CN106761926A - 一种煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，属于采矿技术领域。该方法包括硬阻隔系统、软阻隔系统、智能动态抽放系统和监测监控系统。通过氮气幕和风门结合把掘进巷分成六个区域使得瓦斯不向外扩散，把绕道分成三个区域使得外部的空气不会进入工作面，从而实现掘进巷的无氧化。该技术能根本且有效杜绝空气和瓦斯的混合，防止掘进巷中的瓦斯爆炸事故，保障掘进工作面的安全，提高瓦斯的利用率，提高掘进效率。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，特别是指一种煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法。
背景技术
我国是一个煤炭生产大国，在带来巨大经济效益和社会效益的同时，煤矿开采过程中的安全事故频发也让广大煤矿工作者为之头疼。掘进时由于瓦斯和氧气的浓度达到一定值而引起的爆炸事故所造成的后果尤为严重，传统的瓦斯防治方法多是采用通入空气，带走释放出的瓦斯。但是由于掘进前方瓦斯含量难以确定，释放量未知，不能很好的将两者的浓度比值控制在一个安全的范围内，因而不能从本质上防治掘进面瓦斯爆炸。
因此，针对煤矿掘进的无氧工作面理念应运而生。通过氮气替换工作面的空气进行惰化，实现工作面的无氧化，但如何进行井巷封闭成为十分重要的环节。现行的用于避难硐室和可移动式救生舱的封闭技术只是进行了单向阻隔，且其在使用过程中（如开、关门）的阻隔效果达不到无氧工作面的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，用于井下掘进工作面，并通过气体、压力监测系统实时监测、迅速响应，使各空间达到指定状态，从而实现工作面和外部空间的气体隔绝，达到煤矿井下掘进工作面的无氧化，防止掘进面瓦斯和氧气混合后产生爆炸，保护现场工作的人员生命和财产安全，实现掘进工作面的安全。
该方法通过硬阻隔系统、软阻隔系统、智能动态抽放系统和监测监控系统使外部空气和掘进巷的瓦斯隔离，达到掘进巷的无氧化；其中，硬阻隔系统包括风门、胶带、密封条，风门共有五道，将掘进巷划分为六个区域，由前方掘进迎头指向后方绕道巷依次为：高浓度瓦斯抽放区、泄漏缓冲区、氮气幕阻隔区、效果监测区、正压应急区和氮气区，主要用于阻隔掘进巷内的瓦斯流出掘进巷；软阻隔系统包括供气装置、散气装置、启闭装置、智能控制装置，软阻隔系统配合硬阻隔系统设置；智能动态抽放系统包括可伸缩抽放管道、压风自动调节管路、智能控制系统，用于对掘进工作面涌出的瓦斯进行抽放；监测监控系统包括继电器控制系统、单片机控制系统、PLC控制系统、机械触发式传感器信号检测、气体检测系统，通过监测监控系统，实现智能动态抽放瓦斯、自动控制开闭氮气幕及打开风门进行气体阻隔的一系列过程。
掘进巷与轨道集中巷和运输集中巷处于同一高度。在运输集中巷和轨道集中巷内有风流流动，但是在绕道与无风掘进巷内没有循环风流清洗工作面。
高浓度瓦斯抽放区布置在掘进迎头至第一道风门间，瓦斯抽放管路布置在高浓度瓦斯抽放区。
泄漏缓冲区布置在第一道风门与第二道风门之间，起到瓦斯缓冲的作用。
氮气幕阻隔区布置在第二道风门和第三道风门之间，在氮气幕阻隔区内预先设置瓦斯浓度监测点，根据监测结果适时启动氮气幕进行瓦斯阻隔。
效果监测区布置在第三道风门和第四道风门之间，用以检测氮气幕是否成功的阻隔了瓦斯泄漏。
氮气区布置在第五道风门后方至绕道处的范围，氮气区内的气体全部为氮气，形成绝对的无氧环境。
本发明中的气体、压力监测系统，包括压力监测装置氧气监测装置以及瓦斯监测装置，用于监测各区域压力、氧气含量和瓦斯含量，并自动启动供、排气系统，使氮气正压区、正压应急区、效果监测区始终保持正压状态，且各气体指数正常。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
一是没有新鲜风流循环流过掘进面，在掘进巷内形成无氧环境，所有需要氧气参与的反应均不能发生，因此杜绝了瓦斯燃烧和爆炸、煤炭自燃等灾害事故的发生；二是不需要再考虑瓦斯浓度是否超限、是否有爆炸危险的问题，可以减少停产治理瓦斯的时间，大大加快掘进速度；三是掘进过程中涌出的瓦斯不经风流稀释，维持在较高浓度，经抽采后可以作为一种洁净资源合理利用，为增加企业效益。
附图说明
图1为本发明的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法井下掘进系统示意图；
图2为本发明的风门-抽放-氮气幕联动阻隔装置示意图。
其中：1-高浓度瓦斯抽放区；2-泄漏缓冲区；3-氮气幕阻隔区；4-效果监测区；5-正压应急区；6-氮气区；7-氮气正压区；8-缓冲区；9-轨道集中巷；10-运输集中巷；11-掘进迎头；12-水幕；13-瓦斯抽放管路；14-风门；15-瓦斯探测器；16-氮气传感器；17-掘进巷；18-压风、水管氮气管路；19-起坡巷道。
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。
本发明提供一种煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法。
该方法通过硬阻隔系统、软阻隔系统、智能动态抽放系统和监测监控系统使外部空气和掘进,17的瓦斯隔离，达到掘进巷的无氧化；其中，硬阻隔系统包括风门、胶带、密封条，风门共有五道，如图1、图2所示，五道风门14将掘进巷17划分为六个区域，依次为：高浓度瓦斯抽放区1、泄漏缓冲区2、氮气幕阻隔区3、效果监测区4、正压应急区5和氮气区6；软阻隔系统包括供气装置、散气装置、启闭装置、智能控制装置，软阻隔系统配合硬阻隔系统设置；智能动态抽放系统包括可伸缩抽放管道、压风自动调节管路、智能控制系统，用于对掘进工作面涌出的瓦斯进行抽放；监测监控系统包括继电器控制系统、单片机控制系统、PLC控制系统、机械触发式传感器信号检测、气体检测系统，通过监测监控系统，实现智能动态抽放瓦斯、自动控制开闭氮气幕及打开风门进行气体阻隔的一系列过程。
其中，掘进巷与轨道集中巷9和运输集中巷10处于同一高度。
高浓度瓦斯抽放区1布置在掘进迎头11至第一道风门间，瓦斯抽放管路13布置在此区域，利用抽放管将瓦斯直接抽排入瓦斯抽放专用管路，直至地面净化提纯罐中。
泄漏缓冲区2布置在第一道风门与第二道风门之间，当涌出量和抽放量失衡的时候，会有瓦斯从高浓度区绕过第一道风门向后方泄漏，起到瓦斯缓冲的作用。
氮气幕阻隔区3布置在第二道风门和第三道风门之间，在阻隔区内预先设置瓦斯浓度监测点，根据监测结果适时启动氮气幕进行瓦斯阻隔。
效果监测区4布置在第三道风门和第四道风门之间，在该区域内主要是设置瓦斯浓度监测点，用以检测氮气幕是否成功的阻隔了瓦斯泄漏。
氮气区6布置在第五道风门后方至绕道处的范围，该区域内的气体全部为氮气，形成绝对的无氧环境。
氮气区6内分氮气正压区7和缓冲区8，缓冲区8后依次为轨道集中巷9和运输集中巷10。
掘进迎头11处有水幕12，高浓度瓦斯抽放区1、泄漏缓冲区2、氮气幕阻隔区3、效果监测区4和氮气区6内均布置瓦斯探测器15，泄露缓冲区2和氮气阻隔区3内布置氮气传感器16，压风、水管氮气管路18布置在掘进巷17内，氮气区6连接起坡巷道19。
下面以具体情况予以说明。
（1）风门不开启状态下的氧气阻隔
当风门14不开启时，调节第六道氮气幕的出口速度，改变涌入的氮气含量，就可以实现区间内的气体压力的改变，使得氧气不能穿过绕道进入掘进巷，就可以实现氧气不能进入缓冲区8，但是在调节过程中少量氮气进入缓冲区8是允许的。
（2）风门不开启状态下的瓦斯阻隔
当风门14不开启时，首先通过瓦斯探测器15监测到瓦斯涌出进行瓦斯管路抽放，然后调节氮气幕的出口速度，改变涌入的氮气含量，使得瓦斯的含量明显降低。
（3）风门开启状态下的氧气阻隔
在开启第一道风门前，应预先启动布设在绕道处外部的绕道处的氮气幕，在绕道口附近形成氮气环境同时开启缓冲区8的氮气幕，加大氮气幕正压区7的气体压力，进而保证在开启第一道风门时，参与第一道风门前后两个区域间相互流动的气体成分中氮气含量大，氧气含量低；而且保证氮气正压区7内压力大于前方的两个区域，形成的气体流动方向为由氮气正压区7指向缓冲区8，而不是反向流动。在开启第二道风门前，第一道风门已关闭，开启第二道风门处的氮气幕，同时继续加大氮气正压区7的氮气幕。保证在开启过程中通过氮气幕实现对氧气的阻隔。
（4）风门开启状态下的瓦斯阻隔
随着掘进作业的进行，瓦斯涌出量不断的增加，瓦斯会通过第一道风门处的皮带口及缝隙逐渐向后方的缓冲区8和氮气幕阻隔区3运移，当在氮气幕阻隔区3监测到瓦斯后，同时开启氮气幕与抽放管，阻隔瓦斯向后方运移的同时，抽放前方区域内的瓦斯，待监测点瓦斯浓度降低后，停止抽放，降低氮气幕出口速度。当前方瓦斯再次运移到后部区域时，重复前述过程，调节抽放与氮气幕，在这种动态调节作用下，保证后方效果检测区内的瓦斯浓度达到安全阈值以下（0.1%）。
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 (7)
1.一种煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：该方法通过硬阻隔系统、软阻隔系统、智能动态抽放系统和监测监控系统使外部空气和掘进巷的瓦斯隔离，达到掘进巷的无氧化；其中，硬阻隔系统包括风门、胶带、密封条，风门共有五道，将掘进巷划分为六个区域，依次为：高浓度瓦斯抽放区（1）、泄漏缓冲区（2）、氮气幕阻隔区（3）、效果监测区（4）、正压应急区（5）和氮气区（6）；软阻隔系统包括供气装置、散气装置、启闭装置、智能控制装置，软阻隔系统配合硬阻隔系统设置；智能动态抽放系统包括可伸缩抽放管道、压风自动调节管路、智能控制系统，用于对掘进工作面涌出的瓦斯进行抽放；监测监控系统包括继电器控制系统、单片机控制系统、PLC控制系统、机械触发式传感器信号检测、气体检测系统，通过监测监控系统，实现智能动态抽放瓦斯、自动控制开闭氮气幕及打开风门进行气体阻隔的一系列过程。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：所述掘进巷与轨道集中巷（9）和运输集中巷（10）处于同一高度。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：所述高浓度瓦斯抽放区（1）布置在掘进迎头（11）至第一道风门间，瓦斯抽放管路（13）布置在高浓度瓦斯抽放区（1）。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：所述泄漏缓冲区（2）布置在第一道风门与第二道风门之间，起到瓦斯缓冲的作用。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：所述氮气幕阻隔区（3）布置在第二道风门和第三道风门之间，在氮气幕阻隔区（3）内预先设置瓦斯浓度监测点，根据监测结果适时启动氮气幕进行瓦斯阻隔。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：所述效果监测区（4）布置在第三道风门和第四道风门之间，用以检测氮气幕是否成功的阻隔了瓦斯泄漏。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下无氧掘进工作面软硬封闭阻隔方法，其特征在于：所述氮气区（6）布置在第五道风门后方至绕道处的范围，氮气区（6）内的气体全部为氮气，形成绝对的无氧环境。
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