示踪技术在煤矿漏风检测中的应用.pdf

技术经验 文章编号 1003- 496X 2002 04- 0026- 03 示踪技术在煤矿漏风检测中的应用 刘瑛忠1, 马忠利2 1. 枣庄矿业集团付村煤业有限公司, 山东 枣庄 277154; 2. 铁法煤业集团公司建井工程处, 辽宁 铁法 112700 摘 要 文章介绍了用 SF6示踪技术检测漏风的基本原理, 通过 SF6气体示踪释放与采气色谱 分析对回采工作面采空区漏风量、 漏风风速、 漏风通道及漏风方向进行检测, 为采空区的漏风治 理提供了技术依据。 关键词 煤矿; SF6示踪技术; 漏风检测 中图分类号 TD728 文献标识码 B 防治漏风是煤矿井下通风管理上的一项重要 内容。由于井下环境比较复杂, 因而漏风形式多种 多样, 程度也不尽相同, 特别是采空区、 煤柱内、 密 闭内等人员无法到达地点的风流流动规律不便测 定和掌握。漏风能减少用风地点的有效风量, 造成 供风不足, 并加速采空区、 高冒地点和密闭内等处 煤的氧化, 有利于采空区内的瓦斯溢出, 极易造成 煤炭自燃、 有害气体侵入、 瓦斯异常涌出、 瓦斯超限 或积聚、 瓦斯爆炸等事故。因此, 必须采取有效、 准 确的方法进行漏风检测, 并通过对检测结果的分析 采取有效的方法进行防治。 1 示踪技术检测漏风的基本原理 示踪技术是应用示踪剂来研究气体 或液体 流动的踪迹及其规律, 特别是对人员不易到达地点 气体的流动研究具有独特的优越性。SF6是煤矿 井下漏风检测中最为理想的示踪剂, 通过脉冲释放 和连续稳定定量释放 SF6, 可以检测漏风的通道、 方向、 风速、 风量等。 1. 1 脉冲释放 SF6检测漏风原理 SF6脉冲释放就是在漏风源处一次瞬时释放 SF6若干量, 同时在漏风汇处取样分析 一般每间 隔 5 10 min 取一次样 。根据气样分析中有无 SF6可以得知有无漏风方向。根据下式计算出漏 风风速 V1min Lmin/ t 式中V1min 最小漏风风速, m/ s; Lmin 漏风源、 汇之间的直线漏风距离, m; t 从 SF6释放到气体分析有 SF6所 经历的取样时间, min。 1. 2 连续稳定定量释放 SF6检测漏风原理 应用 SF6连续稳定定量释放法检测矿井漏风 的基本原理是, 在需要考察研究的井巷风流中连续 稳定定量地释放 SF6气体, 之后分别在顺风流方向 端相连, 主机发送的信息可被各从机接收, 而各从 机发送的信息只能由主机接收。 RS- 485 是传输数据的一种常用方式, 但这种 传输方式在距离较远的应用中误码率较高。当通 信距离较远时, 可以用 MSM7512B 替代 RS- 485 接口芯片。MSM7512B 与 RS- 485 等接口相比, 成本更低, 传输更可靠, 其数据传速速度为 1 200 bps, 适合用于煤矿井下的数据传输场合。 作者简介 张宏福1972- , 男, 1994年毕业于山东矿 业学院, 2000 年毕业于煤科总院抚顺分院安全及技术工程 专业, 获硕士学位。现从事煤矿安全监控与仪表的研究及 开发工作。 收稿日期 2001- 08- 16; 责任编辑 金丽华 26 第 33 卷第 4 期 煤 矿 安 全 2002 年 4 月 预定的采样点采集气样, 分析沿风流方向 SF6的浓 度变化情况。当沿途不漏风或向外漏风时, 各点的 SF6浓度保持不变; 如果风流沿途向内漏风, 则沿 途各点的 SF6浓度呈下降趋势变化。通过分析 SF6气体的浓度变化, 求出漏风量, 从而找出漏风 规律。 1 当漏风漏向 SF6释放、 检测空间时的漏风 量计算。设通过某一取样点的风量为 Qi, SF6气 体的浓度为 Ci; 风流方向的下一取样点 i 1, 其 SF6气体的浓度为 Ci 1; 若 i 和i 1 之间的漏风 量为 Qi, i 1, 漏风量中 SF6气体浓度为Ci, i 1, 则 i 1 点的风量为 Qi 1 Qi Qi, i 1 设漏风率为 X , 由漏风率的定义得 Xi, i 1 Qi 1- Qi/ Qi∀ 100 Qi, i 1/ Qi∀ 100 1 根据质量守恒原理 QiCi Qi Qi, i 1 Ci 1- Qi, i 1Ci, i 1 Ci 1Qi Ci 1-Ci, i 1 Qi, i 12 由1、 2 式可得 Xi, i 1 Ci- Ci 1/ Ci 1-Ci, i 1 ∀ 100 设通过释放点的风量为 Q0, SF6气体的释放 量为 q, 释放点的 SF6气体浓度为 C0, 则 Q0 q/ C0∀ 10- 6, m3/ min 由上述公式就可逐段求出各测段的漏风量, 进 而得出整个考察区段的漏风分布规律。 在释放取样过程中, 如果各取样点间的大气参 数相差较大时, 可以用下式对风量进行校正 Qi 1 QiQi 1 PiTi 1/ Pi 1Ti, m3/ min 式中 Pi, Pi 1 分别为 i, i 1 点的大气绝对 压力, Pa; Ti, Ti 1 分别为 i, i 1 点的大气绝对 温度, K。 2 当漏风从 SF6释放、 检测空间漏向外部时 的漏风量计算。设漏向点 即漏风汇 的风量为 Q, 其中 SF6气体浓度为 C, 漏风量为 Q, 漏风流 中的 SF6气体浓度为 C。根据质量守恒原理有 QC Q C 所以漏风量为 Q QC/ C, m3/ min 在实际的漏风检测中, 可根据检测目的和研究 对象, 灵活布设释放点和取样点, 并根据漏风类型 选择漏风量的计算公式。 使用 SF6示踪气体, 并用电子捕获鉴定器进行 色谱分析, 其分析精度可达 1∀ 10- 12以下, 所以使 用 SF6示踪技术可以检测极小的漏风, 并获得较高 的精确度。 2 示踪技术的应用 付村矿井的一个综放工作面下部 靠近其回风 巷 和回风隅角瓦斯经常超限, 严重制约工作面的 推采进度, 回风隅角 CO 的浓度由正常的 5 20 ∀ 10- 6升至 80∀ 10- 6。有一条沿该工作面回风巷 及采空区留 5 m 煤柱的掘进巷道 已施工结束 。 为了针对性地有效防治瓦斯超限和自然发火现象, 对该面的采空区和邻近巷道之间进行了漏风测定。 2. 1 SF6气体连续稳定定量释放 如图 1 所示, SF6气体连续稳定定量释放点设 在 210 综放面的进风顺槽中距 210 车场约 40 m 处, 从 10 15 开始释放, 10 50 SF6气体释放调节稳 定, 释放压力为 0. 115 MPa, 释放量平均为 5. 769 mL/ min。SF6气体连续稳定定量释放流量检测数 据如表 1 所示。 图 1 210 综放工作面漏风检测布点示意图 1 7 点为 SF6取样点 SF6连续稳定定量释放点 SF6脉冲释放点 27 第 33 卷第 4 期 煤 矿 安 全 2002 年 4 月 表 1 SF6气体连续稳定定量释放检测数据表 测定时间 / s 测定体积 / mL 测定压力 /M Pa 计算流量 / mLmin- 1 5250. 1155. 769 52. 550. 1155. 714 51. 550. 1165. 825 取样点在 210 综放面布设 5 个, 212 布设 2 个, 共 7 个点。210 综放面从 10 00 开始取样, 每 隔 5 min 取样一次; 212 从 9 55 开始取样, 每隔 10 min 取样一次。SF6气体连续稳定定量释放, 取样 到 11 45 结束。 2. 2 SF6气体脉冲释放 SF6气体脉冲释放点在 210 综放面的进风隅 角, 从 11 52 开始释放, 12 00 释放结束, 共释放 SF6气体 160 mL。SF6气体脉冲释放取样点设在 212 的 6、 7 两点。6 号点每隔 10 min 取样一次, 7 号点每隔 20 min 取样一次。取到次日的 24 00 结 束。两次 SF6气体释放共取样近 400个。 2. 3 漏风测定结果 1 漏风方向。根据对 210 综放面 SF6气体连 续稳定定量释放取样的色谱分析数据可知 210 进 风顺槽中 SF6气体平均浓度为 4. 416 8∀ 10- 9; 210 回风顺槽中 SF6气体平均浓度为 4. 406∀ 10- 9。 由此可见, 210 综放面从进风到回风的整个流 程中 SF6气体平均浓度保持不变, 再根据 212 的气 样中分析出 SF6气体, 说明 210 综放面的漏风是由 工作面漏向 212, 这与 210综放面的能位测定分析 结果是一致的。 2 210 综放面风量计算。根据 CSF 6 qSF 6/ Q, 经计算得 Q 1 306 m3/ min 式中 Q 工作面计算风量, m3/ min; qSF6 SF6气体连续稳定定量释放量, mL/ min; CSF6 SF6气体连续稳定定量释放取样色 谱分析浓度。 第一天连续稳定定量释放 SF6气体时, 210 综 放面实际测定风量为 1 220 m3/ min。由于 210 面 顺槽测风条件较差, 实际测风时具有一定的误差, 而根据 SF6气体连续稳定定量释放取样色谱分析 数据计算出的工作面风量应该是比较准确的。两 者误差为 6. 58 这也说明 在矿井实际风量测定中, 当测风条 件差时, 其测定误差也能超过工程允许误差 5, 这在风量测定时应给予重视。 3 漏风风速的计算。漏风风速计算式为 V1 L1/ t 式中V1 漏风风速; L1 漏风距离, SF6气体连续稳定定量 释放时的漏风距离为 250 m; t 从漏风源到漏风汇的漏风时间 即 从 SF6气体释放到检测出SF6气体 的时间 , t 1 770 min。 经计算得 V1 0. 002 35 m/ s 4 漏风量计算。SF6气体连续稳定定量释放 取样时, 212 联巷实测风量为 278. 3 m3/ min, SF6 气体色谱分析浓度为 8. 1∀ 10- 11 2. 4 ∀ 10- 10。 根据 210 综放面的漏风类型 即由里向外漏 风 计算如下 Qmin QC/ C 5. 1 m3/ min Qmax QC/ C 15. 1 m3/ min 由上述计算可得, 210 综放面漏向 212 的风量 为 5. 1 15. 1 m3/ min。 3 结束语 利用示踪技术不但能定性, 而且能定量分析漏 风状况, 为我们提供了独特的较为理想的漏风检测 手段。我们可以通过准确测定, 找到漏风通道掌握 漏风量, 便于针对性地采取调节系统、 喷浆堵漏等 有效措施治理漏风, 防止瓦斯涌出和自然发火, 促 进矿井的安全生产。 作者简介 刘瑛忠, 助理工程师, 1988 年毕业于抚顺 煤炭工业学校通风与安全专业, 现在枣庄矿业集团付村煤 业有限公司, 一直从事矿井通风与安全工作。 收稿日期 2001- 10- 05; 责任编辑 金丽华 28 第 33 卷第 4 期 煤 矿 安 全 2002 年 4 月