CN113323710A - 一种采空区注氮均压防漏风结构、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种采空区注氮均压防漏风结构、系统及方法。防漏风结构包括回风巷单元、进风巷单元以及连通两个单元的均压管；回风巷单元和进风巷单元均包括墙结构、均压室，其中，墙结构包括自采空区至巷口方向依次设置的第一密闭墙、第二密闭墙、密闭墙单元，第二密闭墙与密闭墙单元之间的空间为均压室；回风巷单元还包括：注氮室、注氮管和压力传感器。本发明通过把封闭采空区和降低工作面两端压差结合起来，减少采空区漏风，达到预防采空区遗煤自燃的目的。本发明的采空区注氮均压防漏风方法只需简单的施工并结合井下原有注氮管路即可完成，具有成本低廉，易于施工，适用性较强等特点。

Description

一种采空区注氮均压防漏风结构、系统及方法

技术领域

本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种采空区注氮均压防漏风结构、系统及方法。

背景技术

在工作面回采结束时，需要在回风巷和进风巷构筑密闭墙，以减少采空区漏风量，降低采空区遗煤自燃的风险。但近些年来，我国矿井开采深度不断增加，在上下顺槽矿山压力明显，而在巷道中构筑密闭墙处裂隙发育明显，从而在井下形成漏风通道，使采空区漏风量增加，给采空区遗煤的自燃提供了有利条件，导致采空区自然发火现象严重，严重威胁工作人员的健康和国家财产安全。

目前降低采空区漏风量的方法主要有构筑密闭墙、注浆填充、隔离采空区与工作面、封堵漏风通道等。具体的，例如：(1)采用在巷道内构筑两道密闭墙，并在两道密闭墙之间填充粉煤灰浆的方法，来降低采空区漏风量；(2)采用在巷道中建立三道密闭墙，并在第一道密闭墙与第二道密闭墙之间充填黄泥浆的方法达到降低采空区漏风量的目的；(3)采用采空区的防灭火漏风隔离材料，将工作面的人员作业区域与采空区隔离，减低采空区漏风，防止遗煤自燃；(4)采用向采空区注浆，充填漏风通道、采空区空隙以及覆盖采空区遗煤的方法，避免采空区遗煤发生自燃现象；(5)采用地表漏风裂隙封堵、井下漏风通道检测与封堵等技术，减少采空区漏风，防止采空区遗煤自燃。

综合上述解决方案，在采矿过程中，建立密闭墙、注浆填充是防治采空区自然发火的常见方法，对煤矿的安全生产具有重要的积极意义，但受到煤矿井下工作环境的复杂性和技术条件的制约，建立密闭墙和注浆填充并不能完全阻止漏风，原因在于：煤层自身发育的孔裂隙、井下开拓和回采过程在巷道周围煤岩体内部产生的孔裂隙、在应力集中区造成的煤体破环，这些因素均造成巷道周围煤岩内的孔隙连通性增强，形成漏风通道，而建立密闭墙和充填只是在巷道的某个局部采取措施，并不能完全封堵煤岩内部的漏风通道。并且，密闭墙受巷道压力的影响，其顶部和四周会出现裂隙造成漏风；而由于工作面两端压差(即在工作面处，进风巷与出风巷的压力差)都较大，导致防漏风效果并不理想，仍有较多风量渗流至采空区，造成采空区自然发火，影响煤矿的正常运行。因此必须采取有效措施防止漏风造成煤炭自然发火事故。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采空区注氮均压防漏风结构、系统及方法，以解决现有的结构防漏风效果不理想，易造成采空区自然发火的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种采空区注氮均压防漏风结构，防漏风结构包括回风巷单元、进风巷单元以及连通两个单元的均压管；

回风巷单元和进风巷单元均包括：

墙结构，墙结构包括自采空区至巷口方向依次设置的第一密闭墙、第二密闭墙、密闭墙单元；密闭墙单元包括两个以上密闭墙；墙结构与巷道围岩密封连接；

均压室，第二密闭墙与密闭墙单元之间的空间为均压室；

回风巷单元还包括：

注氮室，第二密闭墙与第一密闭墙之间的空间为注氮室；

注氮管，注氮管的注氮口设于注氮室内；

压力传感器，压力传感器设于第一密闭墙两侧的空间内。

对于上述防漏风结构，优选地，均压室的地面下方设有U型槽，U型槽连通均压室与巷口地面。

对于上述防漏风结构，优选地，均压管为钢管。

对于上述防漏风结构，优选地，在均压室内，均压管的端口与注氮管均水平设置。

对于上述防漏风结构，优选地，均压管从墙结构的底部穿过。

对于上述防漏风结构，优选地，密闭墙单元的密闭墙之间的空间中填充有浆料。

对于上述防漏风结构，优选地，回风巷单元和进风巷单元设于距离巷口0～15m的区域。

对于上述防漏风结构，优选地，墙结构中的各墙体的厚度为1m，墙结构中相邻墙体之间的距离为1m。

对于上述防漏风结构，优选地，防漏风结构还包括其他巷单元，其他巷单元中设有墙结构和均压室，均压管连通所有均压室。

本发明还提供一种采空区注氮均压防漏风系统，包括两个以上的上述采空区注氮均压防漏风结构，进风巷的均压室与相邻的防漏风结构中的回风巷的均压室通过联络巷连通。

本发明还提供一种采空区注氮均压防漏风方法，采用上述的采空区注氮均压防漏风结构；当注氮室压力小于采空区压力时，开启注氮控制阀，向注氮室内注氮；当注氮室压力大于或等于采空区压力时，关闭注氮控制阀，停止注氮。

有益效果：

本发明通过把封闭采空区和降低工作面两端压差结合起来，减少采空区漏风，达到预防采空区遗煤自燃的目的。本发明的采空区注氮均压防漏风方法只需简单的施工并结合井下原有注氮管路即可完成，具有成本低廉，易于施工，适用性较强等特点。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明的防漏风结构中回风巷注氮室及均压室纵剖面示意图；

图2为本发明的防漏风结构的俯视图；

图3为本发明中具有两个工作面的漏风系统示意图。

图中：

1-注氮控制阀；2-密闭墙Ⅰ；3-密闭墙Ⅱ；4-注氮管；5-均压室；6-密闭墙Ⅲ；7-注氮室；8-压力传感器；9-密闭墙Ⅳ；10-均压管；11-联络巷；12-矿用阻燃电缆；13-U型槽；14-采空区；15-煤体。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本实施例的采空区注氮均压防漏风结构，包括回风巷单元、进风巷单元以及连通两单元的均压管10。

进风巷单元和回风巷单元均包括墙结构和均压室5，其中，墙结构包括自采空区14至巷口方向依次设置的第一密闭墙(即密闭墙Ⅳ9)、第二密闭墙(即密闭墙Ⅲ6)、密闭墙单元，密闭墙单元包括两个以上密闭墙，例如图1、图2中的密闭墙Ⅰ2和密闭墙Ⅱ3。墙结构与巷道围岩密封连接，以确保不漏风。均压管10从墙结构的底部穿过。

进风巷单元还包括注氮室7、注氮管4和压力传感器8，其中第二密闭墙(即密闭墙Ⅲ6)与第一密闭墙(即密闭墙Ⅳ9)之间的空间为注氮室7，注氮管4的注氮口设于注氮室7内，压力传感器8设于第一密闭墙(即密闭墙Ⅳ9)两侧的空间内，实时监测第一密闭墙(即密闭墙Ⅳ9)两侧的压力状况。

如图1所示，在均压室5的地面下方设有U型槽13，U型槽13连通均压室与巷口地面。

根据防护需要，可以在密闭墙单元的密闭墙之间填充有浆料，以提高防漏风效果。

本实施例中，墙结构中的各墙体的厚度为1m，墙结构中相邻墙体之间的距离为1m(图1、图2中仅示意性地示出各墙体，图中各墙体的相对距离不代表实际的相对距离)。在其他实施例中，墙体的厚度和相邻墙体之间的具体还可以根据需要选择其他数值。可以理解的是，墙结构中的各墙体，包括第一密闭墙、第二密闭墙、密闭墙单元中的两个以上密闭墙对应的墙体。

具体来讲，本实施例的采空区注氮均压防漏风结构包括密闭墙、均压室5、均压管10、U型槽13、注氮室7、注氮管4及压力传感器8等；在工作面的进风巷和回风巷分别构筑密闭墙，密闭墙之间形成均压室，分别在密闭墙Ⅰ2和密闭墙Ⅱ3处的底板(即在密闭墙Ⅰ2的近巷口侧和在密闭墙Ⅱ3的近采空区侧)修建U型槽13，U型槽13的设置可以使均压室5内的积水顺利排出；在采空区14布置均压管10，并使均压管10穿过密闭墙Ⅲ6和密闭墙Ⅳ9，此时，进风巷与回风巷的均压室相连通，即创造了无压差的环境。但是，为了避免采空区自然发火，就要防止新鲜风流中的氧气流入采空区，因此需要设置注氮室7和密闭墙Ⅳ9。具体的，注氮室7的存在可以均衡密闭墙Ⅳ两侧的压力，阻止新鲜风流流入采空区；同时向注氮室7注入氮气，可以使注氮室7内的压力不小于采空区一侧，即使有漏风通道存在，只会向采空区内流入氮气，从而抑制采空区的遗煤氧化的进程。同时，将注氮管4沿回风巷布置，穿过密闭墙Ⅰ2、密闭墙Ⅱ3、密闭墙Ⅲ6，将注氮口引至密闭墙Ⅲ6与密闭墙Ⅳ9之间，形成注氮室7。在回风巷的密闭墙Ⅳ9两侧安装压力传感器8，通过压力传感器8控制注氮管4上的阀门，即注氮控制阀1，当注氮室7压力小于采空区一侧压力时，注氮控制阀1自动打开，向注氮室7注氮，当注氮室7压力大于或等于采空区一侧压力时注氮控制阀1自动关闭，从而避免新鲜风流流入采空区，达到预防采空区自然发火的目的。

本实施例中，回风巷单元和进风巷单元设于距离巷口0～15m的区域，与现有的构筑密闭墙的情况类似，要求该区域为低应力区且煤岩体完好。具体的，例如：在距离回风巷出口15m处构筑密闭墙Ⅳ9，在距离回风巷出口13m处构筑密闭墙Ⅲ6，在距离回风巷出口11m处构筑密闭墙Ⅱ3，在距离回风巷出口9m处构筑密闭墙Ⅰ2。

需要注意的是，注氮室7及压力传感器8不能设置在进风巷侧。原因在于：工作面两端为进风巷和回风巷，一般进风巷侧的压力高于回风巷侧，从而导致采空区漏风，两端压差越大，漏风越强烈。把注氮管4设置在回风巷侧就是因为回风巷侧压力小，若把注氮管4设置在进风巷侧会增加工作面两端压差，更不利于减少压差。

优选地，密闭墙使用不燃材料建筑，建造时在周边掏槽不少于30cm，密闭墙Ⅲ6和密闭墙Ⅳ9在施工过程中铺设均压管10。砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙以及注氮管4和均压管10与墙体之间的缝隙充填密实，确保其不漏风。

优选地，压力传感器8安装在回风巷的密闭墙Ⅳ9两侧，通过矿用阻燃电缆12连接至注氮控制阀1，通过监测注氮室7与采空区两侧压力大小来控制注氮与否。

优选地，均压管10采用抗压、耐腐蚀材料制成，两个均压室(进风巷一个，回风巷一个)之间的均压管长度应尽量短，因为管道越长，管道阻力就越大，从而增大管道两端的压力差，即工作面两端压差；并且管道内壁要光滑，且在铺设管路时要平直整齐，转弯处要光滑过渡。

以上采空区注氮均压防漏风结构能够利用矿上原有的注氮设备，所用材料易于获得，具有成本低，结构简单，实施简便等特点。密闭墙、均压室5及注氮室7的存在，能够避免新鲜风流流入采空区，达到预防采空区自然发火的目的。

本实施例的采空区注氮均压防漏风方法包括以下步骤：

(1)确定施工方案，根据工作面具体情况，选择合适的施工地点，并确定密闭墙的施工地点、注氮口位置；具体的，在距离进风巷或回风巷的巷口0～15m处的低应力区，且煤岩体完好的部位为密闭墙施工地点；

(2)施工准备，将准备好的均压管、压力传感器、矿用阻燃电缆、注氮控制阀以及构筑密闭墙所需要的各种砖石和水泥砂浆等运输至施工地点；

(3)铺设均压管，在即将停采工作面沿煤壁铺设均压管(均压管一共分为三部分，进风巷一部风，工作面一部分，回风巷一部分，此处对应的是工作面处的均压管)，使其平直整齐，并将均压管引至致进风巷和回风巷；

(4)铺设注氮管，将注氮管沿回风巷铺设至选定的注氮口所在位置；

(5)构筑注氮室，工作面搬家结束后(搬家是指一个工作面开采结束后，要把机械设备搬运至另一个新的工作面继续开采煤炭)，在进风巷和回风巷距离采空区一定距离处的巷道周边掏槽构筑密闭墙Ⅲ和密闭墙Ⅳ，砌筑过程中将均压管穿过密闭墙，砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙以及均压管与墙体之间的缝隙充填密室，确保其不漏风。在回风巷侧构筑密闭墙Ⅳ的同时将两个压力传感器安装到位；

(6)构筑均压室，密闭墙Ⅲ构筑完成后，后退一段距离再次在巷道周边掏槽，构筑密闭墙Ⅰ和密闭墙Ⅱ，在构筑过程中在巷道底板修筑U型槽，使U型槽跨过密闭墙Ⅰ和密闭墙Ⅱ。砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙充填密实，确保其不漏风，均压室形成。

采空区注氮均压防漏风方法，如图1、图2所示，包括密闭墙、均压室、均压管10、U型槽13、注氮室7、注氮管4、压力传感器8及矿用阻燃电缆12等；在工作面的进风巷和回风巷分别构筑密闭墙；在采空区14布置均压管10，并使均压管10穿过密闭墙Ⅲ6和密闭墙Ⅳ9，此时，进风巷与回风巷的均压室5相连通，从而使进、回风两侧的压力相近或相等，减少采空区漏风。同时，将注氮管4沿回风巷布置，穿过密闭墙Ⅰ2、密闭墙Ⅱ3、密闭墙Ⅲ6，将注氮口引至密闭墙Ⅲ6与密闭墙Ⅳ9之间，形成注氮室7。在密闭墙Ⅳ9的两侧安装压力传感器8，通过压力传感器8控制注氮管上的阀门，当注氮室压力小于采空区一侧压力时，注氮控制阀1自动打开，向注氮室注氮，当注氮室压力大于或等于采空区一侧压力时注氮控制阀1自动关闭，从而避免新鲜风流流入采空区，达到预防采空区自然发火的目的。

砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙以及注氮管4和均压管10与墙体之间的缝隙充填密实，确保其不漏风。

为了防止均压室5中积水，在密闭墙Ⅰ2和密闭墙Ⅱ3下方设置有U型槽13，积水可通过U型槽13排出均压室。

均压管10所用材料为钢管，直径为100mm，具有较高强度、耐腐蚀、内壁光滑等特点。在均压室5中均压管10的端口和注氮管4呈水平状态，避免煤岩块落入，堵塞通道，在满足需求的情况下其长度应尽量短，且在埋管过程中转弯处要平滑过渡。

本发明主要应用于封闭采空区时，防止采空区漏风，预防采空区发生自然发火。主要内容为在进风巷和回风巷分别铸造密闭墙，形成两个均压室5，并用均压管将两个均压室5连通，降低工作面两端压差，实现均压，从而使采空区漏风量减少。与此同时，在回风巷道中，密闭墙Ⅲ6与密闭墙Ⅳ9之间，形成注氮室4，通过密闭墙Ⅳ9两侧的压力传感器8，控制注氮管上的阀门(即注氮控制阀1)，当注氮室压力小于采空区一侧压力时，注氮控制阀1自动打开，向注氮室注氮，当注氮室压力大于或等于采空区一侧压力时注氮控制阀1自动关闭，从而避免新鲜风流流入采空区，防止采空区漏风。本发明可实现预防采空区自然发火的目的。

实施例一：

相邻工作面采空区注氮均压防漏风方法包括以下步骤：

(1)确定施工方案，调研工作面具体情况，选择合适的施工地点，并确定密闭墙施工地点、注氮口位置。由于工作面Ⅰ(图3中上部的采空区对应的工作面)与工作面Ⅱ(图3中下部的采空区对应的工作面)相邻，且工作面Ⅱ的相对位置较高，因此在施工过程中将工作面Ⅰ回风巷的均压室5与工作面Ⅱ进风巷的均压室5通过联络巷11串联，在工作面Ⅱ的回风巷构筑注氮室7，可以理解的是，联络巷11的两侧是煤体15；

(2)施工准备，将均压管10、压力传感器8、矿用阻燃电缆12、注氮控制阀1以及构筑密闭墙所需要的各种砖石和水泥砂浆等运输至施工地点；

(3)铺设均压管10，在工作面Ⅰ和工作面Ⅱ沿煤壁将均压管10铺设到位，使其平直整齐；

(4)铺设注氮管4，将注氮管1沿工作面Ⅱ的回风巷铺设至选定的注氮口所在位置；

(5)构筑注氮室7，工作面搬家结束后，在两个工作面的进风巷和回风巷距离采空区一定距离处的巷道周边掏槽构筑密闭墙Ⅲ6和密闭墙Ⅳ9，砌筑过程中将均压管穿过密闭墙，砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙以及均压管与墙体之间的缝隙充填密室，确保其不漏风。在工作面Ⅱ的回风巷中构筑密闭墙Ⅳ的同时将两个压力传感器8安装到位，并使注氮管4穿过密闭墙Ⅲ6，注氮室7形成；

(6)构筑均压室5，密闭墙Ⅲ6构筑完成后，后退一段距离再次在四个巷道中，构筑密闭墙Ⅰ2和密闭墙Ⅱ3，在构筑过程中在巷道底板修筑U型槽，使U型槽13跨过密闭墙Ⅰ2和密闭墙Ⅱ3。砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙充填密室，确保其不漏风，均压室5形成。此时两个工作面的4条巷道内的均压室5相互连通，达到均压防火的目的。本实施例的结构图如图3所示。

实施例二：

采空区有多个通道相连接时，仅在进风巷和回风巷建筑密闭墙，形成均压室已不能达到均压的效果，需要将与采空区连通的所有通道均构筑密闭墙从而使所有巷道中的均压室串联起来，达到均压的目的。此处仅以低抽巷条件下采空区注氮均压防漏风方法的施工步骤进行阐述，步骤如下：

(1)确定施工方案，此工作面采空区有三条巷道相连通，分别为进风巷、回风巷和低抽巷，通过现场考察确定密闭墙施工地点，以及注氮室在低抽巷道中的位置；

(2)施工准备，将准备好的均压管、压力传感器、矿用阻燃电缆、注氮控制阀以及构筑密闭墙所需要的各种砖石和水泥砂浆等运输至施工地点；

(3)铺设均压管，在工作面采空区铺设均压管，均压管沿停采工作面煤壁铺设，使其平直整齐，并将均压管引致进风巷和回风巷中均压室所在位置；

(4)连通三个巷道中的均压管，在低抽巷内进行作业，使低抽巷与工作面之间形成通道，将均压管穿过此通道，到达工作左面，然后利用三通将工作面均压管与低抽巷均压管相互连通，并保证连接紧密不漏风；

(5)构筑注氮室，工作面搬家结束后，在进风巷和回风巷以及低抽巷内构筑密闭墙Ⅲ和密闭墙Ⅳ，砌筑过程中将均压管穿过密闭墙Ⅲ和密闭墙Ⅳ，砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙以及均压管与墙体之间的缝隙充填密室，确保其不漏风。在低抽巷构筑密闭墙Ⅳ的同时将两个压力传感器安装到位，在构筑密闭墙Ⅲ时，使注氮管沿低抽巷穿过密闭墙Ⅲ，使注氮口到达密闭墙Ⅲ与密闭墙Ⅳ之间，注氮室形成；

(6)构筑均压室，在三个巷道中，密闭墙Ⅲ构筑完成后，后退一段距离构筑密闭墙Ⅰ和密闭墙Ⅱ，在构筑过程中在巷道底板修筑U型槽，使U型槽跨过密闭墙Ⅰ和密闭墙Ⅱ。砌墙结束后要用水泥砂浆将墙面缝隙充填密室，确保其不漏风，均压室形成。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述防漏风结构包括回风巷单元、进风巷单元以及连通两个所述单元的均压管；

所述回风巷单元和所述进风巷单元均包括：

墙结构，所述墙结构包括自采空区至巷口方向依次设置的第一密闭墙、第二密闭墙、密闭墙单元；所述密闭墙单元包括两个以上密闭墙；所述墙结构与巷道围岩密封连接；

均压室，所述第二密闭墙与所述密闭墙单元之间的空间为所述均压室；

所述回风巷单元还包括：

注氮室，所述第二密闭墙与所述第一密闭墙之间的空间为所述注氮室；

注氮管，所述注氮管的注氮口设于注氮室内；

压力传感器，所述压力传感器设于所述第一密闭墙两侧的空间内。

2.根据权利要求1所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述均压室的地面下方设有U型槽，所述U型槽连通均压室与巷口地面。

3.根据权利要求1所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述均压管为钢管。

4.根据权利要求1所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，在均压室内，所述均压管的端口与所述注氮管均水平设置；

优选地，所述均压管从所述墙结构的底部穿过。

5.根据权利要求1所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述密闭墙单元的密闭墙之间的空间中填充有浆料。

6.根据权利要求1所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述回风巷单元和所述进风巷单元设于距离巷口0～15m的区域。

7.根据权利要求1所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述墙结构中的各墙体的厚度为1m，所述墙结构中相邻墙体之间的距离为1m。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的采空区注氮均压防漏风结构，其特征在于，所述防漏风结构还包括其他巷单元，所述其他巷单元中设有所述墙结构和所述均压室，所述均压管连通所有均压室。

9.一种采空区注氮均压防漏风系统，其特征在于，所述采空区注氮均压漏风系统包括两个以上如权利要求1～8中任一项所述的采空区注氮均压防漏风结构，所述进风巷的均压室与相邻的防漏风结构中的回风巷的均压室通过联络巷连通。

10.一种采空区注氮均压防漏风方法，其特征在于，所述采空区注氮均压防漏风方法采用如权利要求1～8中任一项所述的采空区注氮均压防漏风结构；

当注氮室压力小于采空区压力时，开启注氮控制阀，向注氮室内注氮；

当注氮室压力大于或等于采空区压力时，关闭注氮控制阀，停止注氮。

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