CN114837728B - 关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法和防控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法和防控系统，实时检测矿井内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量；依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控，防控方法采用主动抽采和被动抑爆相结合的方法，主动抽采至少采用抽气方式和抽水方式之一进行防控，被动抑爆至少采用喷雾抑爆方式和注惰抑爆方式之一进行防控，本发明采用主动抽采和被动抑爆相结合的方法来防控关闭矿井瓦斯泄漏，减小瓦斯泄漏和防爆，提高关闭矿井的安全性。

Description

关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法和防控系统

技术领域

本发明属于废弃矿井瓦斯治理技术领域，具体涉及一种关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法和防控系统。

背景技术

随着我国能源结构性改革深入推进，大量经营亏损、灾害严重、资源枯竭的煤矿陆续关闭退出，大量矿井面临封闭，大部分废弃矿井井下巷道和矿井分别采用封闭墙和盖板的方式封闭。

虽然对矿井进行了封闭，但仍有部分封闭矿井存在不同程度的瓦斯泄漏现象，尤其在暴雨、地下水流动时，煤层中的水位上涨，煤层和矿井中储存瓦斯的有限空间体积变小，进而使得瓦斯压力增大、浓度增大、泄漏量增大。因此有必要对关闭矿井的瓦斯泄漏灾害进行防控。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法和防控系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法，包括如下步骤：实时检测矿井内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量；依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控，防控方法采用主动抽采和被动抑爆相结合的方法，主动抽采至少采用抽气方式和抽水方式之一进行防控，被动抑爆至少采用喷雾抑爆方式和注惰抑爆方式之一进行防控，具体方法为：若矿井内瓦斯浓度不超标、温度和氧含量在安全范围、而气压压力高于压力阈值时，则抽水和/或抽气；若矿井内瓦斯浓度超标且温度和氧含量在安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气，当气压压力高于压力阈值，则进行抽气和/或抽水；若矿井内瓦斯浓度超标且温度高于温度阈值且氧含量在安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气且喷雾，若气压压力高于压力阈值，则进行抽气、抽水和喷雾；若矿井内瓦斯浓度超标、温度低于温度阈值、氧含量高于安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气并注入惰性气体，当气压压力高于压力阈值，则进行抽气和抽水并注入惰性气体；若矿井内瓦斯浓度超标、温度高于温度阈值、氧含量高于安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气、喷雾并注入惰性气体，若气压压力高于压力阈值，则进行抽气、抽水、喷雾和注入惰性气体。

上述技术方案中，抽气以排除瓦斯，从根本上排出可燃物，减少泄漏绝对量；抽水以控制矿井内压力，控制从地面裂隙泄漏瓦斯的速度；喷雾抑爆以切断点火源，不至于引爆高浓度瓦斯；注入惰性气体以隔绝氧气，防爆。本发明采用主动抽采和被动抑爆相结合的方法来防控关闭矿井瓦斯泄漏，减小瓦斯泄漏和防爆，提高关闭矿井的安全性。

在本发明的一种优选实施方式中，抽气方式：通过设置抽气设备抽出矿井、地面裂隙和煤层裂隙中的瓦斯；抽水方式：通过设置抽水设备抽出矿井中的水；喷雾抑爆方式：通过设置喷雾抑爆设备喷出水雾以切断点火源；注惰抑爆方式：通过设置注惰抑爆设备向矿井中注入惰性气体。

在本发明的一种优选实施方式中，还需要检测地面裂隙处的瓦斯溢出量，若矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙处的瓦斯溢出量超出第一阈值时，进行抽气和/或抽水；若矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙处的瓦斯溢出量超出第二阈值时，第二阈值大于第一阈值，进行抽气和/或抽水并对地面裂隙进行封堵。

上述技术方案中，针对矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙有瓦斯溢出时，也采取了应对措施，以进一步提高关闭矿井的安全性。

在本发明的一种优选实施方式中，依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控的具体方法为：

F＝(f(η)+f(p))+100f(o_x)+1000f(T)

其中，

其中，η为检测的瓦斯浓度，η_标为瓦斯浓度安全阈值，p为检测的气压值，p_标为气压安全阈值，o_x为检测的含氧量，o_x标为含氧量浓度安全阈值，T为检测的温度，T_标为安全温度阈值；当F的数值大于2小于10时，采用抽气方式和/或抽水方式进行防控；当F数值大于10小于100，采用抽气方式和/或抽水方式、以及注惰抑爆方式；当F数值大于100，采用抽气方式和/或抽水方式、以及喷雾抑爆方式和/或注惰抑爆方式。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，包括传感器组、控制器及防灾设备，传感器组用于实时检测矿井内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量并传输给控制器，防灾设备包括主动抽采设备和被动抑爆设备，主动抽采设备包括抽气设备和抽水设备，被动抑爆设备包括喷雾抑爆设备和注惰抑爆设备；控制器依据本申请提供的防控方法进行防控。

在本发明的一种优选实施方式中，传感器组包括设在矿井内的瓦斯浓度传感器、温度传感器、气压传感器和氧气含量传感器，传感器组还包括用于检测地面裂隙瓦斯溢出量的传感器。

在本发明的另一种优选实施方式中，抽气设备包括抽气泵和与抽气泵入口连接的抽气管，抽气管插入矿井中。

在本发明的另一种优选实施方式中，抽水设备包括抽水泵和与抽水泵入口连接的抽水管，抽水管插入矿井的水淹线以下。

在本发明的另一种优选实施方式中，喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的加压泵，加压泵的出口连接有输水管，输水管连接有若干沿其长度方向间隔设置的雾化喷头；或者喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的雾化泵，雾化泵的出口连接有输送管；或者喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的加压泵、以及与加压泵连接的超声波雾化器，超声波雾化器的出口连接有输送管。

在本发明的另一种优选实施方式中，注惰抑爆设备包括储存惰性气体的储气罐、与储气罐连接的输送惰性气体的气泵、以及与气泵连接的输气管，输气管能够插入矿井中。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：矿井10、封堵11、水淹线12、煤层20、地表层30、裂隙31、传感器组40、抽气设备50、抽气泵51、抽气管52、抽水设备60、抽水泵61、抽水管62、喷雾抑爆设备70、水管71、加压泵72、输水管73、雾化喷头74、喷雾阀75、注惰抑爆设备80、储气罐81、气泵82、输气管83。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

本实施例提供了一种关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法。在一种优选实施方式中，该防控方法包括如下步骤:实时检测矿井内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量；依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控，防控方法采用主动抽采和被动抑爆相结合的方法，其中主动抽采至少采用抽气方式和抽水方式之一进行防控，被动抑爆至少采用喷雾抑爆方式和注惰抑爆方式之一进行防控。其中，抽气可以排除瓦斯，从根本上排出可燃物，减少泄漏绝对量；抽水可以控制矿井内压力，控制从地面裂隙泄漏瓦斯的速度；喷雾抑爆可以切断点火源，不至于引爆高浓度瓦斯；注惰为注入惰性气体，可以隔绝氧气，防爆。

具体地，该防控方法为：

若矿井内瓦斯浓度不超标、温度和氧含量在安全范围、而气压压力高于压力阈值时，应采取降低矿井气压的方式，具体可进行抽水和/或抽气，将矿井中气压降至安全压力阈值以下，减少甚至避免瓦斯泄露。

若矿井内瓦斯浓度超标且温度和氧含量在安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气，以排出矿井内的瓦斯，将瓦斯浓度降低至安全阈值以下；当气压压力高于压力阈值，则进行抽气和/或抽水，将矿井中气压降至安全压力阈值以下。

若矿井内瓦斯浓度超标且温度高于温度阈值且氧含量在安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气且喷雾，排出瓦斯的同时切断点火源；若气压压力高于压力阈值，则进行抽气、抽水和喷雾，排出瓦斯、控制矿井内压力的同时切断点火源。

若矿井内瓦斯浓度超标、温度低于温度阈值、氧含量高于安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气并注入惰性气体，排出瓦斯的同时隔绝氧气防爆；当气压压力高于压力阈值，则进行抽气和抽水并注入惰性气体，排出瓦斯、控制矿井内压力的同时隔绝氧气防爆。

若矿井内瓦斯浓度超标、温度高于温度阈值、氧含量高于安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气、喷雾并注入惰性气体，排出瓦斯、切断点火源的同时隔绝氧气防爆；若气压压力高于压力阈值，则进行抽气、抽水、喷雾和注入惰性气体，排出瓦斯、控制矿井内压力切断点火源的同时隔绝氧气防爆。

在本实施例中，抽气方式是通过设置抽气设备抽出矿井、地面裂隙和煤层裂隙中的瓦斯；抽水方式是通过设置抽水设备抽出煤层矿井中的水；喷雾抑爆方式是通过设置喷雾抑爆设备喷出水雾以切断点火源；注惰抑爆方是通过设置注惰抑爆设备向矿井中注入惰性气体。

在另一优选的实施方式中，该防控方法还需要检测地面裂隙处的瓦斯溢出量，若矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙处的瓦斯溢出量超出第一阈值(瓦斯少量泄漏的情况)时，进行抽气(以排除瓦斯，减少泄漏绝对量)和/或抽水(降低矿井内压力，以控制地面裂隙泄漏瓦斯的速度)；若矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙处的瓦斯溢出量超出第二阈值时，第二阈值大于第一阈值(瓦斯突然泄漏较多)，进行抽气和/或抽水并对地面裂隙进行封堵(具体可发出警报，由工人进行封堵)，以减小瓦斯泄漏。

在另一优选的实施方式中，依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控的具体方法为：

F＝(f(η)+f(p))+100f(o_x)+1000f(T)

其中，

其中，η为检测的瓦斯浓度，η_标为瓦斯浓度安全阈值，p为检测的气压值，p_标为气压安全阈值，o_x为检测的含氧量，O_x标为含氧量浓度安全阈值，T为检测的温度，T_标为安全温度阈值；

F为目标函数，当F的数值大于2小于10时，采用抽气方式和/或抽水方式进行防控；当F数值大于10小于100，采用抽气方式和/或抽水方式、以及注惰抑爆方式；当F数值大于100，采用抽气方式和/或抽水方式、以及喷雾抑爆方式和/或注惰抑爆方式。

实施例二

本实施例提供了一种关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，如图1所示，在一种优选实施方式中，该防控系统包括传感器组40、控制器及防灾设备，传感器组40用于实时检测矿井10内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量并传输给控制器，防灾设备包括主动抽采设备和被动抑爆设备，主动抽采设备包括抽气设备50和抽水设备60，被动抑爆设备包括喷雾抑爆设备70和注惰抑爆设备80，控制器依据实施例一的防控方法进行防控。

在本实施例中，传感器组40包括设在矿井10内的瓦斯浓度传感器、温度传感器、气压传感器和氧气含量传感器，传感器组40还包括用于检测地面裂隙瓦斯溢出量的传感器，使得该防控系统可根据地面裂隙处的瓦斯溢出量来选择具体的防控方法。

在本实施例中，抽气设备50包括抽气泵51和与抽气泵51入口连接的抽气管52，抽气泵51设在矿井10外，抽气管52穿过封堵11而插入矿井10中。抽气泵51工作，抽气泵51通过抽气管52将矿井10中的瓦斯抽出，与矿井相通的煤层裂隙和地面裂隙中的瓦斯也会被抽出。

在本实施例中，抽水设备60包括抽水泵61和与抽水泵61入口连接的抽水管62，抽水泵61设在矿井10外，抽水管62穿过封堵11而插入矿井10中的水淹线12以下，将矿井10内的水抽出，以控制矿井10内的气压，控制瓦斯从裂隙31泄漏的速度。

在本实施例中，喷雾抑爆设备70包括通过水管71与水源连接的加压泵72，水源可以是水库、水龙头或者水箱，加压泵72设在矿井10外，加压泵72的出口连接有输水管73，输水管73连接有若干沿其长度方向间隔设置的雾化喷头74。输水管73的数量为多根，多根输水管73并联设置，每根输水管73是均设有雾化喷头74，每根输水管73上均设有控制通道的喷雾阀75，喷雾阀75位于雾化喷头74的上游。根据实际情况，将输水管73铺设在地面裂隙处和插入矿井10中。

需要说明的是，喷雾抑爆设备70也可采用现有的其他结构，比如喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的雾化泵，雾化泵的出口连接有输送管，水经雾化泵雾化，输送管排出水雾以切断点火源；又比如喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的加压泵、以及与加压泵连接的超声波雾化器，超声波雾化器的出口连接有输送管，水由加压泵输送，并由超声波雾化器雾化，输送管排出水雾以切断点火源。

在本实施例中，注惰抑爆设备80包括储存惰性气体的储气罐81、与储气罐81连接的输送惰性气体的气泵82、以及与气泵82连接的输气管83，储气罐81和气泵82设在矿井10外，输气管83穿过封堵11而插入矿井10中。惰性气体进入矿井10中，并通过矿井10进入煤层裂隙和地面裂隙以隔绝氧气。

在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法，其特征在于，包括如下步骤：

实时检测矿井内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量；

依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控，所述防控方法采用主动抽采和被动抑爆相结合的方法，所述主动抽采至少采用抽气方式和抽水方式之一进行防控，所述被动抑爆至少采用喷雾抑爆方式和注惰抑爆方式之一进行防控，具体方法为：

若矿井内瓦斯浓度不超标、温度和氧含量在安全范围、而气压压力高于压力阈值时，则抽水和/或抽气；

若矿井内瓦斯浓度超标且温度和氧含量在安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气，当气压压力高于压力阈值，则进行抽气和/或抽水；

若矿井内瓦斯浓度超标且温度高于温度阈值且氧含量在安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气且喷雾，若气压压力高于压力阈值，则进行抽气、抽水和喷雾；

若矿井内瓦斯浓度超标、温度低于温度阈值、氧含量高于安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气并注入惰性气体，当气压压力高于压力阈值，则进行抽气和抽水并注入惰性气体；

若矿井内瓦斯浓度超标、温度高于温度阈值、氧含量高于安全范围时，当气压压力低于压力阈值，则抽气、喷雾并注入惰性气体，若气压压力高于压力阈值，则进行抽气、抽水、喷雾和注入惰性气体。

2.根据权利要求1所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法，其特征在于，

所述抽气方式：通过设置抽气设备抽出矿井、地面裂隙和煤层裂隙中的瓦斯；

所述抽水方式：通过设置抽水设备抽出矿井中的水；

所述喷雾抑爆方式：通过设置喷雾抑爆设备喷出水雾以切断点火源；

所述注惰抑爆方式：通过设置注惰抑爆设备向矿井中注入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法，其特征在于，还需要检测地面裂隙处的瓦斯溢出量，若矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙处的瓦斯溢出量超出第一阈值时，进行抽气和/或抽水；若矿井内瓦斯浓度不超标但地面裂隙处的瓦斯溢出量超出第二阈值时，第二阈值大于第一阈值，进行抽气和/或抽水并对地面裂隙进行封堵。

4.根据权利要求1所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控方法，其特征在于，依据矿井内瓦斯浓度、气压、温度、氧气含量进行防控的具体方法为：

F＝(f(η)+f(p))+100f(o_x)+1000f(T)

其中，

其中，η为检测的瓦斯浓度，η_标为瓦斯浓度安全阈值，p为检测的气压值，p_标为气压安全阈值，O_x为检测的含氧量，O_x标为含氧量浓度安全阈值，T为检测的温度，T_标为安全温度阈值；

当F的数值大于2小于10时，采用抽气方式和/或抽水方式进行防控；

当F数值大于10小于100，采用抽气方式和/或抽水方式、以及注惰抑爆方式；

当F数值大于100，采用抽气方式和/或抽水方式、以及喷雾抑爆方式和/或注惰抑爆方式。

5.一种关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，其特征在于，包括传感器组、控制器及防灾设备，所述传感器组用于实时检测矿井内瓦斯浓度、气压、温度和氧气含量并传输给控制器，所述防灾设备包括主动抽采设备和被动抑爆设备，所述主动抽采设备包括抽气设备和抽水设备，所述被动抑爆设备包括喷雾抑爆设备和注惰抑爆设备；

所述控制器依据权利要求1-4任一项所述的防控方法进行防控。

6.根据权利要求5所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，其特征在于，所述传感器组包括设在矿井内的瓦斯浓度传感器、温度传感器、气压传感器和氧气含量传感器，所述传感器组还包括用于检测地面裂隙瓦斯溢出量的传感器。

7.根据权利要求5或6所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，其特征在于，所述抽气设备包括抽气泵和与抽气泵入口连接的抽气管，所述抽气管插入所述矿井中。

8.根据权利要求5或6所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，其特征在于，所述抽水设备包括抽水泵和与抽水泵入口连接的抽水管，所述抽水管插入矿井的水淹线以下。

9.根据权利要求5或6所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，其特征在于，所述喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的加压泵，所述加压泵的出口连接有输水管，输水管连接有若干沿其长度方向间隔设置的雾化喷头；

或者所述喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的雾化泵，雾化泵的出口连接有输送管；

或者所述喷雾抑爆设备包括通过水管与水源连接的加压泵、以及与加压泵连接的超声波雾化器，所述超声波雾化器的出口连接有输送管。

10.根据权利要求5或6所述的关闭矿井瓦斯泄漏灾害防控系统，其特征在于，所述注惰抑爆设备包括储存惰性气体的储气罐、与储气罐连接的输送惰性气体的气泵、以及与气泵连接的输气管，所述输气管能够插入矿井中。

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