CN104790958A - 一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，属于采矿安全技术领域。该技术主要包括突出预测预报技术，本安掘进装备、本安运输装备、有害气体监测系统、动态变频抽放系统、惰性气体阻隔技术、事故应急救援等。该技术能够有效控制和消除煤与瓦斯突出事故所造成的危害，实现安全高效掘进，可以避免瓦斯窒息、火灾、爆炸灾害的发生，防止煤岩流伤人，保障人员生命安全和设备安全，减少瓦斯排放，实现绿色环保，同时提高了生产效率，降低了生产成本，增加了企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及采矿安全技术领域，特别是指一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术。
背景技术
煤炭是我国最主要的一次能源，占我国一次能源消费总量的70％以上，随着我国经济的持续快速增长，对煤炭的需求也将保持快速增长。我国煤层瓦斯含量普遍较高，据统计，全国约50％以上的矿井为高瓦斯矿井，其中44％为突出矿井，因此突出矿井煤巷的安全掘进对安全生产具有极为重要的意义。
目前有突出危险的煤巷掘进时，必须采取“四位一体”局部防突措施，虽然在一定程度上对预防局部煤与瓦斯突出有积极的效果，但是增加了掘进的成本，还降低了生产效率。鉴于当前的煤炭行业形势，多数煤炭企业处于亏损的边缘，高瓦斯和突出矿井尤为明显，掘进成本居高不下。煤与瓦斯突出事故一旦发生，危害性极大，突出的瓦斯气体可引起火灾、爆炸等危害，造成人员窒息；突出的煤岩造成伤人；产生动力破坏，摧毁巷道和采掘设施，事故一旦发生，往往造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失。
因此，突出煤巷掘进实现本质安全、低成本、高效率是十分必要的。但是，纵观国内外不同高瓦斯和突出矿区的煤巷掘进工艺，都还没有做到掘进的本质安全，有少部分矿井采用物联网传感器技术实现无人掘进工作面，但应用效果不佳，主要是一些精细化的掘进工艺无法很好的完成，诸如临时支护、安装锚杆等等，并且使用和维护成本很高；大部分矿井还是按照传统掘进工艺，不仅成本高、效率低，而且煤与瓦斯突出事故不断发生，造成了大量的人员伤亡和经济损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，解决突出煤巷的安全掘进难题。
该技术包括突出预测预报技术，本安掘进装备、本安运输装备、有害气体监测系统、动态变频抽放系统、惰性气体阻隔技术和事故应急救援；
其中，突出预测预报技术能够判断瓦斯突出类型，给出时间与突出过程的相互关系，计算突出过程中释放的能量和做功大小，预测突出发生时间及其危险程度；
本安掘进设备包括安全工作舱、本安掘进机和支护设备，安全工作舱和支护设备装配在本安掘进机上，井下人员在安全工作舱内操纵本安掘进机和支护设备完成掘进工作，煤通过皮带运输机运输到煤仓，煤仓通往运输上山，该设备能够完成落煤、装煤、支护等掘进工艺，一旦发生煤与瓦斯突出事故，还能防止人员瓦斯窒息和煤岩伤人，保护作业人员生命安全；
本安运输设备包括安全工作舱和胶轮车两部分，安全工作舱装配在胶轮车上，作业人员、司机和材料在安全舱内，正常生产时，能够实现材料运输和人员进出，突出事故发生时，能够防止人员瓦斯窒息和突出的煤岩伤人；
有害气体检测系统能够监测温度、压力、气体浓度等参数，对于瓦斯气体浓度超过安全阈值，实现报警功能，同时向动态变频抽放系统发出信号，传输气体浓度参数；
动态变频抽放一旦接受到监测系统信号，立即启停，根据瓦斯浓度监测值，变频器会自动调节，选用合适的运行工况，实现动态变频抽放，达到有效、节能、环保的目的；
惰性气体阻隔技术包括工作面封闭和惰性气体制取两部分，工作面封闭采用软硬相结合的方式，软封采用氮气幕，硬封采用风门，氮气由进风上山除设置的制氮硐室的制氮机制取，通过注氮管路，注入到掘进工作面内，制氮系统根据抽放量的大小，实现自动启停，并能够动态调节，使掘进面处于无氧状态，防止突出后瓦斯燃烧、爆炸等事故的发生；
事故应急救援针对特大型煤与瓦斯突出事故，实现快速、及时、有效的事故救援。
有害气体监测系统、动态变频抽放系统和惰性气体阻隔技术联合作业，在掘进工作面布置传感器和监测管线，进行有害气体监测，同时布置抽放管路实现瓦斯动态调频抽放。掘进工作面的气体从外向内按照N2带、N2-CH4带、CH4-N2带、CH4带分布。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该技术可以避免瓦斯窒息、火灾、爆炸灾害的发生，防止煤岩流伤人，保障了人员生命安全和设备安全，减少瓦斯的大气排放，做到了绿色环保，不但提高了生产效率，而且还降低了生产成本，增加了企业的经济效益。总之，无氧抗突绿色安全高效掘进技术颠覆了传统突出煤巷掘进工艺，弥补了传统掘进技术的不足，实现了安全、绿色、高效掘进。
附图说明
图1为本发明的用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术的巷道平面布置示意图；
图2为本发明掘进巷道掘进工作面的气体分布示意图。
其中：1-运输上山；2-进风上山；3-煤仓；4-传感器；5-监测管线；6-皮带运输机；7-掘进工作面；8-本安掘进机；9-抽放管路；10-制氮硐室；11-软封；12-注氮管路；13-N2带；14-N2-CH4带；15-CH4-N2带；16-CH4带。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，该技术包括突出预测预报技术，本安掘进装备、本安运输装备、有害气体监测系统、动态变频抽放系统、惰性气体阻隔技术和事故应急救援；突出预测预报技术用于判断瓦斯突出类型，预测突出发生时间及其危险程度；本安掘进设备用于完成掘进工艺；生产过程中的材料和人员由本安运输设备进行输送；有害气体检测系统用于监测煤巷内温度、压力、气体浓度，对于瓦斯气体浓度超过安全阈值，实现报警功能，同时向动态变频抽放系统发出信号，传输气体浓度参数；动态变频抽放根据有害气体检测系统发出的信号实现动态变频抽放；惰性气体阻隔技术使掘进工作面7处于无氧状态；事故应急救援针对煤与瓦斯突发事故设置。
如图1所示，为该技术的巷道平面布置示意图，在进风上山2设计制氮硐室10，并安装DM-300型煤矿用移动式膜分离制氮装置(两套，一套工作、一套备用)，并敷设注氮管路12，选用热轧无缝钢管102×5热轧无缝钢管，连接方式采用法兰连接。通过软封11和设施，进入工作面，将掘进工作面7与进风上山2进行密封，完成氮气阻隔，实现无氧掘进工作面7。
本安掘进装备包括安全工作舱、本安掘进机8和支护设备，安全工作舱和支护设备装配在本安掘进机8上，井下人员在安全工作舱内操纵本安掘进机8和支护设备完成掘进工作，煤通过皮带运输机6运输到煤仓3，煤仓3通往运输上山1。
本安运输装备包括安全工作舱和胶轮车两部分，安全工作舱装配在胶轮车上，作业人员、司机和材料在安全舱内，实现人员进出和材料运输。
在无氧掘进工作面7内装设DTS分布式光纤监测系统，包括监控软件、分析解调仪、传感器4和监测管线5及辅助设备，实时监测温度、压力、浓度等参数。同时布置抽放管路9与ZWY型矿用移动式瓦斯抽放泵(带有变频调速控制系统)抽放系统相连，实现瓦斯动态调频抽放。
在无氧掘进工作面内，根据瓦斯压力P、瓦斯量Q、瓦斯放散初速度△P、煤层坚固性系数f等参数，对煤与瓦斯突出进行预测预报，计算突出瓦斯量、气体做功等量的大小。
应用事故应急救援技术，结合现场实际情况，制定应急救援预案。
有害气体监测系统、惰性气体阻隔技术和动态变频抽放系统三个系统采用联动方式，瓦斯浓度增大，启动抽放系统，同时启动制氮系统，瓦斯浓度正常，停止抽放和制氮，保证掘进工作面7的气体按照N2带13、N2-CH4带14、CH4-N2带15、CH4带16分布，如图2所示。
该技术可以避免瓦斯窒息、火灾、爆炸灾害的发生，防止煤岩流伤人，保障人员生命安全和设备安全，减少瓦斯排放，实现绿色环保，同时提高了生产效率，降低了生产成本，增加了企业的经济效益。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，其特征在于：该技术包括突出预测预报技术，本安掘进装备、本安运输装备、有害气体监测系统、动态变频抽放系统、惰性气体阻隔技术和事故应急救援；突出预测预报技术用于判断瓦斯突出类型，预测突出发生时间及其危险程度；本安掘进设备用于完成掘进工艺；生产过程中的材料和人员由本安运输设备进行输送；有害气体检测系统用于监测煤巷内温度、压力、气体浓度，对于瓦斯气体浓度超过安全阈值，实现报警功能，同时向动态变频抽放系统发出信号，传输气体浓度参数；动态变频抽放根据有害气体检测系统发出的信号实现动态变频抽放；惰性气体阻隔技术使掘进工作面(7)处于无氧状态；事故应急救援针对煤与瓦斯突发事故设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，其特征在于：所述本安掘进装备包括安全工作舱、本安掘进机(8)和支护设备，安全工作舱和支护设备装配在本安掘进机(8)上，井下人员在安全工作舱内操纵本安掘进机(8)和支护设备完成掘进工作，煤通过皮带运输机(6)运输到煤仓(3)，煤仓(3)通往运输上山(1)。
3.根据权利要求1所述的一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，其特征在于：所述本安运输装备包括安全工作舱和胶轮车两部分，安全工作舱装配在胶轮车上，作业人员、司机和材料在安全舱内，实现人员进出和材料运输。
4.根据权利要求1所述的一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，其特征在于：所述惰性气体阻隔技术包括工作面封闭和惰性气体制取两部分，工作面封闭采用软硬相结合的方式，软封(11)采用氮气幕，硬封采用风门，氮气由进风上山(2)除设置的制氮硐室(10)的制氮机制取，通过注氮管路(12)，注入到掘进工作面(7)内。
5.根据权利要求1所述的一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，其特征在于：所述有害气体监测系统、动态变频抽放系统和惰性气体阻隔技术联合作业，在掘进工作面(7)布置传感器(4)和监测管线(5)，进行有害气体监测，同时布置抽放管路(9)实现瓦斯动态调频抽放。
6.根据权利要求1所述的一种用于突出煤巷的无氧抗突绿色安全高效掘进技术，其特征在于：所述掘进工作面(7)的气体从外向内按照N2带(13)、N2-CH4带(14)、CH4-N2带(15)、CH4带(16)分布。
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