一种判定煤矿采空区群密闭墙漏风源、汇装置及方法与流程

本发明涉及煤矿采空区漏风检测领域，尤其涉及判定煤矿采空区群密闭墙漏风源、汇装置及方法。

背景技术：

众所周知，采空区漏风是普遍存在于煤矿中的危害因素，它不仅能引起采空区内遗煤自燃，而且还会引起采空区内瓦斯涌出等问题，从而导致人员伤亡、财产损失以及煤炭资源损失，所以采空区漏风能够直接威胁着煤矿的安全生产，尤其是出现采空区群漏风时，安全问题更是尤为突出。因此，为了减小采空区漏风引起的损失，有必要判定采空区漏风状况。

当煤矿采区内多个可采煤层的工作面回采结束时，回采后的这些区域就变成了相对封闭的采空区群。采空区群与外围通风系统之间主要通过密闭墙进行隔绝。受到工作面采动的影响，密闭墙的密封效果就会相应的降低，从而会发生密闭墙向采空区群漏风。由于采空区群密闭墙非常多，如何快速判定哪些密闭墙是主要的漏风源，哪些密闭墙是主要漏风汇至关重要。

许多学者针对采空区漏风现象进行了一定的研究，并取得了一些成果，例如，基于示踪技术的y型通风工作面采空区漏风检测(煤炭科学技术,2010,38(2):35-38.)，通过示踪气体的定点释放并定点取样分析示踪气体的浓度，以此对采空区的漏风现象进行研究，可估算漏风风速，但也存在一定缺点：(1)该方法适用于对漏风通路有一定了解且漏风通路比较简单的情况下，对于采空区群的密闭墙漏风，其漏风通道比较复杂且情况不明时，该方法并不适用；(2)由于示踪气体种类的局限性，该方法不能够对多个密闭墙漏风源、汇进行判定。

此外，还可通过直接测量密闭墙上、下侧巷道的风量，对比风量差来判断密闭墙的漏风情况，但这种方法过于粗糙，风量测量受到测量人员及周围环境条件的影响，测量结果并不精确，如果密闭墙漏风较小或周围存在其它漏风通道，则无法进行正确的判断。因此对于采空区群密闭墙漏风源、汇的判断，目前仍没有具有针对性的判别方法。

技术实现要素：

本发明的目的是解决采空区群密闭墙漏风源、汇判定的问题，提供一种结构简单、操作简便、测量精确、成本较低，可从多方面进行准确、可靠的判定煤矿采空区群密闭墙漏风源、汇装置及方法。

本发明所采用的技术方案：本发明的装置包括：密闭墙、观测管、3个闸阀、放水取气管、放水取气口、胶皮管、u型水柱计、巷道，所述观测管、3个闸阀、放水取气管、放水取气口、胶皮管、u型水柱计共同组成本发明的取样测量装置；所述密闭墙是隔离采空区所采取的措施，位于采空区和巷道之间；所述观测管穿过密闭墙，一端伸入密闭墙内侧的采空区，另一端位于密闭墙外的巷道并与放水取气管相连，且所述观测管位于密闭墙外的一端安装有闸阀；所述放水取气管一端与观测管相连，另一端与胶皮管的一端相连，所述放水取气管与胶皮管相连的一端安装有闸阀，所述放水取气管中间部位的下方安装有放水取气口；所述放水取气口与放水取气管是一体的，且安装在防水取气管的侧面中间部位，开口方向朝下，用于提取采空区中气体样本，所述放水取气口安装有闸阀；所述胶皮管一端与放水取气管相连，另一端与u型水柱计相连；所述u型水柱计与胶皮管连接，进行密闭墙内外压差测定。

所述3个闸阀、放水取气管、放水取气口、胶皮管、u型水柱计组成取样测量装置，且除观测管及观测管上闸阀外，其它组成部分可在使用后拆解再组装。

一种判定煤矿采空区群密闭墙漏风源、汇方法在现场具体实施步骤如下：

步骤一：布置装置：构筑密闭墙时，在密闭墙上铺设观测管，观测管的一端伸入采空区内侧，观测管的另一端伸出采空区外侧，并在采空区外侧的观测管上布置闸阀，未使用观测管时，观测管上的阀门一直处于关闭状态；开始使用时，先关闭放水取气管和放水取气口的闸阀，将放水取气管无闸阀一端与观测管有闸阀一端相连，将胶皮管一端与放水取气管有闸阀一端相连，胶皮管另一端与u性水柱计相连；

步骤二：气体取样：保持排水取气管上的闸阀关闭，先打开观测管的闸阀，再打开放水取气口上的闸阀，若无水流出，则可进行取气，若有水流出，则应先排水，待水排尽后再取气，取气时先通过排水取气口抽出观测管内残留气体，然后抽取并收集气体作为密闭墙内气体样本，同样方法直接在密闭墙外收集气体作为密闭墙外气体样本；

步骤三：压力测量：气体取样后，关闭放水取气口上的闸阀，打开排水取气管上的闸阀，待u型水柱计稳定后，读取示数测得密闭墙内外压差，同时使用矿井通风参数检测仪测量密闭墙外巷道的绝对大气压和能位，同一密闭墙在巷道的不同绝对大气压下分别进行密闭墙内外压差的测量并记录，可分别选在上午8点至9点和下午4点至5点，对各个密闭墙内外压差进行测量，完成后计算得到同一密闭墙在不同绝对大气压下内外压差的变化值，关闭所有闸阀，依次拆卸取下u型水柱计、胶皮管和排水取气管，前往下一密闭墙进行取样和测量；

步骤四：气样分析：在各个密闭墙处重复步骤二和步骤三，直至完成所有密闭墙内、外的气体取样和压力测量，然后将所取气体样本使用气相色谱仪分析，得到各个密闭墙内、外气样的氧气和瓦斯浓度；

步骤五：数据整理及分析：将测得不同闭墙的气样分析数据、能位数据、密闭墙内外压差和在不同绝对大气压下内外压差的变化值，对上述各个数据进行统计整理，并将各密闭墙处测得的数据进行对比分析，采用如下密闭墙漏风源、汇的判定条件进行判定：

以下条件均满足时，可判定密闭墙存在漏风源：(1)密闭墙外巷道能位高于其它密闭墙外巷道能位；(2)密闭墙内气体的氧气浓度高于其它密闭墙内的氧气浓度；(3)密闭墙内外压差<0，即密闭墙内的采空区气压低，密闭墙外巷道气压高；(4)密闭墙外巷道的绝对大气压发生变化时，密闭墙内外压差的变化值小于其它密闭墙内外压差的变化值；

以下条件均满足时，可判定密闭墙存在漏风汇：(1)密闭墙外巷道能位低于其它密闭墙外巷道能位；(2)密闭墙外气体瓦斯浓度高于其它密闭墙外的瓦斯浓度；(3)密闭墙内、外压差>0，也即密闭墙内的采空区气压高，密闭墙外的巷道气压低；(4)密闭墙外巷道的绝对大气压发生变化时，密闭墙内外压差的变化值小于其它密闭墙内外压差的变化值。

所述步骤三中，在同一天的不同时段，密闭墙外巷道的绝对大气压会发生变化，而巷道的绝对大气压变化可能会影响到密闭墙内外压差，从而引起密闭墙内外压差的变化，因此需要在巷道的不同绝对大气压下对密闭墙内外压差进行测量。

所述步骤三中，密闭墙外巷道中绝对大气压变化时，若密闭墙密封良好，密闭墙内的压力不会随之变化，则密闭墙内、外压差会出现较大变化；若密闭墙存在漏风，密闭墙内的气压也会随之变化，但是密闭墙内、外压差变化值会比密闭墙外大气压变化值更小。因此，密闭墙外巷道绝对大气压发生较大变化时，密闭墙内、外压差的变化值可作为密闭墙漏风的判据之一。

本发明的有益效果：(1)本发明所用到的装置由矿井常用设备组成，没有新增特殊设备，且结构简单，大部分组成设备都可拆解再组装，携带搬运方便，一组设备可在多处使用，更为便捷，且节约设备成本，操作简便；(2)对密闭墙内进行取气时先排出观测管内一些残留气体，然后再取气保存，确保了判定结果的可靠性；(3)测量数据全面，判定依据充足，从多个方面判断漏风源、汇，判定结果更为可靠，测量精确，准确度更高。

附图说明

图1是本发明进行取样和压力测量的示意图。

图中：1—密闭墙，2—观测管，3—放水取气管，4—放水取气口，5—胶皮管，6—u型水柱计，7—闸阀，8—闸阀，9—闸阀，10—巷道。

具体实施方式：

下面结合附图与具体实例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的装置包括：密闭墙1、观测管2、放水取气管3、放水取气口4、胶皮管5、u型水柱计6、闸阀7、闸阀8、闸阀9、巷道10，所述观测管2、放水取气管3、放水取气口4、胶皮管5、u型水柱计6、闸阀7、闸阀8、闸阀9共同组成取样测量装置；所述密闭墙1是隔离采空区所采取的措施，位于采空区和巷道10之间；所述观测管2穿过密闭墙1，一端伸入密闭墙1内侧的采空区，另一端位于密闭墙1外的巷道10并与放水取气管3相连，且所述观测管2位于密闭墙1外的一端安装有闸阀7；所述放水取气管3一端与观测管2相连，另一端与胶皮管5相连，与胶皮管5相连的一端安装有闸阀8，所述放水取气管3中间部位的下方安装有放水取气口4；所述放水取气口4与放水取气管3是一体的，且安装于放水取气管3的侧面中间部位，开口方向朝下，用于提取采空区中气体样本，且所述放水取气口4安装有闸阀9；所述胶皮管5一端与放水取气管3相连，另一端与u型水柱计6相连；所述u型水柱计6与胶皮管5连接，进行密闭墙1内外压差测定。

优选的，所述放水取气管3、放水取气口4、胶皮管5、u型水柱计6、闸阀7、闸阀8、闸阀9组成取样测量装置，其中除观测管2和闸阀7外，其它各组成设备可在使用后，拆解再组装。

一种判定煤矿采空区群密闭墙漏风源、汇方法在现场具体实施步骤如下：

步骤一：布置装置：铺设密闭墙1时，在密闭墙1上设置观测管2，观测管2的一端伸入采空区内侧，观测管2的另一端伸出采空区外侧，并在采空区外侧的观测管2上布置闸阀7，未使用观测管2时，观测管2上的阀门7一直处于关闭状态；开始使用时，先关闭放水取气管3和放水取气口4的闸阀8、9，将放水取气管3无闸阀一端与观测管2上的闸阀7一端相连，将胶皮管5一端与放水取气管3上闸阀8的一端相连，胶皮管5另一端与u型水柱计6相连；

步骤二：气体取样：保持闸阀8关闭，先打开闸阀7，再打开闸阀9，若无水流出，则可进行取气，若有水流出则应先排水，待水排尽后再取气，取气时先通过排水取气口4抽出观测管2内残留气体，然后抽取并收集气体作为采空区内气体样本，同时，在密闭墙外直接收集气体作为密闭墙外气体样本，并记录好气样的地点。

步骤三：压力测量：气体取样后，关闭闸阀9，打开闸阀8，待u型水柱计6稳定后，读取示数测得密闭墙1内外压差，同时测量巷道10大气的绝对大气压和能位，绝对大气压和能位的测量可使用矿井通风参数检测仪完成，同一密闭墙1需要巷道10在不同绝对大气压下分别进行密闭墙内外压差的测量并记录，完成后关闭闸阀7、8，依次拆卸取下u型水柱计6、胶皮管5和排水取气管3，前往下一密闭墙1进行取样和测量；

步骤四：气样分析：在各个密闭墙1处重复步骤二和步骤三，直至完成所有密闭墙1的气体取样和压力测量，然后将所取气体样本使用气相色谱仪分析，得到各个密闭墙1内、外气样的氧气和瓦斯浓度；

步骤五：数据整理及分析：将测得的压力数据和气样分析数据进行统计整理，并将各密闭墙处测得的数据进行对比分析，密闭墙1漏风源、汇的判定条件如下：漏风源判定条件：(1)密闭墙1外巷道10能位高于其它密闭墙1外巷道10的能位；(2)密闭墙1内气体的氧气浓度高于其它密闭墙1内的氧气浓度；(3)密闭墙1内外压差<0，也即采空区内的气压低，采空区外气压高；(4)密闭墙外巷道10的绝对大气压发生变化时，密闭墙内外压差的变化值小于其它密闭墙内外压差的变化值。漏风汇的判定条件：(1)密闭墙1外巷道10能位低于其它密闭墙1外巷道10的能位；(2)密闭墙1外气体瓦斯浓度高于其它密闭墙1外的瓦斯浓度；(3)密闭墙1内、外压差>0，也即采空区内的气压高，采空区外气压低；(4)密闭墙1外巷道10的绝对大气压发生变化时，密闭墙内外压差的变化值小于其它密闭墙内外压差的变化值。综合上述条件进行采空区漏风源、汇的判定。

所述步骤三中，在同一天的不同时刻，密闭墙1外巷道10的绝对大气压会有较大变化，而巷道10的绝对大气压变化可能会引起密闭墙1内外压差变化，因此需要在巷道10不同绝对大气压下对密闭墙内外压差进行测量。

所述步骤三中，密闭墙1外巷道10中绝对大气压变化较大时，若密闭墙1密封良好，密闭墙1内的压力不会随之变化，则密闭墙1内、外压差会出现较大变化；若密闭墙1存在漏风，密闭墙1内的压力也会随之变化，但是密闭墙1内、外压差变化值会比密闭墙1外大气压变化值更小，因此，密闭墙1外巷道10绝对大气压发生较大变化时，密闭墙1内、外压差的变化值可作为密闭墙1漏风的判据之一。