一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法.pdf

本发明一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，属于煤矿安全技术领域；提供一种煤矿井下复杂环境中壁面瓦斯涌出量能够精确检测的检测方法；一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，包括以下步骤：煤壁预处理的步骤；瓦斯涌出量检测的步骤；所述煤壁预处理的步骤为：采用密封剂喷涂煤壁，堵塞煤壁表层的裂隙，减缓并稳定煤壁瓦斯涌出，并为准确检测瓦斯浓度提供条件；所述瓦斯涌出量检测的步骤为：将贴壁式瓦斯涌出量检测装置安装在经过预处理的煤壁上，准确地实时检测煤层壁面的瓦斯涌出量，与矿井巷道现有瓦斯检测器结合调控风机风量，达到降低排风成本和安全生产的目的；本发明主要用于煤矿方面。

1.  一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
煤壁预处理的步骤；
瓦斯涌出量检测的步骤。

2.  根据权利要求1所述的一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于，所述煤壁预处理的步骤为：采用密封剂喷涂煤壁，堵塞煤壁表层的裂隙，减缓并稳定煤壁瓦斯涌出，并为准确检测瓦斯浓度提供条件。

3.  根据权利要求1所述的一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于，所述瓦斯涌出量检测的步骤为：将贴壁式瓦斯涌出量检测装置安装在经过预处理的煤壁上，准确地实时检测煤层壁面的瓦斯涌出量，可与矿井巷道内现有瓦斯检测器结合调控风机风量，达到降低排风成本和安全生产的目的。

4.  根据权利要求2所述的一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于，所述密封剂按照质量百分比的水：液料：粉料为25～40∶40～55∶100组成。

5.  根据权利要求4所述的一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于，所述液料为阴离子型丙烯酸酯乳液或苯乙烯-丙烯酸酯乳液，所述粉料按照以下重量百分比组成：超细粉煤灰50～80、水泥0～30、石墨3～5、炭黑0～2、氯化石蜡7～12、氢氧化铝3～8。

6.  根据权利要求5所述的一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于：所述超细粉煤灰和水泥的总重量占粉料的80％；所述石墨和炭黑为导电填料，且总重量占粉料的5％；所述氯化石蜡和氢氧化铝为阻燃剂，且总重量占粉料的15％。

7.  根据权利要求3所述的一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，其特征在于，所述贴壁式瓦斯涌出量检测装置包括无底内部中空的密封箱(13)，所述密封箱(13)内设置有A型瓦传感器(2)、B型瓦斯传感器(5)、温度传感器(6)、湿度传感器(7)、压力传感器(8)、电源(11)和无线通信设备(12)，所述密封箱(13)上设置有数显面板(1)、旋启式风门(4)、天线(9)和换气风扇(10)，所述A型瓦传感器(2)、B型瓦斯传感器(5)、温度传感器(6)、湿度传感器(7)、压力传感器(8)、数显面板(1)和天线(9)分别与无线通信设备(12)连接，所述无线通信设备(12)与电源(11)连接，所述密封箱(13)无底的一面可以通过螺栓(3)固定在煤壁上，并用复合聚氨酯材料密封密封箱(13)与煤壁之间的缝隙。

一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法
技术领域
本发明一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，属于煤矿安全技术领域。
背景技术
我国是一个产煤大国，瓦斯是与煤炭共同伴生的优质洁净能源，也是煤矿井下开采掘进工作面的重大安全隐患。为了保证煤矿井下开采掘进过程矿井巷道内瓦斯涌出和操作面安全，目前的煤矿企业已基本装备了瓦斯检测系统和通风系统，由于煤炭矿井巷道壁面瓦斯涌出浓度极不均匀，现有的瓦斯检测装置检测的数据不够准确，为确保安全生产，通风系统几乎全天候满负荷运转。据统计，风机耗电量占全矿井总耗电量的15％至20％，有的煤矿甚至达到30％以上。因此准确掌握煤层瓦斯涌出量的大小及规律，是合理进行矿井通风设计和瓦斯综合治理的重要依据。
由于影响瓦斯涌出量的因素很多，目前我国矿井瓦斯涌出量大多以预测为主。专利CN102609780A公开了一种以数量化理论I建立算法模型来预测矿井瓦斯涌出量的新方法。专利CN103352723A公开了一种通过划分瓦斯地质单元、确定主控地质因素、建立数学模型来预测瓦斯涌出量的方法。这些预测只能对煤矿提供一定的理论依据。
专利CN103643997A公开了一种小风速掘进工作面的瓦斯涌出量的计算方法，可实时动态计算掘进工作面的瓦斯涌出量，但无法检测煤壁的真正瓦斯涌出量。而煤壁瓦斯涌出量约占掘进矿井巷道中瓦斯涌出量的70％以上。
专利CN101781497A公开了一种煤矿井下瓦斯封堵涂料，喷涂在煤壁可以防止瓦斯渗漏，该涂料的粉料主要为水泥、石英粉、滑石粉、粉煤灰等，其中粉煤灰(漂珠)添加量仅为5～10％。发表在《粉煤灰综合利用》上的“粉煤灰对煤矿井下矿井巷道喷涂材料性能影响研究”中采用“粉煤灰浮选脱碳实验研究”中的脱碳粉煤灰代替40％左右的石英粉填料制备煤矿井下喷涂材料，性能良好。但粉煤灰采用浮选法脱碳，需要加入价格昂贵的乳化剂、捕收剂及起泡剂，浮选产率在30～35％，且浮选获得的脱碳粉煤灰还需烘干才能使用，工序繁多；另外浮选后的脱碳粉煤灰表面残留有捕收剂及起泡剂等表面活性剂，使粉煤灰颗粒在涂料中易团聚而沉降，使涂料分散性变差。
综上所述，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，提供一种煤矿井下复杂环境中壁面瓦斯涌出量能够精确检测的检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种矿井巷道壁面瓦斯涌出量的检测方法，包括以下步骤：
煤壁预处理的步骤；
瓦斯涌出量检测的步骤。
所述煤壁预处理的步骤为：采用密封剂喷涂煤壁，堵塞煤壁表层的裂隙，减缓并稳定煤壁瓦斯涌出，并为准确检测瓦斯浓度提供条件。
所述瓦斯涌出量检测的步骤为：将贴壁式瓦斯涌出量检测装置安装在经过预处理的煤壁上，准确地实时检测煤层壁面的瓦斯涌出量，与矿井巷道现有瓦斯检测器结合调控风机风量，达到降低排风成本和安全生产的目的。
所述密封剂按照质量百分比的水∶液料∶粉料为25～40∶40～55∶100组成。
所述液料为阴离子型丙烯酸酯乳液或苯乙烯-丙烯酸酯乳液，所述粉料按照以下重量百分比组成：超细粉煤灰50～80、水泥0～30、石墨3～5、炭黑0～2、氯化石蜡7～12、氢氧化铝3～8。
所述超细粉煤灰和水泥的总重量占粉料的80％；所述石墨和炭黑为导电填料，且总重量占粉料的5％；所述氯化石蜡和氢氧化铝为阻燃剂，且总重量占粉料的15％。
所述贴壁式瓦斯涌出量检测装置包括无底内部中空的密封箱，所述密封箱内设置有A型瓦传感器、B型瓦斯传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、电源和无线通信设备，所述密封箱上设置有数显面板、旋启式风门、天线和换气风扇，所述A型瓦传感器、B型瓦斯传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、数显面板和天线分别与无线通信设备连接，所述无线通信设备与电源连接，所述密封箱无底的一面可以通过螺栓固定在煤壁上，并用复合聚氨酯材料密封密封箱与煤壁之间的缝隙。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
采用密封剂喷涂煤壁堵塞煤壁表层的裂隙，减缓并稳定煤壁瓦斯涌出，可以提供稳定可信的瓦斯检测条件；该密封剂涂层结构致密，具有良好的气密性，且粘结性、防水性、抗拉伸性、抗静电性、阻燃性等均符合相关标准，且改密封剂使用煤基固废粉煤灰为主要粉体填料，故成本低于市面上同类产品；贴壁式壁面瓦斯涌出量检测设备能够在设定时间范围内周期性测定煤层壁面瓦斯浓度变化情况得到瓦斯涌出强度，并能够无线传输所采集数据，精确测得无风条件下煤壁瓦斯涌出强度；从而实现对壁面瓦斯浓度的实时检测，为计算井下生产 所需风量提供可靠依据。
附图说明
下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明中检测装置的结构示意图；
图2为本发明中实施例1试件的电镜扫描图；
图3为本发明中实施例1全水泥的电镜扫描图。
图中1为数显面板、2为A型瓦斯传感器、3为螺栓、4为旋启式风门、5为B型瓦斯传感器、6为温度传感器、7为湿度传感器、8为压力传感器、9为天线、10为换气风扇、11为电源、12为无线通信设备、13为密封箱。
具体实施方式
下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
将粒径为2.18μm的超细粉煤灰60kg、标号为325的矿渣硅酸盐水泥20kg、氯化石蜡10kg、氢氧化铝5kg、石墨3kg、炭黑2kg混匀即为粉料；在施工现场取柔性乳液S400F 50kg倒入注浆泵搅拌罐，再加入30kg水，低速搅拌均匀后，再加入上述粉料，继续搅拌均匀即可进行矿井巷道壁面喷涂施工。
检测结果：
1)表观性能
涂层表干时间10min，实干时间7h，实干后涂层平整无裂缝；
2)力学性能
无处理拉伸强度3.1MPa，断裂伸长率83％，0.3MPa 30min不透水，符合GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》中规定的标准；
3)煤安测试
阻燃性测试：酒精灯有焰燃烧2.1s，无焰燃烧8s，火焰扩展长度105-129mm；酒精喷灯有焰燃烧1.1s，无焰燃烧4.2s，火焰扩展长度162-198mm；
抗静电测试：试件上表面电阻1.14×10⁴Ω，下表面电阻5.83×10³Ω；
阻燃性和抗静电性均符合煤炭行业标准MT-113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用实验方法和判定规则》中规定的要求；
4)气密性能
依据GB/T7755-2003《硫化橡胶或热塑性橡胶透气性的测定》方法，对试件进行了压差 法气体透过量测试，氧气透过量为76.445cm³/m²·24h·0.1MPa，渗透系数为3.841×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg。同时以全水泥(不掺加超细粉煤灰)的试件作了对比试验，氧气透过量为212.309cm³/m²·24h·0.1MPa，渗透系数为10.67×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg。可以看出，本实施例试件的气体渗透性仅为全水泥试件的三分之一。另外，与文献中提到的膜材料的渗透系数对比，本实施例试件与塑料薄膜(3.15×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg)、聚乙烯(3.0×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg)、PE膜(3.222×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg)的气密性相当。
进而对本实施例试件和全水泥试件分别作了电镜扫描分析，如图2和图3所示，相比较可以看出，本实施例试件形貌均匀结构致密，仅有少量细小微孔发育，而全水泥试件局部放大后孔隙空洞结构较大，说明超细粉煤灰的加入优化了原料颗粒的粒级级配，提高了粉料颗粒与乳液的相容性，有效防止了裂缝和孔隙的形成，切实提升了材料的气密性。
本发明提供的一种贴壁式煤矿井下矿井巷道壁面瓦斯涌出量检测装置，如图1所示，主要包括数显面板1、光学瓦斯传感器2、螺栓3、旋启式风门4、催化燃烧瓦斯传感器5、温度传感器6、湿度传感器7、压力传感器8、天线9、换气风扇10、电源11、无线通信设备12、密封箱13；密封箱13的一面为开放式，整个箱体可以通过螺栓3固定在煤壁上，并用复合聚氨酯材利密封缝隙。密封箱13内安装有检测煤壁瓦斯涌出量所需的光学瓦斯传感器2、催化燃烧式瓦斯传感器5、温度传感器6、湿度传感器7、压力传感器8和用于检测数据接收、处理和传输的无线通信设备12、数显面板1和电源11，并实现煤层壁瓦斯涌出量的收集，使煤层中瓦斯涌出集中于封闭箱体之内；换气风扇10定时将密封箱内气体从旋启式风门4排出，并更换新鲜空气；外置天线9与内置无线通讯设备12保证各种参数数据准确、便捷地传输到控制中心；且从密封箱外侧的数显面板1上可以实时观察瓦斯浓度、温度、湿度、压力等参数。
实施例2
将粒径为3.76μm的超细粉煤灰70kg、标号为325的矿渣硅酸盐水泥10kg、氯化石蜡12kg、氢氧化铝3kg、石墨5kg混匀即为粉料；在施工现场取柔性乳液S400F 50kg倒入注浆泵搅拌罐，再加入32kg水，低速搅拌均匀后，再加入上述粉料，继续搅拌均匀即可进行矿井巷道壁面喷涂施工。
检测结果：
1)表观性能
涂层表干时间12min，实干时间7h，实干后涂层无裂缝；
2)力学性能
无处理拉伸强度3.5MPa，断裂伸长率80％，0.3MPa 30min不透水，符合GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》中规定的标准；
3)煤安测试
阻燃性测试：酒精灯有焰燃烧2.2s，无焰燃烧11.4s，火焰扩展长度80-89mm；酒精喷灯有焰燃烧1.1s，无焰燃烧8.2s，火焰扩展长度95-109mm；
抗静电测试：试件下表面电阻1.1×10³Ω，上表面电阻3.8×10⁴Ω；
阻燃性和抗静电性均符合煤炭行业标准MT-113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用实验方法和判定规则》中规定的要求；
4)气密性能
依据GB/T7755-2003《硫化橡胶或热塑性橡胶透气性的测定》方法，对试件进行了压差法气体透过量测试，氧气透过量为77.862cm³/m²·24h·0.1MPa，渗透系数为3.912×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg。
实施例3
将粒径为2.18μm的超细粉煤灰75kg、标号为325的矿渣硅酸盐水泥5kg、氯化石蜡7kg、氢氧化铝8kg、石墨3kg、炭黑2kg混匀即为粉料；在施工现场取柔性乳液S400F 50kg倒入注浆泵搅拌罐，再加入38kg水，低速搅拌均匀后，再加入上述粉料，继续搅拌均匀即可进行矿井巷道壁面喷涂施工。
检测结果：
1)表观性能
涂层表干时间13min，实干时间7.5h，实干后涂层无裂缝；
2)力学性能
无处理拉伸强度3.4MPa，断裂伸长率70％，0.3MPa 30min不透水，符合GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》中规定的标准；
3)煤安测试
阻燃性测试：酒精灯有焰燃烧1.2s，无焰燃烧8.7s，火焰扩展长度102-129mm；酒精喷灯有焰燃烧1.2s，无焰燃烧4.1s，火焰扩展长度143-178mm；
抗静电测试：试件上表面电阻1.82×10⁶Ω，下表面电阻2.45×10⁵Ω；
阻燃性和抗静电性均符合煤炭行业标准MT-113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用实验方法和判定规则》中规定的要求；
4)气密性能
依据GB/T7755-2003《硫化橡胶或热塑性橡胶透气性的测定》方法，对试件进行了压差法气体透过量测试，氧气透过量为82.472cm³/m²·24h·0.1MPa，渗透系数为4.144×10^-10cm³·cm/m²·s·cmHg。