CN1693675B - 全自动煤矿瓦斯预警防爆系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全自动煤矿瓦斯预警防爆系统，是在井下主要巷道和采掘工作面中设置有温度报警器、瓦斯报警器、监视器、灭火器、消防主水管、喷水管和线缆，温度报警器、瓦斯报警器、监视器和灭火器通过控制线与地面监控计算机连接组成预警防爆系统，消防主水管通过磁控阀与喷水管连接，消防主水管与地面高压泵站连接。本发明的煤矿瓦斯全自动预警防爆系统和现有技术相比，具有设计合理、结构简单、 安全可靠、使用方便、易于维护等特点，将是矿山的必备安全生产设备，广泛推广使用，可大幅度减少矿难事故的发生，因而，具有很好的推广使用价值。

Description

全自动煤矿瓦斯预警防爆系统

1、技术领域

本发明涉及一种煤矿安全生产预警防灾技术，具体地说是一种预警、预防和抢险为一体的煤矿瓦斯全自动预警防爆系统。

2、背景技术

地下开采的煤矿由于煤层赋存条件及矿山生产条件限制，均存在瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤尘爆炸的灾害危险。瓦斯是井下可爆可燃有害气体的总称，主要成分是甲烷，又称沼气。瓦斯是一种天然的与煤共生的可燃气体(如天然气、煤层气)，我国煤炭部门称之为煤层瓦斯，即贮存在地下煤层中的天然气。瓦斯突出是指随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤层气而造成的一种地质灾害。煤矿开采深度越深，瓦斯瞬间释放的能量也会越大。

通常在大量的有害气体瞬间涌入后，会形成窒息，不一定会发生爆炸事故。但是，如果出现以下三种情况后，就会引发爆炸事故。一、是空气中氧气含量达到12％以上；二、是瓦斯浓度达到5％-16％之间；三是遇到明火，点火温度达到650摄氏度以上。空气中瓦斯的浓度在5.3％至14％时，有明火的情况下就能发生爆炸，大于这种浓度只会燃烧。这种爆炸从理论上来分析，属于混合气体爆炸，它是由可燃性气体甲烷和助燃气体氧气以适当的浓度混合，由于燃烧波或爆炸波的传播而引起的。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，爆炸产生的冲击波会扬起大量煤尘使之参与爆炸和燃烧，产生更大的破坏力。另外，爆炸燃烧不仅耗尽空气中的氧气，还会产生大量的有害气体，造成人员中毒、窒息死亡。

新建与开采多年的井下煤矿，大巷内及各运输巷道的底版及巷道壁均积满煤尘，煤尘以相当的厚度附着在巷道壁上。煤尘参与瓦斯爆炸的情况是连续的，并向外部延续。由于矿山通风系统是由进风井进新风，新风经大巷和采场，再由出风井抽出。由风井进入井下的新风是迎着瓦斯爆炸的方向运动的。由于空气中的含氧量为21％，该含氧量明显大于瓦斯爆炸12％的临界含氧气量。就是说充分的通风，加剧了瓦斯爆炸后，所点燃的煤尘燃烧，越是靠近进新风的位置，燃烧越剧列。故使整个大巷成为火筒。使抢险人员无法下井进行抢险、救护工作。瓦斯、煤尘爆炸是形成重、特大瓦斯爆炸事故的关键所在。这就是煤矿瓦斯产生、爆炸、爆炸后抢险、救护困难的基本机理和原因。

根据中华全国总工会的诸多专家曾参与过几次重、特大瓦斯爆炸事故的调查工作。据他们介绍，瓦斯突出在防治瓦斯技术中是一个世界性的难题，目前还不能做到完全防范。随着国内煤矿开采深度和瓦斯浓度的不断增加，瓦斯突出及爆炸事故有逐年增加的态势。

从2003年国有煤矿共发生重特大，一次死亡3人以上的瓦斯事故44起、死亡520人、重伤人数47人。其中：一次死亡3～9人的重大事故31起、死亡146人、重伤19人；一次死亡10～29人特大事故9起、死亡155人、重伤13人；一次死亡30人以上特别重大事故多起、死亡219人、重伤15人。到2004年12月1日上午陈家山煤矿井下发生的一次死亡166人的特、重大瓦斯爆炸事故。而在此前一个多月的时间里，河南大平煤矿和平顶山新生煤矿两起特大瓦斯爆炸事故共造成了181名矿工遇难，可以看出瓦斯爆炸事故发展的严峻趋势。再看2005年2月14日15时辽宁孙家湾瓦斯爆炸203人遇难的惨状。每年重、特大瓦斯爆炸事故直线上升，每次死亡人数成倍增加。可想我国现有煤矿瓦斯防爆措施与检测手段到了该总结和上个新台阶的时候了。

现有的煤矿瓦斯检测和防爆只是注重检测仪器精度的提高、但对实际发生的瓦斯突出与爆炸便是无能为力了。对将要发生的特、重大瓦斯爆炸更是束手无策。更谈不上瓦斯爆炸发生后的抢险、救护。

3、发明内容

本发明的目的是克服上述缺点，提供一种具有预警功能的煤矿瓦斯全自动防爆系统。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，在井下开采的煤矿矿井内的采煤工作面、回风巷、工作面上的偶角、采煤机、低瓦斯矿井的煤巷、半岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面、高瓦斯煤(岩)与瓦斯突出矿井的煤巷、半岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面、局部通风机前、掘进机、在回风流机电设备峒室的进风侧、高瓦斯矿井进风的主要运输巷内，使用架线电机车时装煤点、瓦斯涌出巷道的下风流中、测风站、通风机的风峒等处均设置瓦斯检测报警器、温度报警器可控式灭火器和可控式除尘降温喷淋装置。瓦斯报警器、温度报警器、可控式灭火器和可控式除尘降温喷淋装置的控制线通过线缆与地面总控制中心计算机连接并通过显示屏幕显示监控。所有井下的瓦斯静动态浓度均由地面控制中心计算机监控记录，并通过屏幕显示。如果井下的某处瓦斯或温度即将超出规定数值，装置会及时发出报警并加强井下通风的同时，启动除尘降温喷淋装置对报警点周边的采掘工作面和主要运输巷进行长时间的高压喷淋增湿降温除尘。如果井下的某处一旦发生瓦斯爆炸，爆炸点以及爆炸气浪所能经过的大巷中的灭火器会立即启动，对爆炸焰气进行围堵。由于采用定时喷水除尘降温和温控实时除尘喷水降温增湿，消除了煤尘的助燃，因此可将局部瓦斯的爆炸危害降低到最小程度。同时在高压喷淋和灭火器的作用下主要巷道可保持畅通无阻，为抢险人员提供了安全抢险救灾通道，将人员伤亡和财产损失降低到最小。

本发明的优点是：

(1)由瓦斯报警器、温度报警器和监视器组成的预警设备通过数据线缆与地面总控制中心计算机相连。井下各处的瓦斯、温度和人员情况均由总控制计算机记录并通过屏幕显示，组成多路冗余预警。根据设定值当某处超限时瞬间报警，在提示人们避险的同时，自动井下喷水除尘降温处理，避免瓦斯爆炸。即使发生瓦斯爆炸，也可防止热一链式反应，即瓦斯爆炸后的链锁反应，防止瓦斯爆炸后引起煤尘参与爆炸燃烧，使灾情减小到最低程度。自动高压喷水装置的使用可改变以往瓦斯爆炸后抢险人员无法进入现场进行抢险的被动局面。为抢险人员进入出事点打开安全通道。

(2)一旦某处发生瓦斯爆炸，灭火器在温度报警器的控制下启动扑灭爆炸源，灭火剂直接将采煤工作面和掘进工作面覆盖，瞬间控制局面，避免灾情蔓延。

(3)监控预警实行集中管理，智能控制，彻底改变使用便携式瓦斯检查仪人工随机检查的误查、数据误差、报告延时、防爆措施滞后的弊端。

(4)地面中央总控制室与井下的检测、监视报警设备组成全方位矿山瓦斯防爆，提高了矿山生产的安全程度，增加了下井工人的安全感。多路冗余防爆提供了后备防爆能力，改变了目前人们对煤矿瓦斯爆炸引起的煤尘爆炸束手无策的局面和恐惧感。

4、附图说明

附图为具有预警功能的煤矿瓦斯全自动防爆系统的结构示意图。

附图中的标记分别表示；温度报警器1、瓦斯报警器2；监视器3；灭火器4；喷水管5；消防主水管6、控制线7；磁控阀8；地面监控计算机9；高压泵站10；巷道11；采掘工作面12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具有预警功能的煤矿瓦斯全自动防爆系统作以下详细说明。

如附图所示，本发明的全自动煤矿瓦斯预警防爆系统是将温度报警器1、瓦斯报警器2、多媒体监视器3、灭火器4、高压喷水装置设置在井下各主巷道11和采掘工作面12中，通过控制线7与地面监控计算机9连接组成检测、预警和防爆消防系统，昼夜对井下的生产环境和安全状况进行自动监控防爆管理：在系统中(1)喷水装置是由喷水管5、磁控阀8、消防主水管6和地面高压泵站10组成，喷水管5通过磁控阀8与消防主水管6连接，消防主水管6与地面高压泵站10连接，高压喷水装置的工作受温度报警器1和地面监控计算机9控制；(2)灭火器4的工作受温度报警器1控制和地面监控计算机9控制用于爆时阻燃灭火；(3)温度报警器1、瓦斯报警器2、监视器3分区多点设置在巷道11、采掘工作面12的顶部或侧壁上用于多媒体通讯和给地面监控计算机9采集管理信息。

灭火器4可选用采用电控式泡沫灭火器、电控干粉灭火器、电控式干粉灭火弹或明火引爆式干粉灭火弹。

灭火器4和喷水管5在主要巷道11和采掘工作面12的两侧壁或顶部上采用分区多点相对设置，其灭火剂和喷淋水的覆盖范围为采掘工作面12的全部空间和瓦斯爆燃点开始火焰所能经过的巷道11的全部空间。

高压喷水装置平时用于定时对巷道11和采掘工作面12进行降温除尘，爆时集中消防阻爆、阻烟、除尘和开辟救灾通道。

多媒体监视器3平时用于监管安全生产，实况录像。爆时用于查验灾情，组织抢险救灾，保障井上井下通讯联络，事后录像资料用于调查事故原因，消除事故隐患和杜绝事故发生。

实施例

如附图所示，温度检测报警器和瓦斯报警器是装置的耳目，它通过自身的温度传感器和瓦斯浓度传感器检测井下的空气中瓦斯的含量和环境温度，并通过数据线缆将瓦斯浓度和温度的动态数据传给地表总控制室的监控计算机，进行数据分析处理，同时将井下各处瓦斯、温度、人员活动状况显示在大屏幕上。

在井下不管任何原因引起的任何位置明火点、瓦斯爆炸点，防爆灭火器瞬间自动启动。与明火点和爆炸点相邻的灭火器也会在监控计算机的控制下立即依次启动形成立体灭火阻火屏障。

一旦井下有爆炸事故发生，监控计算机会自动启动高压供水泵站，所有主要巷道的高压喷水装置全部打开，保证抢险和救护安全畅通。

本发明的系统中所使用的温度报警器、瓦斯报警器、监视器、消防主水管、喷水管和线缆总成以及监控计算机均为矿山通用设备和标准通讯器材。安装施工为通用技术，按说明书附图所示施工即可。

灭火器可选用市售的电控一次性使用或重复使用的，比如电控泡沫灭火器、电控干粉灭火器等等，电控灭火弹或明火引爆式灭火弹多为一次性使用。所谓可控是指温度报警器探测到火源时直接向灭火器的执行机构发出灭火指令，启动开关让灭火剂向外喷射，温度报警器也可信息给监控计算机，由监控计算机发出指令控制灭火器工作，或当火源即将到达某段区域时监控计算机自动提前控制启动灭火器喷射灭火剂阻止火焰蔓延。

多媒体监视器的作用是为地面监控计算机提供井下安全状况的实际图像，通过监视器全方位监视井下各个场点的安全生产，并通过监视器附带对讲通讯设备及时制止矿工的违章操作、野蛮生产、乱用明火等违章行为，监视录像录音经计算机存储，为事故发生后勘查现场，调查事故原因提供真实有力的依据。多媒体监视器可选用市售的具有红外夜视功能的通用产品，一旦事故发生后，在照明状况不良的情况下依旧以照常监视井下的情况，掌握事故具体破坏程度和范围，为抢险救灾人员实施排险，人员抢救提供宝贵的图像和声音信息。

本发明的煤矿瓦斯全自动预警防爆装置和现有技术相比，具有设计合理、结构简单、安全可靠、使用方便、易于维护等特点，将是矿山的必备安全生产设备，广泛推广使用，可大幅度减少矿难事故造成的人员伤亡和财产损失，因而，具有很好的推广使用价值。

Claims (5)

1.全自动煤矿瓦斯预警防爆系统，其特征在于温度报警器、瓦斯报警器、多媒体监视器、灭火器、高压喷水装置设置在井下主巷道和采掘工作面中，并通过控制线与地面监控计算机连接组成检测、预警和防爆消防系统，昼夜对井下的生产环境和安全状况进行自动监控防爆管理：在系统中(1)高压喷水装置是由高压喷水管、磁控阀、消防主水管和地面高压泵站组成，高压喷水管通过磁控阀与消防主水管连接，消防主水管与地面高压泵站连接，高压喷水装置的工作受温度报警器和地面监控计算机控制；(2)灭火器的工作受温度报警器控制和地面监控计算机控制用于爆时阻燃灭火；(3)温度报警器、瓦斯报警器、监视器分区多点设置在主巷道、采掘工作面的顶部或侧壁上用于多媒体通讯和给地面监控计算机采集管理信息。

2.根据权利要求1所述的全自动煤矿瓦斯预警防爆系统，其特征在于灭火器是电控式泡沫灭火器、电控式干粉灭火器、电控式干粉灭火弹或明火引爆式干粉灭火弹。

3.根据权利要求1所述的全自动煤矿瓦斯预警防爆系统，其特征在于灭火器和喷水管在主巷道两侧壁或顶部上采用分区多点相对设置，其灭火剂和喷淋水的覆盖范围为采掘工作面的全部空间或瓦斯爆燃点开始火焰所能经过的主巷道的全部空间。

4.根据权利要求1所述的全自动煤矿瓦斯预警防爆系统，其特征在于高压喷水装置平时用于定时对主巷道和采掘工作面进行降温除尘，爆时集中消防阻爆、阻烟、除尘和开辟救灾通道。

5.根据权利要求1所述的全自动煤矿瓦斯预警防爆系统，其特征在于多媒体监视器平时用于监管安全生产，实况录像，爆时用于查验灾情，组织抢险救灾，保障井上井下通讯联络，事后录像资料用于调查事故原因，消除事故隐患和杜绝事故发生。

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