基于SF6檢測技術采空區“呼吸”現象探究

葛海軍

基于SF6檢測技術采空區“呼吸”現象探究

葛海軍

（神華神東煤炭集團烏蘭木倫煤礦 內蒙古自治區鄂爾多斯市 017205）

隨著我國科學技術的不斷發展，我國煤炭企業也隨之得到了巨大的發展，各種各樣先進的開采技術以及檢測技術得到了充分的應用。根據神東煤炭集團在烏蘭木倫礦井監測結果顯示，該礦井采空區內空氣流動的方向是不固定的，一直在變化，并且氣體還出現“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，極易出現自燃的現象。本文通過對SF6檢測技術在采空區作用的分析，討論采空區“呼吸”現象，以此提出一定的改善措施。

SF6檢測技術；“呼吸”現象；分析

引言

采空區出現“呼吸”現象即表明礦井已經出現漏風現象，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發生化學反應，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，也會導致采空區與地表相通的縫隙的直徑會越來越大，使得土質變得松軟，也極易發生坍塌事故，嚴重威脅采空區地表工作人員的人身安全，因此，有關部門必須采取有效的措施，來避免采空區出現“呼吸”的現象，增加煤炭企業的經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蒙古自治區鄂爾多斯市以南40km，伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮境內，地處伊金霍洛旗的東南。許可礦區開采范圍面積為44.1km2，該礦目前剩余地質儲量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定，煤質有低灰、低硫、高發熱量等優勢，屬較好的動力、氣化用煤。然而，在開采過程中發現多數采空區均出現“呼吸”現象，給煤礦的開采工作帶來了極大的安全隱患。采空區“呼吸”現象得到該礦相關領導及部門的高度重視，并采用SF6檢測技術對采空區“呼吸”現象出現的原因進行研究并加以分析。

2 采用SF6檢測技術探究采空區“呼吸”現象的流程

2.1 工作的原理

在采空區預設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，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，判斷混合氣體內是否存在SF6氣體，以此為根據判斷采空區是否出現漏風現象并確定漏風通道。

2.2 相關設備以及檢測工序

2.2.1 相關檢測的設備以及材料

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的區域，在該區域每隔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在井下與采空區想通的裂縫處使用軟管以及鋼管將10kg基本不存在雜質氣體的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，重復操作10次后結束采樣工作。③收集完成的氣體必須第一時間運送到樣本分析室，由專業人員通過特殊的設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“呼吸”現象技術的全部施工工序。

2.2.3 對檢測結果分析的標準

將收集到的樣本氣體經過專業的儀器進行分析，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目前沒有出現能夠與地面連通的縫隙，如果是這樣情況，那么就不會出現采空區“呼吸”的現象。

3 探究采空區出現“呼吸”現象的原因

3.1 內外氣壓的不同

通過使用SF6氣體檢測技術的研究分析，烏蘭木倫煤礦井下采空區與地表縫隙之間沒有阻礙，從而導致各個區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“呼吸”的現象。除了受到氣壓的影響之外，空氣的溫度變化也會對采空區“呼吸”現象的出現產生一定的影響。由于大氣壓會隨著采空區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縫隙中的大氣壓不等時，氣體就會涌入或溢出采空區。根據氣壓變化規律，礦井越深，氣壓也就越大，因此，如果采空區處于很深的位置，當采空區的裂縫與地表相通的時候，極易導致氣體涌入到大氣中。不同內外氣壓的變化也就導致采空區出現“呼吸”的現象。

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，即空氣的濕度以及溫度越高，大氣壓就越低。

根據大量研究數據顯示，一年之內，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，但是礦井下采空區的氣壓基本保持不變，在壓強的作用下，導致采空區氣壓無時無刻不在變化，從而出現“呼吸”的現象。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雜，從而很難精確判斷到底是哪種因素影響了采空區氣體的流動方向，導致采空區出現“呼吸”的現象。

4 預防采空區出現“呼吸”現象的有效措施

一般來說，煤礦開采人員可以通過下面三條措施來有效預防采空區出現“呼吸”的現象。①強化密閉施工的管理工作，最大程度上確保采空區的密閉性。②安排專業技術人員對烏蘭木倫礦井采空區的地面裂縫實施找尋工作，一旦發現坍塌或者縫隙，立即使用黃土對其進行掩埋，并對其進行壓實，從而確保采空區的地面不會出現裂縫，間接降低采空區出現“呼吸”現象的概率。③目前來說，以現有的技術水平，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出現“呼吸”現象，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以及采礦工人生命安全的影響，這是預防采空區出現“呼吸”現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通過氣體裝置將氮氣或注漿設施將泥漿等注入到采空區，以避免采空區出現自燃的現象。

5 結束語

綜上所述，采空區出現“呼吸”現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生，相關部門必須采取有效的檢測技術和措施來預防安全事故的出現。目前來說，最有效的檢測技術就是SF_6氣體檢測技術，其能夠敏銳感知采空區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，增加煤礦企業的經濟效益以及社會信譽，從而提高煤礦企業在市場中的競爭力。

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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年畢業于太原理工大學采礦工程專業，主要從事煤礦生產技術及通風管理工作。