基于SF6檢測技術(shù)采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象探究

葛海軍

基于SF6檢測技術(shù)采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象探究

葛海軍

（神華神東煤炭集團烏蘭木倫煤礦 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017205）

隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國煤炭企業(yè)也隨之得到了巨大的發(fā)展，各種各樣先進的開采技術(shù)以及檢測技術(shù)得到了充分的應(yīng)用。根據(jù)神東煤炭集團在烏蘭木倫礦井監(jiān)測結(jié)果顯示，該礦井采空區(qū)內(nèi)空氣流動的方向是不固定的，一直在變化，并且氣體還出現(xiàn)“排出-吸入”的“呼吸”狀況，從而給煤炭的開采帶來嚴重的安全隱患，極易出現(xiàn)自燃的現(xiàn)象。本文通過對SF6檢測技術(shù)在采空區(qū)作用的分析，討論采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象，以此提出一定的改善措施。

SF6檢測技術(shù)；“呼吸”現(xiàn)象；分析

引言

采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象即表明礦井已經(jīng)出現(xiàn)漏風現(xiàn)象，其不僅給煤炭的開采帶來了嚴重的安全隱患，也嚴重浪費了通風能量。還會導致大量的氣體進出礦井，使得空氣中的氧氣與煤體中所含的的易氧化物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，導致煤礦井下聚集大量有毒有害氣體，甚至會導致煤炭自燃或礦井瓦斯爆炸等安全事故。不僅如此，長時間的氣體流通，也會導致采空區(qū)與地表相通的縫隙的直徑會越來越大，使得土質(zhì)變得松軟，也極易發(fā)生坍塌事故，嚴重威脅采空區(qū)地表工作人員的人身安全，因此，有關(guān)部門必須采取有效的措施，來避免采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象，增加煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益以及社會效益。

1 烏蘭木倫礦井工程概述

烏蘭木倫礦井目前采用一次采全高傾斜長壁綜合機械化的采煤方法來開采該礦井下的煤層，烏蘭木倫煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市以南40km，伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)境內(nèi)，地處伊金霍洛旗的東南。許可礦區(qū)開采范圍面積為44.1km2，該礦目前剩余地質(zhì)儲量3.08億t，剩余可采儲量2.06億t。主采的煤層為12煤、22煤、31煤。該礦煤層賦存較為穩(wěn)定，煤質(zhì)有低灰、低硫、高發(fā)熱量等優(yōu)勢，屬較好的動力、氣化用煤。然而，在開采過程中發(fā)現(xiàn)多數(shù)采空區(qū)均出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象，給煤礦的開采工作帶來了極大的安全隱患。采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象得到該礦相關(guān)領(lǐng)導及部門的高度重視，并采用SF6檢測技術(shù)對采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進行研究并加以分析。

2 采用SF6檢測技術(shù)探究采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象的流程

2.1 工作的原理

在采空區(qū)預(yù)設(shè)的觀測管處通過特殊輸送管道將定量的SF6氣體快速的輸入到漏風區(qū)，在SF6氣體注入完成后收集該處的混合氣體，并對其成分進行檢測，判斷混合氣體內(nèi)是否存在SF6氣體，以此為根據(jù)判斷采空區(qū)是否出現(xiàn)漏風現(xiàn)象并確定漏風通道。

2.2 相關(guān)設(shè)備以及檢測工序

2.2.1 相關(guān)檢測的設(shè)備以及材料

10kg的SF6氣體；色譜分析儀器；5個手工采樣器以及45個采樣袋；2m長的鋼管一根（一段打磨成針尖狀，任取一端長為1m的區(qū)域，在該區(qū)域每隔200mm就使用小型鉆孔機器鉆出直徑為12mm的小孔，并且必須保證每個鉆孔之間的距離都是相等的，目的是為了確保能夠充分釋放SF6氣體）；1m長的軟管一根（目的是為了將容納SF6氣體的容器與鋼管連接起來）。

2.2.2 施工工序

①在井下與采空區(qū)想通的裂縫處使用軟管以及鋼管將10kg基本不存在雜質(zhì)氣體的SF6氣體快速輸送到裂縫中。②在將SF6氣體輸入采空區(qū)裂縫，20min之后，每隔10min使用采樣袋收集裂縫處的氣體，要求必須在采樣袋的標簽上詳細標注采樣的時間以及位置，重復(fù)操作10次后結(jié)束采樣工作。③收集完成的氣體必須第一時間運送到樣本分析室，由專業(yè)人員通過特殊的設(shè)備對樣本氣體的成分進行分析，測量其中SF6氣體的濃度，并做出詳細的記錄。這就是整個SF6檢測采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象技術(shù)的全部施工工序。

2.2.3 對檢測結(jié)果分析的標準

將收集到的樣本氣體經(jīng)過專業(yè)的儀器進行分析，測量出樣本氣體中是否含有SF6氣體，如果在樣本氣體中檢測出SF6氣體，就表明在該礦井下的采空區(qū)與地面之間存在連通的縫隙；反之，如果在樣本氣體中沒有檢測出SF6氣體，那么就說明在該礦井的采空區(qū)目前沒有出現(xiàn)能夠與地面連通的縫隙，如果是這樣情況，那么就不會出現(xiàn)采空區(qū)“呼吸”的現(xiàn)象。

3 探究采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象的原因

3.1 內(nèi)外氣壓的不同

通過使用SF6氣體檢測技術(shù)的研究分析，烏蘭木倫煤礦井下采空區(qū)與地表縫隙之間沒有阻礙，從而導致各個區(qū)域之間的壓強不相等，氣體會從壓強較大的一方流入壓強較小的一方，這就形成了采空區(qū)“呼吸”的現(xiàn)象。除了受到氣壓的影響之外，空氣的溫度變化也會對采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象的出現(xiàn)產(chǎn)生一定的影響。由于大氣壓會隨著采空區(qū)空氣的溫度變化而變化，當這種變化使空氣中的大氣壓與采空區(qū)縫隙中的大氣壓不等時，氣體就會涌入或溢出采空區(qū)。根據(jù)氣壓變化規(guī)律，礦井越深，氣壓也就越大，因此，如果采空區(qū)處于很深的位置，當采空區(qū)的裂縫與地表相通的時候，極易導致氣體涌入到大氣中。不同內(nèi)外氣壓的變化也就導致采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象。

3.2 地表大氣壓的變化

地表大氣壓正式的說法就是大氣空氣的絕對靜壓，雖說其是靜壓，但其無時無刻不在變化，影響其變化的因素很多，例如空氣的濕潤程度以及空氣的溫度等，空氣的溫度、濕度與大氣壓之間呈負相關(guān)，即空氣的濕度以及溫度越高，大氣壓就越低。

根據(jù)大量研究數(shù)據(jù)顯示，一年之內(nèi)，一、二月份氣溫最低，七、八月份氣溫最高，因此，每年一、二月份氣壓最高；每年七、八月份氣壓最低。簡單來說，就是夏季氣壓低，冬季氣壓高。不僅如此，每天的氣壓也是在不停變化，1d之中，下午1～2點之間，氣壓最低；凌晨4～5點氣壓最高，最高值與最低值之間的差值約為700Pa。因此，雖然空氣的大氣壓每時每刻都在變化，但是礦井下采空區(qū)的氣壓基本保持不變，在壓強的作用下，導致采空區(qū)氣壓無時無刻不在變化，從而出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象。但是，因為改變大氣壓強的因素相對較多，所以其變化也相對復(fù)雜，從而很難精確判斷到底是哪種因素影響了采空區(qū)氣體的流動方向，導致采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象。

4 預(yù)防采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象的有效措施

一般來說，煤礦開采人員可以通過下面三條措施來有效預(yù)防采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象。①強化密閉施工的管理工作，最大程度上確保采空區(qū)的密閉性。②安排專業(yè)技術(shù)人員對烏蘭木倫礦井采空區(qū)的地面裂縫實施找尋工作，一旦發(fā)現(xiàn)坍塌或者縫隙，立即使用黃土對其進行掩埋，并對其進行壓實，從而確保采空區(qū)的地面不會出現(xiàn)裂縫，間接降低采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象的概率。③目前來說，以現(xiàn)有的技術(shù)水平，煤炭管理人員不能有效地控制地表大氣壓變化的狀況，也因此無法消除采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象，只能盡可能完善礦井的通風、防火、增加密閉性以及排出瓦斯等工作，降低其對礦井采空區(qū)以及采礦工人生命安全的影響，這是預(yù)防采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象以及保障采礦人員生命安全必須要解決的問題。如今，相對有效的措施就是對收集的樣本氣體進行成分檢測，不僅需要檢測SF6氣體的含量，還需要檢測CO含量的變化狀況，一旦檢測出樣本氣體中CO的含量在逐漸增加，那么就必須在最短時間內(nèi)通過氣體裝置將氮氣或注漿設(shè)施將泥漿等注入到采空區(qū)，以避免采空區(qū)出現(xiàn)自燃的現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

綜上所述，采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象對于煤礦開采來說，是很大的安全隱患。其極易導致礦井出現(xiàn)嚴重的自燃事故以及瓦斯爆炸事故。因此，為了有效避免此類安全事故的發(fā)生，相關(guān)部門必須采取有效的檢測技術(shù)和措施來預(yù)防安全事故的出現(xiàn)。目前來說，最有效的檢測技術(shù)就是SF_6氣體檢測技術(shù)，其能夠敏銳感知采空區(qū)是否存在漏風的縫隙，從而提醒管理人員能夠及時填補這些縫隙，確保井下工人的生命安全，增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益以及社會信譽，從而提高煤礦企業(yè)在市場中的競爭力。

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TD723

A

1004-7344（2016）27-0316-02

2016-9-7

葛海軍（1983-），男，山西芮城人，2006年畢業(yè)于太原理工大學采礦工程專業(yè)，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)及通風管理工作。