CN109538278A - 一种煤矿井下火区开放式封闭方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿井下火区开放式封闭方法，目的是降低在封闭火区过程中发生瓦斯爆炸危险性；本发明是在建筑火区进风侧永久闭墙中安设加装有自动锁口装置的矿用防爆泄压密闭装置，并预留安全的通风断面；在进风侧永久闭墙建造完且人员撤离爆炸危险区后，启动矿用防爆泄压密闭装置防爆门自动关闭锁口的程序；待进风侧完全封闭后，回风侧开放，施工人员撤离危险区；将回风侧氧气浓度降到抑爆浓度以下，实现火区稳定，完全封闭回风侧。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下火区开放式封闭方法。
背景技术
煤矿井下火区的封闭，特别是高瓦斯矿井火灾区域的封闭，目前主要是先封闭进风巷中的风墙，或先封闭回风侧风墙，或进风巷和回风巷中的风墙同时封闭。目前所采用封闭方法的缺点是可操作性不强；封闭进风巷中的风墙后等多长时间、达到什么条件再封闭回风侧没有明确规定；同样的，封闭回风侧风墙，等多长时间、达到什么条件再封闭进风侧也没有明确规定。进风巷和回风巷中的风墙同时封闭，在实际操作中很难做到真正的同时，两侧封闭的操作人员谁都想先完成任务赶快撤出危险区，即使全想同时封闭也难以做到，因为火区产生的有害气体、烟雾、水蒸气等污浊空气要从回风侧排出，往往回风侧施工条件特别困难，闭墙施工进度往往慢于进风侧，难以做到同时封闭。 其次是都具有危险性；如先封闭进风巷中的风墙，此时火区已经不是正常通风状态，产生的瓦斯不能正常排出，易造成瓦斯积聚引发瓦斯爆炸，易造成有毒气体积聚，易造成烟雾增加能见度降低，这时封闭回风侧危险性增大；如先封闭回风侧风墙，此时火区也不是正常通风状态，极易造成瓦斯积聚引发瓦斯爆炸，这时封闭进风侧危险性大；如进风巷和回风巷中的风墙同时封闭，由于回风侧有毒气体浓度高、烟雾大、能见度低，一般工人不能进入操作，只能由专业救护队员佩用氧气呼吸器操作，回风侧封闭进度明显慢，进风侧只能人为减慢封闭进度等候回风侧同时封闭，时间越长瓦斯积聚危险性越大，在封闭过程中发生瓦斯爆炸事故的危险性大，在采用进风巷和回风巷中的风墙同时封闭这种方法封闭火区过程中，曾发生多起有多人伤亡的事故。
发明内容
本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可降低煤矿井下火区封闭危险性、降低在封闭火区过程中发生瓦斯爆炸的危险性、降低发生瓦斯爆炸炸毁密闭墙危险性的煤矿井下火区开放式封闭方法。
本发明方法包括以下步骤：
（1）在建筑火区进风侧永久闭墙中安设加装有自动锁口装置的矿用防爆泄压密闭装置，并预留安全的通风断面；
（2）在进风侧永久闭墙建造完成，人员撤离爆炸危险区后，启动矿用防爆泄压密闭装置防爆盖自动关闭锁口的程序；
（3）进风侧完全封闭后，回风侧开放，施工人员撤离危险区；
（4）将回风侧氧气浓度降到抑爆浓度以下，实现火区稳定，完全封闭回风侧。
所述的自动锁口装置是与防爆门连接并安装在矿用防爆泄压密闭装置防爆门上部的巷道顶板上，当自动锁口装置自动降低对防爆门的拉力后，防爆门就会在自重和复位弹簧的作用下实现关闭锁口。
所述的预留安全通风断面是指这一断面通过的风量可以把火区产生的瓦斯排放到《矿山救护规程》规定的安全浓度2%以下的最小断面积。在封闭进风侧永久闭墙过程中，到自动锁口前，保留的最小通风断面。
预留通风断面积的大小是根据火区瓦斯产生量、抽放系统排放量、通过风量来确定，按照《矿山救护规程》规定“处理火灾事故过程中，瓦斯浓度不得超过2%”，按照回风侧风排瓦斯浓度不得超过2%来估算。根据经验数据，一般的，高瓦斯矿井预留通风断面积不小于进风侧原巷道断面积的5%，就可以保障封闭过程中回风侧瓦斯浓度不超2%。
所述的自动锁口装置的自动锁口程序是进风侧永久闭墙建造完成，人员撤离爆炸危险区后，矿用防爆泄压密闭装置的防爆门自动关闭锁口的程序。防爆门自动关闭，实现自动锁口。到这一步完成，进风侧已经完全封闭，回风侧开放，施工人员已经撤离危险区。这也是开放式封闭法名称的由来。
瓦斯爆炸的三个必要条件中，氧气的抑爆浓度为小于12%，考虑到监测系统的误差，以及留有一定的安全系数，在实际操作中一般经验值取8%，即回风侧氧气浓度小于8%，就可以判定已经实现火区稳定。
封闭火区永久墙需要离开火区一段距离，不能在着火区域附近施工。因为火区封闭期间，火区还在继续燃烧，火灾还在继续向外发展蔓延，封闭后一段时间，火区里面存在的氧气也会使火区继续向外蔓延，如果封闭火区永久墙距离火区太近，就有可能使火灾发展到永久闭墙处烧毁永久闭墙，所以封闭火区永久墙需要离开火区一段距离。根据经验，封闭火区永久墙距离火区至少大于100m。封闭火区永久墙一般选择在围岩稳定、无破碎带、无裂隙、巷道断面小的地点，距巷道交叉口不小于10 m。
步骤（1）-（3）是在建筑火区进风侧永久闭墙过程中，利用安设的矿用防爆泄压密闭器，加装自动锁口装置，可实现预留的安全通风断面积，保障火区的安全通风量，保障火区回风侧瓦斯不超《矿山救护规程》规定的情况下，安全施工进风侧永久闭墙，在进风侧永久闭墙完工后，启动自动锁口装置的自动锁口程序，在人员撤离危险区过程中，持续保持火区的安全通风量，人员撤到安全地点后自动锁口。
步骤（4）实现火区稳定，实现火区稳定的充分条件是回风侧氧气降到抑爆浓度以下，同时可以采用注入氮气、二氧化碳等缺氧惰气加快实现火区稳定，在这一过程中，火区发生爆炸的概率很大，但对已经撤出的人员造不成危险，并且爆炸产生的冲击波可通过安设的矿用防爆泄压密闭器自动泄压，就保护了进风永久墙的安全性，同时爆炸可以消耗氧气，加快实现火区稳定。完全封闭火区回风侧，在实现火区稳定后，可以安全封闭回风侧永久墙。
具有独立进回风通风系统的火区是指火区进风和回风全是独立的，中间没有与其他用风区域串联。自动锁口防爆泄压密闭器安装套数的确定：自动锁口防爆泄压密闭器是圆形通风断面，内部直径是0.8米，安装一套形成的通风断面积为0.5平方米，实际应用时，需要的安装套数按照公式“安装套数≈(原进风巷断面积×5%)/0.5”进行估算，计算值有小数的进位成整数，就是保障预留安全通风断面积需要的安装套数。根据计算结果，可以安装一套、二套及三套。矿用防爆泄压密闭装置可采用安设市场上已有的矿用防爆泄压密闭器，如型号KQ—800型，属于矿用产品。
本发明方法适用于煤矿井下具有独立进回风通风系统的火区封闭，如长壁式采煤工作面采空区自燃发火事故、具有独立进回风通风系统的采区（盘区）等区域火区的封闭。适用于高瓦斯矿井具有瓦斯爆炸危险的火区的封闭。采用本专利方法时，需要封闭的火区要有独立的进回风通风系统，并采取措施，减少其他漏风通道的漏风量。
本发明具有可操作性，每一步都有可操作步骤，每一步都有完成的量化指标；应用本专利安全性高，按照三个步骤的要求操作，每一步都能保障操作的安全性，第一个步骤完全封闭进风侧操作过程中，安设市场上已有的矿用防爆泄压密闭器，加装自动锁口装置，就可以保障有安全的通风断面积。进风侧永久墙建筑好后，只要启动自动锁口程序，操作人员就可以先行撤离危险区域，在撤离过程中，火区还继续保持安全的通风断面积，火区不会产生瓦斯积聚，没有爆炸危险。第二步实现火区稳定过程中，虽然有瓦斯爆炸危险性，但这时人员已经撤离危险区，爆炸不会对人员造成危险。第三步完全封闭回风侧过程中，火区氧气降到了抑爆浓度，火区内部已经没有了爆炸危险性。能够弥补AQ1008—2007《矿山救护规程》10.1.1.1.18规定的三种火区封闭方法的不足，提供了一种安全的煤矿井下火区封闭方法。能够降低高瓦斯矿井火区封闭的危险性，在高瓦斯矿井正常通风情况下，采用本专利封闭火区可以降低封闭火区人员建筑闭墙过程中的危险性。可以在火区发生瓦斯爆炸时自动冲开防爆门，对爆炸产生的冲击波进行泄压，减少对密闭墙的冲击作用，大大降低炸毁密闭墙的危险性。
附图说明
图1为加装有自动锁口装置的矿用防爆泄压密闭装置安装结构示意图；
图中：1、金属管，2、开口弯头，3、防爆门，4、喇叭形金属管，5、防回火网，6、第一定滑轮,7、第二定滑轮,8、牵引绳,9、轻质水桶,10、水门开关。
具体实施方式
如图1所示，加装自动锁口装置后的矿用防爆泄压密闭器包括金属管1、开口弯头2、防爆门3、喇叭形金属管4、防回火网5、第一定滑轮6、第二定滑轮7、牵引绳8、轻质水桶9及水门开关10；所述的金属管1为水平等径管状结构，喇叭形金属管4的小口端与金属管1的一端同轴适配连接，防回火网5安装在喇叭形金属管4的大口端；所述的开口弯头2为45°弯管结构，开口弯头2的一端与金属管1的另一端同轴适配连接，开口弯头2的另一端安装在闭墙外侧并与所述的防爆门3铰链连接，铰链位于开关弯头2的正上方。金属管1的一端设有法兰盘，喇叭形金属管4的小口端设有法兰盘及阻燃密封垫，喇叭形金属管4通过法兰盘及阻燃密封垫与金属管1的一端密封连接。金属管1采用一根或多根金属管道组装而成，所述的金属管1安装在永久闭墙中，闭墙两侧露出法兰盘安装长度即可。防爆门3安设在闭墙外部，在建筑永久墙过程中打开并固定，保留通风断面积。所述的开口弯头2与防爆门3连接的一端设有关闭复位弹簧，便于防爆门3的复位关闭。所述的第一定滑轮6及第二定滑轮7分别同向间隔五米左右固定在巷道顶板上，第一定滑轮6位于所述的防爆门3的正上方；牵引绳8的一端与防爆门3固定连接，牵引绳8的另一端分别经第一定滑轮6及第二定滑轮7与轻质水桶9固定连接，水门开关10设置在轻质水桶9的下部。在建筑进风侧永久闭墙过程中，先关闭水门开关10，再给轻质水桶9加入干净水，水桶重力传给牵引绳8，再通过第二定滑轮7与第一定滑轮6导向传递给防爆门3，使其逐步向斜向上方打开，直到防爆门3与45度的开口弯头2的铰链接触面成80—90度时停止加水，就可保持通风断面积。
采用本发明方法的具体步骤是：
（1）将建筑火区进风侧永久闭墙，安设市场上已有的矿用防爆泄压密闭器，加装自动锁口装置，预留安全的通风断面。建筑火区进风侧永久密闭墙，即在进风巷口十米左右的合适地点，按照煤矿永久性密闭相关要求建筑永久火区密闭墙。
(2)启动自动锁口装置的自动锁口程序。按照人员撤出危险区需要的时间，预先调试好轻质水桶9的加水量及水门开关10的开启大小，并记录好从开启水门开关10开始放水到防爆门3开始自动关闭所需的延时时间，延时时间可通过加水量进行调整。自动锁口延时时间可根据撤离危险区所需的时间设置，设置的延时时间要超出撤离危险区所需时间15分钟以上。当进风侧永久闭墙建筑完工后，打开水门开关10，就可以启动自动锁口程序。
（3）将人员撤离危险区，运行设定程序自动锁口。打开水门开关10，启动自动锁口程序后，人员就可以快速撤离危险区。在人员撤离危险区过程中，随着轻质水桶9中的水量不断减少，对防爆门3的开启拉力也逐渐减小，当开启拉力低于防爆门3的重力和复位弹簧的合力时，防爆门3自动关闭，实现自动锁口。到这一步完成，进风侧已经完全封闭，回风侧开放，施工人员已经撤离危险区。这也是开放式封闭法名称的由来。
（4）将回风侧氧气浓度降到抑爆浓度以下，实现火区稳定。所说的火区稳定就是指发生瓦斯爆炸的三个条件不具备，并趋于稳定状态，火区在这种状况下发展不会发生瓦斯爆炸。判定稳定的充分条件是火区回风侧氧气浓度小于氧气的抑爆浓度。氧气的抑爆浓度为小于12%，考虑到监测系统的误差，以及留有一定的安全系数，在实际操作中一般取8%，即回风侧氧气浓度小于8%，就可以判定已经实现火区稳定。
在这一过程中，要通过矿井监控系统监测火区回风侧的氧气、甲烷、一氧化碳、温度等参数，并同时给火区进风侧远程注入液氮、氮气、二氧化碳等缺氧的惰气，加快火区氧气浓度的下降速度，火区氧气浓度降到抑爆氧气浓度以下，就可以实现火区稳定。在火区稳定过程中，火区已经没有正常的通风系统，火区瓦斯会积聚升高，当瓦斯上升到爆炸界限时可能发生瓦斯爆炸，这时爆炸冲击波会自动冲开防爆门3进行泄压，大大降低了冲击波对闭墙的冲击能量，从而保障安装有“防爆泄压密闭器”的闭墙因泄压而不会被爆炸摧毁；在爆炸冲击波消失后，防爆门在弹簧和自重的作用下自动复位，再次自动锁口，保持闭墙的再次封闭性能，当回风侧氧气降到8%后，就实现了火区稳定。
完全封闭回风侧。当火区回风侧氧气降到抑爆浓度以下时，火区就失去了爆炸性，这时就可以在回风巷口以里10米的合适地点，由专业救护队员佩用氧气呼吸器建筑一道临时风障，再用局部通风机接风筒排除风障外的有害气体，使风障外巷道的最低风速大于0.25 m/s、瓦斯浓度小于1%、一氧化碳浓度小于24ppm、其他有害气体符合《煤矿安全规程》规定，在这种状况下，按照煤矿永久性密闭相关要求建筑好火区回风侧永久密闭墙，就可以完全封闭火区回风侧。
Claims (8)
1.一种煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是：
（1）在建筑火区进风侧永久闭墙中安设加装有自动锁口装置的矿用防爆泄压密闭装置，并预留安全的通风断面；
（2）在进风侧永久闭墙建造完成，人员撤离爆炸危险区后，启动矿用防爆泄压密闭装置防爆门自动关闭锁口的程序；
（3）进风侧完全封闭后，回风侧开放，施工人员撤离危险区；
（4）将回风侧氧气浓度降到抑爆浓度以下，实现火区稳定，完全封闭回风侧；
所述的自动锁口装置是与防爆门连接并安装在矿用防爆泄压密闭装置防爆门上部的巷道顶板上，当自动锁口装置自动降低对防爆门的拉力后，防爆门就会在自重和复位弹簧的作用下实现关闭锁口；所述的预留安全通风断面是指这一断面通过的风量可以把火区产生的瓦斯排放到相关规程中所规定的安全浓度2%以下的最小断面积；在封闭进风侧永久闭墙过程到自动锁口前，需要预留安全的通风断面。
2.如权利要求1所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是所述回风侧氧气浓度抑爆浓度为小于12%。
3.如权利要求1所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是所述回风侧氧气浓度抑爆浓度为小于8%。
4.如权利要求1或2所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是高瓦斯矿井预留通风断面积不小于进风侧原巷道断面积的5%。
5.如权利要求1或2所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是进风侧永久闭墙距离火区距离应大于100m；进风侧永久闭墙选择在围岩稳定、无破碎带、无裂隙、巷道断面小的地点，距巷道交叉口不小于10 m。
6.如权利要求1或2所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是实现火区稳定的充分条件是回风侧氧气降到抑爆浓度以下，同时采用注入氮气、二氧化碳等缺氧惰气加快实现火区稳定。
7.如权利要求1或2所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是按照公式“安装套数≈(原进风巷断面积×5%)/0.5”来估算实际需要的安装套数，计算值有小数的进位成整数。
8.如权利要求6所述的煤矿井下火区开放式封闭方法，其特征是通过矿井监控系统监测火区回风侧的氧气、甲烷、一氧化碳、温度等参数，并同时给火区进风侧远程注入液氮、氮气、二氧化碳等缺氧的惰气，加快火区氧气浓度的下降速度。
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