一種礦井煤氣共採採煤方法
2023-12-09 23:18:06 2
專利名稱：一種礦井煤氣共採採煤方法
技術領域：
本發明涉及一種礦井煤氣共採方法，尤其是一種適用於煤礦井下高瓦斯、無大斷 層、封閉條件良好的回採工作面。
背景技術：
在高瓦斯煤層回採過程中，工作中容易形成瓦斯超限；在突出危險煤層內實施回 採作業，容易導致煤與瓦斯突出，湧出的瓦斯或突出的大量瓦斯一旦達到爆炸極限之內可 能導致爆炸，將給礦井帶來嚴重損害，造成群死群傷惡性事故。目前國內群死群傷事故基本 上都是瓦斯爆炸事故。傳統的防治瓦斯爆炸技術，雖然能起到一定的防治作用，但是由於瓦 斯的連續湧出，加之煤與瓦斯突出事故的發生，都使得瓦斯濃度很可能處在爆炸界限之內， 在遇到明火等之後而發生瓦斯爆炸。現在的防治瓦斯爆炸方法沒有從根本上阻止瓦斯爆 炸。我國的煤層瓦斯儲量達到35萬億m3，但是，利用率卻一直很低，大部分瓦斯由於濃 度太低，而被直接排放到大氣中；瓦斯是一種溫室氣體，直接排入大氣將導致氣候變暖，破 壞生態環境。同時，瓦斯也是一種清潔能源，其熱值約是氫氣的3倍，而我國是一個能源緊 缺型國家，如何提高瓦斯利用也是當務之急的事情，可以成為國民經濟的一個增長點。
發明內容
技術問題本發明的目的是克服已有技術存在的問題，提供一種方法簡單，能阻止 瓦斯爆炸，直接回收利用瓦斯，維護生態環境的礦井煤氣共採採煤方法。技術方案本發明的礦井煤氣共採採煤方法a、在上山巷道掘進完成之後，從上山巷道分別向回採工作面的兩側掘進兩條運輸 巷道；b、在靠近並平行於上山巷道處掘進空氣調節巷道，然後在空氣調節巷道兩側掘進 區段迴風平巷和區段運輸平巷，最後掘進工作面切眼；C、在空氣調節巷道內部安裝由通風機、空調和除塵設備構成的空氣調節系統；d、在兩條運輸巷道內各安設兩道具有一定承載能力的密閉門，使採煤區形成一密 閉空間；e、在連通區段迴風平巷的行人運輸巷道內部安設穿過兩道密閉門的瓦斯抽放管 路，開始抽放巷道內部瓦斯，使密閉空間內的氣壓保持約為一個大氣壓；f、在兩道密閉門之間的注氮室內充入氮氣，使氮氣的壓力高於外界氣壓，以防止 封閉空間瓦斯的卸漏；g、從區段運輸平巷向封閉空間內充入氮氣，通過瓦斯抽放管路連續抽放封閉空間 內部氣體，當封閉空間內的氧氣濃度小於12%時，停止注放氮氣；h、開啟空氣調節系統，製造循環風，以降低封閉空間內的溫度和粉塵濃度；i、工人在做好安全防護的條件下，進入封閉空間內實施採掘作業；
j、實時監測回採過程中封閉空間內的瓦斯和氧氣濃度，在保證瓦斯濃度高於 20%，氧氣濃度低於12%的條件下實現煤氣共採。當確定煤層有突出危險時，再在上山巷道側平行掘進一條迴風巷道，並從迴風巷 道分別向回採工作面的兩側掘進兩條弧形卸壓巷道，在兩條弧形卸壓巷道內設置安全密閉 門，確保不會有瓦斯氣體從封閉空間內逸散；兩條弧形卸壓巷道內設置的安全密閉門為一 道或兩道；當兩條弧形卸壓巷道內設置兩道安全密閉門時，在兩道安全密閉門之間的注氮 室內充入氮氣。使得氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa ；所述注氮室內注入的氮氣壓力 高於外界氣壓5 200Pa ；所述具有一定承載能力的密閉門的承載能力不低於IMPa ；所述 的安全密閉門的承載能力為0. 05 0. 2MPa ；在迴風巷道內與弧形卸壓巷道10交界處的進 風一側設有採區密閉門4。有益效果本發明通過密閉工作面的區段迴風平巷和區段運輸平巷，讓密封空間 內充滿高濃度瓦斯氣體，升高回採空間內部瓦斯濃度，讓瓦斯濃度超過20%以上，氧氣濃度 低於12%，使得瓦斯失去爆炸危險性，巷道湧出瓦斯經瓦斯抽放管路抽放利用，工人在做好 安全防護(穿著特製服裝)的條件下，在封閉巷道內實施作業。由於瓦斯濃度的升高，使得 礦井內部氧氣含量急劇降低，可抑制煤炭自燃，抑制礦井火災的發生，避免因為礦井火災而 產生有毒有害氣體，對人造成危害，影響生產。另外由於氧氣濃度較低，礦井中使用的各種 材料腐蝕減緩，使得各種材料的使用壽命延長。由於瓦斯不在爆炸濃度範圍之內，封閉的工 作空間內部不需要防爆，地面能夠使用的所有電器設備在密閉範圍之內都能夠使用。此外， 抽出的高濃度甲烷不需要經過預處理，就可通過多種途徑直接利用，不僅避免瓦斯直接排 放造成對氣候的破壞，又充分利用了能源，符合了國計民生的要求。有效防止了礦井瓦斯爆 炸，避免由於瓦斯爆炸造成的群死群傷的惡性事件發生。其方法簡單，易於操作，安全可靠， 具有廣泛的實用性
圖1 突出危險煤層採煤工作面布置2 非突出危險煤層採煤工作面布置3 空氣調節系統11局部放大中1-密閉門；2-安全密閉門；3-注氮室；4-採區密閉門；5-上山巷道；6-迴風 巷；7-區段運輸平巷；8-空氣調節巷道；9-運輸巷道；10-弧形卸壓巷道；11-空氣調節系 統；12-工作面切眼；13-採空區；14-區段迴風平巷；15-煤層；16-通風機；17-除塵設備； 18-空調。
具體實施例方式實施例一、圖1圖3圖4圖5圖6所示，當煤層經突出危險性鑑定無突出危險時， 煤層煤氣共採採煤方法步驟如下a、首先掘進上山巷道5，掘進完成之後，從上山巷道5分別向回採工作面15的兩側 掘進兩條運輸巷道9 ；b、在靠近並平行於上山巷道5處掘進空氣調節巷道8，然後在空氣調節巷道8兩 側掘進區段迴風平巷14和區段運輸平巷7，最後掘進工作面切眼12，完成總體巷道掘進工程；C、在空氣調節巷道8內部安裝由通風機16、空調18和除塵設備17構成的空氣調 節系統11 ；d、在兩條運輸巷道9內各安設兩道能通行礦車和行人的密閉門1，使採煤區形成 一密閉空間，兩道密閉門1的承載能力要求不低於IMPa ；e、在連通區段迴風平巷14的行人運輸巷道9內部安設瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管 路穿過兩道密閉門1，瓦斯抽放管路末端安置在區段迴風平巷14和空氣調節巷道8交匯處 附近，開始抽放封閉空間內部瓦斯，使密閉空間內的氣壓保持約一個大氣壓；f、在兩道密閉門1之間的注氮室3內充入氮氣，使氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa,以防止通行礦車或行人時瓦斯氣體進入注氮室3 ；g、從區段運輸平巷7向封閉空間內充入氮氣，使得氣流依次經過區段運輸平巷7、 工作面切眼12和區段迴風平巷14，而通過瓦斯抽放管路連續抽放封閉空間內部氣體，起到 用氮氣置換巷道內部空氣的目的，實時測封閉空間內部氧氣濃度，當氧氣濃度小於12%時， 停止注入氮氣；h、開啟空氣調節系統11，使得風流依次流經區段運輸平巷7、工作面切眼12和區 段迴風平巷14，在整個封閉空間內形成循環風，以降低封閉空間內的溫度和粉塵濃度。當封 閉空間內的溫度不大於30°C時可以不開啟空調18，當能見度在50m以上時可以不開啟除塵 設備17，當空調18和除塵設備17都不開啟時可以不開啟通風機16 ；i、工人在做好安全防護的條件下進入封閉空間內實施作業；j、實時監測回採過程中封閉空間內的瓦斯和氧氣濃度，在保證瓦斯濃度高於 20%，氧氣濃度低於12%的條件下實現煤氣共採。實施例二、圖2圖3圖5圖6所示，當煤層經突出危險性鑑定有突出危險時，突出 危險煤層煤氣共採採煤方法步驟如下a、上山巷道5和迴風巷道6掘進完成之後，從上山巷道5分別向回採工作面15的 兩側掘進兩條運輸巷道9 ；再從迴風巷道6分別向回採工作面15的兩側掘進兩條分別與區 段迴風平巷14和區段運輸平巷7相連的弧形卸壓巷道10，以減少風流流動阻力；b、在靠近並平行於上山巷道5處掘進空氣調節巷道8，然後在空氣調節巷道8兩側 掘進區段迴風平巷14和區段運輸平巷7，最後掘進工作面切眼12，完成總體巷道掘進工程； 在不影響迴風巷道6正常使用的情況下，在靠近迴風巷道6風流上遊的弧形卸壓巷道10與 迴風巷道6交界處的進風側設有採區密閉門4，以防止煤與瓦斯突出之後，高壓氣體使得回 風巷道6內風流逆轉；C、在空氣調節巷道8內部安裝由通風機16、空調18和除塵設備17構成的空氣調 節系統11 ；d、在兩條運輸巷道9內各安設兩道可通行礦車和行人的密閉門1，使採煤區形成 一密閉空間，兩道密閉門1的承載能力要求不低於IMPa，在卸壓巷道10內設置一道或兩道 安全密閉門2，當巷道周圍巖性比較穩定，只須一道安全密閉門2就能阻止漏氣，則可以採 用一道安全密閉門2 ；當巷道周圍巖性不穩定，需要安設兩道安全密閉門2，安全密閉門2的 承載能力為0. 05 0. 2MPa，確保在遭受衝擊的時候安全密閉門2破壞而密閉門1不會破 壞；
e、在連通區段迴風平巷14的行人運輸巷道9內部安設瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管 路穿過兩道密閉門1，瓦斯抽放管路末端安置在區段迴風平巷14和空氣調節巷道8交匯處 附近，開始抽放封閉空間內部瓦斯，使密閉空間內的氣壓保持約一個大氣壓；f、在兩道密閉門1之間的注氮室3內充入氮氣，使氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa,以防止通行礦車或行人時瓦斯氣體進入注氮室3 ；當卸壓巷道10內部安設兩道安全 密閉門2時，向兩道安全密閉門2之間的注氮室3內注入氮氣，使得氮氣壓力高於外界大氣 壓 5 200Pa ；g、從區段運輸平巷7向封閉空間內充入氮氣，使得氣流依次經過區段運輸平巷7、 工作面切眼12和區段迴風平巷14，而通過瓦斯抽放管路連續抽放封閉空間內部氣體，並檢 測封閉空間內部氧氣濃度，當氧氣濃度小於12%時，停止注入氮氣；h、開啟空氣調節系統11，使得風流依次流經區段運輸平巷7、工作面切眼12和區 段迴風平巷14，在整個封閉空間內形成循環風，以降低封閉空間內的溫度和粉塵濃度。當封 閉空間內的溫度不大於30°C時可以不開啟空調18，當能見度在50m以上時可以不開啟除塵 設備17，當空調18和除塵設備17都不開啟時可以不開啟通風機16 ；i、工人在做好安全防護的條件下進入封閉空間內實施作業；j、實時監測回採過程中封閉空間內的瓦斯和氧氣濃度，在保證瓦斯濃度高於 20%，氧氣濃度低於12%的條件下實現煤氣共採。由於在封閉空間內部瓦斯濃度高於20%，因此不會發生爆炸，在封閉空間內使用 的各種器材無需防爆；同時由於封閉空間內部氧氣濃度低於12%，使得各種金屬氧化損壞 變慢，採空區13內部火災也得到減緩，所以可以減少在金屬防氧化和控制採空區13火災的 投入。
權利要求
1. 一種礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於a、在上山巷道( 掘進完成之後，從上山巷道( 分別向回採工作面(1 的兩側掘進 兩條運輸巷道(9)；b、在靠近並平行於上山巷道(5)處掘進空氣調節巷道(8)，然後在空氣調節巷道(8)兩 側掘進區段迴風平巷(14)和區段運輸平巷(7)，最後掘進工作面切眼(12)；c、在空氣調節巷道(8)內部安裝由通風機(16)、空調(18)和除塵設備(17)構成的空 氣調節系統(11)；d、在兩條運輸巷道(9)內各安設兩道具有一定承載能力的密閉門(1)，使採煤區形成 一密閉空間；e、在連通區段迴風平巷(14)的行人運輸巷道(9)內部安設穿過兩道密閉門(1)的瓦 斯抽放管路，開始抽放巷道內部瓦斯，使密閉空間內的氣壓保持約為一個大氣壓；f、在兩道密閉門(1)之間的注氮室(3)內充入氮氣，使氮氣的壓力高於外界氣壓，以防 止封閉空間瓦斯卸漏；g、從區段運輸平巷(7)向封閉空間內充入氮氣，通過瓦斯抽放管路連續抽放封閉空間 內部氣體，當封閉空間內的氧氣濃度小於12%時，停止注氮氣；h、開啟空氣調節系統(11)，製造循環風，以降低封閉空間內的溫度和粉塵濃度；i、工人在做好安全防護的條件下，進入封閉空間內實施採掘作業；j、實時監測回採過程中封閉空間內的瓦斯和氧氣濃度，在保證瓦斯濃度高於20%，氧 氣濃度低於12%的條件下實現煤氣共採。
2.根據權利要求1所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於當確定煤層有突出危 險時，再在上山巷道(5)側平行掘進一條迴風巷道(6)，並從迴風巷道(6)分別向回採工作 面(1 的兩側掘進兩條分別與區段迴風平巷(14)和區段運輸平巷(7)相連的弧形卸壓巷 道(10)，在兩條弧形卸壓巷道(10)內設置安全密閉門O)，確保不會有瓦斯氣體從封閉空 間內逸散。
3.根據權利要求2所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於兩條弧形卸壓巷道 (10)內設置的安全密閉門(2)為一道或兩道。
4.根據權利要求3所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於當兩條弧形卸壓巷道 (10)內設置兩道安全密閉門(2)時，在兩道安全密閉門(2)之間的注氮室(3)內充入氮氣。 使得氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa。
5.根據權利要求1或4所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於所述注氮室(3)內 注入的氮氣壓力高於外界氣壓5 200Pa。
6.根據權利要求1所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於所述具有一定承載能 力的密閉門(1)的承載能力不低於IMPa。
7.根據權利要求2、3或4所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於所述的安全密 閉門(2)的承載能力為0. 05 0. 2MPa。
8.根據權利要求2所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於靠近迴風巷道(6)風 流上遊的弧形卸壓巷道(10)與迴風巷道(6)交界處的進風側設有採區密閉門G)。
全文摘要
一種礦井煤氣共採採煤方法，採用密閉加注氮的方法封閉回採工作面的上下平巷，保持封閉空間內瓦斯濃度超過20％，氧氣濃度低於12％，使得瓦斯失去爆炸危險性，並抽放巷道內的高濃度瓦斯以便利用。在具有煤與瓦斯突出危險礦井，需留設安全卸壓巷道，用於卸除煤與瓦斯突出而產生的高壓氣體，提高礦井抗災能力。在封閉空間內安設空氣調節系統調節空氣，工人在做好安全防護的情況下在密閉空間內作業。該方法從根本上解決了瓦斯爆炸問題，提高了瓦斯利用率，根本上消除了煤礦火災，減輕了各種金屬設備氧化腐蝕，同時使得設備沒有防爆要求。由於工人呼吸自帶的空氣，杜絕呼吸性職業病的發生。因此，本發明提供的煤氣共採採煤方法極具推廣價值。
文檔編號E21F7/00GK102061918SQ200910234709
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月12日 優先權日2009年11月12日
發明者吳海進, 楊威, 林柏泉 申請人:中國礦業大學