CN112228136B - 一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法。本发明在巷道密闭前预先布设进回风管道，每组管道呈阶梯状。当确定巷道恢复使用时，首先将进风管道与局部通风机连接，回风和排风管道通过大直径软管相连，同时将瓦斯、风速监测装置安装在回风和排风管道内。然后将通风管道开启，并开启风机向巷道内进行压入式通风，巷道内污风从排风管道排放到相邻采区或回风巷，实现分流排放。气体排出过程采用监测装置进行实时监测，当瓦斯浓度超限时，与监测装置相连的CPU处理器依据数据，调整阀门开闭程度，从而调整管道风量，避免瓦斯超限。本发明解决了传统方法开启密封巷道周期较长的弊端，确保了排出高浓度有毒有害气体的安全和效率。

Description

一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法

技术领域

本发明涉及矿山安全工程技术领域，具体涉及一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法。

背景技术

矿井生产中瓦斯一直是影响矿井安全与效益的主要因素；在井下开采过程中，巷道掘进是较为常见的工作；在生产实践中，有些掘进巷道长期不用时会采取封闭处理，恢复使用时再将密闭拆除；而在巷道密闭期间，巷内会涌出大量的有毒有害气体；由于不进行通风，气体会在巷道内积聚；当恢复巷道使用时，需要进行一段时间的通风，巷道才能恢复正常使用。

目前，长时间封闭的密封巷道的主要排放方法为分段逐次排放法；在巷道启封进行瓦斯排出之前，先用短节风筒检查密闭处有无瓦斯积聚；若没有瓦斯积聚，则直接打开；若有积聚现象，则先处理再启封；在密闭上角打个较小孔洞，启动局部风机，将风筒口由远离逐渐靠近风机出风口，同时检测交汇处瓦斯浓度，通过调节风筒口与风机出风口的距离来控制瓦斯浓度；然后逐渐扩大密闭孔，将风筒伸入密闭孔内，同时检测附近瓦斯浓度；若瓦斯浓度低于2％，则可将密闭孔全部打开；最后将风筒分段依次伸入密闭巷道，进行巷道有毒有害气体排出。

传统的密闭巷道启封的瓦斯排放方法，其风筒的压入式有效射程或抽出式有效吸程有限，只能通过人工将风筒出口缩小，增加射程；同时若出现回风瓦斯浓度超限，需要将风筒接头断开或用绳子扎紧；另外，由于采用的是分段逐次排放法，只有排出了局部的有毒有害气体，才能进行下一阶段气体排出，如果出现瓦斯浓度超限，又会浪费大量时间；因此，导致密封巷道启封时，瓦斯排放周期较久，巷道掘进周期较长，降低了工作效率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方，在保障通风设施与人员安全的前提下，通过增加阶梯式通风管道、瓦斯监测系统及专用分流排风管道，打破了传统方法相对低效率的工作状态，其主要是通过阶梯式通风管道对巷道每个范围的瓦斯进行排放，并通过排风管道分流排放到指定位置；同时通过瓦斯监测系统实时监测瓦斯浓度，并将所得到的信号数据，传输给CPU处理模块，然后根据数据调节电动阀门，从而避免有毒有害气体浓度超限的同时，有效提高巷道启封时排出有毒有害气体的效率和安全。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统，包括瓦斯排放系统和监测系统。

所述的瓦斯排放系统设施包括局部通风机、进风管道、回风管道、排风管道、大直径软管、电动阀门。

所述的局部通风机位于距离密封巷道口一侧的外侧横巷中，采用压入式通风，其一端与横巷内的大直径软管相连，一端与密封巷道内另一个大直径软管相连，用于引入新鲜风流；同时，位于密封巷道内的大直径软管的另一端与多个进风管道相连，用于向密封巷道内供风。

所述进风、回风管道在巷道密封前进行布置，同时在密闭处留出与大直径软管相连的部分；所述排风管道，只有确认恢复巷道使用后，才可以于横巷回风侧处布设，用于排出污风；巷道内所有进风、回风管道位于密闭前的部分成阶梯错落状布置，用于对不同区段有毒有害气体的排出；同时，所有管道均通过吊挂装置固定于密闭巷道距离地面1～3m处的巷壁边缘。

所述的电动阀门一部分位于进风、回风管道上，距离密闭外侧0.5～1m处，与管道数量相对应，用于调节风量大小，防止瓦斯超限；另一部分位于排风管道上，距离排风管道与大直径软管连接部分0.5～1m处，用于调节风量。

所述的监测系统设施包括瓦斯浓度传感器、风速传感器、A/D转换器、信号放大器、数据存储器、CPU处理器、电源模块、数据显示器、电动阀门。

所述的瓦斯浓度传感器和风速传感器分别与A/D转换器相连，再将所得到的信号传输给与之相连的信号放大器，进行信号放大后，分别传输给CPU处理器和数据存储器，进行数据处理和存储。

所述的CPU处理器与电动阀门及数据显示器相连，处理器依据所接收到的各数据对电动阀门发出相应指令，用于调节管道内流量。

所述的供电装置通过数据线与监测部分各装置相连，进行供电，维持装置有效运行。

所述的瓦斯浓度传感器、风速传感器安装在回风巷道和排风巷道中，用于监测巷道内各参数数值，并通过数据线与监测部分装置连接后，通过数据显示器，查看各参数数值。

所述阶梯状通风管道的数量n，按照式(1)进行计算：

式中：L为密闭处至巷道迎头之间的距离，m；L₀为管道有效射程，L₀＝L_S，m。

所述密封巷道内侧的进回风管道与掘进工作面之间的最小距离L_S按照如下公式进行计算：

式中：S为巷道断面的面积，k为巷道断面形状系数。

一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法，采用密闭巷道瓦斯排放系统和监测系统来实现，其具体步骤如下：

步骤一、在巷道密封前于巷道密封侧布设通风管道；通风管道分为进风管道和回风管道，同时进风管道若干个，回风管道若干个，呈阶梯错落状布置；同时在密闭后，利用密封材料将所有管道封死。

步骤二、在确认恢复巷道使用后，将局部通风机布设于横巷距离密封巷道口一侧；同时布设若干个大直径软管，将其中布设于横巷中的大直径软管与局部通风机的一端相连，用于引入新鲜风流；布设于密封巷道内的大直径软管一端与局部通风机相连，一端与进风管道相连；布设于回风侧的大直径软管一端与回风管道相连，另一端与排风管道相连；同时，于回风、排风管道中布设监测装置，由相应瓦斯浓度和风速传感器进行监测。

步骤三、确定所有管道连接无误后，将封堵的管道完全开启，然后开启局部通风机向密封巷道进行压入式通风，同时调节进风管道上电动阀门，引入新鲜风流。

步骤四、在通风过程中，位于回风侧管道中的传感器，实时监测瓦斯浓度和风速情况，同时将数据传输给CPU处理器和数据存储器，CPU处理器将经过处理后的数据传输给数据显示器，以便工作人员了解瓦斯浓度和风速情况，及时防止由于通风所导致的瓦斯积聚。

步骤五、当通入一段时间新鲜风后，当数据显示器显示的瓦斯浓度达到排放要求时，则根据排放位置的瓦斯涌出量，得出该位置的最大回风量；同时控制排风管道上的阀门，排放污风。

步骤六、在预计时间内排放完密封巷道内的有毒有害气体后，用铜钎拆开检测小孔,检查施工地点瓦斯情况,同时监测回风侧的瓦斯浓度；若瓦斯浓度超过瓦斯浓度上限，则停止作业；待瓦斯浓度降到指定浓度以下时方可继续拆密闭，直至密闭墙完全拆除，巷道恢复正常使用。

所述步骤六中的密封巷道瓦斯积聚量

按照如下公式进行计算：

式中：

为密封巷道内积聚的瓦斯量，m³；

为密封巷道瓦斯浓度，％；S为密封巷道断面积，m²；L为密封部分巷道长度，m。

所述步骤六中的密封巷道气体排放时间T_排按照如下公式进行计算：

式中：T_排为排出密封巷道内瓦斯所需要的时间min；M为单位时间瓦斯排放量，m³/min。

所述步骤六中的密封巷道最大回风量Q按照如下公式进行计算：

式中：Q为巷道允许的最大回风量，m³/min；Q_绝为密封巷道回风排放位置的绝对瓦斯涌出量，m³/min；C_max为排放位置的瓦斯浓度上限，％；C为密封巷道回风气体瓦斯浓度上限，m³/min。

所述步骤六中的密封巷道启封流程总时间T_总按照如下公式进行计算：

T_总＝T_安+T_检+T_确+T_排 (6)

式中：T_安为安装通风管道所需时间，min；T_检为检查管道安装无误和人员撤出时间，min；T_确为确认巷道内有毒有害气体完全排除的确认时间，min。

本发明一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法的有益效果。

本发明的有益效果是：在巷道封闭后再开启的排出有毒有害气体的工作中，通过传感器检测信号反馈，微机程序控制电动阀门阀门开闭程度，实现根据瓦斯浓度调节风量大小，避免因为通风造成的瓦斯浓度超限，同时根据每个管口的瓦斯浓度，合理调节各管口作用时间及开启顺序，从而实现快速排除密封巷道有毒有害气体的功能，可较传统分段逐次式排放法通风时间短，效率高，缩短作业循环时间，且具有明显节能效果。

附图说明：

图1为一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统布置示意图；

图2为本发明的监测系统示意框图；

图1中各编号依次为：1-密封管道、2-横巷、3-排风管道、4-排风管道、5-排风管道、6-排风管道、7-局部通风机、8-大直径软管、9-大直径软管、10-大直径软管、11-回风管道、12-回风管道、13-回风管道、14-回风管道、15-进风管道、16-进风管道、17-进风管道、18-进风管道、19-电动阀门、20-密闭墙。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，本发明实施例提供一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法，能够快速排除由于密闭所导致的巷道内积聚的有毒有害气体；本发明实施里还提供了密闭巷道瓦斯排放系统和监测系统，以下分别进行详细说明。

实施例为凤山矿掘进工作面，应用本发明排出凤山矿掘进工作面长期密闭所积聚的有毒有害气体，主要是对瓦斯气体进行排出，主要包括以下过程。

凤山矿掘进工作面由于暂时不用，巷道密封时间为30天，巷道长度为80m，断面积为16m²，密封巷道瓦斯浓度为60％，采煤工作面瓦斯绝对涌出量为6m³/min，总回风巷瓦斯浓度为0.5％，总回风巷最大瓦斯浓度0.75％，PVC管道直径为200mm，大直径软管直径为800mm。

步骤一、如图1所示，在原有巷道的基础上，分别布置有总回风巷、1501采煤工作面回风巷、1502采煤工作面回风巷、1503采煤工作面回风巷。

步骤二、巷道密封前，在巷道密闭距离地面2m处，布置阶梯状分布的进风管道15、16、17、18，阶梯状分布的回风管道11、12、13、14；根据式(1)计算得每组最长管道距离迎头距离为20m，每组管道长度间隔20m；管道数量按照式(2)计算，分为4组；管道11和15为60m，管道12和16为40m，管道13和17为20m；另外，管道18、14密闭内的部分长度为1m，主要用于排出密闭附近有毒有害气体。

步骤三、所述进风管道15、16、17、18和回风管道11、12、13、14在巷道1密封前进行布置，同时在密闭墙20处留出与大直径软管9、10相连的部分管道，长3m；同时，密闭墙20砌好后，利用封堵材料将所有管道堵死。

步骤四、所述电动阀门19一部分位于进风15、16、17、18和回风管道11、12、13、14上，距离密闭1m处，与管道数量相对应，用于调节风量大小，防止瓦斯超限；另一部分阀门位于排风管道3、4、5、6上，距离排风管道3、4、5、6与大直径软管10连接部分0.5m处，与管道数量相对应，用于调节风量。

步骤五、所述的瓦斯浓度传感器和风速传感器布设于回风管道11、12、13、14和排风管道3、4、5、6上，用于监测巷道回风管道和排风管道气体浓度和风速；各传感器通过传感器与A/D转换器相连，并与信号放大器相连，用于将传感器得到的数据转换为可被CPU处理器接收的信号。

步骤六、所述的信号放大器分别与CPU处理器和数据存储器相连，用于对数据的储存和处理。

步骤七、所述的CPU处理器一端与位于PVC管道上的电动阀门相连，另一端与数据显示器相连，用于调节巷道风量和显示各个参数数据。

步骤八、所述的供电装置通过数据线与监测部分各装置相连，进行供电，维持装置有效运行。

步骤九、在确认巷道恢复正常使用后，将局部通风机7布设于横巷2距离密封巷道口1一侧10m处；同时预先布设好大直径软管8、9、10，大直径软管8与局部通风机1的一端相连，用于引入新鲜风流；大直径软管9一端与局部通风机7相连，一端与进风PVC管道15、16、17、18相连；大直径软管10的一端与回风管道11、12、13、14相连，另一端与排风管道3、4、5、6相连。

步骤十、所述排风管道3管口位于总回风巷，排风管道4位于1501采煤工作面，排风管道5位于1502采煤工作面，排风管道6位于1503采煤工作面，用于将排放来自密封巷道中的污风。

步骤十二、确定所有管道连接无误后，将封堵的PVC管道完全开启，然后开启局部通风机7向密封巷道1进行压入式通风，并调节进风管道15、16、17、18上电动阀门。

步骤十三、在通风过程中，回风管道11、12、13、14和排风管道3、4、5、6中的传感器，实时监测瓦斯浓度和风速情况，同时将数据传输给CPU处理器和数据存储器，CPU处理器将经过处理后的数据传输给数据显示器。

步骤十四、当观测到数据显示器显示瓦斯浓度为2％时，通过式(5)计算得到此时排放的最大回风量，然后调节回风、排风管道上的电动阀门，使得排风管道14风量为210m³/min，排风管道13风量为100m³/min，排风管道12风量为100m³/min，排风管道11风量为400m³/min。

步骤十五、控制排风管道的电动阀门19，排放密封巷道内的有毒有害气体，直到达到预计排放时间后，用铜钎拆开直径不超过10cm的检测小孔,检查施工地点瓦斯情况，同时监测回风侧的瓦斯浓度；由于瓦斯浓度低于1％，可继续拆密闭，直至密闭墙20完全拆除，巷道恢复正常使用。

步骤十六、通过公式(4)计算得到排放完密封巷道有毒有害气体所需的时间为47.4min。

步骤十七、通过公式(6)计算整个流程所需要的总时间为2.6h。

应用传统的分段逐次排放法对凤山矿掘进工作面长期密闭所积聚的有毒有害气体，主要是对瓦斯气体进行排出，主要包括以下过程。

步骤一：确认启封前，先检查密闭墙外瓦斯积聚情况，后开始启封。

步骤二：启封时，必须用铜制工具，同时不间断的洒水，防止火花产生；利用铜钎拆开不超过直径10cm的检测小孔，检查密闭墙内的气体状况,同时，布设一段风筒，用局部通风机供风逐渐稀释瓦斯浓度，使之保持在1.5％以下，并且用风筒口对着密闭孔洞的位置，来控制回风中的瓦斯浓度。

步骤三、逐渐扩大密闭孔,待将风筒送入墙内，附近瓦斯浓度不超限时，再扩大密闭孔，安排工作人员进入巷道中，跟随风筒向前运送，进行敷设。

步骤四、风筒采用短节风筒，长度为5m；当风筒出口附近的瓦斯浓度下降后，将风筒口缩小，加大出口风流射程,排出前方的瓦斯；若风筒敷设完后回风的瓦斯超限，可将风筒接头断开或者用绳子捆结风筒，用风筒接头调风法或者用增阻法来控制回风流中的瓦斯浓度。

步骤五、继续敷设风筒，在排完当前风筒射程内的气体后，继续向前运送风筒，并与原有风筒进行连接，当到达距离迎头20m处，停止布设。

步骤六、根据式(8)计算瓦斯排放时间为10.4h，同时根据式(6)计算启封流程的总时间为13.2h。

允许送入密封巷道的风量Q_全按照如下公式进行计算：

式中：Q_全为排出风流同全风压风流混合处的风量，m³/min。

短节风筒分段逐次排放瓦斯时间T按照如下公式进行计算：

式中：l为每次接风筒的长度，m；n为排放瓦斯时接风筒次数，

V_max为排放时巷道内允许送入风量的最大风速，

m³/min。

步骤八、根据本发明所得到的启封流程总时间为2.6h，而根据传统分段逐次排放法得到的启封流程总时间为13.2h，通过时间的对比，易知本发明提供的快速排出密封巷道有毒有害气体系统及使用方法，相对于传统方法而言，排出效率较高，周期较短。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明专利各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统，包括瓦斯排放系统和监测系统，其特征在于：所述的瓦斯排放系统设施包括局部通风机、进风管道、回风管道、排风管道、大直径软管、电动阀门；

所述的局部通风机位于距离密封巷道口一侧的外侧横巷中，采用压入式通风，其一端与横巷内的大直径软管相连，一端与密封巷道内另一个大直径软管相连，用于引入新鲜风流；同时，位于密封巷道内的大直径软管的另一端与多个进风管道相连，用于向密封巷道内供风；

进风、回风管道在巷道密封前进行布置，同时在密闭处留出与大直径软管相连的部分；所述排风管道，只有确认恢复巷道使用后，才可以于横巷回风侧处布设，用于排出污风；巷道内进风管道位于密闭前的部分成阶梯错落状布置，回风管道位于密闭前的部分成阶梯错落状布置，用于对不同区段有毒有害气体的排出；同时，所有进风、回风管道均通过吊挂装置固定于密封巷道距离地面1～3m处的巷壁边缘；

所述的电动阀门一部分位于进风、回风管道上，距离密闭外侧0.5～1m处，与管道数量相对应，用于调节风量大小，防止瓦斯超限；另一部分位于排风管道上，距离排风管道与大直径软管连接部分0.5～1m处，用于调节风量；

所述的监测系统设施包括瓦斯浓度传感器、风速传感器、A/D转换器、信号放大器、数据存储器、CPU处理器、电源模块、数据显示器；

所述的瓦斯浓度传感器和风速传感器分别与A/D转换器相连，再将所得到的信号传输给与A/D转换器相连的信号放大器，进行信号放大后，分别传输给CPU处理器和数据存储器，进行数据处理和存储；

所述的CPU处理器与电动阀门及数据显示器相连，处理器依据所接收到的各数据对电动阀门发出相应指令，用于调节管道内流量；

所述的电源模块通过数据线与监测系统各装置相连，进行供电，维持装置有效运行；

所述的瓦斯浓度传感器、风速传感器安装在回风管道和排风管道中，用于监测管道内各参数数值，并通过数据线与监测系统装置连接后，通过数据显示器，查看各参数数值；

阶梯状的回风管道或进风管道的数量n，按照式(1)进行计算：

式中：L为密闭处至密封巷道迎头之间的距离，m；L₀为管道有效射程，L₀＝L_S，m；

所述的密封巷道内侧的进回风管道与掘进工作面之间的最小距离L_S按照如下公式进行计算：

式中：S为巷道断面的面积，k为巷道断面形状系数，C为密封巷道回风气体瓦斯浓度上限，m³/min。

2.根据权利要求1中所述的一种快速排出密封巷道有毒有害气体系统的使用方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤一、在巷道密封前于巷道密封侧布设通风管道；通风管道分为进风管道和回风管道，同时进风管道若干个，回风管道若干个，分别呈阶梯错落状布置；同时在密闭后，利用密封材料将所有管道封死；

步骤二、在确认恢复巷道使用后，将局部通风机布设于横巷距离密封巷道口一侧；同时布设若干个大直径软管，将其中布设于横巷中的大直径软管与局部通风机的一端相连，用于引入新鲜风流；布设于密封巷道内的大直径软管一端与局部通风机相连，一端与进风管道相连；布设于回风侧的大直径软管一端与回风管道相连，另一端与排风管道相连；同时，于回风、排风管道中布设监测装置，由相应瓦斯浓度和风速传感器进行监测；

步骤三、确定所有管道连接无误后，将封堵的管道完全开启，然后开启局部通风机向密封巷道进行压入式通风，同时调节进风管道上电动阀门，引入新鲜风流；

步骤四、在通风过程中，位于回风侧管道中的传感器，实时监测瓦斯浓度和风速情况，同时将数据传输给CPU处理器和数据存储器，CPU处理器将经过处理后的数据传输给数据显示器，以便工作人员了解瓦斯浓度和风速情况，及时防止由于通风所导致的瓦斯积聚；

步骤五、当通入一段时间新鲜风后，当数据显示器显示的瓦斯浓度达到排放要求时，则根据排放位置的瓦斯涌出量，得出该位置的最大回风量；同时控制排风管道上的阀门，排放污风；

步骤六、在预计时间内排放完密封巷道内的有毒有害气体后，用铜钎拆开检测小孔,检查施工地点瓦斯情况,同时监测回风侧的瓦斯浓度；若瓦斯浓度超过瓦斯浓度上限，则停止作业；待瓦斯浓度降到指定浓度以下时方可继续拆密闭，直至密闭墙完全拆除，巷道恢复正常使用；

所述步骤四中的密封巷道瓦斯积聚量

按照如下公式进行计算：

式中：

为密封巷道内积聚的瓦斯量，m³；

为密封巷道瓦斯浓度，％；S为密封巷道断面积，m²；L为密封部分巷道长度，m；

步骤六中的密封巷道气体排放时间T_排按照如下公式进行计算：

式中：T_排为排出密封巷道内瓦斯所需要的时间min；M为单位时间瓦斯排放量，m³/min；

密封巷道启封流程总时间T_总按照如下公式进行计算：

T_总＝T_安+T_检+T_确+T_排 (5)

式中：T_安为安装通风管道所需时间，min；T_检为检查管道安装无误和人员撤出时间，min；T_确为确认巷道内有毒有害气体完全排除的确认时间，min。

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