CN114704327A - 煤矿井下安全防控系统的辅件及防控工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿井下安全防控系统及方法，其包括设置在巷道部中的巷道支撑立柱及设置在巷道支撑立柱顶部的巷道支撑人字顶板；巷道支撑立柱与巷道支撑人字顶板的纵向截面为下方是矩形且上方是等腰三角形的形状；在巷道部设定距离处的巷道支撑人字顶板上铰接有安全门的上端，在巷道支撑人字顶板上设置有导向轮，安全门的下端连接有安全牵引钢丝的根部，安全牵引钢丝通过导向轮反向变向引出到设定安全距离外，在安全距离外，安全牵引钢丝通过挂环与插杆安装在对应的巷道部的巷道支撑人字顶板上；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下安全防控系统的辅件及防控工艺 ，母案名称煤矿井下安全防控系统及方法，专利号2020108419907，申请日：20200820。
背景技术
随着我国煤炭产量不断增加，新建、扩建矿井增多和开采强度、开采深度增大，煤矿安全事故出现了频发的局面。目前发生的矿井事故主要有火灾、透水、冒顶、瓦斯突出等，其中又以火灾事故尤为突出。
为切实加强我矿井上、下防灭火工作，预防内、外因火灾的发生，根据《煤矿安全规程》第215条规定，生产矿井必须制定井上、下防火措施。
矿井火灾是煤矿的五大灾害之一，它不仅会造成煤炭资源的损失，打乱各项生产衔接部署，而且还会造成瓦斯煤尘爆炸，严重危害矿井安全生产和企业经济效益，造成巨大的损失。矿井火灾的起因主要是地矿及井道空气中的可燃或助燃的O2、CO、CO2、H2S及CH4等气体的浓度达到一定限度后，并达到一定的温度条件而形成。煤矿中，特别是采空区内的气体浓度和温度是反映采空区自然发火危险性的一个绝对重要指标。
目前煤矿矿井火灾预警主要采用两种方法：1)分析火灾隐患点的气体成分和浓度，比如：束管气体分析系统、人工局部气体取样分析法等；2)温度监测预警方法，比如：煤炭自燃温度探测法和红外探测法等。目前采用的各种采空区等煤层自然发火预警技术都存在着一定的缺陷，还远远不能满足矿井火灾预警的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种煤矿井下安全防控系统及方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种煤矿井下安全防控系统 ，包括设置在巷道部中的巷道支撑立柱及设置在巷道支撑立柱顶部的巷道支撑人字顶板；
巷道支撑立柱与巷道支撑人字顶板的纵向截面为下方是矩形且上方是等腰三角形的形状；
在巷道部设定距离处的巷道支撑人字顶板上铰接有安全门的上端，在巷道支撑人字顶板上设置有导向轮，
安全门的下端连接有安全牵引钢丝的根部，安全牵引钢丝通过导向轮反向变向引出到设定安全距离外，在安全距离外，安全牵引钢丝通过挂环与插杆安装在对应的巷道部的巷道支撑人字顶板上；
当被安全牵引钢丝牵拉时，安全门水平位于设定距离内巷道支撑人字顶板的顶部；
当挂环与插杆分离后，安全门从水平下落到竖直状态，以密封隔断巷道部。
作为上述技术方案的进一步改进：
在地表上方设置有若干外部支撑架，外部支撑架下部扎根于非采空区处的上土层部处；
在外部支撑架顶部通过若干牵拉绳编织成柔性网格；
在巷道部上方的上土层部分布有若干位于柔性网格节点下方的工艺立孔；工艺立孔上端与大气连通，下端与巷道部连通；在工艺立孔中插有与上土层部接触的外护套部，在外护套部中插装有中间套管，在中间套管中插装有下端低于中间套管下端的内部套管，
在中间套管与内部套管之间具有环形通道，环形通道上端连接有横向设置在中间套管上的抽气管，在内部套管上端连接有中心送气泵，以通过中间套管向巷道部送入空气；
外护套部、中间套管及内部套管上端分别悬挂在悬吊支架上，悬吊支架上端通过带有拉力传感器的调整杆吊装在柔性网格的节点处；
悬吊支架下端连接有辅助支撑，辅助支撑下端安装在地表之上；
在中间套管下端设置有鸭嘴口部，
在外护套部、中间套管及内部套管之间的间隙设置有缓冲隔板；
外护套部下端连接有用于贴合在巷道部顶部的顶部网板，顶部网板位于巷道部的上方；在顶部网板与巷道部顶部还连接有锚杆；
外护套部通过背母或焊接件或铆接件或插接件与顶部网板连接；中间套管及内部套管下穿入巷道支撑人字顶板中。
外护套部包括外钻管、设置在外钻管中的外网孔套、设置在外网孔套中的外支撑管；
外连接板设置在外网孔套与外支撑管之间；
当外网孔套与外支撑管放入到工艺立孔中后，外钻管通过钻机驱动反向旋转取出；在外支撑管与工艺立孔之间灌浆并浸没部分外网孔套。
在巷道部旁开有应急通道，应急通道旁开有与设定距离的巷道部连接的巷道应急门；
应急通道通过等边三角形框架形成的棱柱支撑，等边三角形框架中拼接有辅助支撑，在等边三角形框架侧壁上分布网板，在网板上覆盖有塑料板；
在等边三角形框架中设置有应急传送链板，在应急传送链板上横向分布有挡板，在应急传送链板上定距离分布有氧气罐，以供躺在或趴在应急传送链板上的人员吸食，应急传送链板输出端及驱动部设置在井口部。
一种煤矿井下安全防控方法， 用于防控火灾或瓦斯爆炸；当发生火灾或瓦斯爆炸后， 防控方法如下；
S1，井下员工通过挂环与插杆分离，安全门在自重作用下从水平下落
到竖直状态，以将其所在巷道部与相邻的巷道部隔断；
S2，通过柔性网格对上土层部实现柔性牵拉，通过拉力传感器对土方下沉进行监控，通过调整杆调节各部牵拉力，使得土方下沉力得到分散，防止产生塌方；
S3，首先，通过中心送气泵及鸭嘴口部向发生瓦斯爆炸或火灾区单向送入二氧化碳进行阻燃，通过环形通道将爆炸或火灾产生的有毒气体及粉尘抽取，防止其扩散；其次，通过中心送气泵及鸭嘴口部向未发生瓦斯爆炸或火灾区单向送入空气或氧气并送入水，通过环形通道抽气进行气路循环，供滞留人员维持生命；
S4，当发生正向塌方，通过巷道支撑人字顶板承受并分散下沉力，通过巷道支撑立柱实现立柱支撑；当发生斜向塌方，通过巷道支撑人字顶板斜向下压，进行形成三角形支撑结构；
S5，滞留于其他巷道部的人员，打开巷道应急门，爬到应急传送链板上，通过急传送链板向井口部输送，并通过氧气罐吸食 。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
图1是本发明的使用结构示意图。
图2是本发明的巷道结构示意图。
图3是本发明的牵拉结构示意图。
图4是本发明的巷道内部结构示意图。
图5是本发明的套管使用结构示意图。
图6是本发明的应急结构示意图。
其中：1、上土层部；2、巷道部；3、巷道支撑立柱；4、巷道支撑人字顶板；5、安全门；6、导向轮；7、安全牵引钢丝；8、安全距离外；9、外部支撑架；10、牵拉绳；11、工艺立孔；12、外护套部；13、中间套管；14、抽气管；15、内部套管；16、中心送气泵；17、悬吊支架；18、调整杆；19、鸭嘴口部；20、顶部网板；21、锚杆；22、背母；23、外钻管；24、外连接板；25、外网孔套；26、外支撑管；27、应急通道；28、巷道应急门；29、应急传送链板；30、挡板；31、氧气罐；32、辅助支撑；33、井口部。
具体实施方式
如图1-6所示，本实施例的煤矿井下安全防控系统 ，包括设置在巷道部2中的巷道支撑立柱3及设置在巷道支撑立柱3顶部的巷道支撑人字顶板4；
巷道支撑立柱3与巷道支撑人字顶板4的横向截面为下方是矩形且上方是等腰三角形的形状；
在巷道部2设定距离处的巷道支撑人字顶板4上铰接有安全门5的上端，在人字顶板4上设置有导向轮6，
安全门5的下端连接有安全牵引钢丝7的根部，安全牵引钢丝7通过导向轮6反向变向引出到设定安全距离外8，在安全距离外8，安全牵引钢丝7的通过挂环与插杆安装在对应的巷道部2的巷道支撑人字顶板4上；
当被安全牵引钢丝7牵拉时，安全门5水平位于设定距离内巷道支撑人字顶板4的顶部；
当挂环与插杆分离后，安全门5从水平下落到竖直状态，以密封隔断巷道部2。
在地表上方设置有若干外部支撑架9，外部支撑架9下部扎根于非采空区处的上土层部1处；
在外部支撑架9顶部通过若干牵拉绳10编织成柔性网格；
在巷道部2上方的上土层部1分布有若干位于柔性网格节点下方的工艺立孔11；工艺立孔11上端与大气连通，下端与巷道部2连通；在工艺立孔11中插有与上土层部1接触的外护套部12，在外护套部12中插装有中间套管13，在中间套管13中插装有下端低于中间套管13下端的内部套管15，
在中间套管13与内部套管15之间具有环形通道，环形通道上端连接有横向设置在中间套管13上的抽气管14，在内部套管15上端连接有中心送气泵16，以通过中间套管13向巷道部2送入空气；
外护套部12、中间套管13及内部套管15上端分别悬挂在悬吊支架17上，悬吊支架17上端通过带有拉力传感器的调整杆18吊装在柔性网格的节点处；
悬吊支架17下端连接有辅助支撑，辅助支撑下端安装在地表之上；
在中间套管13下端设置有鸭嘴口部19，
在外护套部12、中间套管13及内部套管15之间的间隙设置有缓冲隔板；
外护套部12下端连接有用于贴合在巷道部2顶部的顶部网板20，顶部网板20位于巷道部的上方；在顶部网板20与巷道部2顶部还连接有锚杆21；
外护套部12通过背母22或焊接件或铆接件或插接件与顶部网板20连接；中间套管13及内部套管15下穿入巷道支撑人字顶板4中。
外护套部12包括外钻管23、设置在外钻管23中的外网孔套25、设置在外网孔套25中的外支撑管26；
外连接板24设置在外网孔套25与外支撑管26之间；
当外网孔套25与外支撑管26放入到工艺立孔11中后，外钻管23通过钻机驱动反向旋转取出；在外支撑管26与工艺立孔11之间灌浆并浸没部分外网孔套25。
在巷道部2旁开有应急通道27，应急通道27旁开有与设定距离的巷道部2连接的巷道应急门28；
应急通道27通过等边三角形框架形成的棱柱支撑，等边三角形框架中拼接有辅助支撑32，在等边三角形框架侧壁上分布网板，在网板上覆盖有塑料板；
在等边三角形框架中设置有应急传送链板29，在应急传送链板29上横向分布有挡板30，在应急传送链板29上定距离分布有氧气罐31，以供躺在或趴在应急传送链板29上的人员吸食，应急传送链板29输出端及驱动部设置在井口部33。
本实施例的煤矿井下安全防控方法， 用于防控火灾或瓦斯爆炸；当发生火灾或瓦斯爆炸后， 防控方法如下；
S1，井下员工通过挂环与插杆分离，安全门5在自重作用下从水平下落
到竖直状态，以将其所在巷道部2与相邻的巷道部2隔断；
S2，通过柔性网格对上土层部1实现柔性牵拉，通过拉力传感器对土方下沉进行监控，通过调整杆18调节各部牵拉力，使得土方下沉力得到分散，防止产生塌方；
S3，首先，通过中心送气泵16及鸭嘴口部19向发生瓦斯爆炸或火灾区单向送入二氧化碳进行阻燃，通过环形通道将爆炸或火灾产生的有毒气体及粉尘抽取，防止其扩散；其次，通过中心送气泵16及鸭嘴口部19向未发生瓦斯爆炸或火灾区单向送入空气或氧气并送入水，通过环形通道抽气进行气路循环，供滞留人员维持生命；
S4，当发生正向塌方，通过巷道支撑人字顶板4承受并分散下沉力，通过巷道支撑立柱3实现立柱支撑；当发生斜向塌方，通过巷道支撑人字顶板4斜向下压，进行形成三角形支撑结构；
S5，滞留于其他巷道部2的人员，打开巷道应急门28，爬到应急传送链板29上，通过急传送链板29向井口部33输送，并通过氧气罐31吸食 。
为了解决火灾瓦斯爆炸等灾害，在电控系统失灵的情况下，本发明在巷道部2通过将安全门的控制部分设置在相邻巷道中，从而实现对安全门利用自重下落密闭，由于安全部从爆炸区向非爆炸区铰接摆动，从而使得爆炸产生的压力外推作用下，使得安全门具有更好的隔绝与密封效果，防止烟气外溢。当瓦斯爆炸产生的上土层部1大面积下沉，巷道支撑立柱3与巷道支撑人字顶板4实现一级预案支撑，当产生偏斜的时候，巷道支撑立柱3会发生偏斜，但是通过巷道支撑人字顶板4可以保证人员具有一定生存空间。通过导向轮6实现安全门的开合方向发生变化，安全牵引钢丝7实现远程机械牵动，操作方便，安全距离外8可以根据经验值进行设定，外部支撑架9优选为塔体结构，地基深埋并夯实，其通过牵拉绳10形成网格，并斜拉实现大面积整体固定，调节方便，从而避免西北某地类似矿难的发生，其通过钻机加工工艺立孔11，从而使得巷道产生的应力得到释放，实现因为巷道、土方自重、风雨作用及地壳运动产生的下沉李，外护套部12实现外部支撑，中间套管13的套管结构节约空间，抽气管14实现对巷道内部的气体抽取，实现循环，内部套管15实现送入气体，中心送气泵16实现送入气体，当然，在巷道可配置风机提高循环效果，悬吊支架17实现悬吊，从而减小土方承受，调整杆18根据拉力传感器的数值调节管的高度与对土方的提拉力，利用柔性绳子实现土方在下沉过程中，具有一定自适应性与减速，从而使得土方的内力二次分配，减少或避免塌方，鸭嘴口部19实现单向送入，通过灌浆实现加固，顶部网板20与锚杆21对土方下部兜底，背母22实现紧固，外钻管23实现了支撑，外连接板24实现连接，外网孔套25通过灌浆与土方结合为一体，外支撑管26放置土方对内部管的挤压，应急通道27利用三棱柱，具有很高的支撑性以对抗下沉力，巷道应急门28为密封门，可以使得对应巷道内人员逃生，相比于传送带，应急传送链板29防火性好，通过振动防止伤者昏迷，挡板30避免打滑，氧气罐31实现临时供氧气并在井口快速更换，通过辅助支撑32提高整体强度，本发明实现了瓦斯爆炸、大面积塌方及井下断电后的有效防控。本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1. 一种煤矿井下安全防控系统的辅件 ，其特征在于：包括设置在巷道部（2）中的巷道支撑立柱（3） ；
在地表上方设置有若干外部支撑架（9），外部支撑架（9）下部扎根于非采空区处的上土层部（1）处；
在巷道部（2）上方的上土层部（1）分布有若干位于柔性网格节点下方的工艺立孔（11）；工艺立孔（11）上端与大气连通，下端与巷道部（2）连通；在工艺立孔（11）中插有与上土层部（1）接触的外护套部（12）；
外护套部（12）包括外钻管（23）、设置在外钻管（23）中的外网孔套（25）、设置在外网孔套（25）中的外支撑管（26）；
外连接板（24）设置在外网孔套（25）与外支撑管（26）之间；
当外网孔套（25）与外支撑管（26）放入到工艺立孔（11）中后，外钻管（23）通过钻机驱动反向旋转取出；在外支撑管（26）与工艺立孔（11）之间灌浆并浸没部分外网孔套（25）。
2. 根据权利要求1所述的煤矿井下安全防控系统的辅件 ，其特征在于：在巷道部（2）旁开有应急通道（27），应急通道（27）旁开有与设定距离的巷道部（2）连接的巷道应急门（28）；
应急通道（27）通过等边三角形框架形成的棱柱支撑，等边三角形框架中拼接有辅助支撑（32），在等边三角形框架侧壁上分布网板，在网板上覆盖有塑料板；
在等边三角形框架中设置有应急传送链板（29），在应急传送链板（29）上横向分布有挡板（30），在应急传送链板（29）上定距离分布有氧气罐（31），以供躺在或趴在应急传送链板（29）上的人员吸食，应急传送链板（29）输出端及驱动部设置在井口部（33）。
3. 一种煤矿井下安全防控工艺，其特征在于： 用于防控火灾或瓦斯爆炸；当发生火灾或瓦斯爆炸后， 防控方法如下；
S1,井下员工通过挂环与插杆分离，安全门（5）在自重作用下从水平下落
到竖直状态，以其所在巷道部（2）与相邻的巷道部（2）隔断；
S2，通过柔性网格对上土层部（1）实现柔性牵拉，通过拉力传感器对土方下沉进行监控，通过调整杆（18）调节各部牵拉力，使得土方下沉力得到分散，防止产生塌方；
S3，首先，通过中心送气泵（16）及鸭嘴口部（19）向发生瓦斯爆炸或火灾区单向送入二氧化碳进行阻燃，通过环形通道将爆炸或火灾产生的有毒气体及粉尘抽取，防止其扩散；其次，通过中心送气泵（16）及鸭嘴口部（19）向未发生瓦斯爆炸或火灾区单向送入空气或氧气并送入水，通过环形通道抽气进行气路循环，供滞留人员维持生命；
S4，当发生正向塌方，通过巷道支撑人字顶板（4）承受并分散下沉力，通过巷道支撑立柱（3）实现立柱支撑；当发生斜向塌方，通过巷道支撑人字顶板（4）斜向下压，进行形成三角形支撑结构；
S5，滞留于其他巷道部（2）的人员，打开巷道应急门（28），爬到应急传送链板（29）上，通过急传送链板（29）向井口部（33）输送，并通过氧气罐（31）吸食 。
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