專利名稱：充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤礦井下瓦斯事故的防治技術，尤其涉及充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法。
背景技術：
煤礦瓦斯事故防治技術，傳統(tǒng)的方法是在一定通風條件下，將大氣引入采掘空間， 通過對采掘空間的混合氣體中的瓦斯?jié)舛冗M行人員檢查及設備監(jiān)測監(jiān)控，同時對井下引燃源進行控制的方法來防治瓦斯事故。但是對瓦斯?jié)舛鹊目刂菩Ч^差，時有超限，引燃源也時有產(chǎn)生，故瓦斯事故頻發(fā)，每年全國發(fā)生瓦斯事故導致的死亡人數(shù)在千人以上，因此瓦斯防治是煤礦安全生產(chǎn)的重點。本發(fā)明適用于1、采掘自動化程度高的礦井生產(chǎn)條件；2、維修人員必須要攜帶氧氣呼吸器進入作業(yè)空間。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法，其目的是提高防治煤礦瓦斯事故安全性并創(chuàng)造一個節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)條件。技術方案如下1、在礦井下設置一段隔離間將有瓦斯的采掘空間與外界空氣隔離，將采掘空間進行相對封閉，使大氣中的氧氣與采掘空間斷絕聯(lián)系。隔離間由兩道密封性能良好的間距不小于20米的隔離門、相關調控設施及巷道組成，其空間由濃度不低于99%氮氣源進行置換充填，充填后的隔離間氣體氮氣濃度按不低于95%進行管理。2、采掘空間的主要介質在隔離間剛建成的開始階段置換為氮氣。隨著采掘工作的進行，瓦斯(CH4)濃度不斷增大，氮氣(N2)濃度將不斷下降。3、安裝一套氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對隔離間的氮氣濃度和采掘空間的氧氣濃度進行管理。4、為防止隔離間的氮氣濃度因各種因素下降至95%以下，對隔離間設置一個氮氣濃度檢測儀，通過氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行管理。5、為避免氧氣(O2)有可能通過裂隙、水體、溶洞及采空區(qū)等途徑介入采掘空間，造成氧氣濃度超過安全限度而引發(fā)事故。對采掘空間的混合氣體進行循環(huán)風流引導，利用氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對采掘空間混合氣體的氧氣濃度進行管理，當采掘空間混合氣體氧氣濃度超過預警濃度(5% )時能發(fā)出預警信號；當氧氣濃度達到或超過安全限度(8% )時能自動切斷超限區(qū)域的動力電源，保證安全生產(chǎn)。6、氧氣濃度的安全值的最終確定，應按以下條件進行模擬試驗確定。1)混合氣體為甲烷與空氣。2)常溫常壓下相對濕度為60-80 %。3)引燃源溫度 650-750 V。7、在采掘作業(yè)空間布置一套充氮管道系統(tǒng)和一套瓦斯抽采管道系統(tǒng)，當某段巷道氧氣濃度達到預警濃度時，查明原因，進行處理；當某段巷道氧氣濃度達到或超過安全濃度時，先自動切斷超限區(qū)域的動力電源，再啟動充氮系統(tǒng)和瓦斯抽采管道系統(tǒng)對超限區(qū)域的氣體進行置換處理，使采掘空間的氧氣濃度降到安全值范圍。8、對人員值班室(避難室)所專用的供氣管道(或液化空氣瓶)、排氣管道的材質強度、連接件的密封性能等必須制定材質檢測技術標準和施工安全質量標準，嚴禁在相對封閉的采掘空間內泄漏。9、在隔離間內設置自動調溫裝置與氮氣壓力管路配合，以調整隔離間的溫度及氣體壓力，防止外界空氣進入。10、進入隔離間及采掘空間的人員必須配帶氧氣呼吸器。11、采掘生產(chǎn)過程中，嚴格執(zhí)行“有掘必探，物探先行，鉆探落實”的原則，對探明的各類隱患空間進行充氮降氧處理，嚴防特殊地質構造、采空區(qū)等因素導致氧氣濃度超過安全限度而引發(fā)事故。采用本技術方案的有益效果1、與傳統(tǒng)的監(jiān)控瓦斯?jié)舛确椒ㄏ啾龋景l(fā)明選擇對氧氣濃度進行控制，其對瓦斯事故防治的可控性遠大于傳統(tǒng)方法，可提高對瓦斯事故防治的安全性。2、可降低突出礦井的防突指標，節(jié)約防突成本。3、可簡化采掘巷道系統(tǒng)，節(jié)約生產(chǎn)建設投資。4、井工瓦斯礦井可實現(xiàn)無廢氣排放。5、可對采掘空間的粉塵濃度、濕度作有效的控制，為自動化設備、設施的穩(wěn)定運轉創(chuàng)造良好氣相條件。
圖1為本發(fā)明充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法平面布置示意圖；圖中1-外界空氣巷道、2-隔離間、3-采掘空間巷道、4-靠近采空區(qū)一側隔離門 A、5-靠近大氣一側隔離門B、6-氧氣濃度檢測儀、7-氮氣濃度檢測儀、8-瓦斯抽采管道、 9-充氮氣管道、9. 1-氮氣三通自動閥門、10-專用抽出式排氣管道、10. 1-排氣管三通自動閥門、11-調溫裝置。
具體實施例方式一、對采掘空間與外界的相對封閉方式在采掘巷道已具備煤(矸石)倉進行運輸銜接的條件下，在每處采掘作業(yè)空間與外界空間的交接處，構筑隔離間將其隔離起來，使外界空氣不能進入采掘作業(yè)空間。具體操作如下一 ) 一般要求1、對煤倉上、下口之間加強管理，不得出現(xiàn)漏氣、漏風現(xiàn)象，其存煤(矸石)量必須保持距煤倉放煤口不小于3米垂高，且對上、下口的氣體溫度進行自動調控，始終保持下口的氣體溫度低于上口溫度5度以上。2、隔離間2的隔離門通常保持關閉狀態(tài)，人員、器材通過時，可自動開啟、閉合。3、兩道隔離門4、5之間的距離不小于20米，開啟后的凈斷面應滿足最大入井設備的運輸尺寸的需求。4、在隔離間2敷設一套充氮管道9和一套專用抽出式排氣管道10，充氮管道9、排氣管道10的能力均按不小于15m7min設置，在靠近采掘空間一側的隔離門4處，將氮氣充填管道9安設一付三通自動閥門9. 1 ；安設專用抽出式排氣管道10，在靠近外界空間一側的隔離門5處設置其排氣口，于門外設置排氣管自動閥門10. 1進行自動控制；充氮管道由三通自動閥門9. 1控制，可于門外通過控制按鈕開啟與關閉。專用抽出式排氣管道10排出的氣體主要為氮氣，排氣口通向地面，其10米范圍內不得有人員進入。5、隔離間2的氣體以氮氣為主，并設置一臺氮氣濃度監(jiān)測儀進行監(jiān)測監(jiān)控，使其濃度保持95%以上。當兩道門之間氣體的氮氣濃度低于95%時，監(jiān)控系統(tǒng)能自動報警，接到報警的有關管理人員必須同時開啟氮氣壓力充氮管道9和專用抽出式排氣管道10，將兩道門之間的氣體置換，使氮氣濃度符合要求。6、對進入隔離間的開關、帶箱體的設備及其附屬裝置，必須開啟氮氣壓力管道用氮氣對其進行開蓋吹洗；對管道內部管腔，必須壓入氮氣將其清洗。將可能隨開關、設備及管道帶入井下的空氣在隔離間內吹洗干凈。7、對一切管道、線纜均設置預埋件于隔離門兩側的結構墻內穿過，隔離門及其墻體嚴禁漏氣。8、隔離間2內設自動溫度調節(jié)設備11 一套，可對兩道門之間的氣體溫度與外界溫度進行對比調控，在人員、設備(器材)進入門內前，啟動調溫設備進行溫度調節(jié)，使隔離間 2的氣體溫度與外界空氣溫度達到5度以上溫差。9、進入隔離間及采掘作業(yè)空間的人員必須配帶氧氣呼吸器。二 )實例一對于主要井筒布置在巖石堅硬、致密的圍巖內的礦井，可在井筒與石門之間進行封閉，具體封閉方式如下1、在石門揭開第一層煤層前的10米法定線距離前，構筑兩道密封性能良好的隔離門。2、隔離間設自動溫度調節(jié)設備11 一套，可對兩道門之間的氣體溫度與外界溫度進行對比調控，在人員、設備(器材)進入門內前，啟動調溫設備進行溫度調節(jié)，使兩道門之間的溫度低于外界溫度5度以上。3、人員、器材進入前，開啟門內氮氣壓入管道，將氮氣壓入，增加門內的氣體壓力。 使兩道門之間變成溫度低、壓力大的狀態(tài)，在人員器材進入過程中，可有效防止外界空氣進入隔離間。三)實例二 1、對于沿煤層傾斜方向布置的井筒，則將隔離間設于圍巖穩(wěn)定、煤層瓦斯含量已變?yōu)楦咄咚箙^(qū)域的起始段。2、通常情況下，由于隔離間的空間位置低于外界空氣的位置，只須設置自動調溫設備11 一套，按5度以上的溫差將隔離間的氣體溫度調低于外界空氣溫度，即可有效防止外界空氣的進入。3、特殊情況下，如隔離間的空間位置及采掘空間位置高于外界空氣接觸端面位置，則使用自動溫度調節(jié)裝置按5度以上的溫差將隔離間的氣體溫度調高于外界空氣溫度，即可防止外界空氣的進入。二、監(jiān)測監(jiān)控方式對采掘空間的氧氣濃度和兩道隔離門之間的氮氣濃度，使用一套氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行管理，參數(shù)設定按氧氣濃度超過5%、氮氣濃度低于95%為報警濃度；氧氣濃度達到或超過8%為斷電濃度。在地面設立監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由總站、工作主機、顯示器及連接線纜組成。另設置一臺備用機、顯示器作備用。備用機的參數(shù)設置、修改必須與主機同步，保證工作主機出現(xiàn)故障后，可及時啟動備用機進行監(jiān)控。在井下相對封閉的采掘空間內，按以下方式設置分站、布置氧氣檢測儀。1、井下設兩個分站進行氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控，對回采工作面及其運輸巷設一個分站進行監(jiān)測監(jiān)控；另設一個分站對掘進工作面及其他巷道進行監(jiān)測監(jiān)控。2、用引導風流對井下氧氣濃度進行監(jiān)測監(jiān)控，引導風流的風速按0. 15-0. 25m/s 進行設置。3、的氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控可分段進行。各分段內的引導風流使用局部風機進行循環(huán)風流弓I導。風機的選型按通風距離、風筒直徑及風量大小進行選擇。4、將掘進工作面及其100米范圍內的采掘空間劃為一段，設一臺氧氣濃度監(jiān)測儀作為對掘進工作面氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控。5、對回采工作面，將采面及運輸巷轉載刮板輸送機的機尾附近20米范圍劃分為一段，在回采面下部(刮板輸送機機頭附近)設置一臺氧氣濃度監(jiān)測儀作為對工作面氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控。6、對其他采掘作業(yè)空間中的已掘巷道按500-1000米劃分為一段，每段內按 300-500米間距設置一個氧氣濃度檢測儀進行監(jiān)測監(jiān)控。7、瓦斯檢測儀按距底板0. 3-0. 8米高度位置安裝。8、所有采掘空間的巷道均需進行風流引導，局部洞室可安設引射器進行引導，不得出現(xiàn)無風流引導的死角。9、為不影響運輸與行人，并使各分段間不因風流方向問題造成對氧氣監(jiān)測監(jiān)控的影響，在各分段之間設置氣幕增阻隔離，保證各分段之間的風流交岔流動量不超過10%。三采掘空間氧氣濃度超限的處理1、對采掘空間的所有巷道(包括回采工作面)布置一套瓦斯抽采管道系統(tǒng)及一套充氮管道系統(tǒng)。2、充氮管道系統(tǒng)可用氮氣液化氣瓶作為氣源外接管道供氣，也可采用專用氮氣制氣設備和壓力管道系統(tǒng)配合供氣，3、瓦斯抽采系統(tǒng)的抽采能力按不小于30m7min布置，每IOOm設置一個三通接頭， 接頭設置自動閥門控制。4、充氮系統(tǒng)的供氣能力按不小于30m7min設計，管道系統(tǒng)每IOOm設置一個硬質三通接頭，與瓦斯抽采管道系統(tǒng)的三通接頭交錯50米，接頭設自動閥門控制。5、當某一區(qū)域發(fā)生氧氣濃度超限需進行氣體置換時，在啟動氮氣壓入系統(tǒng)供氣前，將超限區(qū)域與氮氣源距離較近一端的氮氣壓入系統(tǒng)的三通自動閥門打開，先啟動氮氣壓入系統(tǒng)進行氮氣供給；再將另一端距超限區(qū)域最近的瓦斯抽放系統(tǒng)的三通閥門打開，其他閥門關閉啟動瓦斯抽采系統(tǒng)，進行氣體置換，直到氧氣濃度降至安全濃度為止。6、置換氣體完成后，關閉氮氣管道系統(tǒng)，恢復抽采瓦斯正常狀態(tài)。7、瓦斯抽采系統(tǒng)的抽采量需具備自動調控能力，應根據(jù)瓦斯涌出后產(chǎn)生的氣體壓力或密度的變化采用自動壓力或密度監(jiān)控設施進行有效控制，以適應大量氣體突然涌出的變化，使采掘空間盡快恢復常溫常壓狀態(tài)。
權利要求
1.一種充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法，其特征在于A、在礦井下設置一段隔離間 (2)將有瓦斯的采掘空間(3)進行相對封閉，使外界空氣巷道(1)的氧氣與采掘空間(3) 斷絕聯(lián)系，隔離間O)，是在巷道間距大于20米設兩道密封隔離門(4.5) ；B、安設一套氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對隔離間O)內的氮氣濃度和采掘空間巷道( 的氧氣濃度進行監(jiān)測管理， 對采掘空間(3)的混合氣體進行循環(huán)風流引導，利用氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對采掘空間混合氣體的氧氣濃度進行管理，氧氣濃度超過5%發(fā)出預警信號，氧濃度達到或超過8%，自控系統(tǒng)自動切斷超限區(qū)域的動力電源；C、在采掘作業(yè)空間設置一套充氮管道系統(tǒng)(9)和一套瓦斯抽采管道系統(tǒng)(8)當某段巷道氧氣濃度達到預警濃度啟動充氮系統(tǒng)和瓦斯抽采管道系統(tǒng)對超限區(qū)域的氣體進行置換，使采掘空間的氧濃度降到安全值范圍；D、在隔離間O)內設置自動調溫裝置(11)與充氮氣管道(9)配合，調整隔離間與外界空氣巷道(1)的溫差低 5°C，防止外界空氣進入；E、進入隔離間(2)及采掘空間(3)的人員必須配帶氧氣呼吸器； F、在地面設置監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由總站、工作主機、顯示器及連接線纜組成，并另設置一臺備用機。在井下采掘空間內設置分站，布置氧氣檢測儀；G、在隔離間( 設一套充氮氣管道(9)和一套專用抽出式排氣管道(10)，充氮氣管道(9)設置在靠近采掘空間一側的隔離門(4)處，專用抽出式排氣管道(10)設置在靠近外界空間一側的隔離門( 處，兩種管道上分別設有氮氣管三通自動閥門(9. 1)和排氣管自動閥門(10. 1)，用于氮氣濃度低于95% 時對隔離間的氣體進行置換。
2.根據(jù)權利要求1所述的充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法，其特征在于井下設兩個分站對氧濃度監(jiān)測監(jiān)控，對回采工作面及運輸巷設一分站監(jiān)測監(jiān)控，另設一個分站對掘進工作面及其他巷道監(jiān)測監(jiān)控，對井下氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控分段進行，用風速0. 15-0. 25m/s 的循環(huán)風流對各段氣體進行引導，以便對氧氣濃度進行監(jiān)測監(jiān)控；將掘進工作面及其100 米范圍內的采掘空間劃為一段，設一臺氧氣濃度監(jiān)測儀；將回采工作面及運輸巷轉載刮板輸送機的機尾附近20米范圍劃為一段，在回采面刮板輸送機機頭附近設置一臺氧氣濃度檢測儀，對工作面氧氣濃度進行監(jiān)測監(jiān)控；對其他采掘作業(yè)空間中的已掘巷道按500-1000 米劃分為一段，每段內按300-500米設一個氧氣濃度檢測儀；氧氣濃度檢測儀按距底板 0. 3-0. 8米高度安裝；在各分段之間設置氣幕對風流進行增阻隔離，使各分段風流保持相對穩(wěn)定；氣幕增阻隔離做到各分段間風流交叉流動量不大于10%。
3.根據(jù)權利要求1所述的充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法，其特征在于充氮氣體用氮氣液化氣瓶作氣源外接管道供氣或采用專用氮氣制氣機與壓力管道配合供氣，供氣能力按大于30m7min設置，管道每IOOm設一個硬質三通接頭與瓦斯抽采管道的三通接通交錯 50m，接頭設自動閥門控制；瓦斯抽采管道系統(tǒng)的抽采能力按大于30m7min設置；每IOOm設一個三通接頭，接頭為自動閥門控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法，其特征在于氧氣濃度安全值的確定按a、混合氣體為甲烷與空氣；b、常溫常壓下，相對濕度為60-80% ；C、引燃源溫度650-750°C，按以上條件模擬試驗確定氧氣的安全百分濃度。
全文摘要
充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法，在礦井下設置一段隔離間將有瓦斯的采掘空間進行封閉，使外界空氣的氧氣與采掘空間斷絕；設氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對氮氣濃度和氧氣濃度進行監(jiān)測管理，對采掘空間的混合氣體進行循環(huán)風流引導，利用氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對采掘空間混合氣體的氧濃度進行管理，氧濃度超過5％發(fā)出預警信號，氧濃度達到或超過8％自控系統(tǒng)自動切斷電源；在采掘作業(yè)空間設置一套充氮管道系統(tǒng)和瓦斯抽采管道系統(tǒng)，當某段巷道氧氣濃度達到預警濃度啟動充氮系統(tǒng)和瓦斯抽采管道系統(tǒng)對超限區(qū)域的氣體進行置換，使氧濃度降到安全值范圍；在隔離間內設置自動調溫裝置，調整隔離間與外界空氣巷道的溫差低5℃；能有效防治瓦斯事故。
文檔編號E21F7/00GK102287216SQ20101020386
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權日2010年6月21日
發(fā)明者陳德成 申請人:陳德成