葛海軍

基于SF6檢測(cè)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(tuán)烏蘭木倫煤礦 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017205）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)煤炭企業(yè)也隨之得到了巨大的發(fā)展，各種各樣先進(jìn)的開(kāi)采技術(shù)以及檢測(cè)技術(shù)得到了充分的應(yīng)用。根據(jù)神東煤炭集團(tuán)在烏蘭木倫礦井監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該礦井采空區(qū)內(nèi)空氣流動(dòng)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(kāi)采帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，極易出現(xiàn)自燃的現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)SF6檢測(cè)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(cè)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(fēng)現(xiàn)象，其不僅給煤炭的開(kāi)采帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患，也嚴(yán)重浪費(fèi)了通風(fēng)能量。還會(huì)導(dǎo)致大量的氣體進(jìn)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(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致煤礦井下聚集大量有毒有害氣體，甚至?xí)?dǎo)致煤炭自燃或礦井瓦斯爆炸等安全事故。不僅如此，長(zhǎng)時(shí)間的氣體流通，也會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)與地表相通的縫隙的直徑會(huì)越來(lái)越大，使得土質(zhì)變得松軟，也極易發(fā)生坍塌事故，嚴(yán)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(lái)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(jì)效益以及社會(huì)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(zhǎng)壁綜合機(jī)械化的采煤方法來(lái)開(kāi)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(kāi)采范圍面積為44.1km2，該礦目前剩余地質(zhì)儲(chǔ)量3.08億t，剩余可采儲(chǔ)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(shì)，屬較好的動(dòng)力、氣化用煤。然而，在開(kāi)采過(guò)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(kāi)采工作帶來(lái)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(dǎo)及部門的高度重視，并采用SF6檢測(cè)技術(shù)對(duì)采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行研究并加以分析。

2 采用SF6檢測(cè)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(cè)管處通過(guò)特殊輸送管道將定量的SF6氣體快速的輸入到漏風(fēng)區(qū)，在SF6氣體注入完成后收集該處的混合氣體，并對(duì)其成分進(jìn)行檢測(cè)，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(fēng)現(xiàn)象并確定漏風(fēng)通道。

2.2 相關(guān)設(shè)備以及檢測(cè)工序

2.2.1 相關(guān)檢測(cè)的設(shè)備以及材料

10kg的SF6氣體；色譜分析儀器；5個(gè)手工采樣器以及45個(gè)采樣袋；2m長(zhǎng)的鋼管一根（一段打磨成針尖狀，任取一端長(zhǎng)為1m的區(qū)域，在該區(qū)域每隔200mm就使用小型鉆孔機(jī)器鉆出直徑為12mm的小孔，并且必須保證每個(gè)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(zhǎng)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(lái)）。

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(biāo)簽上詳細(xì)標(biāo)注采樣的時(shí)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(shí)間運(yùn)送到樣本分析室，由專業(yè)人員通過(guò)特殊的設(shè)備對(duì)樣本氣體的成分進(jìn)行分析，測(cè)量其中SF6氣體的濃度，并做出詳細(xì)的記錄。這就是整個(gè)SF6檢測(cè)采空區(qū)“呼吸”現(xiàn)象技術(shù)的全部施工工序。

2.2.3 對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析的標(biāo)準(zhǔn)

將收集到的樣本氣體經(jīng)過(guò)專業(yè)的儀器進(jìn)行分析，測(cè)量出樣本氣體中是否含有SF6氣體，如果在樣本氣體中檢測(cè)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(méi)有檢測(cè)出SF6氣體，那么就說(shuō)明在該礦井的采空區(qū)目前沒(méi)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(huì)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(guò)使用SF6氣體檢測(cè)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(méi)有阻礙，從而導(dǎo)致各個(gè)區(qū)域之間的壓強(qiáng)不相等，氣體會(huì)從壓強(qiáng)較大的一方流入壓強(qiáng)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(huì)對(duì)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(huì)隨著采空區(qū)空氣的溫度變化而變化，當(dāng)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(shí)，氣體就會(huì)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(dāng)采空區(qū)的裂縫與地表相通的時(shí)候，極易導(dǎo)致氣體涌入到大氣中。不同內(nèi)外氣壓的變化也就導(dǎo)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(shuō)法就是大氣空氣的絕對(duì)靜壓，雖說(shuō)其是靜壓，但其無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，影響其變化的因素很多，例如空氣的濕潤(rùn)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(fù)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(diǎn)之間，氣壓最低；凌晨4～5點(diǎn)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(shí)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(qiáng)的作用下，導(dǎo)致采空區(qū)氣壓無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，從而出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象。但是，因?yàn)楦淖兇髿鈮簭?qiáng)的因素相對(duì)較多，所以其變化也相對(duì)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(dòng)方向，導(dǎo)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(lái)說(shuō)，煤礦開(kāi)采人員可以通過(guò)下面三條措施來(lái)有效預(yù)防采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”的現(xiàn)象。①?gòu)?qiáng)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(duì)烏蘭木倫礦井采空區(qū)的地面裂縫實(shí)施找尋工作，一旦發(fā)現(xiàn)坍塌或者縫隙，立即使用黃土對(duì)其進(jìn)行掩埋，并對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)，從而確保采空區(qū)的地面不會(huì)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(lái)說(shuō)，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(wú)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(fēng)、防火、增加密閉性以及排出瓦斯等工作，降低其對(duì)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(wèn)題。如今，相對(duì)有效的措施就是對(duì)收集的樣本氣體進(jìn)行成分檢測(cè)，不僅需要檢測(cè)SF6氣體的含量，還需要檢測(cè)CO含量的變化狀況，一旦檢測(cè)出樣本氣體中CO的含量在逐漸增加，那么就必須在最短時(shí)間內(nèi)通過(guò)氣體裝置將氮?dú)饣蜃{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(yǔ)

綜上所述，采空區(qū)出現(xiàn)“呼吸”現(xiàn)象對(duì)于煤礦開(kāi)采來(lái)說(shuō)，是很大的安全隱患。其極易導(dǎo)致礦井出現(xiàn)嚴(yán)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(cè)技術(shù)和措施來(lái)預(yù)防安全事故的出現(xiàn)。目前來(lái)說(shuō)，最有效的檢測(cè)技術(shù)就是SF_6氣體檢測(cè)技術(shù)，其能夠敏銳感知采空區(qū)是否存在漏風(fēng)的縫隙，從而提醒管理人員能夠及時(shí)填補(bǔ)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(jì)效益以及社會(huì)信譽(yù)，從而提高煤礦企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)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(xué)采礦工程專業(yè)，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)及通風(fēng)管理工作。