采空区涌出气体综合分析法测采空区漏风率.pdf

采空区涌出气体综合分析法测采空区漏风量 周成军 神东集团 神东煤炭分公司, 内蒙古 鄂尔多斯 017209 摘 要 介绍了神华集团神东分公司利用采空区涌出气体综合分析法对哈拉沟煤矿 02212综采 工作面采空区漏风量测定的实践经验。 关键词 采空区; 气体综合分析; CO2; N2; O2; 漏风量 中图分类号 TD723 文献标识码 B 文章编号 1003- 496X 2007 09- 0031- 03 1 采空区漏风的危害 在矿井已采区域, 将形成采空区, 矿井风流的一 部分将通过采空区形成漏风。一方面煤层上部岩层 冒落或产生裂隙, 并出现地表沉陷, 在地表与井下采 场之间形成漏风通道; 另一方面采煤工作面由于采 煤而不断向前推进, 在采煤工作面后方形成的采空 区由于顶板周期来压及冒落时的碎胀性, 冒落不可 能密实, 形成漏风通道; 还有在采煤工作面完全结束 并对该采煤工作面采空区进行彻底的封闭后, 由于 封闭不严及围岩松动圈的存在, 形成漏风通道。在 矿井通风机及自然风压的作用下, 在这些漏风通道 两端产生风压差, 从而造成少量的风流流过采空区 现象, 即所谓的漏风。 漏风的危害很大, 可能使采空区遗留的浮煤由 于有了不断的供氧条件而发生自燃现象; 也有可能 将采空区内积存的大量有害气体带入井下作业场所 危害作业人员的身体健康, 严重的甚至引发瓦斯爆 炸; 由于漏风为无效风量, 使矿井的有效风量下降, 作业场所得不到充足的供风, 增加了矿井的通风难 度。摸清矿井各采空区的漏风量大小是治理漏风的 首要工作。 2 传统的测定漏风的方法 1 风表直接测量法。风表测量有间接法和直 接法。直接法就是在漏风漏出或漏入的地点直接测 定。井下一般都不符合直接测定漏风条件的地点, 因为采空区是一个区域, 风流在经过采空区时, 漏风 是逐渐完成的。 2风表间接测量法。风流在经过采空区前一 般是在井下巷道中流动, 这个风量值是可以直接测 定的。风流在流经采空区后又回到正常的巷道中, 由于采空区漏风, 使风量发生了变化, 用风表再测定 一次风量值。两者相减, 就是采空区漏风。这种测 定方法也有很大的局限性, 因为在采煤工作面, 漏风 一般是风流在到达采煤工作面时, 小部分风流流入 采空区, 形成漏风, 在风流离开采煤工作面时, 流入 采空区的风流又从采空区流出, 汇入到风流中, 采空 区的漏风量还是不能计算出来。用风表实现对风量 的准确测量, 除了操作技能, 应该指出的是风表对使 用地点的要求很高, 一般需将巷道按测风站的要求 施工好后, 在永久测风站中测量还能够得到比较准 确的风量值, 在其它临时地点测量由于风流不稳都 会有较大的误差, 误差值甚至超过漏风量的值。所 以在井下采煤工作面等通风断面复杂的作业场所一 般不具备用风表准确测量风量的条件, 在漏风较小 的情况下, 不宜采用风表测定漏风量。 3 SF6示踪气体测定法。 SF6的化学性能稳 定, 在自然界几乎不存在, 且具有不溶于水、 不易被 浮煤吸收等特性, 是较为理想的示踪气体, 也是目前 比较先进的采空区漏风量测定方法。方法是在风流 中定量 以恒定的速度 释放 SF6气体, 在风流经过 采空区时, 由于有气体经过采空区补充到该风流中, 风流总量增加, 由于 SF6在风流中的总量保持不变, SF6在风流中的浓度发生了变化, 这样通过测定 SF6 浓度值的变化及风流量的值, 就可以计算出从采空 区涌入到风流中漏风量的值。 SF6气体测定法仍存 在很大的局限性, 只能测定在漏风使风流的风量增 大时可用, 其它情况的漏风仍不能测定。同时测定 SF6气体成本很高, 需专用的气相色谱仪及分析方 法, 在实践中一般很少采用此方法。 上述可以看出, 采空区漏风量测定在矿井通风 工作中也是一项较为难以实现的工作。为摸清采空 区漏风量的大小, 应寻找一种简便易行、 较为准确的 31 技术经验 煤 矿 安 全 2007- 09 采空区漏风测定方法。 3 采空区涌出气体综合分析法测采空区漏风量 通过对采空区向采煤工作面风流或巷道风流中 掺入的漏风成份及其引起采煤工作面风流或巷道风 流气体成份或浓度的变化情况, 综合分析后得出漏 风量的大小, 从而提供一种采空区漏风的测定方法。 3 . 1 漏风测定 神东分公司哈拉沟煤矿 02212综采工作面进风 量 Q为 2330m3/m in , 9月 16日对图 1中所示的 1 、 2 、 3三个气体采样点的气体进行采样, 并用气相色 谱仪进行了气体分析, 结果如表 1所示。 表 1 气体分析结果 序号气体采样地点 气体浓 度代号 CH4/ CO / CO2/N2/O2/ 1综采面风流 A1 00 . 000 30. 072 876. 32520 . 873 4 2采空区 回风隅角 A2 00 . 003 30. 427 877. 95519 . 500 4 3工作面回风流 15联巷 A3 00 . 000 60. 148 976. 59820 . 592 4 漏风量计算结果 /m3 m in- 1635. 8468 . 7599 . 6 图 1 哈拉沟煤矿 02212综采工作面通风系统 及气体采样点位置 假定采空区漏风量为 Q1。 计算公式为 Q A1 Q1 A2 Q Q1 A3 对各种不同气体, 采用同样的公式进行计算, 由 此可得漏风 Q1 Q A3- A1 / A2- A3。 3 . 2 计算说明 综采工作面风流在到达综采工作面回风隅角 时, 与采空区漏风已全部汇合 实际情况一般是风 流在通过综采工作面中部后, 综采工作面后方采空 区一直通过综采支架间缝隙向工作面漏风 。汇合 后的风流形成综采工作面回风流, 并随着向前流动, 各种气体自然地会混和。 由于采空区本身积存大量有害气体, 采空区浮 煤吸附氧气而造成氧气浓度降低。在漏风经过采空 区时, 漏风流中所含各种气体的浓度将发生明显变 化。 两股风流 综采工作面风流和漏风 汇合成综 采工作面的回风流后, 虽然两股风流中各种气体成 份或浓度可能不同, 但两股风流中各种气体的总量 等于混和后形成的总回风流的各种气体量的大小。 这就是采空区漏风量计算的依据。 由表中可以看出, 通过分别对 CO2、 N2、 O2这 3 种气体的浓度变化来计算采空区漏风, 得到采空区 漏风量的结果也各不相同, CO浓度太低, 计算漏风 值的结果与其他 3种气体相比较, 误差较大, 没有取 值。 3 . 3 实施要求及影响因素 1采面风流气体采样, 一般应在综采面进风 流中采场空间中采样, 以保证所采气样为综采进风 流气样。 2采空区 回风隅角 采样, 在采样时必须根 据实际情况, 人员位于综采工作面回风隅角的第一 台综采支架内部, 将采样导管插入采空区采样, 以确 保所采气样为采空区漏风气样。 3采面回风流气样, 由于漏风与采面风流在 回风流处汇合后, 两股风流的充分混和需要足够的 混和距离, 所以应在汇合后风流向前 150 m 左右的 位置处的回风流中采样。 4采样顺序, 按标号 1 、 2 、 3号的顺序先采工 作面风流, 再采采空区漏风, 最后采工作面回风流气 样。在采完 1号气样后, 由于采空区漏风各气体浓 度一直处于变化状态, 其余两样的采样时间最好与 风流到达时间尽量一致, 以保证所采气样为同一股 风流。 5采空区漏风一直处于变化之中。随采煤工 作面向前推进, 采空区上方顶板不断跨落, 并出现周 期来压, 上部基岩破断下沉, 产生裂隙并不断闭合。 32 煤 矿 安 全Total394 技术经验 由于神东矿区煤层为浅埋藏煤层, 煤层距地表深度 一般在 100m 左右, 地表又有厚 5 20 m 的风积沙 履盖, 采空区与地表之间形成先张开后闭合的漏风 通道, 存在较强的且一直处于变化之中的地表漏风。 另外采场自身由于风流压差的存在, 也存在架后漏 风。 6工作面上隅角是采空区漏风的主要通道, 由于漏风气体成份一直随漏风情况的变化而变化, 采场顶板随工作面推进不断的冒落, 顶板不断产生 新的裂隙, 原有裂隙又不断闭合, 漏风始终处于变化 状态。漏风风流中各气体的浓度也处于变化状态, 所以用不同气的变化来计算漏风, 其结果也不同。 同理, 以同一气体为依据在不同时间测得的漏风结 果也不完全相同。 7对于变化大且用便携式仪器易测的气体种 类, 也可采用便携式仪器来测定气体。 3 . 4 气体综合分析法的优点及局限性。 优点 1可以用不同气体的变化来分别进行计算, 以综合分析漏风量的大小, 提高了结果的可信度。 2工作面风流风量的大小对漏风量结果值影 响小, 与漏风量占汇合后总风量的比例相关。如漏 风量占总风量的为 1/10 , 则用风表测定的总风量值 误差对漏风值的影响为 1/10 。 局限性 1只能适用于通风方法为抽出式的矿井, 对 于压入式矿井不适用。 2所测漏风值为各种漏风总和, 不能区别地 表漏风与矿井风流流经采空区产生的漏风。 3与 SF6示踪气体相比, 影响各种气体浓度的 因素较多, 使测定结果具有一定的偏差, 也使得采用 不同的气体测漏风的结果也不尽相同, 但总体上还 是具有较高的准确性。 如由于煤层裂隙中本身赋存有 N2、 CO2、 CH4等 气体, 在气流经过工作面时, 或多或少受到影响, O2 在经过工作面时要有一定的损耗, 采煤机切割煤壁 还可能产生 CO。另外, 虽然上隅角是主要的漏风通 道, 但架间也存在一定的漏风, 具各种漏风的气体成 分也不完全一样, 简单地以上隅角漏风成分代替, 对 测定结果也产生一定的影响。 另外, 工作面进风流中各种气体的成份也处于 变化之中, 尤其是神东矿区各矿井下的燃油防爆车 辆比较多, 车辆排放的废气对风流中各气体成份影 响也较大。 风流的混和程度, 漏风本身也处于不断变化之 中, 使得测定结果始终在一定范围内变化。在使用 SF6示踪气体法测定漏风时, 上隅角 SF6的浓度也一 直在不断的变化, 也说明了漏风的不稳定性。 但总的来说, 在测定过程中, 应充分考虑各种影 响因素的作用程度, 选择适当的测定条件, 尽量减小 其影响, 还是可以得出较为准确的结果。 作者简介 周成军 1971- , 男, 江苏沭阳人, 工程师, 1994年毕业于中国矿业大学, 现任神华集团神东煤炭分公 司科技中心研究院通风室主任, 主要从事矿井通风安全方面 的研究。 收稿日期 2007- 02- 05; 责任编辑 郭瑞年 国外煤矿安全信息 用聚合工艺提高采矿作业的效率和安全 在开采矿体前, 由于预先加固矿体有效地解决了提高矿体稳定性的问题。主要采煤国家的经 验证明, 在用高效采煤机组进行作业时采用聚合工艺保证了矿业生产的效率和安全, 其国家是 美 国、 澳大利亚、 南非、 英国和德国。最近, 在俄罗斯煤矿采用聚合树脂证明, 极大地提高了煤岩体的 稳定性。聚合工艺如下 用有机矿物树脂 ∀ ∃ 用聚合氨基甲酸乙酯树脂 ∗, ∀- ∗, −. , 前者加固破裂的煤体, 后者加固破裂的岩体。 摘自 ∗/01 234035 6782 960 - 3;∀2006 No . 9 33 技术经验 煤 矿 安 全 2007- 09