CN101201262A

CN101201262A - 测定矿井内漏风量的方法

Info

Publication number: CN101201262A
Application number: CNA2006101681814A
Authority: CN
Inventors: 周成军
Original assignee: China Shenhua Energy Co Ltd
Current assignee: China Shenhua Energy Co Ltd
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-18

Abstract

本发明提供了一种测定矿内，尤其是煤矿井内漏风量的方法，其包括测定漏风区上游的气体流量Q、以及漏风区上游气体浓度A1、漏风区气体浓度A2和漏风区下游气体浓度A3的步骤，和根据计算公式漏风量Q₁＝Q×(A3－A1)/(A2－A3)计算漏风量的步骤。本方法的特点是简便、经济，满足了各种矿内测量漏风量的要求。

Description

测定矿井内漏风量的方法

技术领域

本发明涉及一种测定漏风量的方法，尤其是测定矿井内的各种采空区漏风量的方法。

背景技术

在采矿业，尤其是采煤业中，在采煤完毕后，将形成采空区，一方面煤层上部岩层冒落或产生裂隙，并出现地表沉陷；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。在矿井通风机对全矿井下进行通风的同时及自然风压的作用，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***；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。为此摸清矿井各采空区的漏风量(气体在单位时间内漏出的体积)大小是治理漏风的关键。

传统的测定漏风量的方法主要有：

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，一般是风流在到达采煤工作面时，一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。

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。在井下作业场所一般不具备用风表准确测量风量的条件，所以在漏风较小的情况下，不宜采用风表测定漏风量。

3、SF₆(六氟化硫)气体测定法。采空区漏风量，目前比较先进的方法为SF₆气体测定方法。方法是在风流中定量(按规定不变的速度)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。SF₆作为标气的原因是该气体在大气中及井下采空区都不可能自然出现，且化学性质稳定。

由此可以看出，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，需采用新的方法来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型、简便、经济的测定矿井内，尤其是来自煤矿采空区的漏风量的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了这样的技术方案：

测定漏风区上游的气体流量Q，以及漏风区上游气体浓度A1、漏风区气体浓度A2和漏风区下游气体浓度A3，假设待测漏风量为Q₁，由于漏风区下游的气体是漏风区上游和漏风区气体汇合而成，则对于某种气体而言，存在如下关系：

Q×A1+Q1×A2＝(Q+Q₁)×A3；由此可得，

漏风量Q₁＝Q×(A3-A1)/(A2-A3)。

因而在一个实施方案中，本发明测定漏风量的方法，包括测定漏风区上游的气体流量Q，以及漏风区上游气体浓度A1、漏风区气体浓度A2和漏风区下游气体浓度A3的步骤，和根据计算公式漏风量Q₁＝Q×(A3-A1)/(A2-A3)计算漏风量的步骤。

特别地，对于煤矿而言，测定采空区漏风的方法，根据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的测定和计算来实现。

因而在另一个实施方案中，依据本发明测定煤矿漏风量的方法，包括测定采面风量Q、采面气体浓度A1、漏风气体浓度A2、工作面回风流(即采面气体与漏风气体汇合并混和后)气体浓度A3的步骤，和根据计算公式漏风量Q₁＝Q×(A3-A1)/(A2-A3)计算漏风量的步骤。即，在测定煤矿漏风量时，漏风区上游的气体流量为采面风量，所述漏风区上游气体浓度、漏风区气体浓度和漏风区下游气体浓度分别为采面气体浓度、漏风气体浓度和工作面回风流(即采面气体与漏风气体汇合并混和后)气体浓度。

优选地，当测量煤矿漏风量时，同时测定多种气体的各浓度A1、A2和A3，综合分析而得出漏风量的大小。在一个实施方案中，测定的气体包括CO₂、N₂和O₂。

为了测定各气体的浓度，一般需要进行气体的采样，在一个实施方案中，采面气体采样在综采面进风流中采场空间中进行，以保证所采气样为综采进风流气样。

在一个实施方案中，漏风气体采样在采空区(回风隅角)进行，在采样时根据实际情况，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***采空区采样，以确保所采气样为采空区漏风气样。

在一个实施方案中，测定工作面回风流气体浓度的采样，即采面回风流气体的采样，在保证使漏风与采面风流在回风流处汇合后，进行充分混和后的位置处进行。在一个实施方案中，该位置在汇合后风流向前150米左右的位置。

在一个实施方案中，气体采样的顺序为，按标号1、2、3号的顺序先采工作面风流(采面气体)，再采采空区漏风气体，最后采工作面回风流气体。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。

这样，本发明以非常简便、经济的方式，实现了对矿内漏风量的测量，本发明漏风量的测量方法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，提高了结果的可靠性；另外，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，则总风量值测量误差对漏风值的影响为1/10。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地说明，应该理解，下述实施例和附图仅用于描述本发明，而不是对本发明的限制，例如，本发明方法可用于除了煤矿以外的其它矿产。

图1为某煤矿02212综采工作面通风***及气体采样点位置。

具体实施方式

为说明该方法，下面举例说明该方法的原理：

请参阅图1，以某煤矿02212为例，测量了该煤矿的漏风量值。

1、测定采面风量Q、采面气体浓度A1、漏风气体浓度A2、工作面回风流(即采面气体与漏风气体汇合并混和后)气体浓度A3：

其综采工作面进风量Q为2330m³/min；选取了图中所示的1、2、3三个气体采样点进行气体采样，其中1号采样点位于综采面进风流采场空间中，

并用气相色谱仪进行了气体分析。

这里，综采工作面进风量Q的测定可以采用现有的任何技术；可以用气相色谱仪对气样进行气体组份测定，对于易测且变化较为明显的气体种类也可采用便携式仪器，由人工在现场直接测定。

2、计算：

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)，式中：

Q为采面风量；

A1为采面气体浓度；

A2为漏风气体浓度；

A3为工作面回风流(即采面气体与漏风气体汇合并混和后)气体浓度。

计算结果如下：

序号	气体采样地点	气体浓度代号	CH₄％	CO％	CO₂％	N₂％	O₂％
序号	气体采样地点	气体浓度代号	CH₄％	CO％	CO₂％	N₂％	O₂％	1	综采面进风流	A1	0	0.0003	0.0728	76.325	20.8734
2	采空区(回风隅角)	A2	0	0.0033	0.4278	77.955	19.5004	1	综采面进风流	A1	0	0.0003	0.0728	76.325	20.8734
2	采空区(回风隅角)	A2	0	0.0033	0.4278	77.955	19.5004	2	工作面回风流15联巷	A3	0	0.0006	0.1489	76.598	20.5924
	漏风量计算结果(m³/min)				635.8	468.7	599.6	2	工作面回风流15联巷	A3	0	0.0006	0.1489	76.598	20.5924

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。

结果分析：用不同气体分别计算漏风量后，应分析各漏风量是否较为接近，以判定计算值的可靠性。

由表中可以看出，通过分别对CO₂、N₂、O₂三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三种气体相比较，误差较大，没有取值。

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。由于矿区煤层为浅埋藏煤层，煤层距地表深度一般在100米左右，地表又有厚5～20米的风积沙覆盖，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。

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，漏风风流中各气体的浓度也处于变化状态，所以该方法从理论上不可能准确测量出漏风量的大小，但可以给出漏风量的所在区间值。另一方面，由于漏风本身变化较大，准确测定漏风也没有更强的实际意义。

另外，本发明方法对气体变化明显的弱漏风如密闭漏风也能较为准确的测出漏风量的大小。例如某煤矿88203工作面在回采过程中，由于受相邻采空区88202(88202已采完)的影响，88203外错回风巷瓦斯超限严重。分析原因88203综采面与88202采空区之间的联络巷密闭存在漏风，由于88202采空区中积存大量的高浓度瓦斯，88202采空区瓦斯两工作面之间有30个联络巷密闭，瓦斯浓度60％，外错回风巷风流在从40联巷的位置到达10联巷位置时，其瓦斯浓度已从开始时的0.5％上升到3.0％，外错回风巷的风量为900m³/min。由此可以计算出采空区瓦斯涌出量为：900×(0.03-0.005)＝22.5(m³/min)，88202采空区通过密闭向88203外错回风巷漏风量为：22.5÷0.6＝37.5(m³/min)。

Claims

1.一种测定矿井内漏风量的方法，包括测定漏风区上游的气体流量Q、漏风区上游气体浓度A1、漏风区气体浓度A2和漏风区下游气体浓度A3的步骤、以及根据计算公式漏风量Q₁＝Q×(A3-A1)/(A2-A3)计算漏风量的步骤。

2.根据权利要求1所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，所述漏风区上游的气体流量为采面风量，所述漏风区上游气体浓度、漏风区气体浓度和漏风区下游气体浓度分别为采面气体浓度、漏风气体浓度和工作面回风流气体浓度。

3.根据权利要求2所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，测定包括CO₂、N₂和O₂在内多种气体的各浓度A1、A2和A3，综合分析而得出漏风量的大小。

4.根据权利要求3所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，采面气体采样在综采面进风流中采场空间中进行。

5.根据权利要求4所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，漏风气体采样在采空区进行，在采样时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***采空区采样。

6.根据权利要求5所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，采面回风流气体的采样，在保证使漏风与采面风流在回风流处汇合后，进行充分混和后的位置处进行。

7.根据权利要求6所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，气体采样的顺序为先采采面气体，再采采空区漏风气体，最后采工作面回风流气体。

8.根据权利要求6所述的测定矿井内漏风量的方法，其特征在于，在采样完采面气体后，其余两样的采样时间与风流到达时间一致。