能位測試與示蹤氣體聯(lián)合檢測在復雜采空區(qū)漏風中的應用研究①

李玉明

(開灤(集團)有限責任公司林南倉礦業(yè)分公司，河北玉田 064106)

0 引言

采空區(qū)煤炭自燃是煤礦井下重大災害之一。根據(jù)煤氧復合理論，煤炭自燃是由于煤體破碎后產(chǎn)生大量的裂隙，使煤的內(nèi)表面積大大增加，通過這些內(nèi)表面煤體對空氣中的氧氣先后進行物理吸附、化學吸附和化學反應，在這些吸附與反應的過程中放出熱量。如果這些熱量不能及時地散發(fā)出去，則造成熱量積聚，使煤體的溫度升高，溫度的升高更加速了煤與氧氣反應，產(chǎn)生更多的熱量，不斷地自加速過程使煤體的溫度持續(xù)升高，最后達到煤的著火溫度使自燃發(fā)生。采空區(qū)自燃是由于采空區(qū)兩端存在的壓力差造成向采空區(qū)內(nèi)漏風提供空氣，采空區(qū)內(nèi)遺留的煤炭吸附和消耗空氣中的氧氣放出熱量，同時空氣流動也帶走煤氧化放出的熱量。當帶走的熱量小于放出的熱量時就會引起煤體溫度的升高，當煤體溫度達到它的著火點時就會發(fā)生采空區(qū)自然發(fā)火。采空區(qū)漏風不但能夠引起煤炭自燃，而且降低礦井的有效風量率，增加了通風成本。

為防止煤炭自燃和增加有效風量率，需要對存在漏風的采空區(qū)進行檢測和處理，消除漏風或?qū)⒙╋L控制在易自燃風速之外。由于煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的采空區(qū)巷道連接關系復雜，任何一個采空區(qū)都有多源多匯的漏風關系，因此采用單一方法很難有效檢測采空區(qū)漏風。本研究采用了能位測試與示蹤氣體聯(lián)合技術檢測林南倉礦西一采區(qū)23正眼火區(qū)漏風通道。

1 礦井及火區(qū)情況簡介

林南倉礦位于河北省唐山市玉田縣，設計生產(chǎn)能力120萬t/a，采用中央邊界式通風，林南倉礦現(xiàn)有主要開采煤層11煤層和12煤層，均為自燃煤層，發(fā)火期45天左右。在井田的開采過程中，兩個煤層曾發(fā)生多次自燃現(xiàn)象。

林南倉礦西一采區(qū)1123正眼附近各工作面已經(jīng)回采完畢，1123正眼回撤后進回風巷口構(gòu)筑了永久密閉，－400進風大巷和－240回風大巷間由于風壓壓差比較大，采空區(qū)漏風嚴重。除了采取進回風口密閉堵漏加嚴方案外，還采取了向采空區(qū)內(nèi)打鉆注水或注高倍材料充填以及均壓等措施，但西一采區(qū)在1123正眼上閉和－239北閉兩個密閉附近依然存在CO超標。由于西一采區(qū)附近有10多個密閉(見圖1)，為了查清漏風通道，徹底解決1123正眼的火災隱患問題，決定采用能位測定和示蹤氣體檢測漏風通道。

2 火區(qū)周圍密閉能位測定

能位測試的目的是一方面可以了解采空區(qū)周圍巷道漏風源和漏風匯之間的能位關系，為定性分析采空區(qū)漏風提供理論基礎;另一方面，利用通風網(wǎng)絡能位圖，可以分析通風系統(tǒng)中相鄰分支某點間的壓能關系，以判斷其間可能存在的漏風通道和漏風方向。另外，通過能位測試可以為示蹤技術檢測采空區(qū)漏風提供前期準備，避免盲目性。

2.1 采空區(qū)壓能測試數(shù)據(jù)

使用2臺礦井通風參數(shù)檢測儀對火區(qū)附近的火區(qū)阻力進行測試，其中1臺留在基點，監(jiān)測大氣壓變化。另一臺沿預先確定的線路進行測試。測量得到的有關各密閉處的數(shù)據(jù)及基點數(shù)據(jù)見表1。

表1 通風參數(shù)測量數(shù)據(jù)

圖1 火區(qū)周圍密閉示意圖

表2 各測段阻力值(pa)

續(xù)表

2.2 各密閉點相對能位計算

根據(jù)所測試的數(shù)據(jù)，由能量方程計算出各測點相對基點的能位(如表3)并得出能位圖如圖2所示。

表3 各測點相對基點的能位

圖2 火區(qū)周圍密閉各點相對能位分布

分析測試結(jié)果，可以得出:

1)1110上閉、－239北閉和1123正眼上閉3點能位相同，而下部的7個點之間的相對能位一致或相差不大。因此，這7個密閉之間存在漏風的可能性非常小。

2)雖然1127對面閉、二中南閉、1127上閉和1127邊眼下閉和回風測3個密閉之間相對能位較大，但密閉之間的距離比1123正眼下閉、西小六下閉、1117正眼下閉到回風測3個密閉之間的距離要大的多，因此，1123正眼下閉、西小六下閉和1117正眼下閉漏風的可能性比較大。

3)在漏風可能性比較大的3個密閉中，3個密閉之間的相對能位差別非常小，其中以1123正眼下閉距離3個回風測密閉的直線距離最短，因此，此處是最有可能產(chǎn)生漏風的地方。

3 釋放示蹤氣體檢測漏風通道

根據(jù)能位測試和分析結(jié)果，隨后在采區(qū)1123正眼下閉處進行了SF6示蹤氣體釋放。上午8點30分整將SF6示蹤氣體通過1123正眼下閉的觀測孔注入采空區(qū)，同時派人在1123正眼上閉、－239北閉和1110上閉處檢測。

9點零5分，1123正眼上閉處檢測到SF6。9點零8分，－239北閉處檢測到SF6，9點20分，1110上閉處檢測到SF6，表明1123正眼下閉與1123正眼上閉、－239北閉和1110上閉之間存在漏風通道。直至下午13點40分，在上述3個密閉處仍然能夠檢測到SF6。

1123正眼下閉到1123正眼上閉的直線距離為560 m，因此，最大漏風風速為

檢測結(jié)果表明，1123正眼上、下密閉之間存在漏風，最大漏風風速達到0.2667m/s，因此可以判定，1123正眼上、下密閉之間漏風比較通暢。正是由于漏風的存在，為采空區(qū)遺煤氧化提供了條件，造成了密閉上方CO超標。

4 治理措施

根據(jù)漏風通道測試結(jié)果，在1123正眼上閉采取了打鉆注漿措施，由于廢棄巷道范圍較大，為了確保封堵效果，注漿時間超過10天。注漿完成后對原來出現(xiàn)CO超標的密閉進行重新檢測，沒有出現(xiàn)CO超標。表明通過注漿徹底封堵了采空區(qū)原來存在的漏風通道，從而保證了礦井的生產(chǎn)安全。

5 結(jié)論

1)對林南倉礦西一采區(qū)火區(qū)周圍各密閉點進行了壓能測試，得到了各點的相對能位，對存在的可能漏風通道進行了分析。

2)根據(jù)壓能測試結(jié)果，采用釋放SF6示蹤氣體技術檢測了林南倉礦火區(qū)的漏風通道并計算出了最大漏風風速。

3)根據(jù)測試結(jié)果，在1123正眼上閉采取了打鉆注漿措施，徹底封堵了采空區(qū)的漏風通道，保證了礦井的生產(chǎn)安全。

［1］ 張國樞.通風安全學［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2007

［2］ 秦汝祥，戴廣龍，閔令海.基于示蹤技術的Y型通風工作面采空區(qū)漏風檢測［J］.煤炭科學技術，2010，(2):35－38

［3］ 王東江，楊勝強，劉松.采空區(qū)漏風對煤自燃危險性的影響［J］.煤礦安全，2011，(5):129－132

［4］ 郝圣艾，張作華，趙紅梅，賀俊杰.礦井采空區(qū)漏風的定量檢測［J］.華北科技學院學報，2007，(2):5－7