关键词： 煤矿瓦斯；负压抽采管网；超声波；检漏技术
煤矿瓦斯抽采系统的重要组成部分之一是煤矿井下瓦斯抽采管网，其具有衔接抽采泵和井下抽采钻孔、有效传递抽采负压、以及集中利用或排除煤层瓦斯的作用。正因如此，井下瓦斯抽采管网被视为整治、开发与使用煤矿瓦斯的重要结构。但是瓦斯抽釆管道在长期运作过程中，老化、锈蚀等现象是不可规避的，在外部空气以负压的形式被吸进管道中时，管内瓦斯气体浓度会相应降低，增加利用成本的同时，也产生诸多安全隐患。精确辨识瓦斯抽采管网泄露的具体方位，是众多煤炭企业面对的共性问题，本文对一类以超声波检测为基础的检漏技术应用情况进行探究。
1 煤矿瓦斯负压抽采管网检漏原理
对于某个压力系统而言，若出现泄露现象、孔径相对较小、但系统内外部压力差值相对较大的情况，泄露气体的流动速度通常会很大，雷诺数值也增加，进而产生了湍流。对于湍流来说，其流动空间存在着规格与形体不同的漩涡，进而产生朝着空间辐射的超声波[1]。并且在雷诺数值相对较大情景下，与泄露孔贴近位置就会产生漩涡，因为泄露孔的气流很大，以致孔周边的气体会源源不断的汇集到流动区，促使流动空间不断拓展，漩涡也会陆续形成，涡流实质上就是液体流动的声音。以超声波为基点发展起来的管道检漏技术，实质上就是采用超声波探头，去检测某些超声波信号的轻度与声音来源，用来对矿井下瓦斯抽采管道进去检漏的目标。
2矿井工程概况
山西霍尔辛赫矿属高瓦斯矿井 ，生产能力是40Mt/a，矿井以立井为主，井底水平标高+416m，，煤层厚为4.50~7.18m，厚度平均值为5.66m，当下主要开采对象以3#煤层一、二盘区为主。
3以超声波为基础检漏技术的应用
3.1明确试验巡检线路
结合霍尔辛赫煤矿企业运行实况，确定本次井下巡视检查路线，当下井下瓦斯预抽管路线以3210工作面（二盘区）与3101工作面（一盘区）为主。矿井瓦斯抽采系统规划抽采规模为210m³/min，其中低负压抽采系统35m³/min，拟选用预抽与边采边抽、边掘边抽及采空区抽采相结合的综合瓦斯抽采方法。矿井瓦斯抽采以3210与3101工作层面为主。3210预设抽钻孔数目为210个，3101为385个，巡视检查路线以东回风大巷高 、低负压管路、回风集中巷高、低负压管路为主。
3.2试验过程
检漏作业开始之前，相关人员需在水平地面上完成相关仪器的充电与校对工作。在对仪器精度检测与校对过程中，需启动GS400超声波信号发生器，并使检漏仪的灵敏度处于最大值，在液晶显示屏有40kHz的频率显示，且超声波检测的所有指示灯均被点亮并伴有蜂鸣器的响声时，代表仪器校对工作已完成。
在瓦斯负压抽采管网检漏过程中，相关人员应手拿YJL40C检漏仪器，按照一定次序对管道进行逐一检查[2]。结合现场检测需求，可适度对超声波的曲度进行调整，与此同时最大限度的减缩探头和疑似泄漏点间的距离，这是提升检测结果精确性的最直接方法。在检漏仪器传递出报警信号时，相关人员就会快速发现管道具体泄露位置，LED指示灯也会对该点的泄露程度做出相关提示，液晶屏的功能在于呈现出泄漏点的超声波频率。在明确泄漏点以后，对泄漏点的参数信息进行记录，继而应用与之相匹配的堵漏设备设施进行当场堵漏处理措施，检漏仪的巡检示意图可见图1。
图1 检漏仪的巡检示意图
3.3检漏结果统计
本次现场巡检中，瓦斯抽采管道总数为9150个，钻孔745个，泄漏点共检测出50个，其中主管泄漏点6处，，抽采钻孔连接处泄漏点44处.对管道泄漏点进行整体分析，发现大部分泄漏点存在钻孔到汇流管间的衔接处，其中，钻孔抽采管衔接位置的泄露数目在样本中容量中所占比例高达50.0%，其次为导流管 、汇流管以及三通衔接处。对不同漏气点的泄漏程度进行解析，发现主管及支管的法兰衔接处泄漏最严重，3210回风巷检测到5处较为严重的法兰泄漏点，3202进风巷有3处。
3.4泄漏原因与措施分析
主管及支管法兰衔接处出现泄漏现象，多数是由紧固法兰的螺栓安稳性缺乏、法兰间密封垫性能降低导致的。针对螺栓松动这一常见诱发因素，可采用紧固螺栓措施；但是对于密封垫性能降低的问题，需应用专门化的堵漏器具，将适量的堵漏剂灌注到法兰之间，以实现堵漏的目标。
而钻孔处抽采管路泄漏，多数分布在衔接瓦斯抽采管的软管、三通、导流管以及汇流管的衔接位置，大体上是因为封实不严谨或衔接软管松动后位置发生偏移，导致的泄漏[3]。在抽采管和软管间配合相对紧密的情况下，可以采用在里部直接涂刷密封胶的方式；但是若抽采管和软管两者缝隙相对较大，可采用于接头外部增设一层橡胶套的方式，在衔接软管以后，在应用抱箍施以紧固措施。
3.5影响检漏仪检出精确性的因素
①泄漏周边超声波信号强弱，直接影响检漏精确度。在泄漏位置超声波信号较强，且泄漏位置处于主管的法兰衔接部位，通常在主管内较高负压的作用下，检漏效率得以提升。
②环境噪音影响检漏效果。若试验过程中，放水器、汇流器上的阀门没有关闭完全，那么就会产生较大的气流声，使检测结果精度相应降低。
结束语：
本文研究了以超声波原理为基点，开发了YJL40C煤矿用瓦斯抽放管道检漏仪，采用该仪器在山西霍尔辛赫煤矿企业进行试验，取得了相对较满意的检测结果，并了解到了泄漏点的大体分布特点，同时也认识到检漏仪器在应用过程中受多种因素影响的事实。希望相关人员在后续实践这中，不断完善检漏仪的性能。
参考文献：
[1]郭寿松. 一种基于超声波检测的瓦斯抽采管道检漏技术[J]. 矿业安全与环保, 2014,41(3):88-91.
[2]张天军, 宋爽, 李树刚,等. 瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术与应用[J]. 西安科技大学学报, 2017,14(5):623-629.
[3]赵波. 抽采监测与安全监测系统并网一体化管理研究[J]. 煤炭与化工, 2013, 36(10):82-84.
论文作者:张永
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
标签：瓦斯论文; 超声波论文; 管网论文; 钻孔论文; 管道论文; 负压论文; 煤矿论文; 《科技中国》2018年5期论文;