能位测试与示踪气体联合检测在复杂采空区漏风中的应用研究①

李玉明

(开滦(集团)有限责任公司林南仓矿业分公司，河北玉田 064106)

0 引言

采空区煤炭自燃是煤矿井下重大灾害之一。根据煤氧复合理论，煤炭自燃是由于煤体破碎后产生大量的裂隙，使煤的内表面积大大增加，通过这些内表面煤体对空气中的氧气先后进行物理吸附、化学吸附和化学反应，在这些吸附与反应的过程中放出热量。如果这些热量不能及时地散发出去，则造成热量积聚，使煤体的温度升高，温度的升高更加速了煤与氧气反应，产生更多的热量，不断地自加速过程使煤体的温度持续升高，最后达到煤的着火温度使自燃发生。采空区自燃是由于采空区两端存在的压力差造成向采空区内漏风提供空气，采空区内遗留的煤炭吸附和消耗空气中的氧气放出热量，同时空气流动也带走煤氧化放出的热量。当带走的热量小于放出的热量时就会引起煤体温度的升高，当煤体温度达到它的着火点时就会发生采空区自然发火。采空区漏风不但能够引起煤炭自燃，而且降低矿井的有效风量率，增加了通风成本。

为防止煤炭自燃和增加有效风量率，需要对存在漏风的采空区进行检测和处理，消除漏风或将漏风控制在易自燃风速之外。由于煤矿生产现场的采空区巷道连接关系复杂，任何一个采空区都有多源多汇的漏风关系，因此采用单一方法很难有效检测采空区漏风。本研究采用了能位测试与示踪气体联合技术检测林南仓矿西一采区23正眼火区漏风通道。

1 矿井及火区情况简介

林南仓矿位于河北省唐山市玉田县，设计生产能力120万t/a，采用中央边界式通风，林南仓矿现有主要开采煤层11煤层和12煤层，均为自燃煤层，发火期45天左右。在井田的开采过程中，两个煤层曾发生多次自燃现象。

林南仓矿西一采区1123正眼附近各工作面已经回采完毕，1123正眼回撤后进回风巷口构筑了永久密闭，－400进风大巷和－240回风大巷间由于风压压差比较大，采空区漏风严重。除了采取进回风口密闭堵漏加严方案外，还采取了向采空区内打钻注水或注高倍材料充填以及均压等措施，但西一采区在1123正眼上闭和－239北闭两个密闭附近依然存在CO超标。由于西一采区附近有10多个密闭(见图1)，为了查清漏风通道，彻底解决1123正眼的火灾隐患问题，决定采用能位测定和示踪气体检测漏风通道。

2 火区周围密闭能位测定

能位测试的目的是一方面可以了解采空区周围巷道漏风源和漏风汇之间的能位关系，为定性分析采空区漏风提供理论基础;另一方面，利用通风网络能位图，可以分析通风系统中相邻分支某点间的压能关系，以判断其间可能存在的漏风通道和漏风方向。另外，通过能位测试可以为示踪技术检测采空区漏风提供前期准备，避免盲目性。

2.1 采空区压能测试数据

使用2台矿井通风参数检测仪对火区附近的火区阻力进行测试，其中1台留在基点，监测大气压变化。另一台沿预先确定的线路进行测试。测量得到的有关各密闭处的数据及基点数据见表1。

表1 通风参数测量数据

图1 火区周围密闭示意图

表2 各测段阻力值(pa)

续表

2.2 各密闭点相对能位计算

根据所测试的数据，由能量方程计算出各测点相对基点的能位(如表3)并得出能位图如图2所示。

表3 各测点相对基点的能位

图2 火区周围密闭各点相对能位分布

分析测试结果，可以得出:

1)1110上闭、－239北闭和1123正眼上闭3点能位相同，而下部的7个点之间的相对能位一致或相差不大。因此，这7个密闭之间存在漏风的可能性非常小。

2)虽然1127对面闭、二中南闭、1127上闭和1127边眼下闭和回风测3个密闭之间相对能位较大，但密闭之间的距离比1123正眼下闭、西小六下闭、1117正眼下闭到回风测3个密闭之间的距离要大的多，因此，1123正眼下闭、西小六下闭和1117正眼下闭漏风的可能性比较大。

3)在漏风可能性比较大的3个密闭中，3个密闭之间的相对能位差别非常小，其中以1123正眼下闭距离3个回风测密闭的直线距离最短，因此，此处是最有可能产生漏风的地方。

3 释放示踪气体检测漏风通道

根据能位测试和分析结果，随后在采区1123正眼下闭处进行了SF6示踪气体释放。上午8点30分整将SF6示踪气体通过1123正眼下闭的观测孔注入采空区，同时派人在1123正眼上闭、－239北闭和1110上闭处检测。

9点零5分，1123正眼上闭处检测到SF6。9点零8分，－239北闭处检测到SF6，9点20分，1110上闭处检测到SF6，表明1123正眼下闭与1123正眼上闭、－239北闭和1110上闭之间存在漏风通道。直至下午13点40分，在上述3个密闭处仍然能够检测到SF6。

1123正眼下闭到1123正眼上闭的直线距离为560 m，因此，最大漏风风速为

检测结果表明，1123正眼上、下密闭之间存在漏风，最大漏风风速达到0.2667m/s，因此可以判定，1123正眼上、下密闭之间漏风比较通畅。正是由于漏风的存在，为采空区遗煤氧化提供了条件，造成了密闭上方CO超标。

4 治理措施

根据漏风通道测试结果，在1123正眼上闭采取了打钻注浆措施，由于废弃巷道范围较大，为了确保封堵效果，注浆时间超过10天。注浆完成后对原来出现CO超标的密闭进行重新检测，没有出现CO超标。表明通过注浆彻底封堵了采空区原来存在的漏风通道，从而保证了矿井的生产安全。

5 结论

1)对林南仓矿西一采区火区周围各密闭点进行了压能测试，得到了各点的相对能位，对存在的可能漏风通道进行了分析。

2)根据压能测试结果，采用释放SF6示踪气体技术检测了林南仓矿火区的漏风通道并计算出了最大漏风风速。

3)根据测试结果，在1123正眼上闭采取了打钻注浆措施，彻底封堵了采空区的漏风通道，保证了矿井的生产安全。

［1］ 张国枢.通风安全学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2007

［2］ 秦汝祥，戴广龙，闵令海.基于示踪技术的Y型通风工作面采空区漏风检测［J］.煤炭科学技术，2010，(2):35－38

［3］ 王东江，杨胜强，刘松.采空区漏风对煤自燃危险性的影响［J］.煤矿安全，2011，(5):129－132

［4］ 郝圣艾，张作华，赵红梅，贺俊杰.矿井采空区漏风的定量检测［J］.华北科技学院学报，2007，(2):5－7