CN103850707B - 一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法及防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法及防护系统，通过对采空区管道的预埋，实现了当监测到采空区的坍塌区域形成的相对密封空间内瓦斯气体和一氧化碳气体浓度超标时，将自动启动惰性气体装置通过事先预埋在采空区的间隔式横排管件上多组喷气管组，向该危险区域充入惰性气体，随着对惰性气体的注入、加之该危险区内的气体通过煤矿瓦斯气体排放管道系统送入惰性气体发生装置进行处理，从而使已坍塌的采空区密闭空间内易燃气体浓度降低至安全范围内，从而实现了对煤矿采空区多段密闭空间的惰化保护，达到采煤作业与采空区惰化防护同步进行的目的。

Description

一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法及防护系统

技术领域

本发明属于消防安全技术领域，具体涉及一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法及防护系统。

背景技术

因地下煤层在成煤的同时，受高温、高压的环境影响，通过物理和化学作用将不断会生成瓦斯，致使在煤矿开采过程，同时产生大量的瓦斯、一氧化碳气体可燃气体。加之，随着采煤区向远端的不断延伸，采煤区的煤层被不断挖掘空，形成了采空区，根据国家对煤矿开采作业规程要求，需要在靠近采煤工作区、沿采煤工作区反方向，按规范要求的间隔距离及范围内，对形成采空区的顶部利用工装进行加固支撑，此加固支撑工装为一组可拆式工装支架，需要不断进行拆除、移位。其作用：一是用以保护采煤工工作时的人身安全，二是便于将开采出的原煤送至采煤区一旁的运煤传输装置上被运走。其可拆式工装支架的拆卸方式是采取拆远端、移到近端的加固的循环拆卸、移位加固方式，从而实现了对采空区顶部受压层的移位支撑。随着采空区顶部支撑被拆除，该采空区巷道上部形成了悬空状，受采空区巷道顶部地层压应力的作用及采煤时机械敲击或采煤高速旋转的采煤刀具交变应力的振动力的作用，无支撑的采空区上部逐渐塌陷，直至采空区被垮落成若干区域，使该部位形成了相对密闭的空间。随着时间的推移，该采空区密闭空间，可能因来自于地下渗出的瓦斯、一氧化碳气体浓度不断加大，同时，在煤矿开采过程中采空区存在大量遗留的浮煤，而浮煤的存在为煤矿自燃提供了物质条件，为瓦斯气体的燃烧及爆炸提供了条件，从而使得煤矿因自燃、瓦斯爆炸严重威胁着煤矿的安全生产、制约着煤矿的生产。

通常，采煤工作面回采结束后，必须在45天内进行永久性封闭。目前国内外采取的对采空区进行封闭的方法主要有：预防性灌浆、喷洒阻化剂、注凝胶材料、巷道局部充填、注惰性气体等几种。其中：预防性灌浆、喷洒阻化剂、注凝胶材料、巷道局部充填的施工工作量大、需要操作者近距离进行施工，但井下各巷道内、采空区中会漂浮有来自从相对密闭空间渗出的瓦斯、一氧化碳气体及浮煤可能对操作者的身体健康及人身安全构成威胁。而现有的注惰性气体法需要在采煤工作区的煤采作业全部开掘完后，再安装惰性气体注气管道，待注气管道完成后，才能向多段被堵的采空区注入惰性气体。这样的施工方法主要有两个弊端：一是二次布管只能在紧邻采煤作业区完成的最远端的最后一个局部坍塌部位的外部进行，且所注入的惰性气体主要集中在非采空区的巷道，虽然注入惰性气体后对整个井下巷道区域进行了惰化保护，但是要注入的惰性气体量大，且随着整个煤矿的煤层不断向多段塌落的采空区渗入瓦斯气体、一氧化碳气体，因此需要通过煤矿设置的瓦斯气体集中收集装置进行二次处理，造成气体收集装置的建设成本、使用成本及后期的维护成本加大；二是国内外现有的惰性气体装置对分段塌落、形成的各自相对密闭空间的采空区注入惰性气体保护的工序与采煤作业不是同步进行，尽管采煤作业区为了保护采煤人员的健康及人生安全，采煤工作区的沿途分段布置有通风管道，但对已塌落、形成的各自相对密闭空间的采空区里残余的浮煤及渗透到该采空区里的瓦斯、一氧化碳气体，因采煤区正在采掘的采煤设备在采煤工作过程中遇到硬点形成的刀具切削产生的阻力的突然加大产生振动，有可能触发塌落的采空区里的瓦斯气体在达到燃烧或爆炸的临界条件时引发采空区的二次大面积坍塌，因此，仍然存在有一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够对每一个坍塌形成的相对密闭空间的采空区进行有效的惰化保护，同时实现采煤作业与采空区惰化保护可以同步进行的惰性气体煤矿巷道管道预埋方法及防护系统。

本发明的技术方案是这样实现的：一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）、在采煤之前，对煤矿竖直巷道及工作面回风巷分别预埋相互连通的垂直巷道进井管道和惰性气体过气主管道，将与采矿区连通的煤矿瓦斯气体排放管道系统与惰性气体发生装置相连；

b）、在采空区待拆巷道顶部支撑架未拆前，将间隔式横排管件与事先埋好的惰性气体过气主管道上该段采空区对应的水平支管组连接；

c）、无支撑的采空区上部逐渐塌陷，直至采空区被垮落成若干相对密闭的空间，预先连接在惰性气体过气主管道上的间隔式横排管件置于所述相对密闭的空间内；

d）、通过气体浓度分析仪检测采空区中瓦斯气体及一氧化碳气体浓度，若超过设定安全值，惰性气体发生装置通过事先预埋在采空区的隔式横排管件，将惰性气体充入到该相对密闭的采空区内，而该采空区内的瓦斯及一氧化碳气体则通过煤矿瓦斯气体排放管道系统排出，采矿作业区的采煤作业与采空区的惰化保护同步进行。

煤矿采空区惰性气体防护系统，其特征在于：包括布置在采矿区地基处的惰性气体过气主管道以及置于竖直巷道内的垂直巷道进井管道，所述垂直巷道进井管道下端与惰性气体过气主管道一端连通，其上端通过惰性气体入井前主管道与惰性气体发生装置出气口连通，所述惰性气体过气主管道另一端设置有端面密封堵头，在所述惰性气体过气主管道上设置有若干水平支管组，所述采矿区内采空区对应的惰性气体过气主管道上的水平支管组与间隔式横排管件连接，所述采矿区内采矿作业区对应的惰性气体过气主管道上的水平支管组端面设置有堵头，所述惰性气体发生装置进气口与煤矿瓦斯气体排放管道系统连通。

本发明所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其在所述间隔式横排管件上设置有若干向采空区延伸的喷气管组。

本发明所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其在所述喷气管组上端面设置有堵头。

本发明所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其所述垂直巷道进井管道通过管道固定块固定在竖直巷道内。

本发明所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其所述惰性气体入井前主管道通过进井过气阀门与垂直巷道进井管道连通。

本发明通过对采空区管道的预埋，实现了对采空区的坍塌区域形成的相对密封空间内瓦斯气体和一氧化碳气体浓度的监测，当气体浓度超标时，将自动启动惰性气体装置通过事先预埋在采空区的间隔式横排管件上多组喷气管组，向该危险区域充入惰性气体，随着对惰性气体的注入、加之该危险区内的气体通过煤矿瓦斯气体排放管道系统送入惰性气体发生装置进行处理，从而使已坍塌的采空区密闭空间内易燃气体浓度降低至安全范围内，从而实现了对煤矿采空区多段密闭空间的惰化保护，达到采煤作业与采空区惰化防护同步进行的目的。

附图说明

图1是本发明的防护系统结构示意图。

图2是本发明中预埋管道的结构示意图。

图中标记：1为惰性气体过气主管道，2为竖直巷道，3为垂直巷道进井管道，4为惰性气体入井前主管道，5为惰性气体发生装置，6为端面密封堵头，7为水平支管组，8为采空区，9为间隔式横排管件，10为采矿作业区，11为采矿区顶部非煤层，12为煤矿瓦斯气体排放支管道，13为单向阀，14为煤矿瓦斯气体集气块，15为煤矿瓦斯气体排放主管道，16为喷气管组，17为管道固定块，18为进井过气阀门。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法，包括以下步骤：

a）、在采煤之前，对煤矿竖直巷道及工作面回风巷分别预埋相互连通的垂直巷道进井管道和惰性气体过气主管道，将与采矿区连通的煤矿瓦斯气体排放管道系统与惰性气体发生装置相连；

b）、在采空区待拆巷道顶部支撑架未拆前，将间隔式横排管件与事先埋好的惰性气体过气主管道上该段采空区对应的水平支管组连接；

c）、无支撑的采空区上部逐渐塌陷，直至采空区被垮落成若干相对密闭的空间，预先连接在惰性气体过气主管道上的间隔式横排管件置于所述相对密闭的空间内；

d）、通过气体浓度分析仪检测采空区中瓦斯气体及一氧化碳气体浓度，若超过设定安全值，惰性气体发生装置通过事先预埋在采空区的隔式横排管件，将惰性气体充入到该相对密闭的采空区内，而该采空区内的瓦斯及一氧化碳气体则通过煤矿瓦斯气体排放管道系统排出，采矿作业区的采煤作业与采空区的惰化保护同步进行。

如图1和2所示，一种采用上述预埋方法形成的煤矿采空区惰性气体防护系统，包括布置在采矿区地基处的惰性气体过气主管道1以及置于竖直巷道2内的垂直巷道进井管道3，所述垂直巷道进井管道3通过管道固定块17固定在竖直巷道2内，所述垂直巷道进井管道3下端与惰性气体过气主管道1一端连通，其上端通过惰性气体入井前主管道4与惰性气体发生装置5出气口连通，所述惰性气体入井前主管道4通过进井过气阀门18与垂直巷道进井管道3连通，所述惰性气体过气主管道1另一端设置有端面密封堵头6，在所述惰性气体过气主管道1上设置有若干水平支管组7，所述水平支管组与水平面平行，所述采矿区内采空区8对应的惰性气体过气主管道1上的水平支管组7与间隔式横排管件9连接，在所述间隔式横排管件9上设置有若干向采空区8延伸的喷气管组16，所述喷气管组垂直于地面设置，在所述喷气管组16上端面设置有堵头，所述采矿区内采矿作业区10对应的惰性气体过气主管道1上的水平支管组7端面设置有堵头，所述惰性气体发生装置5进气口与煤矿瓦斯气体排放管道系统连通，其中，所述煤矿瓦斯气体排放管道系统包括预埋在在采矿区顶部非煤层11内的若干与采矿区连通的煤矿瓦斯气体排放支管道12，所述若干煤矿瓦斯气体排放支管道12分别通过单向阀13与煤矿瓦斯气体集气块14连接，所述煤矿瓦斯气体集气块14通过煤矿瓦斯气体排放主管道15与惰性气体发生装置5进气口连通。

其中，所述惰性气体过气主管道与水平支管组、水平支管组与喷气管组两两相互垂直设置，或相互位置不限于垂直布置的形式，在所述惰性气体过气主管道与水平支管组、水平支管组与喷气管组之间可设置方便安装的活节、或检测、清洗的阀件。

本发明的工作原理及管道布置的方式：

采煤之前，通过事先对煤矿竖直巷道及工作面回风巷预埋的垂直巷道进井管道和惰性气体过气主管道，并采用移位方式，在采空区待拆巷道顶部支撑架未拆前，将间隔式横排管件与对应采空区事先预埋好的水平支管组的端面连接盘采用螺钉进行紧固。当系统中瓦斯气体分析仪测出采空区中的瓦斯气体及氧浓度超过惰性气体发生装置的设定值，惰性气体发生装置将启动内部的惰性气体发生炉，产生惰性气体，经冷却、过滤及对氧气、一氧化碳气体浓度检测达到设定的范围，使得一旦惰性气体发生装置送入惰性气体后，可直接通过惰性气体入井前主管道、进井过气阀门、垂直巷道进井管道、惰性气体过气主管道、水平支管组及间隔式横排管件直接向已坍塌、形成相对密闭空间的采空区充入惰性气体，实现了一边进行采煤作业、一边对采空区里的易燃气体的惰化保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明、管道之间所成的角度、所用各管件的数量，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种惰性气体煤矿巷道管道预埋方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）、在采煤之前，对煤矿竖直巷道及工作面回风巷分别预埋相互连通的垂直巷道进井管道和惰性气体过气主管道，将与采矿区连通的煤矿瓦斯气体排放管道系统与惰性气体发生装置相连；

b）、在采空区待拆巷道顶部支撑架未拆前，将间隔式横排管件与事先埋好的惰性气体过气主管道上的该段采空区相对应的水平支管组连接；

c）、无支撑的采空区上部逐渐塌陷，直至采空区被垮落成若干相对密闭的空间，预先连接在惰性气体过气主管道上的间隔式横排管件置于所述相对密闭的空间内；

d）、通过气体浓度分析仪检测采空区中瓦斯气体及一氧化碳气体浓度，若超过设定安全值，惰性气体发生装置通过事先预埋在采空区的隔式横排管件，将惰性气体充入到该相对密闭的采空区内，而该采空区内的瓦斯及一氧化碳气体则通过煤矿瓦斯气体排放管道系统排出，采矿作业区的采煤作业与采空区的惰化保护同步进行。

2.煤矿采空区惰性气体防护系统，其特征在于：包括布置在采矿区地基处的惰性气体过气主管道（1）以及置于竖直巷道（2）内的垂直巷道进井管道（3），所述垂直巷道进井管道（3）下端与惰性气体过气主管道（1）一端连通，其上端通过惰性气体入井前主管道（4）与惰性气体发生装置（5）出气口连通，所述惰性气体过气主管道（1）另一端设置有端面密封堵头（6），在所述惰性气体过气主管道（1）上设置有若干水平支管组（7），所述采矿区内采空区（8）对应的惰性气体过气主管道（1）上的水平支管组（7）与间隔式横排管件（9）连接，所述采矿区内采矿作业区（10）对应的惰性气体过气主管道（1）上的水平支管组（7）端面设置有堵头，所述惰性气体发生装置（5）进气口与煤矿瓦斯气体排放管道系统连通。

3.根据权利要求2所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其特征在于：在所述间隔式横排管件（9）上设置有若干向采空区（8）延伸的喷气管组（16）。

4.根据权利要求3所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其特征在于：在所述喷气管组（16）上端面设置有堵头。

5.根据权利要求2、3或4所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其特征在于：所述垂直巷道进井管道（3）通过管道固定块（17）固定在竖直巷道（2）内。

6.根据权利要求5所述的煤矿采空区惰性气体防护系统，其特征在于：所述惰性气体入井前主管道（4）通过进井过气阀门（18）与垂直巷道进井管道（3）连通。