一种基于示踪气体快速判识煤矿井下灾变事故的方法与流程

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体涉及一种基于示踪气体快速判识煤矿井下灾变事故的方法。

背景技术：

我国煤矿安全现状不容乐观。我国煤矿开采的煤层大多瓦斯含量大、透气性低且地质构造复杂，不易在开采前抽放瓦斯，但在采掘时，瓦斯放散量大，再加上开采煤层地质条件复杂和开采规模的扩大、开采集约化程度的提高，导致采动诱发的应力场、煤岩体裂隙场及瓦斯流动场的变化更加复杂多变，在一定条件下，容易诱发煤与瓦斯突出和瓦斯的突然涌出现象，造成瓦斯事故。同时水害，顶板冒落也时有发生。

矿井灾害的控制及降低煤矿事故的风险程度是各国学者研究的重点之一。当发生严重的矿山事故时，如火灾，瓦斯突出，突水，漏风，顶板冒落或爆炸，及时的发现灾害事故对降低事故危害有着重要的作用。因此必须立即收集矿井井下的各种信息，准确的判定救援和恢复行动的难易程度以及灾害的破坏程度。但是，由于井下发生灾害后井下情况非常复杂，井下的通信中断或人员无法进入井下收集信息，井下的各种参数在很大程度上都是不清楚。如通风量，风流路径，通风网络都将随着灾害变化而变化，甚至被损坏。

井下灾害发生后，会导致整个矿井通风系统受到影响，风量、风速的变化都会影响井下工人的生存环境。在距离事故地点较远或正常状况下“安全”的地方，如果井下人员未能及时得知井下灾害发生的报警，仍在正常作业，就有可能会发生比如窒息、瓦斯爆炸、等灾难性事故，致使井下灾害事故进一步扩大。因此，在井下灾害事故发生的过程中，快速判识灾害事故及快速预测灾害事故类型和事故严重程度，不仅可以防止灾害的进一步扩大，而且对事故救援的及时开展有很大的帮助。

目前，研究人员尚未发现一种快速判识井下灾害事故及快速预测灾害事故类型和事故严重程度，并以此来指导救援和二次灾害预防的系统或方法。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于示踪气体快速判识煤矿井下灾变事故的方法，通过巷道内示踪气体的体积量、浓度变化和巷道内风流流量、风速的变化的情况，来快速判断发生井下灾害事故、预测事故类型、灾害的严重情况；能在井下灾害事故发生初期快速判识灾害事故，快速预测事故类型，灾害严重情况和灾害地点的各项参数，不仅可以防止灾害的进一步扩大，而且对事故及时开展救援，井下人员的避灾，灾后控制措施等有很大的帮助。

一种基于示踪气体快速判识煤矿井下灾变事故的方法，包括以下步骤：

A、在工作面的进风巷进风口安装示踪气体释放管路，所述释放管路在工作面进风巷的长度至少5m；在释放管路前端设置示踪气体释放装置、稳压装置、流量控制装置，在释放管路尾端安装传感器；在工作面的回风巷出风口设置示踪气体收集管路，收集管路在回风巷内的长度至少5m；在收集管路的前端和尾端分别设置传感器和示踪气体检测装置；所述传感器、传感器和气体检测装置连接；所述气体检测装置通过线路将示踪气体数据传回地面监控系统中心；

B、释放示踪气体，并在地面监控系统中心对收集到的示踪气体的体积浓度数据和巷道内风流的流量数据进行整理和分析，判断工作面巷道内是否发生灾变事故、灾变事故的类型，以及灾变事故的严重性；

C、判断工作面内发生灾变事故后，地面监控系统中心应发出警报给予警示，并组织井下人员避险和展开事故救援。

进一步地，上述步骤B中，判断工作面巷道内是否发生灾变事故的准则为：示踪气体的体积浓度以及巷道内风流流量是否发生变化，具体为：（1）示踪气体的体积浓度发生突变，即示踪气体的体积浓度持续升高、持续降低或忽高忽低；（2）巷道内风流流量发生异常变化，即风流流量突然降低、流量均匀升高或降低、流量忽高忽低等；当（1）或（2）出现时，则判断工作面巷道内发生灾变事故。

进一步地，上述步骤B中，判断事故类型的方法为：（1）当示踪气体的体积量减小，同时巷道内风流流量也减小，且它们的变化量一致时，则预测工作面巷道发生漏风情况；（2）当示踪气体的体积浓度在短时间内突然减小，且巷道内风流流量变化不大时，则工作面巷道发生顶板冒落灾害；（3）当示踪气体的体积浓度呈现出增大的趋势并在一段时间后趋近平稳不变，且巷道内风流流量呈现出均匀减小的趋势，但过一段时间后趋于平稳，则预测工作面巷道发生了水灾事故；（4）当示踪气体体积浓度呈现出先减小然后在增加最后保持正常值恒定不变的趋势，巷道内的风流流量则是先增加后减小最后保持不变时，则预测工作面巷道发生了火灾事故；（5）当巷道内示踪气体的体积浓度呈现出缓慢减小最后保持不变的趋势，巷道内的风流的流量呈现出缓慢增加最后保持不变的趋势时，则预测工作面巷道发生了瓦斯泄漏事故。

进一步地，上述步骤B中，判断事故严重性的的方法为：（1）当出现工作面巷道漏风事故时，检测到的示踪气体体积减小量和巷道内风流流量减小量越大，则漏风情况越严重；（2）当出现工作面巷道发生顶板冒落事故时，检测到的示踪气体的体积浓度越小，则顶板冒落堵塞越严重；（3）当工作面巷道发生了火灾事故时，检测到的示踪气体的体积浓度减小量越多且减小时间越长，则火灾事故越严重；（4）当工作面巷道发生了瓦斯泄漏事故时，检测到的示踪气体的浓度越小，则瓦斯泄漏越严重。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明相比传统的井下灾害发生后无法快速准确的判识出灾害发生的类型和严重情况，能在井下灾害事故发生初期快速判识灾害事故，快速预测事故类型，灾害严重情况和灾害地点的各项参数，不仅可以防止灾害的进一步扩大，而且对事故及时开展救援，井下人员的避灾，灾后控制措施等有很大的帮助；通过巷道内示踪气体的体积量、浓度变化和巷道内风流流量、风速的变化的情况，来快速判断发生井下灾害事故、预测事故类型、灾害的严重情况。

附图说明

附图1是本发明中井下工作面巷道内示踪气体释放管路和收集管路布置示意图；

附图2为巷道漏风事故时风流、示踪气体体积量变化图；

附图3为巷道顶板冒落事故时风流、示踪气体体积浓度变化图；

附图4为巷道水灾事故时风流、示踪气体体积浓度变化图；

附图5为巷道火灾事故时风流、示踪气体体积浓度变化图；

附图6为巷道瓦斯泄漏时风流、示踪气体体积浓度变化图；

图中：1-工作面；2-进风巷；3-回风巷；4-释放管路；5-收集管路；6-示踪气体释放装置；7-稳压装置；8-流量控制装置；9-传感器；10-气体检测装置；11-传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域内的技术人员了解本发明。

如图1所示，在工作面1的进风巷2进风口安装示踪气体释放管路4，所述释放管路4在工作面进风巷2的长度至少5m；在释放管路4前端设置示踪气体释放装置6、稳压装置7、流量控制装置8，在释放管路4尾端安装传感器 9；在工作面1的回风巷3出风口设置示踪气体收集管路5，收集管路5在回风巷3内的长度至少5m；在收集管路5的前端和尾端分别设置传感器 11和示踪气体检测装置10；所述传感器 9、传感器 11和气体检测装置10连接；所述气体检测装置10通过线路将示踪气体数据传回地面监控系统中心。 释放示踪气体，并在地面监控系统中心对收集到的示踪气体的体积浓度数据和巷道内风流的流量数据进行整理和分析，判断工作面巷道内是否发生灾变事故、灾变事故的类型，以及灾变事故的严重性。判断工作面内发生灾变事故后，地面监控系统中心应发出警报给予警示，并组织井下人员避险和展开事故救援。

判断工作面巷道内是否发生灾变事故的准则为：示踪气体的体积浓度以及巷道内风流流量是否发生变化，具体为：（1）示踪气体的体积浓度发生突变，即示踪气体的体积浓度持续升高、持续降低或忽高忽低；（2）巷道内风流流量发生异常变化，即风流流量突然降低、流量均匀升高或降低、流量忽高忽低等；当（1）或（2）出现时，则判断工作面巷道内发生灾变事故。

当判断为灾变事故发生时，根据示踪气体的体积浓度的变化和巷道内风流流量的变化对本次事故的类型进行预测，预测具体为：

（1）当示踪气体的体积量减小，同时巷道内风流流量也减小，且它们的变化量一致时，则预测工作面巷道发生漏风情况；

（2）当示踪气体的体积浓度在短时间内突然减小，且巷道内风流流量变化不大时，则工作面巷道发生顶板冒落灾害；

（3）当示踪气体的体积浓度呈现出增大的趋势并在一段时间后趋近平稳不变，且巷道内风流流量呈现出均匀减小的趋势，但过一段时间后趋于平稳，则预测工作面巷道发生了水灾事故；

（4）当示踪气体体积浓度呈现出先减小然后在增加最后保持正常值恒定不变的趋势，巷道内的风流流量则是先增加后减小最后保持不变时，则预测工作面巷道发生了火灾事故；

（5）当巷道内示踪气体的体积浓度呈现出缓慢减小最后保持不变的趋势，巷道内的风流的流量呈现出缓慢增加最后保持不变的趋势时，则预测工作面巷道发生了瓦斯泄漏事故。

上述井下灾害事故预测是运用通过混合稀释法，假设释放到管道中的示踪气体的流量和体积浓度恒定且风流中含示踪气体为零。结合管道中风流的流量，可以计算出理论状态下示踪气体的体积浓度。通过与正常标准通风状态下的示踪气体体积浓度比较就可以确定管道是否发生灾害；

混合气体流量Q满足公式：；

当采用纯气体注入时，混合气体流量Q其公式为：；

则示踪气体的体积浓度公式为：。

当管道发生火灾，水灾，顶板冒落时，会引起巷道内的压力发生变化，如果巷道内风速的保持恒定不变。示踪气体的浓度必将发生变化。由于不同灾害状况会引起示踪气体的体积浓度发生不同的变化。因此，根据示踪气体体积浓度参数的变化情况，可以知道实际巷道内的灾害情况。当巷道内发生瓦斯泄漏时，由于巷道内的风流渗入了瓦斯，必然会引起管道中混合气体浓度的变化。根据示踪气体浓度的变化情况，可以知道巷道内是否发生瓦斯泄漏。

当判断为灾害事故发生时，据示踪气体的体积浓度的变化和巷道内风流流量的变化对本次事故的类型进行预测，其次根据示踪气体的浓度和风流流量的变化量来判读事故的严重性，根据判断准则具体为：

（1）当出现工作面巷道漏风事故时，检测到的示踪气体体积减小量和巷道内风流流量减小量越大，则漏风情况越严重；

（2）当出现工作面巷道发生顶板冒落事故时，检测到的示踪气体的体积浓度越小，则顶板冒落堵塞越严重；

（3）当工作面巷道发生了火灾事故时，检测到的示踪气体的体积浓度减小量越多且减小时间越长，则火灾事故越严重；

（4）当工作面巷道发生了瓦斯泄漏事故时，检测到的示踪气体的浓度越小，则瓦斯泄漏越严重。此时地面监控中心应根据这些准则来进行判断，并对井下给予警示、井下人员避险和展开事故救援。

以上实施方式仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。