定装置上的USB数据接口将分析的数据导入地面的上位机中，上位机使用相关分析算法对采集的数据进行分析，对煤矿井下漏风情况进行精准的诊断。大量实时数据为自主研发的算法提供数据支撑，也是矿井漏风精准诊断的基础。
SF6测定装置采用整机面板形式，外壳上设置有显示屏、操作面板和指示LED。采用加强型外壳，能有效抵抗强震动和强干扰，确保装置在条件恶劣的环境条件下仍具备高可靠性。控制器采用新一代32位基于ARM双核技术的通用硬件平台，硬件电路采用插拔式的插件结构，CPU电路采用4层板、元器件采用表面贴装技术，装置强弱电回路、开入开出回路合理布局，抗干扰能力强。硬件平台采用开源的RTOS系统，可以保证控制器的高度可靠性。
本实施例中，如图5和图6所示，煤矿漏风包括煤矿连续正压漏风和煤矿连续负压漏风；针对这两种漏风情况，漏风检测系统采用的SF6示踪气体检测矿井漏风的原理依据是质量守恒定律和紊流传质理论。质量守恒定律体现在SF6示踪气体释放和采样过程中，从上风流侧流动转移到下风流测后气体的总量保持不变。紊流传质体现在风流流动过程中，通过紊流传质作用，示踪气体均匀地混合到矿井风流中。在上风侧释放一定量的SF6示踪气体，经过一定时间，SF6示踪气体沿着风流方向，依次经过间隔固定距离布置的测点，测点处的SF6测定装置采样实时分析，确定SF6示踪气体浓度，上位机根据检测数据计算出风量和漏风量。测点的设置位置如图7所示。
在不考虑漏风的情况下，风量Q1应与风量Q2相等。(假设第一测点与第二测点之间和第三测点与第四测点之间不漏风)采空区漏风＝Q2-Q1。当Q2-Q1>0时，采空区进风；当Q2-Q1<0时，采空区漏风。由此可以看出，计算出风量Q1与风量Q2，即可判断采空区漏风情况。
具体的，矿井不漏风时，采空区的上风流侧流动转移到下风流侧后的SF6示踪气体的总量保持不变；则检测系统确定采空区漏风位置和漏风量的过程为：
S1、在采空区的上风侧间隔布置第一测点和第二测点，在采空区的下风侧间隔布置第三测点和第四测点，第一测点和第四测点上下对应，所述第二测点和第三测点上下对应；
S2、利用瞬时释放装置在上风侧瞬时释放一定量的SF6示踪气体，经过一定时长后，SF6示踪气体逐渐流动到测点，在测点之间不漏风的情况下，上风侧风量Q1与下风侧风量Q2相等，则当Q2-Q1>0则表示采空区进风，当Q2-Q1<0，则表示采空区漏风；
上风侧风量Q1和下风侧风量Q2的计算公式如下，
Q1＝S*v1
v1＝L1/(t2-t1)
Q2＝S*v2
v2＝L2/(t4-t3)
其中，Q1表示上风侧风量，单位为m3/s；S表示测点的巷道横截面的面积，事先测量得到，为已知量，单位为m2；v1表示上风侧风速，风速可由测点处设置的SF6测定装置测出，单位为m/s；L1表示第一测点和第二测点之间的距离，单位为m；t1表示SF6示踪气体通过第一测点的时间，单位为s；t2表示SF6示踪气体通过第二测点的时间，单位为s；Q2表示下风侧风量，单位为m3/s；v2表示下风侧风速，风速可由测点处设置的SF6测定装置测出，单位为m/s；L2表示第三测点和第四测点之间的距离，单位为m；t3表示SF6示踪气体通过第三测点的时间，单位为s；t4表示SF6示踪气体通过第四测点的时间，单位为s；
SF6测定装置可以检测其所在测点的SF6示踪气体的浓度并记录SF6示踪气体经过该测点的时间。SF6测定装置数据示意图可参见附图8。
图8中竖轴表示SF6浓度，横轴表示时间，找出SF6示踪气体浓度最大的时间作为SF6示踪气体通过测点的时间，两个SF6测定装置的时间差(t2-t1)或(t4–t3)即为SF6示踪气体通过两个测点之间距离L的时间，由风速测量公式即可计算出空气流动速度V。
SF6示踪气体释放量不易过多也不易过少，过多会污染井下环境，导致长时间内不能充分排净所释放的SF6示踪气体。过少则可能检测不到SF6示踪气体。采用示踪气体进行漏风测定时，在保证检测精度的前提下和采用释放量尽量少的原则确定SF6示踪气体的最佳释放量。SF6示踪气体的最佳释放量的计算公式为，
其中，V表示SF6示踪气体的最佳释放量；C表示SF6示踪气体峰值浓度，取值为25；A表示巷道断面面积；E表示SF6示踪气体的纵向弥散系数，取值为3；t表示瞬时释放时长。
瞬时释放是不需要连续释放示踪气体，只需要在较短的时间内释放一定质量已知的示踪气体。运用瞬时释放法会得到一条浓度—时间曲线，计算曲线包围的面积，则可计算出风量。即利用瞬时释放装置瞬时释放一定量的SF6示踪气体，可以得到一条SF6示踪气体的浓度与时间关系曲线，计算该曲线所包围的面积，即可获取采空区漏风的漏风量；则采空区漏风的漏风量计算如下，
其中，Q漏风量表示采空区漏风量；V表示SF6示踪气体的最佳释放量，单位为L；c表示测点SF6示踪气体的浓度与时间关系曲线；dt表示时间范围,t0和ti分别表示时间范围的起止时间；C表示SF6示踪气体峰值浓度，单位为25ppm，取值为25；A表示巷道断面面积，单位为m2；E表示SF6示踪气体的纵向弥散系数，单位为m2/s，取值为3；t表示瞬时释放时长，单位为s。
本实施例中，漏风检测系统可用于矿井漏风通道及漏风量的检测，如综采工作面采空区漏风通道及漏风量测定、近距离煤层群开采煤层漏风通道及漏风量测定、沿空留巷漏风通道检测及漏风定量检测和浅埋藏煤层地表漏风量测定。漏风检测系统还可用于矿井封闭区域漏风通道及漏风量检测，用于矿井巷道风量检测使，能够快速准确测定矿井微风、超速等巷道风量；还可用于矿井灾变环境快速检测灾区漏风通道及漏风量，为矿井火灾救援提供重要的数据支持。
实施例二
本实施例中，举例说明使用漏风检测系统获取采空区漏风位置和漏风量的具体实施过程。
根据煤矿现场实际情况，计算好释放量，并将SF6示踪气体按计算好的释放量充入到瞬时释放装置中。将要下井的SF6测定装置充满电，几台测定装置进行时间同步，并进行零点和跨度校准。将其带到煤矿井下现场，并按图9方式布置：
瞬时释放装置在释放点释放示踪气体，几分钟后，在测点的SF6测定装置便能检测到示踪气体，并自动保存。将SF6测定装置带到煤矿井上，用数据线连接上位机的USB口，将数据导入倒上位机里，用系统软件进行分析和诊断，系统软件显示的监测点数据曲线如图10：
从图10中可得到1#监测点监测到的SF6浓度数据C1(t)累加值和2#监测点监测到的SF6浓度数据C2(t)累加值。
由于之前已经证明进、回风巷道两侧风量相等，因此，假设进风巷(上风侧)、回风巷(下风侧)风量为Q，工作面向采空区漏风量等于ΔQ，基于SF6示踪气体释放量守恒可知：
Q∑C1(t)＝Q∑C2(t)+ΔQ∑C1(t)
由此可准确诊断该工作面采空区漏风位置和漏风量。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明公开了一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统，SF6瞬时释放装置改变了传统从释放到检测需要几个小时的工作方式，大大节省了SF6示踪气体的使用量；具有简便、灵活、易于操作、智能化高等一系列优点，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量以及准确测量微风巷道风量当中进行示踪气体的瞬时释放；该释放装置带有压力显示可准确计算出释放的SF6示踪气体的体积，可以准确把握检测过程中SF6示踪气体的使用量。SF6测定装置具备简便、灵活、易于操作、智能化高等一系列优点，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量，能够实现微风巷道风量当中SF6示踪气体的在线检测。该测定装置摒弃了人工采集示踪气体的方式，气样采集更可靠，降低采集次数，无需专业人员进行色谱分析，节省时间和劳动力。漏风检测系统不仅可检测漏风风速和漏风通道，还可以用来精确检测漏风量的大小，可广泛应用于检测矿井采空区或火区漏风通道、漏风量以及准确测量微风巷道风量当中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：包括SF6瞬时释放装置、SF6测定装置和上位机；所述SF6瞬时释放装置包括释放器和与所述释放器相连的供气组件；所述释放器包括单向充气嘴、可视压力表、释放扳手和储气筒；所述储气筒上设置有进气口和出气口，所述进气口上设置有单向充气嘴，所述单向充气嘴与所述供气组件相连；所述出气口处设置有控制所述出气口开闭的释放扳手，所述可视压力表设置在所述储气筒上；所述SF6测定装置包括采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池和控制器；所述采样泵与所述净化器相连，所述净化器与所述红外SF6气体分析仪相连，所述采样泵、所述净化器和所述红外SF6气体分析仪均与所述控制器相连，所述控制器与所述蓄电池和所述上位机相连。
2.根据权利要求1所述的矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：所述储气筒呈圆柱形筒状结构，所述储气筒内部中空且两端封闭设置，所述进气口、所述出气口和所述可视压力表均设置在所述储气筒的同一端；所述出气口上设置有向远离所述储气筒方向延伸的出气头，所述释放扳手设置在所述出气头上；所述释放器包括把手，所述把手紧邻所述扳手设置在所述出气头远离所述储气筒的一端。
3.根据权利要求2所述的矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：所述供气组件包括气瓶、第一压力表、减压阀、第二压力表和球阀，所述气瓶经输气管与所述单向充气嘴相连，所述第一压力表、减压阀、第二压力表和球阀沿所述气瓶到单向充气嘴的方向依次设置在所述输气管上。
4.根据权利要求1所述的矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：SF6测定装置还包括内部中空的外壳，所述采样泵、净化器、红外SF6气体分析仪、蓄电池和控制器均设置在所述外壳中；所述外壳上设置有进气口和出气口，所述进气口与所述采样泵的入口连通，所述采样泵的出口与所述净化器的入口连通，所述净化器的出口与所述红外SF6气体分析仪的入口连通，所述红外SF6气体分析仪的出口与所述出气口连通。
5.根据权利要求4所述的矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：所述外壳的外壁上嵌入有显示屏和操作面板，所述显示屏和所述操作面板均与所述控制器相连；所述操作面板与所述显示屏位于外壳的同一侧。
6.根据权利要求5所述的矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：所述外壳上还设置有与所述控制器相连的三个指示LED，三个指示LED分别表征SF6测定装置欠压、通讯和故障的工作状态；所述外壳上设置有USB数据接口，所述USB数据接口与所述控制器和所述蓄电池相连。
7.根据权利要求1所述的矿用SF6示踪气体漏风检测系统，其特征在于：矿井不漏风时，采空区的上风流侧流动转移到下风流侧后的SF6示踪气体的总量保持不变；则检测系统确定采空区漏风位置和漏风量的过程为：
S1、在采空区的上风侧间隔布置第一测点和第二测点，在采空区的下风侧间隔布置第三测点和第四测点，第一测点和第四测点上下对应，所述第二测点和第三测点上下对应；
S2、利用瞬时释放装置在上风侧瞬时释放一定量的SF6示踪气体，经过一定时长后，SF6示踪气体逐渐流动到测点，在测点之间不漏风的情况下，上风侧风量Q1与下风侧风量Q2相等，则当Q2-Q1>0则表示采空区进风，当Q2-Q1<0，则表示采空区漏风；
上风侧风量Q1和下风侧风量Q2的计算公式如下，
Q1＝S*v1
v1＝L1/(t2-t1)
Q2＝S*v2
v2＝L2/(t4-t3)
其中，Q1表示上风侧风量；S表示测点的巷道横截面的面积；v1表示上风侧风速；L1表示第一测点和第二测点之间的距离；t1表示SF6示踪气体通过第一测点的时间；t2表示SF6示踪气体通过第二测点的时间；Q2表示下风侧风量；v2表示下风侧风速；L2表示第三测点和第四测点之间的距离；t3表示SF6示踪气体通过第三测点的时间；t4表示SF6示踪气体通过第四测点的时间；
利用瞬时释放装置瞬时释放一定量的SF6示踪气体，可以得到一条SF6示踪气体的浓度与时间关系曲线，计算该曲线所包围的面积，即可获取采空区漏风的漏风量；则采空区漏风的漏风量计算如下，
其中，Q漏风量表示采空区漏风量；V表示SF6示踪气体的最佳释放量；c表示测点SF6示踪气体的浓度与时间关系曲线；dt表示时间范围,t0和ti分别表示时间范围的起止时间；C表示SF6示踪气体峰值浓度，取值为25；A表示巷道断面面积；E表示SF6示踪气体的纵向弥散系数，取值为3；t表示瞬时释放时长。
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| GR01 | Patent grant | ||
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