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利用 SF6定性检测采空区地表漏风 郝圣艾 1, 张作华2, 赵红梅2, 贺俊杰2 1. 平朔煤炭工业公司 通风部, 山西 朔州 036800; 2 . 中国矿业大学 能源与安全学院, 江苏 徐州 221008 摘 要 示踪气体脉冲释放法其原理简单、 操作容易, 简要介绍了脉冲释放的原理和用途, 及示踪 气体的选择标准和释放技术, 并在现场采用采用 SF6示踪气体检漏技术, 找出了 9000综放工作 面的漏风通道。测定结果表明 漏风路线最短距离 203m, 最低漏风风速为 22. 6m /m in 。 关键词 示踪气体; 脉冲释放; 技术要点; 应用 中图分类号 TD723 文献标识码 B 文章编号 1003- 496X 2007 08- 0026- 03 矿井漏风不仅浪费通风能量, 降低矿井有效风 量率, 使用风地点供风不足, 而且连续供氧加速了采 空区、 密闭内等处煤的氧化, 容易造成采空区内的煤 炭自燃、 瓦斯异常涌出、 甚至瓦斯爆炸等事故。特别 是在抽出式通风矿井中, 距地表较浅的采区或巷道, 尤其是采用放顶煤开采时, 容易造成塌陷区冒通小 窑、 地表, 导致大量空气漏入井下, 把冒通区的有害 气体带入生产巷道, 可能使工作面或通风巷道的有 害气体突然超限, 带来极为严重的后果。矿井漏风 给全矿的通风管理增加了难度, 给矿井安全生产埋 下重大隐患, 因此, 检测矿井漏风是非常必要的。 1 脉冲漏风测定方法及原理 示踪技术是应用示踪剂来研究气体 或液体 流动的踪迹及其规律, 特别是对人员不易到达地点, 采用该技术具有独特的优越性。脉冲释放法 [ 1] 是 示踪技术释放法的一种, 通常在漏风通路的主要进 风口释放一定数量的 SF6气体, 然后在可疑的漏风 通路出口采集气样。通过分析采集的气样中是否含 有 SF6来具体确定漏风通道, 根据下式计算出漏风 源、 汇之间最短距离, 根据气样最早含有 SF6的时刻 计算出漏风最低风速 [ 2- 3] Lm ina 2 b 2 Vm in Lm in/tm in 式中 Lm in 漏风源、 汇之间的直线漏风距离, m; a、 b 分别是在地表释放处的漏风源与接 收采样处的漏风汇之间的平距和垂 距, m; Vm in 最低漏风风速, m / s ; tm in 从 SF6释放到气样分析有 SF6所经历 的最早取样时间, m in 。 4加强个体防护。个体防护是指通过佩戴各 种防护面具以减少吸入人体粉尘的最后一道措施。 因为井下各生产环节虽然采取了一系列防尘措施, 但仍会有少量微细矿尘悬浮于空气中, 甚至个别地 点不能达到卫生标准, 因此个体防护是防止粉尘对 人体伤害的最后一道关卡。个体防护的用具主要有 防尘口罩、 防尘风罩、 防尘帽、 防尘呼吸器等, 其目的 是使佩戴者能呼吸净化后的清洁空气而不影响正常 工作。 4 结 语 针对回采工作面产尘的原因, 采取标本兼治、 多 种措施结合的方法来综合治理粉尘, 取得了积极的 防治效果。经过几个工作面的应用, 粉尘的测定均 在 8mg /m 3 以下。采用喷雾洒水进行除尘, 方法简 单、 现场可操作性强。但试验表明, 喷雾洒水对呼吸 性粉尘的降尘效率不高, 仅为 30 50 , 对于粒 径 5 m的粉尘防治仍是一个难点, 为此必须进一 步研制出高效实用易行的除尘设备, 来有效地控制 煤矿生产中的粉尘, 特别是呼吸性粉尘, 进一步提高 工作面的环境质量。 作者简介 冀致森 1963- , 男, 山西平遥人, 大学本科 毕业, 工程师, 现任汾西矿业集团柳湾煤矿总工程师。 收稿日期 2007- 03- 07; 责任编辑 王福厚 26 煤 矿 安 全Total393 技术经验 2 示踪气体的选择 在检测矿井漏风的过程中, 示踪气体的选择尤 为重要, 根据示踪气体测量技术的使用场所和使用 特点, 对示踪气体物性的要求有 [ 4] 1对人体无害, 无毒无腐蚀性, 不易燃易爆。 2不与周围气体和物质发生化学反应, 不易 凝结, 不溶于水, 具有物理稳定性。 3具有可测性, 而且方法简单, 检测精度高, 检测费用低。 4被用作示踪气体的气体密度应与大气密度 接近, 以防出现气体分层和混合不均匀的现象。 5用作示踪气体的气体在井下空气中的背景 浓度要低, 这样对测试数据的干扰小。 SF6是一种无色、 无味、 无嗅的、 具有惰性的非燃 烧性气体。 SF6分子量为 146 .07 , 熔点为 - 50 8 , 升华为 - 63 8 。它的物理活性大, 在扰动的空气 中可以迅速混合而均匀地分布在检测空间中。这种 气体不溶于水, 无沉降, 不凝结, 不为井下物料表面 所吸附, 不与碱起作用, 是一种良好的负电性气体。 SF6的检出灵敏度高, 使用带电子捕获器的气相色谱 仪或 SF6检测仪均可有效地检出 检测精度可达 8 ∀ 10 - 12 。SF6在大气与矿井环境中的本原含量极低, 约为 10 - 14 10 - 15 g/mL。 SF6的这些性质, 使得人们 可以方便、 准确地应用它进行矿井漏风检测, 被认为 是最为理想的示踪气体。 3SF6瞬时释放测定主要技术要点 1 释放点和采样点位置的确定, 根据风流的 方向, 将释放点选在漏风源处, 采样点选在可疑的漏 风汇处。 2 准确把握第一次采样时间。第一次采样时 间的确定十分重要, 要综合考虑 SF6的释放地点与 采样地点的距离、 漏风风流的速度和 SF6的扩散速 度等因素的基础上确定第一次采样时间。 3 合理安排采样间隔时间。同一采样地点需 多次采取气样, 两次采样的时间间隔初期可取 5 10 m in , 后期可以长一些。一般讲, 同一采样点采样 10次左右就足以检测出 SF6的最高浓度点。 4 选择良好的采样专用容器。包括 500 mL 柔性聚乙烯瓶、 10l气体采样袋及 20l真空血样管。 对于采取的气样要严密封闭, 注明采样的时间和地 点, 然后送到地面化验室分析。 5 及时分析样品。样品中 SF6的浓度随采样 时间的增长而降低, 所以最好采集到气样后立即进 行气样分析, 最迟不能超过 24 h 。 6 保证地面分析测试环境空气清洁。开展测 试工作前要先对分析仪器的环境进行通风, 确保该 环境内不得含有 SF6。 4 现场应用 平朔煤炭工业公司安家岭井工矿 9000工作面 埋藏较浅, 距地表约 203m, 采煤过程中在回风上隅 角均发现有 CO, 同时, 在地表采空区的上方发现有 大量裂缝存在, 怀疑有风流自地表漏向采空区。于 是, 采用了示踪气体脉冲释放法对此进行了定性漏 风测定。 4 . 1 释放和接收地点的选择 该矿通风方式为抽出式通风, 如该工作面存在 漏风, 必然是从地表漏入采空区。为此, 释放点选在 当前 9000工作面采空区上方的地表较宽较深的的 几个裂缝处, 使得 SF6气体最大可能地漏入井下采 空区。通过漏风区域的分析, 确定 9000工作面唯一 的漏风汇是在回风隅角处, 接收点选在了 9000工作 面回风隅角处。 4 . 2 释放和采样时间 释放时间为 13 20 , 由于该工作面距地表较浅, 采后地表裂缝较宽, 怀疑漏风通道较畅通, 释放 1 m in后即 13 21在采样点开始用 10l气体采样袋进 行了采样, 前 10个球每隔 2 m in采 1个气样, 随后 10个球每 3m in , 最后 6个球每 5 m in采集 1个, 共 采集气样 26个, 历时 80m in 。 4 . 3 实验室分析 检测气样中 SF6浓度分析结果如表 1所示, SF6 浓度随时间变化曲线如图 1所示。 表 1 SF6检测结果 编号时间 时间长 度 /m in SF6浓度 /10 ∀ - 9 编号时间 时间长 度 /m in SF6浓度 /10∀ - 9 113 21101413 51310 213 23301513 54343 . 174 2 313 25501613 57372 . 738 1 413 27701714 00400 513 2997 . 259 91814 03431 . 861 8 613 31110 . 420 21914 06461 . 622 6 713 331302014 09494 . 945 5 813 35158 . 057 32114 15551 . 661 4 913 37174 . 824 42214 20600 . 665 9 1013 391902314 25658 . 431 9 1113 422202414 30700 . 879 2 1213 452502514 35750 1313 482802614 40800 27 技术经验 煤 矿 安 全 2007- 08 图 19000工作面地表裂缝漏风测定 SF6浓度变化曲线 4 . 4 测定结果分析 从接收采集到的第 5 个气样中分析出含有 SF6, 其浓度达到 7 . 259 9 ∀ 10 - 9, 出现 SF 6的初始时 刻是在释放后 9m in 。 漏风通道中最短距离为地表裂缝到 9000工作 面回风隅角之间的距离, 为 203 m, 最短运移时间等 于开始释放至最早检测出 SF6气样的采集时差估计 9m in , 故最低漏风风速为 22 . 6 m /m in 。 5 结 论 1通过在地表裂缝采用脉冲释放 SF6证实了 地表漏风的存在, 找到了漏风源和漏风通道, 漏风路 线最短距离 203m, 最低漏风风速为 22 . 7m /m in 。 2利用示踪技术为我们提供了独特的较为理 想的漏风检测手段。便于针对性地采取调节系统、 喷浆堵漏等有效措施治理漏风, 防止瓦斯涌出和自 然发火, 促进矿井的安全生产。 3目前漏风风速虽大于发火风速, 但随工作 面推进, 漏风风速将逐渐降低, 容易引起采空区热量 积聚和遗煤自燃, 因此有必要采取堵漏和防灭火措 施。 4加强日常通风管理工作, 做好束管监测和 注浆注氮工作。 5加快地表裂缝的填堵, 增大排土场的高度, 以便从根本上消除地表漏风。 参考文献 [ 1] 秦波涛, 李增华. 利用 SF6气体测定矿井漏风技术 ∃J . 河北煤炭, 2000 1. [ 2] 刘瑛忠, 马忠利. 示踪技术在煤矿漏风检测中的应用 ∃J . 煤矿安全, 2002 4 . [ 3] 张国枢. 矿井实用通风技术 ∃M . 北京 煤炭工业出版 社, 1992. [ 4] 王德忠. 示踪气体 SF6在煤矿防灭火中的应用∃J. 煤 炭技术, 2003 3. 作者简介 郝圣艾 1965- , 男, 安徽萧县人,1987年 毕业于淮南矿业学院矿山通风与安全专业, 高级工程师, 现 为平朔煤炭工业公司通风部主任工程师。 收稿日期 2007- 02- 05; 责任编辑 郭瑞年 28 煤 矿 安 全Total393 技术经验