專利名稱：一種煤層頂板漏風(fēng)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層頂板漏風(fēng)檢測(cè)方法，屬于煤礦開采領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
厚煤層分層開采是煤炭開采方法之一，上分層開采后，將形成采空區(qū)，煤層上部巖 層垮落并堆積在下分層上方，隨著開采的進(jìn)行，上部巖石堆積時(shí)間變長(zhǎng)，冒落巖石逐漸被其 上部的巖層壓實(shí)，但仍然存在氣體流動(dòng)通道。當(dāng)開采下分層時(shí)，在礦井通風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用下， 這些氣體流動(dòng)通道兩端產(chǎn)生風(fēng)壓差，從而造成少量風(fēng)流流過下分層上部，形成漏風(fēng)。
礦井漏風(fēng)不僅浪費(fèi)通風(fēng)能量，降低礦井有效風(fēng)量率，使用風(fēng)地點(diǎn)需風(fēng)不足，而且連 續(xù)的漏風(fēng)加速了漏風(fēng)路徑上煤炭的供氧，容易造成煤炭自燃、瓦斯異常涌出、甚至瓦斯爆炸 等事故。漏風(fēng)使礦井通風(fēng)管理的難度增加，給礦井安全生產(chǎn)埋下重大隱患，因此，檢測(cè)漏風(fēng) 路徑和漏風(fēng)風(fēng)速或漏風(fēng)風(fēng)量非常必要。
傳統(tǒng)測(cè)漏風(fēng)檢測(cè)主要有兩種方法一種是直接測(cè)風(fēng)法，另一種是示蹤氣體法。
直接測(cè)風(fēng)法是利用風(fēng)表測(cè)量漏風(fēng)源(匯)處巷道的風(fēng)流上風(fēng)側(cè)和下風(fēng)側(cè)風(fēng)量，直接 將漏風(fēng)源(匯)上、下風(fēng)側(cè)的風(fēng)量相加減，即得漏風(fēng)風(fēng)量。該方法是在明確漏風(fēng)通道或漏風(fēng)源 (匯)時(shí)才可用。且風(fēng)表測(cè)量風(fēng)量時(shí)，人為誤差較大，測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確。當(dāng)漏風(fēng)量很小時(shí)， 測(cè)量誤差往往大于漏風(fēng)量。所以漏風(fēng)較小時(shí)，不宜采用風(fēng)表測(cè)量漏風(fēng)量。
示蹤氣體法可測(cè)試漏風(fēng)通道，也可測(cè)試漏風(fēng)量。
測(cè)試漏風(fēng)通道時(shí)，采取的方法是在風(fēng)流能位較高的地點(diǎn)釋放示蹤氣體(一般采用 SF6和/或1211,脈沖釋放的方式),利用風(fēng)流帶動(dòng)示蹤氣體流動(dòng),在預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)示蹤氣體 的地點(diǎn)布置一系列采樣點(diǎn)，當(dāng)采樣地點(diǎn)采集到示蹤氣體時(shí)，說明釋放點(diǎn)與采集點(diǎn)之間存在 漏風(fēng)通道。為了確定漏風(fēng)可能通道，往往需要布置大量采樣點(diǎn)，每一個(gè)采樣點(diǎn)均采用人工采 樣，采樣時(shí)間往往也較長(zhǎng)，根據(jù)研究范圍和漏風(fēng)的特點(diǎn)，采樣時(shí)間從幾十分鐘到幾小時(shí)甚至 是幾十小時(shí)不等，該方法耗時(shí)耗力，成本較高。即便如此，由于氣體采樣地點(diǎn)的有限性，用此 方法測(cè)試的漏風(fēng)通道與實(shí)際漏風(fēng)通道之間往往有一定偏差，相應(yīng)的，以此求算的漏風(fēng)風(fēng)速 也就不準(zhǔn)。
測(cè)試漏風(fēng)風(fēng)量時(shí)，一般在漏風(fēng)匯的上風(fēng)側(cè)釋放示蹤氣體(需要采取恒量釋放法)， 在釋放點(diǎn)下風(fēng)側(cè)不同地點(diǎn)采集氣樣，考察不同采樣點(diǎn)示蹤氣體濃度是否存在差異，若存在 差異，表明兩采樣地點(diǎn)間存在漏風(fēng)流入的情況，此時(shí)可以通過兩點(diǎn)間濃度差值大小，計(jì)算兩 點(diǎn)間漏風(fēng)風(fēng)量。由于漏風(fēng)量小，釋放的示蹤氣體流量有明確的要求(一般較小)，偏大或偏小 均不能有效反應(yīng)漏風(fēng)大小?？梢钥闯觯瑴y(cè)試漏風(fēng)風(fēng)量的前提是準(zhǔn)確判斷漏風(fēng)路徑，路徑判斷 不準(zhǔn)，漏風(fēng)量的測(cè)試結(jié)果也就不正確。而且為了采集并分析微量氣體濃度的變化，需要借助 專門的氣相色譜儀進(jìn)行分析，整個(gè)測(cè)試、分析過程同樣繁瑣、昂貴。
可見，煤礦漏風(fēng)路徑的準(zhǔn)確測(cè)試是一項(xiàng)非常困難的工作，為了高效準(zhǔn)確測(cè)試漏風(fēng)， 需要一種簡(jiǎn)單、低廉的新方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種針對(duì)下分層工作面(或煤層群開采工作面)頂板的新型、簡(jiǎn)單、高效、低廉漏風(fēng)路徑及漏風(fēng)風(fēng)速測(cè)試方法。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方法是一種煤層頂板漏風(fēng)檢測(cè)方法，其特征在于恒量釋放示蹤氣體，利用便攜式示蹤氣體采集儀，在單一采樣點(diǎn)采集氣樣，測(cè)試大范圍內(nèi)漏風(fēng)的最短路徑和計(jì)算漏風(fēng)最大風(fēng)速；具體方法包括以下步驟在工作面待測(cè)區(qū)域機(jī)巷某點(diǎn)A上幫向煤層頂板打鉆，鉆孔深度穿透煤層O. 5m即可，在鉆孔內(nèi)埋設(shè)氣體釋放管，釋放管端頭設(shè)O. 5m長(zhǎng)的花管，釋放管下端伸出鉆孔O. 3m即可，除花管段外，釋放管與鉆孔間注漿封堵，確保不漏氣。釋放管外端設(shè) 連接裝置，與示蹤氣體釋放裝置相連。示蹤氣體采用恒量釋放，記錄開始釋放時(shí)間h和釋放流量q。與此同時(shí)，安排人員在待測(cè)區(qū)域風(fēng)巷外口 C點(diǎn)，采用便攜式示蹤氣體檢測(cè)儀，檢測(cè)示蹤氣體。當(dāng)檢測(cè)到示蹤氣體時(shí)，記錄示蹤氣體到達(dá)時(shí)間t2。此時(shí),人員開始沿工作面風(fēng)巷逆風(fēng)行走,邊走邊測(cè)試示蹤氣體，當(dāng)在風(fēng)巷某點(diǎn)B檢測(cè)不到示蹤氣體時(shí)(檢測(cè)到示蹤氣體的臨界點(diǎn))，測(cè)量人員行走的距離Lra,并測(cè)量B點(diǎn)巷道風(fēng)流風(fēng)速Vbc,計(jì)算風(fēng)流由B點(diǎn)流至C點(diǎn)花費(fèi)時(shí)間Zl 2=Ι^Β/νΒε;。
由于漏風(fēng)風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巷道風(fēng)流速度，檢測(cè)到示蹤氣體的臨界點(diǎn)(B點(diǎn))，即為A點(diǎn)釋放的最先到達(dá)工作面風(fēng)巷的地點(diǎn)。工作面頂板A點(diǎn)最短漏風(fēng)路徑即為直線ΑΒ，可以依據(jù) A點(diǎn)和B點(diǎn)的坐標(biāo)位置,求得距離Lab,漏風(fēng)風(fēng)速Vab=Lab/( t2- t「Zl t2)。
本測(cè)試方法中需要測(cè)試的參數(shù)主要有示蹤氣體開始釋放時(shí)間h和釋放流量q， 示蹤氣體到達(dá)風(fēng)巷外口時(shí)間t2，人員在風(fēng)巷行走距離Lbc，以及風(fēng)巷風(fēng)速VB，再根據(jù)A點(diǎn)和B 點(diǎn)的位置計(jì)算Lab，即可求算最短漏風(fēng)路徑和漏風(fēng)風(fēng)速。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明以一種非常簡(jiǎn)單的方法準(zhǔn)確測(cè)算出了下分層工作面頂板漏風(fēng)路徑及漏風(fēng)風(fēng)速; 本發(fā)明的測(cè)試方法既不需要借助大量的采樣點(diǎn)和精密的氣樣分析，也不需要長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)采樣，是一種成本低廉、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高的快速漏風(fēng)檢測(cè)方法。


圖1為某煤礦22072下分層工作面示蹤氣體釋放點(diǎn)及示蹤氣體采樣點(diǎn)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1 一軌道下山，2—回風(fēng)下山，3— 22072機(jī)巷，4一22072風(fēng)巷，5—采空區(qū),6—示蹤氣體彌散區(qū)域,A一示蹤氣體釋放點(diǎn)，B一示蹤氣體運(yùn)移臨界點(diǎn)，C一采樣點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
參閱圖1，以某煤礦22072下分層工作面漏風(fēng)測(cè)試為例。
一種煤層頂板漏風(fēng)檢測(cè)方法，包括以下步驟1、在圖1中A點(diǎn)位置巷道上幫，向煤層打鉆孔，鉆孔穿透煤層O. 5m。
2、向鉆孔下直徑Φ=12. 5mm、前端有O. 5m花管的鍍鋅鋼管,作為示蹤氣體釋放管， 釋放管前端抵達(dá)鉆孔最里端，外面伸出鉆孔外O. 3m,以便連接示蹤氣體釋放裝置。
3、采用注漿法封堵除花管外的示蹤氣體釋放管與鉆孔之間的空隙，確保不漏氣。
4、連接示蹤氣體恒量釋放裝置與釋放鉆孔,準(zhǔn)備釋放示蹤氣體。
5、安排人員在圖1中C點(diǎn)，采用便攜式示蹤氣體檢測(cè)儀，檢測(cè)示蹤氣體。
6、人員在A點(diǎn)釋放示蹤氣體,記錄釋放時(shí)間1^(9:35)和釋放流量q(30L/min)。
7、C點(diǎn)人員檢測(cè)到示蹤氣體時(shí),記錄檢測(cè)到的時(shí)間t2(10:02)。
8、人員從C點(diǎn)沿風(fēng)巷緩慢走向B點(diǎn),邊走邊用示蹤氣體檢測(cè)儀檢測(cè)示蹤氣體,此時(shí)儀器一直能夠檢測(cè)到示蹤氣體。
9、當(dāng)走至圖1中的B點(diǎn)時(shí)，儀器檢測(cè)不到示蹤氣體，記錄B點(diǎn)位置，并測(cè)量人員走過的距離Lra=420m,為確保測(cè)試準(zhǔn)確,從B點(diǎn)逆風(fēng)繼續(xù)行走50m均未檢測(cè)到示蹤氣體。
10、測(cè)量風(fēng)巷內(nèi)風(fēng)流的平均風(fēng)速VB。=1. 005m/s。
11、根據(jù)A、B兩點(diǎn)位置，求算示蹤氣體流動(dòng)最短路徑，直線AB距離LAB=196. 44m, AB 與機(jī)巷夾角(銳角)θ=48.6°。
12、根據(jù)風(fēng)巷風(fēng)流速度VB。和CB兩點(diǎn)間距離Lcb,計(jì)算首次檢測(cè)到前，示蹤氣體在風(fēng)巷內(nèi)運(yùn)移時(shí)間」t2=420/l. 005=417. 9s。
13、計(jì)算示蹤氣體在下分層工作面頂板運(yùn)移時(shí)間Zl t1=t2- tf Zl t2=1202.1s。
14、計(jì)算示蹤氣體在下分層工作面頂板運(yùn)移的最快速度Vab=Lab/ Zl t^O. 16m/s。此速度即為下分層工作面頂板漏風(fēng)最大風(fēng)速。
以上所述，僅是本發(fā)明的說明示例，并非對(duì)本發(fā)明的任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)上述示例 所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種煤層頂板漏風(fēng)檢測(cè)方法，其特征在于恒量釋放示蹤氣體，利用便攜式示蹤氣體采集儀，在單一采樣點(diǎn)采集氣樣，測(cè)試大范圍內(nèi)漏風(fēng)的最短路徑和計(jì)算漏風(fēng)最大風(fēng)速；具體方法包括以下步驟(1)在工作面待測(cè)區(qū)域機(jī)巷某點(diǎn)A上幫向煤層頂板打鉆，鉆孔深度穿透煤層O.4-0. Sm, 在鉆孔內(nèi)埋設(shè)氣體釋放管，釋放管端頭設(shè)O. 4-0. Sm長(zhǎng)的花管，釋放管下端伸出鉆孔.O.2-0. 4m，除花管段外，釋放管與鉆孔間注漿封堵，確保不漏氣，釋放管外端設(shè)連接裝置，與示蹤氣體釋放裝置相連；(2)示蹤氣體釋放裝置恒量釋放示蹤氣體，記錄開始釋放時(shí)間\和釋放流量q;與此同時(shí)，安排人員在待測(cè)區(qū)域風(fēng)巷外口 C點(diǎn)，采用便攜式示蹤氣體檢測(cè)儀，檢測(cè)示蹤氣體；(3)當(dāng)檢測(cè)到示蹤氣體時(shí),記錄示蹤氣體到達(dá)時(shí)間t2;此時(shí),人員開始沿工作面風(fēng)巷逆風(fēng)行走，邊走邊測(cè)試示蹤氣體，當(dāng)在風(fēng)巷某點(diǎn)B檢測(cè)不到示蹤氣體時(shí)即為檢測(cè)到示蹤氣體的臨界點(diǎn)，測(cè)量人員行走的距離Lcb,并測(cè)量B點(diǎn)巷道風(fēng)流風(fēng)速VBC，計(jì)算風(fēng)流由B點(diǎn)流至C點(diǎn)花費(fèi)時(shí)間」t2=LCB/VBC ；(4)由于漏風(fēng)風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巷道風(fēng)流速度，檢測(cè)到示蹤氣體的臨界點(diǎn)B點(diǎn)，即為A點(diǎn)釋放的最先到達(dá)工作面風(fēng)巷的地點(diǎn)；工作面頂板A點(diǎn)最短漏風(fēng)路徑即為直線AB，可以依據(jù)A 點(diǎn)和B點(diǎn)的坐標(biāo)位置,求得距離Lab,漏風(fēng)風(fēng)速Vab=Lab/( t2- tr Zl t2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤層頂板漏風(fēng)檢測(cè)方法，恒量釋放示蹤氣體，利用便攜式示蹤氣體采集儀，在單一采樣點(diǎn)采集氣樣，測(cè)試大范圍內(nèi)漏風(fēng)的最短路徑和計(jì)算最大漏風(fēng)風(fēng)速；測(cè)試參數(shù)包括示蹤氣體開始釋放時(shí)間，采樣點(diǎn)采集到示蹤氣體的時(shí)間，便攜式示蹤氣體采集儀不能采集到示蹤氣體的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)距離采樣點(diǎn)的距離，風(fēng)巷平均風(fēng)速；利用巷道風(fēng)流平均流速和采樣點(diǎn)和臨界點(diǎn)間距離，求得示蹤氣體在風(fēng)巷流動(dòng)時(shí)間，計(jì)算示蹤氣體在煤層頂板內(nèi)運(yùn)移的最短時(shí)間；再根據(jù)釋放點(diǎn)與臨界點(diǎn)間距離求解漏風(fēng)風(fēng)速；釋放點(diǎn)和臨界點(diǎn)之間連線即為漏風(fēng)最短路徑。本發(fā)明不需要借助大量的采樣點(diǎn)和精密的氣樣分析，也不需要長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)采樣，成本低廉、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高。
文檔編號(hào)G01B21/02GK102996179SQ20121048711
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者秦汝祥, 王慶平, 騰麗影, 軒建軍, 史磊, 崔巖 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)