基于SF6检测技术采空区“呼吸”现象探究

葛海军

基于SF6检测技术采空区“呼吸”现象探究

葛海军

（神华神东煤炭集团乌兰木伦煤矿 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017205）

随着我国科学技术的不断发展，我国煤炭企业也随之得到了巨大的发展，各种各样先进的开采技术以及检测技术得到了充分的应用。根据神东煤炭集团在乌兰木伦矿井监测结果显示，该矿井采空区内空气流动的方向是不固定的，一直在变化，并且气体还出现“排出-吸入”的“呼吸”状况，从而给煤炭的开采带来严重的安全隐患，极易出现自燃的现象。本文通过对SF6检测技术在采空区作用的分析，讨论采空区“呼吸”现象，以此提出一定的改善措施。

SF6检测技术；“呼吸”现象；分析

引言

采空区出现“呼吸”现象即表明矿井已经出现漏风现象，其不仅给煤炭的开采带来了严重的安全隐患，也严重浪费了通风能量。还会导致大量的气体进出矿井，使得空气中的氧气与煤体中所含的的易氧化物质发生化学反应，导致煤矿井下聚集大量有毒有害气体，甚至会导致煤炭自燃或矿井瓦斯爆炸等安全事故。不仅如此，长时间的气体流通，也会导致采空区与地表相通的缝隙的直径会越来越大，使得土质变得松软，也极易发生坍塌事故，严重威胁采空区地表工作人员的人身安全，因此，有关部门必须采取有效的措施，来避免采空区出现“呼吸”的现象，增加煤炭企业的经济效益以及社会效益。

1 乌兰木伦矿井工程概述

乌兰木伦矿井目前采用一次采全高倾斜长壁综合机械化的采煤方法来开采该矿井下的煤层，乌兰木伦煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市以南40km，伊金霍洛旗乌兰木伦镇境内，地处伊金霍洛旗的东南。许可矿区开采范围面积为44.1km2，该矿目前剩余地质储量3.08亿t，剩余可采储量2.06亿t。主采的煤层为12煤、22煤、31煤。该矿煤层赋存较为稳定，煤质有低灰、低硫、高发热量等优势，属较好的动力、气化用煤。然而，在开采过程中发现多数采空区均出现“呼吸”现象，给煤矿的开采工作带来了极大的安全隐患。采空区“呼吸”现象得到该矿相关领导及部门的高度重视，并采用SF6检测技术对采空区“呼吸”现象出现的原因进行研究并加以分析。

2 采用SF6检测技术探究采空区“呼吸”现象的流程

2.1 工作的原理

在采空区预设的观测管处通过特殊输送管道将定量的SF6气体快速的输入到漏风区，在SF6气体注入完成后收集该处的混合气体，并对其成分进行检测，判断混合气体内是否存在SF6气体，以此为根据判断采空区是否出现漏风现象并确定漏风通道。

2.2 相关设备以及检测工序

2.2.1 相关检测的设备以及材料

10kg的SF6气体；色谱分析仪器；5个手工采样器以及45个采样袋；2m长的钢管一根（一段打磨成针尖状，任取一端长为1m的区域，在该区域每隔200mm就使用小型钻孔机器钻出直径为12mm的小孔，并且必须保证每个钻孔之间的距离都是相等的，目的是为了确保能够充分释放SF6气体）；1m长的软管一根（目的是为了将容纳SF6气体的容器与钢管连接起来）。

2.2.2 施工工序

①在井下与采空区想通的裂缝处使用软管以及钢管将10kg基本不存在杂质气体的SF6气体快速输送到裂缝中。②在将SF6气体输入采空区裂缝，20min之后，每隔10min使用采样袋收集裂缝处的气体，要求必须在采样袋的标签上详细标注采样的时间以及位置，重复操作10次后结束采样工作。③收集完成的气体必须第一时间运送到样本分析室，由专业人员通过特殊的设备对样本气体的成分进行分析，测量其中SF6气体的浓度，并做出详细的记录。这就是整个SF6检测采空区“呼吸”现象技术的全部施工工序。

2.2.3 对检测结果分析的标准

将收集到的样本气体经过专业的仪器进行分析，测量出样本气体中是否含有SF6气体，如果在样本气体中检测出SF6气体，就表明在该矿井下的采空区与地面之间存在连通的缝隙；反之，如果在样本气体中没有检测出SF6气体，那么就说明在该矿井的采空区目前没有出现能够与地面连通的缝隙，如果是这样情况，那么就不会出现采空区“呼吸”的现象。

3 探究采空区出现“呼吸”现象的原因

3.1 内外气压的不同

通过使用SF6气体检测技术的研究分析，乌兰木伦煤矿井下采空区与地表缝隙之间没有阻碍，从而导致各个区域之间的压强不相等，气体会从压强较大的一方流入压强较小的一方，这就形成了采空区“呼吸”的现象。除了受到气压的影响之外，空气的温度变化也会对采空区“呼吸”现象的出现产生一定的影响。由于大气压会随着采空区空气的温度变化而变化，当这种变化使空气中的大气压与采空区缝隙中的大气压不等时，气体就会涌入或溢出采空区。根据气压变化规律，矿井越深，气压也就越大，因此，如果采空区处于很深的位置，当采空区的裂缝与地表相通的时候，极易导致气体涌入到大气中。不同内外气压的变化也就导致采空区出现“呼吸”的现象。

3.2 地表大气压的变化

地表大气压正式的说法就是大气空气的绝对静压，虽说其是静压，但其无时无刻不在变化，影响其变化的因素很多，例如空气的湿润程度以及空气的温度等，空气的温度、湿度与大气压之间呈负相关，即空气的湿度以及温度越高，大气压就越低。

根据大量研究数据显示，一年之内，一、二月份气温最低，七、八月份气温最高，因此，每年一、二月份气压最高；每年七、八月份气压最低。简单来说，就是夏季气压低，冬季气压高。不仅如此，每天的气压也是在不停变化，1d之中，下午1～2点之间，气压最低；凌晨4～5点气压最高，最高值与最低值之间的差值约为700Pa。因此，虽然空气的大气压每时每刻都在变化，但是矿井下采空区的气压基本保持不变，在压强的作用下，导致采空区气压无时无刻不在变化，从而出现“呼吸”的现象。但是，因为改变大气压强的因素相对较多，所以其变化也相对复杂，从而很难精确判断到底是哪种因素影响了采空区气体的流动方向，导致采空区出现“呼吸”的现象。

4 预防采空区出现“呼吸”现象的有效措施

一般来说，煤矿开采人员可以通过下面三条措施来有效预防采空区出现“呼吸”的现象。①强化密闭施工的管理工作，最大程度上确保采空区的密闭性。②安排专业技术人员对乌兰木伦矿井采空区的地面裂缝实施找寻工作，一旦发现坍塌或者缝隙，立即使用黄土对其进行掩埋，并对其进行压实，从而确保采空区的地面不会出现裂缝，间接降低采空区出现“呼吸”现象的概率。③目前来说，以现有的技术水平，煤炭管理人员不能有效地控制地表大气压变化的状况，也因此无法消除采空区出现“呼吸”现象，只能尽可能完善矿井的通风、防火、增加密闭性以及排出瓦斯等工作，降低其对矿井采空区以及采矿工人生命安全的影响，这是预防采空区出现“呼吸”现象以及保障采矿人员生命安全必须要解决的问题。如今，相对有效的措施就是对收集的样本气体进行成分检测，不仅需要检测SF6气体的含量，还需要检测CO含量的变化状况，一旦检测出样本气体中CO的含量在逐渐增加，那么就必须在最短时间内通过气体装置将氮气或注浆设施将泥浆等注入到采空区，以避免采空区出现自燃的现象。

5 结束语

综上所述，采空区出现“呼吸”现象对于煤矿开采来说，是很大的安全隐患。其极易导致矿井出现严重的自燃事故以及瓦斯爆炸事故。因此，为了有效避免此类安全事故的发生，相关部门必须采取有效的检测技术和措施来预防安全事故的出现。目前来说，最有效的检测技术就是SF_6气体检测技术，其能够敏锐感知采空区是否存在漏风的缝隙，从而提醒管理人员能够及时填补这些缝隙，确保井下工人的生命安全，增加煤矿企业的经济效益以及社会信誉，从而提高煤矿企业在市场中的竞争力。

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TD723

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1004-7344（2016）27-0316-02

2016-9-7

葛海军（1983-），男，山西芮城人，2006年毕业于太原理工大学采矿工程专业，主要从事煤矿生产技术及通风管理工作。