CN113567061A - 一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿火灾防治领域，公开了一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法，所述方法包括如下步骤：1、在近距离煤层群开采形成的采空区群进行能位测试；2、确定两个释放点与预设的若干个采样点；3、在两个释放点释放两种示踪气体，记录释放时间；4、自释放时间开始，根据设定间隔及设定时长在采样点采集气样；5、采用气相色谱仪分析各采样点采集气样的示踪气体浓度；6、分析释放点与采样点的距离、释放时间、各采样点采集到示踪气体的采样时间，确定采空区群漏风情况；7、分析未能采集到示踪气样的区域，再次确定释放点与取样点，进行漏风检测，循环该过程，直至确定所有采空区群的漏风情况。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿火灾防治领域，具体的是一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法。
背景技术
煤炭自燃是矿井典型灾害，严重威胁着矿井生产，煤炭一旦发生自燃，不仅造成人身伤亡、经济损失及资源浪费，还会引起严重的环境污染。近距离煤层开采过程中，由于上下煤层的多次开采，不仅主采煤层采空区间会通过裂隙连通，其余煤层已封闭的老采空区群也会连通，使该开采条件下的采空区漏风源多、漏风通道多，并且漏风线路复杂，一旦采空区发生自燃，产生的有毒有害气体将在多层采空区间流动，致使灾害影响大，防治困难。
专利CN202110040746.5涉及一种井下采空区快速漏风检测方法。该方法通过释放并采集示踪气体SF6获得待检测采空区的漏风情况。专利CN201922294892.1涉及一种基于热谱分析的煤矿采空区漏风通道检测装置，使用低温氮气喷射枪对采空区煤壁喷射低温氮气迅速制冷，采用红外热成像仪扫描采空区岩壁，通过热谱中色彩差异确定裂隙区。专利CN202010350876.4涉及一种抽出式通风浅埋煤层矿井的地表漏风检测方法，该方法在地表优选出典型裂隙位置，释放示踪气体，在矿井下收集气体样本。
上述专利针对单一采空区及同煤层的大面积采空区。近距离煤层开采形成了大量的同层及层间采空区群，目前还未有合适的漏风检测方法。本发明涉及一种近距离煤层开采漏风检测方法，可检测近距离煤层开采采空区群的漏风情况，为采空区煤自燃防治提供依据
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法,所述方法包括如下步骤：
步骤1：在近距离煤层群开采形成的采空区群进行能位测试；
步骤2：确定两个释放点与预设的若干个采样点；
步骤3：在两个释放点释放两种示踪气体，记录释放时间；
步骤4：自释放时间开始，根据设定间隔及设定时长在采样点采集气样，记录采样时间；
步骤5：采用气相色谱仪分析各采样点采集气样的示踪气体浓度。记录气样示踪气体浓度及该浓度的采集时间；
步骤6：分析释放点与采样点的距离、释放时间、各采样点采集到示踪气体的采样时间，确定采空区群漏风情况；
步骤7：分析未能采集到示踪气样的区域，再次确定释放点与取样点，进行漏风检测，循环该过程，直至确定所有采空区群的漏风情况。
进一步的，所述步骤1中能位测试步骤如下：
步骤1.1：根据近距离煤层群开采形成的采空区，确定能位测定路线及能位测定的测点；
步骤1.2：沿着测定路线，用气压计测量出前后两测点的静压差，测算测风点处的动压和位能差，测算密闭墙处的压差，从而计算出两测点间的能位差；
两测点能位差计算方法如下：
其中式中：kx为井下精密气压计校正系数；ks为地面精密气压计校正系数；pi，pi+1分别为i，i+1测点的绝对静压，Pa；
分别为i，i+1测点的地面大气压，Pa。ρi，ρi+1分别为i，i+1测点的空气密度，hi，hi+1分别为i，i+1测点的标高，
分别为i，i+1测点内外压差，vi，vi+1分别为i，i+1测点的风速。
进一步的，所述步骤2中释放点和采样点确定方法为：释放点为高能位点，采样点为低能位点；释放点如为密闭墙，密闭墙外能位要高于密闭墙内部能位，采样点如为密闭墙，密闭墙外能位要低于密闭墙内部能位；释放点与采样点需覆盖近距离煤层群开采所形成的采空区群。
进一步的，所述步骤3中释放两种气体的设备包括三通管，所述三通管的每一端上都设有胶皮管3，三通管通过胶皮管3分别连接有高压气瓶1、压风管道5和释放孔4，三段胶皮管3上都设有球阀2，通过球阀2控制各气路。
进一步的，所述步骤6采空区群漏风情况确定方法为：
从释放点到采样点最大漏风速率计算：
最小漏风速率计算：
其中，Lx，Ly，Lz分别为某示踪气体释放点到采样点的倾向距离、走向距离及垂直距离，tc1，tc2分别为最早检测到示踪气体及最晚检测稳定流量示踪气体的采样时间，ts1，ts2分别为示踪气体释放开始时间及结束时间；
采空区群中漏风速率在0.24m/min＞Vmax＞0.1m/min∪0.24m/min＞Vmin＞0.1m/min的区域属于危险漏风区域。
本发明的有益效果：
现有的漏风检测方法只能检测单一采空区及同煤层的大面积采空区，近距离煤层开采时，层间采空区及同层采空区共存，构成了复杂采空区群，本发明采用双示踪循环检测方法，可快速精确的确定复杂采空区群漏风情况。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明方法流程示意图；
图2是本发明释放点与采样点示意图；
图3是本发明采空区流场示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，以某矿2101采区开采为例。该采区开采1煤与1上煤，煤层间距厚为1.1m，属于近距离煤层群开采。1上煤210108、210106、210102工作面已全部开采完毕。1煤210107工作面已开采完毕，210103正在回采。同层采空区间隔离煤柱为7m。隔离煤柱及上下煤层之间的岩层受采动影响极有可能发生压酥、压裂等现象，易形成漏风通道，加大了煤自燃的危险，威胁了工作面的安全回采。
一种近距离煤层开采采空区群(某矿2101采区)漏风检测方法,所述方法包括如下步骤：
步骤1：在近距离煤层群开采形成的采空区群进行能位测试；
所述步骤1中能位测试步骤如下：
步骤1.1：根据近距离煤层群开采形成的采空区，确定能位测定路线及能位测定的测点；
测点分为测风点和测压点。测压点为分风点、汇风点、采空区密闭墙、回采面上下隅角，机巷及风巷外口。测风点为测压点之前或之后、满足速度场稳定的要求。进一步的，测风点在测压点前时，距离测压点的距离不得小于巷道宽度的3倍，测风点在测压点后时，距离测压点的距离不得小于巷道宽度的8倍。
步骤1.2：沿着测定路线，用气压计测量出前后两测点的静压差，测算测风点处的动压和位能差，测算密闭墙处的压差，从而计算出两测点间的能位差；
两测点能位差计算方法如下：
其中式中：kx为井下精密气压计校正系数；ks为地面精密气压计校正系数；pi，pi+1分别为i，i+1测点的绝对静压，Pa；
分别为i，i+1测点的地面大气压，Pa。ρi，ρi+1分别为i，i+1测点的空气密度，hi，hi+1分别为i，i+1测点的标高，
分别为i，i+1测点内外压差，vi，vi+1分别为i，i+1测点的风速。
采空区密闭墙处的
为密闭墙水柱计压差，抽采巷密闭墙处的
为抽采负压。分风点、汇风点、回采面上下隅角，机巷及风巷外口的
为0。
所测的能位值只是一个相对值，以测定路线起点或终点能位值为0，根据两点之间的能位差，可计算各测点相对于该点的能位。
2101采区能位测试结果如下表所示：
| 测点 | 名称 | 测点内外压差/Pa | 能位/Pa |
| 1 | 2101进风石门 | 0 | 0 |
| 2 | 210108机巷密闭墙 | -20 | -89 |
| 3 | 210107机巷密闭墙 | -50 | -180 |
| 4 | 210108高抽巷密闭墙 | 20 | -93 |
| 5 | 210106机巷密闭墙 | -70 | -141 |
| 6 | 210106高抽巷密闭墙 | 0(孔内含水) | -182 |
| 7 | 210103机巷密闭墙 | -20 | -239 |
| 7 | 210103机巷610m处钻孔 | 0 | -204 |
| 8 | 210103风巷密闭墙 | -50 | -250 |
| 9 | 210102风巷密闭墙 | 10 | -283 |
| 10 | 210106风巷密闭墙 | 20 | -193 |
| 11 | 210107风巷密闭墙 | 60 | -153 |
| 12 | 210102机巷密闭墙 | 30 | -183 |
| 13 | 210103风巷5#观测孔 | 0 | -205 |
| 14 | 210102风巷上隅角抽采管 | -110000 | -110200 |
步骤2：确定两个释放点与预设的若干个采样点；
释放点为高能位点，采样点为低能位点。
释放点如为密闭墙，密闭墙外能位要高于密闭墙内部能位，采样点如为密闭墙，密闭墙外能位要低于密闭墙内部能位。
释放点与采样点需覆盖近距离煤层群开采所形成的采空区群。
选取两个释放点，释放不同的示踪气体，优选的示踪气体为SF6和CF2ClBr。
根据2101采区已有采空区结构，采用双示踪两点逼近法实验。采用双示踪两点逼近法实验。步骤如下：选择最高能位点210108机巷密闭墙作为第一释放点，释放SF6气体，选择与最低能位点附近210103机巷610m处钻孔，作为第二释放点，释放CF2ClBr气体。210106风巷密闭墙，210103风巷回风流，210103面上隅角瓦斯抽采管路，210103风巷内5号钻场钻孔，210102风巷密闭墙作为采样点。对采样点采集的始终气体进行分析，确定检测到示踪气体的区域。
步骤3：在两个释放点释放两种示踪气体，记录释放时间；
所述步骤3中释放两种气体的设备包括三通管，所述三通管的每一端上都设有胶皮管3，三通管通过胶皮管3分别连接有高压气瓶1、压风管道5和释放孔4，三段胶皮管3上都设有球阀2，通过球阀2控制各气路。
所有气路连接完好后，打开释放孔4及高压气瓶1连接处的两路球阀，自高压气瓶1均匀释放气体，释放时间为20～30分钟，释放完成后，关闭高压气瓶1连接处的球阀，打开连接压风管路5的球阀，用压风管路往释放孔压入风流，压风时间为3～5min，压风完成后，关闭所有球阀。记录释放时间。
步骤4：自释放时间开始，根据设定间隔及设定时长在采样点采集气样，记录采样时间；
210106风巷密闭墙、210102风巷密闭墙采样点采样时需采集密闭墙内的气体。采样点为密闭墙，在密闭墙外的巷道内，通过胶皮管，负压取样器的进气口与预埋入采空区的采样孔相连，出气口与取样袋相连。所有气路连接完好后，开启负压取样器，往取样袋注入气体，待取样袋取满气样，关闭负压取样器。
210103面上隅角瓦斯抽采管路采样点需采集管道内气体。采样点为抽采管路，从抽采管路内插入采样孔，通过胶皮管，负压采样器进气口与采样孔相连，出气口与取样袋相连，所有气路连接完好后，开启负压取样器，往取样袋注入气体，待取样袋取满气样，关闭负压取样器。
210103风巷内5号钻场钻孔采样点采样时需采集钻孔内气样。采样点为钻孔，采样孔预埋入钻孔的气室内，通过胶皮管，负压采样器进气口与采样孔相连，出气口与取样袋相连，所有气路连接完好后，开启负压取样器，往取样袋注入气体，待取样袋取满气样，关闭负压取样器。
210103风巷回风流采样点可直接采集风巷回风流气体。
每10-20min取样一次，连续采样72小时。记录采样时间。
步骤5：采用气相色谱仪分析各采样点采集气样的示踪气体浓度。记录气样示踪气体浓度及该浓度的采集时间；
2101采区示踪气体释放时间、最早检测到示踪气体的时间及最晚检测到稳定流量示踪气体的时间见下表。
SF6气体释放及检测时间
SF6气体释放及检测时间
步骤6：分析释放点与采样点的距离、释放时间、各采样点采集到示踪气体的采样时间，确定采空区群漏风情况；
从释放点到采样点最大漏风速率计算：
最小漏风速率计算：
其中，Lx，Ly，Lz分别为某示踪气体释放点到采样点的倾向距离、走向距离及垂直距离，tc1，tc2分别为最早检测到示踪气体及最晚检测稳定流量示踪气体的采样时间，ts1，ts2分别为示踪气体释放开始时间及结束时间；
采空区群中漏风速率0.24m/min＞Vmax＞0.1m/min∪0.24m/min＞Vmin＞0.1m/min的区域属于危险漏风区域。
经计算，获得2101采区漏风情况。210108-210106工作面最大漏风速率：0.215m/min，最小漏风速率：0.161m/min，为危险漏风区域。210108-210103工作面最大漏风速率：0.238m/min，最小漏风速率：0.167m/min，为危险漏风区域。210102-210203工作面最大漏风速率：0.365m/min，最小漏风速率：0.218m/min，为危险漏风区域。
步骤7：分析未能采集到示踪气样的区域，再次确定释放点与取样点，进行漏风检测，循环该过程，直至确定所有采空区群的漏风情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (5)
1.一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法,其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在近距离煤层群开采形成的采空区群进行能位测试；
步骤2：确定两个释放点与预设的若干个采样点；
步骤3：在两个释放点释放两种示踪气体，记录释放时间；
步骤4：自释放时间开始，根据设定间隔及设定时长在采样点采集气样，记录采样时间；
步骤5：采用气相色谱仪分析各采样点采集气样的示踪气体浓度。记录气样示踪气体浓度及该浓度的采集时间；
步骤6：分析释放点与采样点的距离、释放时间、各采样点采集到示踪气体的采样时间，确定采空区群漏风情况；
步骤7：分析未能采集到示踪气样的区域，再次确定释放点与取样点，进行漏风检测，循环该过程，直至确定所有采空区群的漏风情况。
2.根据权利要求1所述的一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法，其特征在于，所述步骤1中能位测试步骤如下：
步骤1.1：根据近距离煤层群开采形成的采空区，确定能位测定路线及能位测定的测点；
步骤1.2：沿着测定路线，用气压计测量出前后两测点的静压差，测算测风点处的动压和位能差，测算密闭墙处的压差，从而计算出两测点间的能位差；
两测点能位差计算方法如下：
其中式中：kx为井下精密气压计校正系数；ks为地面精密气压计校正系数；pi，pi+1分别为i，i+1测点的绝对静压，Pa；
分别为i，i+1测点的地面大气压，Pa。ρi，ρi+1分别为i，i+1测点的空气密度，hi，hi+1分别为i，i+1测点的标高，
分别为i，i+1测点内外压差，vi，vi+1分别为i，i+1测点的风速。
3.根据权利要求1所述的一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法，其特征在于，所述步骤2中释放点和采样点确定方法为：释放点为高能位点，采样点为低能位点；释放点如为密闭墙，密闭墙外能位要高于密闭墙内部能位，采样点如为密闭墙，密闭墙外能位要低于密闭墙内部能位；释放点与采样点需覆盖近距离煤层群开采所形成的采空区群。
4.根据权利要求1所述的一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法，其特征在于，所述步骤3中释放两种气体的设备包括三通管，所述三通管的每一端上都设有胶皮管3，三通管通过胶皮管3分别连接有高压气瓶1、压风管道5和释放孔4，三段胶皮管3上都设有球阀2，通过球阀2控制各气路。
5.根据权利要求1所述的一种近距离煤层开采采空区群漏风检测方法，其特征在于，所述步骤6采空区群漏风情况确定方法为：
从释放点到采样点最大漏风速率计算：
最小漏风速率计算：
其中，Lx，Ly，Lz分别为某示踪气体释放点到采样点的倾向距离、走向距离及垂直距离，tc1，tc2分别为最早检测到示踪气体及最晚检测稳定流量示踪气体的采样时间，ts1，ts2分别为示踪气体释放开始时间及结束时间；
采空区群中漏风速率在0.24m/min＞Vmax＞0.1m/min∪0.24m/min＞Vmin＞0.1m/min的区域属于危险漏风区域。
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