CN108468850A - 煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿安全生产技术及瓦斯开发利用领域，具体称煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置；现有瓦斯抽采技术中不能有效利用密闭采空区内高浓度瓦斯，存在过量抽采导致采空区发生自然发火、密闭前瓦斯超限、密闭前瓦斯积聚造成人员窒息等问题；为了解决上述的问题，本发明通过在密闭内预留抽采管，密闭外侧的抽采管上设置电动阀门；密闭外侧巷道内设置正压传感器，正压传感器连接的正压探头设置抽采管内；正压探头、正压传感器、控制箱、电动阀门依次连接，控制箱根据正压传感器的信号控制电动阀门的开关实现采空区与抽采管的连通，达到控制采空区瓦斯抽采的目的。本发明弥补了密闭瓦斯抽采方面的技术空白，具有瓦斯利用率高、环保、安全性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下安全生产技术领域，具体的说，是煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置。
背景技术
煤矿井下密闭采空区内积存大量瓦斯，煤矿每个采煤工作面回采结束后，上下顺槽需要施工密闭进行封闭，封闭的目的是切断采空区与外界巷道的空气流动，防止采空区内有毒有害气体进行入巷道内，对人员造成侵害，同时防止空气中氧气进入采空区，引起采空区内遗煤发生自燃事故。
根据《煤矿安全规程》第二百七十四条规定：“矿井必须制定防止采空区自然发火的封闭及管理专项措施。采煤工作面回采结束后，必须在45天内进行永久性封闭，每周1次抽取封闭采空区气样进行分析，并建立台帐。”根据《煤矿安全规程》的规定，矿井需要指派专人定期对密闭内外气体进行检测，防止采空区发生自然发火事故和闭前瓦斯超限事故，密闭前瓦斯治理是煤矿瓦斯防治工作的重点，但由于密闭内采空区受大气压、动压、密闭墙封闭质量等诸多因素影响，密闭外容易发生瓦斯积聚，造成瓦斯超限、甚至由于高浓度瓦斯积聚造成人员缺氧压气窒息的死亡事故。这就造成目前煤矿井下密闭管理的难题，密闭内积存大量瓦斯，过量抽采采空区瓦斯担心采空区内发生自燃，密闭不定期抽采，密闭前易发生瓦斯超限积聚。
目前煤矿针对井下密闭外瓦斯超限问题，采取的主要安全技术措施有以下几个方面：
一是加强密闭墙施工质量，采取密闭外围岩喷浆、注浆，密闭内隔爆段注浆减少密闭漏风，同时上下顺密闭尽量要设在同一风流侧，降低上下顺密闭间的压差，减少密闭漏风。
二是密闭外安设挡风幛，利用全负压风流稀释密闭前瓦斯浓度，防止瓦斯发生积聚。
三是对密闭内采空区采取抽采措施，根据密闭墙的承压强度、气密性能，定期抽放或泄压，但是长期过量抽放容易造成采空区内产生小的通风系统，造成采空区内氧含量增加导致采空区内发生自然发火事故。
传统的控制密闭抽采的方法，主要采用人工定期监测的手段，但每个矿井井下上百道密闭，不可能安排人员24小时现场监控。同时，现有瓦斯抽采技术中对于密闭内的高浓度瓦斯，需要利用控制装置，对抽放情况进行控制，既能保证密闭内不过量抽放，发生自然发火事故，又能保证密闭前不发生瓦斯超限事故，还能合理高效利用瓦斯这一清洁能源。
目前国内没有关于“井下密闭瓦斯抽放控制”方面技术研究和发明，《煤矿安全规程》《煤矿瓦斯抽放》AQ1027－2006也没有相关的技术要求和标准，本发明是申请人长期的井下工作实践结合井下使用的监测监控系统获得的启发。国内知明的北京煤科院、沈阳煤科院、重庆煤科院均没有相关产品和设备，此项技术应用成功能够弥补密闭瓦斯抽采方面的技术空白。
发明内容
本发明的目的在于设计出煤矿井下密闭瓦斯抽放采控制装置，具有瓦斯利用率高、环保、安全性高的特点。
本发明通过下述技术方案实现：
煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，包括密闭、抽采管，所述抽采管穿设于密闭，所述抽采管的一端位于密闭的内侧即采空区内并与采空区连通，所述抽采管的另一端位于密闭外侧；所述抽采管位于密闭外侧的管段上设置有电动阀门；所述抽采管上插设有用于检测其内气体压力的正压探头，所述正压探头位于电动阀门的上游，所述正压探头连接正压传感器，所述正压传感器连接控制箱，所述控制箱连接电动阀门，所述控制箱根据正压传感器的信号控制电动阀门开关实现采空区与抽采管的通断。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述密闭包括两道间隔设置的密闭墙，两道所述密闭墙之间形成隔爆段；所述抽采管自密闭的外侧依次穿设于两道所述密闭墙。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述正压探头位于密闭外侧与电动阀门之间。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述电动阀门为电动蝶阀。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述抽采管为铁管。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述抽采管为4寸铁管。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述密闭外侧设置有栅栏，所述栅栏位于电动阀门的下游。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述控制箱连接660V电源。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述控制箱连接有备电。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述正压传感器位于密闭外侧的全负压通风巷道内。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述正压传感器和控制箱均位于密闭外侧的全负压通风巷道内。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述正压传感器的检测范围设定为0-100Pa。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述控制箱控制电动阀门开启、关闭的临界压力值设置为10Pa，当正压传感器所测压力小于10Pa时，控制箱控制电动阀门关闭，当正压传感器所测压力大于10Pa时，控制箱控制电动阀门开启。
进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述抽采管通过抽放软管连通抽放主管。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明中，该种煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，利用抽采管将密闭内侧的采空区与密闭外侧的全负压通风巷道连通，在抽采管上位于密闭与电动阀门之间的位置上设置正压探头，正压传感器用于检测抽采管内的气体压力，当压力达到设定值时，控制箱控制电动阀门开启或关闭，实现抽采管的通断来控制瓦斯的抽放时机。能够有效控制密闭的抽放量，一方面合理利用密闭内高浓度瓦斯，可以进行发电、取暖；二是能够减少瓦斯排放至大气层，控制温室效应；三是有效地避免密闭前瓦斯超限，防止出现人员窒息死亡事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是所述密闭的布置示意图；
图2是所述煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置的结构示意图；
图中标记为：
1-抽采管；
2-密闭；2a-密闭墙；2b-隔爆段；
3-正压探头；
4-电动阀门；
5-正压传感器；
6-控制箱；
7-栅栏；
8-采空区；
9-抽放软管；
10-抽放主管；
11-采煤工作面；
12-采煤工作面运输顺槽；
13-采煤工作面回风顺槽；
14-全负压通风巷道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例：
目前煤矿针对井下密闭外瓦斯超限问题，采取的主要安全技术措施有以下几个方面：一是加强密闭墙施工质量，采取密闭外围岩喷浆、注浆，密闭内隔爆段注浆的方法，同时上下顺密闭设在同一风流侧，降低上下顺密闭间的压差，减少密闭漏风。二是密闭外安设挡风幛，利用全负压风流稀释密闭前瓦斯浓度，防止瓦斯积聚。三是对密闭内采空区采取抽采措施，根据密闭墙的承压强度、气密性能，定期抽放或泄压，但是长期过量抽放容易造成采空区内气体产生小的通风系统，采空区内氧含量增加易导致采空区发生自然发火事故。传统的控制密闭抽采的方法，主要采用人工定期监测的手段，但每个矿井井下上百道密闭，不可能安排人员24小时现场监控。同时，现有瓦斯抽采技术中对于密闭内的高浓度瓦斯，需要利用控制装置，对抽放情况进行控制，既能保证密闭内不过量抽放，发生自然发火事故，又能保证密闭前不发生瓦斯超限事故，还能合理高效利用瓦斯这一清洁能源。
为了解决以上的问题，设计一种煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，具有瓦斯利用率高、环保、安全性高的优点，如图1、图2所示，特别设置成下述结构：
在采煤工作面11回采结束后，在采煤工作面回风顺槽13的上顺和采煤工作面运输顺槽12的下顺各需要施工密闭2，该密闭为永久密闭，用于切断巷道内外气体的流动。
其中，密闭2可以采用下述结构：包括两道间隔建设的密闭墙2a，两道密闭墙2a之间的空间形成隔爆段2b。
密闭2施工完成后，需要在密闭2上留设出供抽采管1穿入的抽采孔道，其中，抽采管1特别选择为4寸的铁管。
抽采管1自密闭2的外侧依次穿设于两道密闭墙2a，密闭2的内侧为采空区，密闭2的外侧与全负压通风巷道14连通，抽采管1的一端位于密闭2的内侧即采空区8内并与采空区8连通，抽采管1的另一端位于密闭2外侧并与全负压通风巷道14连通；其中，穿设于同一密闭2上的抽采管1的数量可以根据实际的抽放需求进行具体的选择。
位于密闭2外侧的抽采管1通过抽放软管9与抽放主管10连通。抽采管1的外表面周圈与密闭2进行密封处理，防止瓦斯从接缝处泄漏。
在抽采管1位于密闭2外侧的管段上安装有控制抽采管1通断的电动阀门4，该电动阀门4为电动蝶阀；抽采管1位于密闭2外侧的管段上设置有用于检测抽采管1内气体压力的正压探头3，该正压探头3位于位于密闭2外侧与电动阀门4内侧之间的位置，也即正压探头3位于电动阀门4的上游，该正压探头3通过监控线路电连接正压传感器5，该正压传感器5被设置于密闭2外侧的全负压通风巷道14内；正压传感器5通过信号线电连接一设置于全负压通风巷道14内的控制箱6，该控制箱6通过控制线路电连接电动阀门4。
控制箱6与外部电源连接，该外部电源的电压为660V。控制箱6内具有控制模块，用于接收正压传感器5的传输信号并做计算处理后作为用于控制电动阀门4开闭的依据，并通过控制电动阀门4启闭实现采空区与抽采管1的通断，从而实现控制抽放瓦斯的目的。
优选的，为了提高该种装置的可靠性，控制箱6处还设置有备电7，控制箱6与该备电7进行电连接，在外部电源断电或电压不稳的情况下将供电电源转换为备电7。
优选的，在密闭2外侧设置有栅栏7，栅栏7位于电动阀门4的下游，也即电动阀门的外侧。
其中，正压传感器5的检测范围为0-100Pa，并将控制箱6控制电动阀门4开启、关闭的临界压力值设置为10Pa。
当正压传感器5所测压力小于10Pa时，控制箱6控制电动阀门4关闭。
当正压传感器5所测压力大于10Pa时，控制箱6控制电动阀门4开启。
采用该种设置时，能够更好的控制密闭的抽放量，达到合理利用密闭内高浓度瓦斯，进行发电、取暖的目的。
工作时，正压探头3实时监测抽采管1当中的气体压力值并传输给正压传感器5，正压传感器5将正压探头3所探测的压力信号经过处理后传输给控制箱6，控制箱6再根据正压传感器5的输入信号进行计算并自动远程控制电动阀门4的启闭，并根据设定程序控制电动阀门4的启闭来实现采空区与抽采管1的通断。使该种煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置能够有效控制密闭的抽放量，一方面合理利用密闭内高浓度瓦斯，可以进行发电、取暖；二是减少瓦斯排放至大气层，控制温室效应；三是有效地避免密闭前瓦斯超限，防止出现人员窒息死亡事故。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，包括密闭(2)，其特征在于：包括抽采管(1)，所述抽采管(1)穿设于密闭(2)，所述抽采管(1)的一端位于密闭(2)的内侧即采空区(8)内并与采空区(8)连通，所述抽采管(1)的另一端位于密闭(2)外侧；所述抽采管(1)位于密闭(2)外侧的管段上设置有电动阀门(4)；所述抽采管(1)上插设有用于检测其内气体压力的正压探头(3)，所述正压探头(3)位于电动阀门(4)的内侧，所述正压探头(3)连接正压传感器(5)，所述正压传感器(5)连接控制箱(6)，所述控制箱(6)连接电动阀门(4)，所述控制箱(6)根据正压传感器(5)的信号控制电动阀门(4)开关实现采空区与抽采管(1)的通断。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述密闭(2)包括两道间隔设置的密闭墙(2a)，两道所述密闭墙(2a)之间形成隔爆段(2b)；所述抽采管(1)自密闭(2)的外侧依次穿设于两道所述密闭墙(2a)。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述正压探头(3)位于密闭(2)外侧与电动阀门(4)之间。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述电动阀门(4)为电动蝶阀。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述抽采管(1)为4寸铁管。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述密闭(2)外侧设置有栅栏(7)，所述栅栏(7)位于电动阀门(4)的外侧。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述控制箱(6)连接660V电源，并且所述控制箱(6)连接有备电。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述正压传感器(5)和控制箱(6)均位于密闭(2)外侧的全负压通风巷道(14)内。
9.根据权利要求1所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述正压传感器(5)的检测范围设定为0-100Pa；
所述控制箱(6)控制电动阀门(4)开启、关闭的临界压力值设置为10Pa，当正压传感器(5)所测压力小于10Pa时，控制箱(6)控制电动阀门(4)关闭，当正压传感器(5)所测压力大于10Pa时，控制箱(6)控制电动阀门(4)开启。
10.根据权利要求1或6所述的煤矿井下密闭瓦斯抽采控制装置，其特征在于：所述抽采管(1)通过抽放软管(9)连通抽放主管(10)。
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