CN102061918B - 一种矿井煤气共采采煤方法 - Google Patents

一种矿井煤气共采采煤方法 Download PDF

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Abstract

一种矿井煤气共采采煤方法,采用密闭加注氮的方法封闭回采工作面的上下平巷,保持密闭空间内瓦斯浓度超过20%,氧气浓度低于12%,使得瓦斯失去爆炸危险性,并抽放巷道内的高浓度瓦斯以便利用。在具有煤与瓦斯突出危险矿井,需留设安全卸压巷道,用于卸除煤与瓦斯突出而产生的高压气体,提高矿井抗灾能力。在密闭空间内安设空气调节系统调节空气,工人在做好安全防护的情况下在密闭空间内作业。该方法从根本上解决了瓦斯爆炸问题,提高了瓦斯利用率,根本上消除了煤矿火灾,减轻了各种金属设备氧化腐蚀,同时使得设备没有防爆要求。由于工人呼吸自带的空气,杜绝呼吸性职业病的发生。因此,本发明提供的煤气共采采煤方法极具推广价值。

Description

一种矿井煤气共采采煤方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种矿井煤气共采方法,尤其是一种适用于煤矿井下高瓦斯、无大断层、封闭条件良好的回采工作面。
背景技术
[0002] 在高瓦斯煤层回采过程中,工作中容易形成瓦斯超限;在突出危险煤层内实施回采作业,容易导致煤与瓦斯突出,涌出的瓦斯或突出的大量瓦斯一旦达到爆炸极限之内可能导致爆炸,将给矿井带来严重损害,造成群死群伤恶性事故。目前国内群死群伤事故基本上都是瓦斯爆炸事故。传统的防治瓦斯爆炸技术,虽然能起到一定的防治作用,但是由于瓦斯的连续涌出,加之煤与瓦斯突出事故的发生,都使得瓦斯浓度很可能处在爆炸界限之内,在遇到明火等之后而发生瓦斯爆炸。现在的防治瓦斯爆炸方法没有从根本上阻止瓦斯爆炸。
[0003] 我国的煤层瓦斯储量达到35万亿m3,但是,利用率却一直很低,大部分瓦斯由于浓度太低,而被直接排放到大气中;瓦斯是一种温室气体,直接排入大气将导致气候变暖,破坏生态环境。同时,瓦斯也是一种清洁能源,其热值约是氢气的3倍,而我国是一个能源紧缺型国家,如何提高瓦斯利用也是当务之急的事情,可以成为国民经济的一个增长点。
发明内容
[0004] 技术问题:本发明的目的是克服已有技术存在的问题,提供一种方法简单,能阻止瓦斯爆炸,直接回收利用瓦斯,维护生态环境的矿井煤气共采采煤方法。
[0005] 技术方案:本发明的矿井煤气共采采煤方法:
[0006] a、在上山巷道掘进完成之后,从上山巷道分别向回采工作面的两侧掘进两条运输巷道;
[0007] b、在靠近并平行于上山巷道处掘进空气调节巷道,然后在空气调节巷道两侧掘进区段回风平巷和区段运输平巷,最后掘进工作面切眼;
[0008] C、在空气调节巷道内部安装由通风机、空调和除尘设备构成的空气调节系统;
[0009] d、在两条运输巷道内各安设两道具有一定承载能力的密闭门,使采煤区形成一密闭空间;
[0010] e、在连通区段回风平巷的行人运输巷道内部安设穿过两道密闭门的瓦斯抽放管路,开始抽放巷道内部瓦斯,使密闭空间内的气压保持约为一个大气压;
[0011] f、在两道密闭门之间的注氮室内充入氮气,使氮气的压力高于外界气压,以防止密闭空间瓦斯的卸漏;
[0012] g、从区段运输平巷向密闭空间内充入氮气,通过瓦斯抽放管路连续抽放密闭空间内部气体,当密闭空间内的氧气浓度小于12%时,停止注放氮气;
[0013] h、开启空气调节系统,制造循环风,以降低密闭空间内的温度和粉尘浓度;
[0014] i、工人在做好安全防护的条件下,进入密闭空间内实施采掘作业;[0015] j、实时监测回采过程中密闭空间内的瓦斯和氧气浓度,在保证瓦斯浓度高于20%,氧气浓度低于12%的条件下实现煤气共采。
[0016] 当确定煤层有突出危险时,再在上山巷道侧平行掘进一条回风巷道,并从回风巷道分别向回采工作面的两侧掘进两条弧形卸压巷道,在两条弧形卸压巷道内设置安全密闭门,确保不会有瓦斯气体从密闭空间内逸散;两条弧形卸压巷道内设置的安全密闭门为一道或两道;当两条弧形卸压巷道内设置两道安全密闭门时,在两道安全密闭门之间的注氮室内充入氮气。使得氮气的压力高于外界气压5〜200Pa ;所述注氮室内注入的氮气压力高于外界气压5〜200Pa ;所述具有承载能力的密闭门的承载能力不低于IMPa ;所述的安全密闭门的承载能力为O. 05〜O. 2MPa ;在回风巷道内与弧形卸压巷道10交界处的进风一侧设有采区密闭门4。
[0017] 有益效果:本发明通过密闭工作面的区段回风平巷和区段运输平巷,让密封空间内充满高浓度瓦斯气体,升高回采空间内部瓦斯浓度,让瓦斯浓度超过20%以上,氧气浓度低于12%,使得瓦斯失去爆炸危险性,巷道涌出瓦斯经瓦斯抽放管路抽放利用,工人在做好安全防护(穿着特制服装)的条件下,在封闭巷道内实施作业。由于瓦斯浓度的升高,使得矿井内部氧气含量急剧降低,可抑制煤炭自燃,抑制矿井火灾的发生,避免因为矿井火灾而产生有毒有害气体,对人造成危害,影响生产。另外由于氧气浓度较低,矿井中使用的各种材料腐蚀减缓,使得各种材料的使用寿命延长。由于瓦斯不在爆炸浓度范围之内,封闭的工作空间内部不需要防爆,地面能够使用的所有电器设备在密闭范围之内都能够使用。此外,抽出的高浓度甲烷不需要经过预处理,就可通过多种途径直接利用,不仅避免瓦斯直接排放造成对气候的破坏,又充分利用了能源,符合了国计民生的要求。有效防止了矿井瓦斯爆炸,避免由于瓦斯爆炸造成的群死群伤的恶性事件发生。其方法简单,易于操作,安全可靠,具有广泛的实用性
附图说明
[0018] 图I :突出危险煤层采煤工作面布置图
[0019] 图2 :非突出危险煤层采煤工作面布置图
[0020] 图3 :空气调节系统11局部放大图
[0021] 图中:1-密闭门;2_安全密闭门;3_注氮室;4-采区密闭门;5_上山巷道;6-回风巷;7-区段运输平巷;8_空气调节巷道;9_运输巷道;10_弧形卸压巷道;11_空气调节系统;12-工作面切眼;13-采空区;14_区段回风平巷;15_煤层;16_通风机;17-除尘设备;18-空调。
具体实施方式
[0022] 实施例一、图I图3图4图5图6所示,当煤层经突出危险性鉴定无突出危险时,煤层煤气共采采煤方法步骤如下:
[0023] a、首先掘进上山巷道5,掘进完成之后,从上山巷道5分别向回采工作面15的两侧掘进两条运输巷道9 ;
[0024] b、在靠近并平行于上山巷道5处掘进空气调节巷道8,然后在空气调节巷道8两侧掘进区段回风平巷14和区段运输平巷7,最后掘进工作面切眼12,完成总体巷道掘进工程;
[0025] C、在空气调节巷道8内部安装由通风机16、空调18和除尘设备17构成的空气调节系统11;
[0026] d、在两条运输巷道9内各安设两道能通行矿车和行人的密闭门1,使采煤区形成一密闭空间,两道密闭门I的承载能力要求不低于IMPa ;
[0027] e、在连通区段回风平巷14的行人运输巷道9内部安设瓦斯抽放管路,瓦斯抽放管路穿过两道密闭门1,瓦斯抽放管路末端安置在区段回风平巷14和空气调节巷道8交汇处附近,开始抽放密闭空间内部瓦斯,使密闭空间内的气压保持约一个大气压;
[0028] f、在两道密闭门I之间的注氮室3内充入氮气,使氮气的压力高于外界气压5〜200Pa,以防止通行矿车或行人时瓦斯气体进入注氮室3 ; [0029] g、从区段运输平巷7向密闭空间内充入氮气,使得气流依次经过区段运输平巷7、工作面切眼12和区段回风平巷14,而通过瓦斯抽放管路连续抽放密闭空间内部气体,起到用氮气置换巷道内部空气的目的,实时测密闭空间内部氧气浓度,当氧气浓度小于12 %时,停止注入氮气;
[0030] h、开启空气调节系统11,使得风流依次流经区段运输平巷7、工作面切眼12和区段回风平巷14,在整个密闭空间内形成循环风,以降低密闭空间内的温度和粉尘浓度。当密闭空间内的温度不大于30°C时可以不开启空调18,当能见度在50m以上时可以不开启除尘设备17,当空调18和除尘设备17都不开启时可以不开启通风机16 ;
[0031] i、工人在做好安全防护的条件下进入密闭空间内实施作业;
[0032] j、实时监测回采过程中密闭空间内的瓦斯和氧气浓度,在保证瓦斯浓度高于20%,氧气浓度低于12%的条件下实现煤气共采。
[0033] 实施例二、图2图3图5图6所示,当煤层经突出危险性鉴定有突出危险时,突出危险煤层煤气共采采煤方法步骤如下:
[0034] a、上山巷道5和回风巷道6掘进完成之后,从上山巷道5分别向回采工作面15的两侧掘进两条运输巷道9 ;再从回风巷道6分别向回采工作面15的两侧掘进两条分别与区段回风平巷14和区段运输平巷7相连的弧形卸压巷道10,以减少风流流动阻力;
[0035] b、在靠近并平行于上山巷道5处掘进空气调节巷道8,然后在空气调节巷道8两侧掘进区段回风平巷14和区段运输平巷7,最后掘进工作面切眼12,完成总体巷道掘进工程;在不影响回风巷道6正常使用的情况下,在靠近回风巷道6风流上游的弧形卸压巷道10与回风巷道6交界处的进风侧设有采区密闭门4,以防止煤与瓦斯突出之后,高压气体使得回风巷道6内风流逆转;
[0036] C、在空气调节巷道8内部安装由通风机16、空调18和除尘设备17构成的空气调节系统11;
[0037] d、在两条运输巷道9内各安设两道可通行矿车和行人的密闭门1,使采煤区形成一密闭空间,两道密闭门I的承载能力要求不低于IMPa,在卸压巷道10内设置一道或两道安全密闭门2,当巷道周围岩性比较稳定,只须一道安全密闭门2就能阻止漏气,则可以采用一道安全密闭门2 ;当巷道周围岩性不稳定,需要安设两道安全密闭门2,安全密闭门2的承载能力为O. 05〜O. 2MPa,确保在遭受冲击的时候安全密闭门2破坏而密闭门I不会破坏;[0038] e、在连通区段回风平巷14的行人运输巷道9内部安设瓦斯抽放管路,瓦斯抽放管路穿过两道密闭门1,瓦斯抽放管路末端安置在区段回风平巷14和空气调节巷道8交汇处附近,开始抽放密闭空间内部瓦斯,使密闭空间内的气压保持约一个大气压;
[0039] f、在两道密闭门I之间的注氮室3内充入氮气,使氮气的压力高于外界气压5〜200Pa,以防止通行矿车或行人时瓦斯气体进入注氮室3 ;当卸压巷道10内部安设两道安全密闭门2时,向两道安全密闭门2之间的注氮室3内注入氮气,使得氮气压力高于外界大气压 5 〜200Pa ;
[0040] g、从区段运输平巷7向密闭空间内充入氮气,使得气流依次经过区段运输平巷7、工作面切眼12和区段回风平巷14,而通过瓦斯抽放管路连续抽放密闭空间内部气体,并检测密闭空间内部氧气浓度,当氧气浓度小于12%时,停止注入氮气;
[0041] h、开启空气调节系统11,使得风流依次流经区段运输平巷7、工作面切眼12和区
段回风平巷14,在整个密闭空间内形成循环风,以降低密闭空间内的温度和粉尘浓度。当密闭空间内的温度不大于30°C时可以不开启空调18,当能见度在50m以上时可以不开启除尘设备17,当空调18和除尘设备17都不开启时可以不开启通风机16 ;
[0042] i、工人在做好安全防护的条件下进入密闭空间内实施作业;
[0043] j、实时监测回采过程中密闭空间内的瓦斯和氧气浓度,在保证瓦斯浓度高于20%,氧气浓度低于12%的条件下实现煤气共采。
[0044] 由于在密闭空间内部瓦斯浓度高于20%,因此不会发生爆炸,在密闭空间内使用的各种器材无需防爆;同时由于密闭空间内部氧气浓度低于12%,使得各种金属氧化损坏变慢,采空区13内部火灾也得到减缓,所以可以减少在金属防氧化和控制采空区13火灾的投入。

Claims (8)

1. 一种矿井煤气共采采煤方法,其特征在于: a、在上山巷道(5)掘进完成之后,从上山巷道(5)分别向回采工作面(15)的两侧掘进两条运输巷道(9); b、在靠近并平行于上山巷道(5)处掘进空气调节巷道(8),然后在空气调节巷道(8)两侧掘进区段回风平巷(14)和区段运输平巷(7),最后掘进工作面切眼(12); C、在空气调节巷道(8)内部安装由通风机(16)、空调(18)和除尘设备(17)构成的空气调节系统(11); d、在两条运输巷道(9)内各安设两道具有承载能力的密闭门(I),使采煤区形成一密闭空间; e、在连通区段回风平巷(14)的运输巷道(9)内部安设穿过两道密闭门(I)的瓦斯抽放管路,开始抽放巷道内部瓦斯,使密闭空间内的气压保持约为一个大气压; f、在两道密闭门(I)之间的注氮室(3)内充入氮气,使氮气的压力高于外界气压,以防止密闭空间瓦斯卸漏; g、从区段运输平巷(7)向密闭空间内充入氮气,通过瓦斯抽放管路连续抽放密闭空间内部气体,当密闭空间内的氧气浓度小于12%时,停止注氮气; h、开启空气调节系统(11),制造循环风,以降低密闭空间内的温度和粉尘浓度; i、工人在做好安全防护的条件下,进入密闭空间内实施采掘作业; j、实时监测回采过程中密闭空间内的瓦斯和氧气浓度,在保证瓦斯浓度高于20%,氧气浓度低于12%的条件下实现煤气共采。
2.根据权利要求I所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:当确定煤层有突出危险时,再在上山巷道(5)侧平行掘进一条回风巷道(6),并从回风巷道(6)分别向回采工作面(15)的两侧掘进两条分别与区段回风平巷(14)和区段运输平巷(7)相连的弧形卸压巷道(10),在两条弧形卸压巷道(10)内设置安全密闭门(2),确保不会有瓦斯气体从密闭空间内逸散。
3.根据权利要求2所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:两条弧形卸压巷道(10)内设置的安全密闭门(2)为一道或两道。
4.根据权利要求3所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:当两条弧形卸压巷道(10)内设置两道安全密闭门(2)时,在两道安全密闭门(2)之间的注氮室(3)内充入氮气,使得氮气的压力高于外界气压5〜200Pa。
5.根据权利要求I或4所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:所述注氮室(3)内注入的氮气压力高于外界气压5〜200Pa。
6.根据权利要求I所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:所述具有承载能力的密闭门(I)的承载能力不低于IMPa。
7.根据权利要求2、3或4所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:所述的安全密闭门(2)的承载能力为O. 05〜O. 2MPa。
8.根据权利要求2所述的矿井煤气共采采煤方法,其特征在于:靠近回风巷道(6)风流上游的弧形卸压巷道(10)与回风巷道(6)交界处的进风侧设有采区密闭门(4)。
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