摘要：在煤层开采过程中采空区的遗煤会产生低温氧化,并且会伴随有C0气体涌出.而相邻采空区之间会存在漏风,从而会加大C0气体积聚.以柳塔矿为例 ,通过束管分析,找出相邻采空区之间C0产生规律,并且采取相应的对策,保证了矿井的安全生产.
关键词：采空区;气体综合分析;CO2;N2;O2;漏风量；
一、传统的测定漏风的方法
1.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。
2.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。
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。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、较为准确的采空区漏风测定方法。
二、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。
1.漏风测定，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)。
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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.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。由于某矿区煤层为浅埋藏煤层,煤层距地表深度一般在100 m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。
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。
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。加强地表堵漏工作．加强采空区的封闭质量，尽可能减少采空区漏风。
参考文献：
[1]杨红丽，王诚玉，李美英.采空区瓦斯涌出量的几种计算方法.2015.
[2]周美娟，任晓燕，李小海，等，浅谈采空区气体涌出综合分析法测采空区漏风量，2015.
论文作者:王明伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/17
标签：采空区论文; 风流论文; 工作面论文; 气体论文; 风量论文; 浓度论文; 回风论文; 《防护工程》2017年第35期论文;