瓦斯管路漏气点检测的试验研究

高艳忠,毕 波,徐 永,胡燕康

(1.淮南矿业(集团)有限责任公司 潘一矿，安徽 淮南 232001；2 华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 101601)

瓦斯管路漏气点检测的试验研究

高艳忠1,毕 波1,徐 永2,胡燕康2

(1.淮南矿业(集团)有限责任公司 潘一矿，安徽 淮南 232001；2 华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 101601)

瓦斯管路漏气即影响瓦斯的抽采效果，也会影响瓦斯利用。然而井下环境复杂，瓦斯管路漏气点很难发现。本文分别介绍“排气法”和“压差法”对井下瓦斯管路检查漏气点，并测定漏气流量。通过理论推导和井下试验来证明了“压差法”检测瓦斯管路漏气点的可行性。研究了瓦斯管路抽采负压、表面粗糙度、人为因素对“压差法”精度的影响，并得出“压差法”的误差精度为0.002 m3/min。研究结果对负压管路的气体运输同样具有指导意义。

瓦斯抽采;瓦斯管路气密性;漏气点检测;气体运输

0 引言

随着煤矿的开采逐渐向深部发展，使得矿井瓦斯治理要求更严格，对瓦斯抽采精细化水平要求更高。而瓦斯抽采系统漏气一直困扰着瓦斯治理工作，不仅是一种资源的浪费，同时也会影响瓦斯的利用。然而目前检查瓦斯管路漏气的方法主要依靠人工听漏气声音为主。有些瓦斯管路漏气流量很大但声响很小甚至根本听不见声音。并且井下巷道内环境复杂，皮带机运转、风筒和压风管路漏气、瓦斯管路内的过流声都会影响。如果可以通过仪器检查瓦斯管路漏气，更准确更可靠。

1 矿井概况

潘一矿东井为潘一矿的改(扩)建工程，2008年7月开工建设，2012年12月18日通过竣工验收。潘一矿东井位于安徽省淮南市西北部潘集区，距淮南市洞山约20 km。井田东西平均走向长约8 km，南北倾斜宽平均约4.5 km，面积约36 km2。

2014年东井瓦斯等级鉴定结果：矿井绝对瓦斯涌出量最大值178.06 m3/min；相对瓦斯涌出量最大值62.39 m3/t。13-1、11-2为突出煤层，矿井为煤与瓦斯突出矿井。目前矿井主采煤层为13-1煤和11-2煤。13-1煤区域性防突措施为开采保护层、11-2煤区域性防突措施采用底板巷穿层孔条带预抽掩护煤巷掘进。

2 瓦斯管路漏气流量的检测

瓦斯管路的漏气点很难准确掌握，但瓦斯管路漏气的区域可以通过管路内瓦斯浓度的变化来判断。并且瓦斯管路的漏气点一般发生在瓦斯管路接头和瓦斯管路破损的地点。将瓦斯管路接头或破损点用特制橡胶包裹(如图1所示)，将包裹装置预留测气嘴接至容量为9升的气球，通过秒表计时9升气体吸入瓦斯管路所需要的时间，就可以计算管路漏气点的流量。这种方法简称“排气法”。

图1 瓦斯管路的包裹装置(自制)

利用 “排气法”对1422(1)运顺底板巷进行瓦斯管路检查中发现5#钻场口瓦斯管路三通的左边盘口漏气。经测得9升气体在25秒气体被排净气体，因此可以得出该处瓦斯管路盘口的漏气流量为0.021 m3/min。

3 “压差法”的可行性验证

3.1 “压差法”的原理

但是“排气法”检查比较复杂，并且时间较长，在井下对上千米的瓦斯管路进行检查不利于实现。通过改进，检测包裹装置内外气压差来确定瓦斯管路的漏气量 “压差法”如图2所示。这种方法所用的时间不到原来的一半。500米的瓦斯管路一个人一个小班(8小时)就可以检查一遍。

图2 原理示意图

将包裹装置安装在瓦斯管路上，通过通风多参数检测仪测取包裹装置内外的压力差如图3所示。如果瓦斯管路漏气，包裹装置内就会有负压。通过现场实验数据分析得出检测包裹装置内负压大小与瓦斯管路的漏气量之间的关系，就可以计算出被包裹瓦斯管路的漏气量。

图3 “压差法”检测装置

3.2 “压差法”的可行性实验

为验证方法的可行性，在1422(1)运顺底板巷利用瓦斯管路浓度检测点作为漏气点。通过改变检测点开关来调节瓦斯管路漏气量的大小。每一次测试先用“排气法”测一次排气时间，用来计算这次测试瓦斯管路漏气流量。再用“压差法”测一次压差值。通过对比来找出瓦斯管路漏气流量与压差之间的规律。实验结果如表1所示。

表1 “压差法”实验结果对比表

4 “压差法”影响因素的试验

4.1 不同瓦斯管路抽采负压对“压差法”结果的影响

为研究瓦斯管路负压变化对检测结果的影响，通过在不同管路负压的情况下测试相同压差的瓦斯管路漏气量。瓦斯管路负压分别为0.03 MPa、0.019 MPa、0.012 MPa、0.009 MPa、测试结果如表2所示。

表2 不同管路负压测试结果

由测试结果可以看出，在不同瓦斯管路负压的情况下使用“压差法”和“排气法”测试的结果误差不超过0.001 m3/min，并不影响设备的使用。

4.2 不同瓦斯管路粗糙度对“压差法”的影响

由于井下环境影响，瓦斯管路上可能会有铁锈或积灰，这样会响应包裹装置的系数变化。为研究对对检测结果的影响，对瓦斯管路进行除灰前和除灰后检测结果进行对比如表3所示。

表3 不同管路粗糙度测试结果

由测试结果可以看出，瓦斯管路在除灰前和除灰后通过“排气法”测试结果相同，通过“压差法”测试结果有5Pa的误差不到10%，在误差允许范围内。

4.3 人为因素对“压差法”的影响

由包裹装置需要人为对瓦斯管路进行包裹，不同人包裹的松紧不一，对“压差法”检测的结果会有影响。而且即使同一管径的瓦斯管路盘口的大小有可能不一样、而且盘口螺丝的长度对瓦斯管路包裹也会有影响。测结果如表4所示。

表4 人为因素影响测试结果

不同人对于使用设备检测的结果会有影响，但包裹的弹性很小，主要靠硅胶密封，只要没有明显的漏气就不会对“压差法”的结果产生太大误差。通过表4可以看出压差从25～290 Pa人为因素对测试结果影响最大为0.002 m3/min，压差越大、瓦斯管路漏气流量越大，人为因素对检测结果影响就越小。

5 “压差法”在井下的应用

1422(1)工作面是潘一矿东井在西二采区的第一个工作面。1422(1)运顺煤巷掘进采取在底板巷施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯的区域性防突措施。目前1422(1)运顺底板4个钻场为一个评价单元。抽采干管采用300 mm的瓦斯管路，评价单元分支采用200 mm的瓦斯管路。目前正在施工钻孔的钻场有4个，钻场内钻孔施工完成的有16个。

通过压差法对1422(1)运顺底板瓦斯管路进行检查。测试结果如表5：

表5 1422(1)运顺底板巷瓦斯管路检查结果

通过对瓦斯管路的检测得出以下结论：

(1) 瓦斯管路漏气点主要是在瓦斯管路的盘口(接口)，尤其是特殊管件(三通、龙门、孔板、流量计、除渣器等)的盘口由于安装条件限制很容易造成瓦斯管路安装不严。

(2) 在应力集中巷帮变形严重区域，瓦斯管路受到挤压，很容易产生漏气点。

(3) 在对发现的漏气点往往采取涂抹水泥等堵漏方法，测试结果显示这种方法对于漏气流量小于0.02 m3/min的漏气点效果明显，但对于漏气流量大的漏气点效果不明显。只是没有了漏气声音，但漏气还是存在的，只有对瓦斯管路重新安装才能解决问题。

6 结论

通过理论分析和井下实践得出如下结论：

(1) 通过“排气法”和“压差法”对井下瓦斯管路进行测试是可行的。

(2) “压差法”测试瓦斯管路漏气流量精度可以达到0.002 m3/min。

(3) 由于包裹装置的限制，对于不同管径的瓦斯管路漏气量检测应用不同规格检测装置。

[1] 徐明敏,王俊峰,邢纪伟.煤层钻孔瓦斯抽采气固耦合模型及三维数值模拟[J].山西煤炭，2016，36(02)：49-53.

[2] 胡德会.有关煤矿瓦斯抽采技术的探究[J].科技致富向导，2015(11)：127 .

[3] 王凯,赵旭生,戴林超.顺层瓦斯抽采钻孔内负压分布规律研究[J].煤矿安全，2014，45(05)：1-4，8.

[4] 尚辉.煤矿瓦斯抽采及计量技术[J].硅谷，2012(11)：22-23 .

[5] 石智军，胡少韵，姚宁平，等.煤矿井下瓦斯抽采 (放 )钻孔施工新技术 [M].北京: 煤炭工业出版社,2009.

Experimental study on detection method of gas leakage in gas pipeline

GAO Yan-zhong1,BI Bo1,XU Yong2,HU Yan-kang2

(1.HuainanMiningIndustry(Group)Co.LTD.PanyiMine,Huainan,232001,China; 2.SchoolofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao,101601,China)

Gas pipeline leakage affects the effect of gas extraction as well as the gas utilization.However,the underground environment is complex,the gas pipeline leakage point is difficult to find.In this paper,the “exhaust gas method” and “pressure difference method” are introduced to check the leakage point of the underground gas pipeline and the leakage flow rate is determined.The feasibility of detecting the leakage point of the gas pipeline by the pressure difference method is proved by the theoretical deduction and the underground test.The effect of negative pressure,surface roughness and artificial factors on the precision of the “differential pressure method” was studied,and the error precision of the “differential pressure method” was 0.002 m3/min.The results of the study also has a guiding significance on the negative pressure pipeline gas transport .

gas drainage；gas tightness of gas pipeline； the detection of leak point； gas transport

2016-05-16

中央高校基本科研业务费资助(3142015001)

高艳忠(1978-)，男，山西临县人，硕士，淮南矿业(集团)有限责任公司潘一矿副总工程师，从事煤矿安全生产技术工作。E-mail：371911613@qq.com

TD712

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1672-7169(2016)04-0015-04