一種煤層巷道煤氣共採掘進方法

2023-12-09 23:18:51

專利名稱：一種煤層巷道煤氣共採掘進方法
技術領域：
本發明涉及一種煤層巷道掘進方法，尤其是賦存均勻，無大斷層的封閉良好的 煤層，在煤層巷道內形成一個充滿瓦斯氣體的空間，使氧氣濃度低於12%，瓦斯濃度高於 20%而失去爆炸危險的情況下，做好安全防護後，進入巷道內實施煤層巷道煤氣共採的掘 進方法。
背景技術：
在掘進煤層巷道時，容易造成瓦斯超限，在突出危險煤層內實施巷道掘進作業，容 易導致煤與瓦斯突出，突出的大量瓦斯一旦爆炸，將給礦井帶來嚴重損害，造成群死群傷惡 性事故。目前國內的，群死群傷事故基本上都發生在瓦斯爆炸事故中。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和通風不穩定性，加之偶爾 發生的瓦斯噴出或煤與瓦斯突出，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，如何提高瓦斯的利用率是當務之急的事情，瓦斯的充分利用可以成為國民經濟 的一個增長點。

發明內容
本發明的目的是針對已有技術存在的問題，提供一種煤層巷道煤氣共採掘進方 法，通過密閉煤層巷道的埠，使得巷道內充滿高濃度瓦斯氣體，在瓦斯失去爆炸危險性的 情況下，直接抽出加以利用，同時在高濃度瓦斯氣體的巷道內實施掘進。本發明的煤層巷道煤氣共採掘進方法a、在上山巷道掘進完成之後，從上山巷道向煤層內依次掘進運輸巷道和煤層巷 道；b、在煤層巷道內部施工一空氣調節洞室，並在空氣調節洞室內依次安設局部通風 機、通風管道15、空調和除塵設備；C、在運輸巷道入口處間隔安設兩道密閉門；d、在運輸巷道內部安設通向煤層巷道的瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路穿過兩道密 閉門，實施瓦斯抽放，使密閉空間內的氣壓約為一個大氣壓；e、在兩道密閉門之間的注氮室內充入氮氣，氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa ；f、向煤層巷道內部注入氮氣，並通過瓦斯抽放管路抽放其中的氣體，直到巷道內 部氧氣濃度低於12% ；g、開啟通風機、空調和除塵設備製造循環風，以降低封閉空間內的溫度和粉塵濃 度；
h、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；i、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。所述密閉門的承載能力不低於IMPa。當確定煤層有突出危險時，在上山巷道掘進完成之後，再掘進一條迴風巷道，從回 風巷道掘進與煤層巷道相連接的弧形卸壓巷道；在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；卸壓巷道內的安全密閉門為一道或兩道，當有兩道安全密 閉門時，在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交界處進風側設置 採區密閉門。有益效果通過密閉煤層巷道，在煤層巷道內形成一個封閉空間，使得瓦斯濃度遠 遠超過20%而失去爆炸危險，能有效起到礦井防止瓦斯爆炸的作用，避免由於瓦斯爆炸造 成的群死群傷的惡性事件發生。由於封閉空間內部瓦斯濃度的升高，使得氧氣濃度降低，能 夠抑制煤炭自燃，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。同時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，使得封閉空間內的電器設備無需防爆，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。施工人員在做好安全防護的條件下，進入巷道內實施作業。 巷道內部高濃度的甲烷直接抽出可以加以利用，避免甲烷排放而造成能源損失和生態環境 的破壞。


圖1突出危險煤層煤氣共採巷道掘進布置2非突出危險煤層煤氣共採巷道掘進布置3空氣調節洞室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-專 用迴風巷；7-煤層巷道；8-煤層；9-運輸巷道；10-卸壓巷道；11-空氣調節洞室；12-通風 機；13-空調；14-除塵設備；15-通風管道。
具體實施例方式實施例一、圖1圖3圖4圖5所示，當煤層經突出危險性鑑定無突出危險時，煤層 巷道煤氣共採掘進方法步驟如下a、圖1所示，在上山巷道5掘進完成之後，從上山巷道5向煤層8內掘進煤層巷道 7 ；b、在煤層巷道7內部施工一空氣調節洞室11，並在空氣調節洞室11內依次安設局 部通風機12、通風管道15、空調13和除塵設備14 ；C、在煤層巷道7入口處間隔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。d、在煤層巷道7內部鋪設瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路穿過兩道密閉門1，抽放巷 道7封閉空間內部瓦斯，並通過控制抽放瓦斯的速度來控制密閉空間內的氣壓約為一個大氣壓；e、在兩道密閉門1之間的注氮室3內充入氮氣，氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa，避免通行礦車或行人時瓦斯氣體進入注氮室3。f、煤層巷道7掘進初期需要向其內部注入氮氣，並通過瓦斯抽放管路抽放其中的 氣體，置換煤層巷道7內部空氣，直到煤層巷道7內部氧氣濃度低於12%時停止注氮，此時 巷道內部失去爆炸危險性；g、開啟通風機12、空調13和除塵設備14，風流經處理後沿通風管道15送至掘進 巷道內端頭，並從巷道返回，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13，當能見度在50m以上時可以不開啟除塵設備 14，當空調13和除塵設備14都不開啟時可以不開啟通風機12。h、工人在做好安全防護的條件下進入封閉空間內實施作業；i、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4圖5所示，當煤層經突出危險性鑑定有突出危險時，煤層 巷道煤氣共採掘進方法步驟如下a、在上山巷道5掘進完成之後，再掘進一條迴風巷道6，從上山巷道5向煤層8內 依次掘進運輸巷道9和煤層巷道7，；從迴風巷道6掘進與煤層巷道7相連接的弧形卸壓巷 道10，以減少風流從區段迴風平巷14或區段運輸平巷7流向弧形卸壓巷道10的阻力。在 不影響通風和正常使用的情況下，可以在迴風巷道6內部，並且在卸壓巷道10和迴風巷道6 交匯處的上風側安設採區密閉門4，防止在發生突出高壓氣體可能引起的整個採區風流逆 轉，採區密閉門4可留設風窗用於調節空氣流通。b、在煤層巷道7內部施工一空氣調節洞室11，並在空氣調節洞室11內依次安設局 部通風機12、通風管道15、空調13和除塵設備14 ；C、在運輸巷道9內間隔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。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。d、之後鋪設瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路穿過兩道密閉門1，抽放巷道7封閉空間 內部瓦斯，並通過控制抽放瓦斯的速度或負壓來控制密閉空間內的氣壓約為一個大氣壓；e、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，避免通行礦車或行人時瓦斯氣體進入注氮室3，進而向上山巷道5內部洩露；當卸壓 巷道10內部安設兩道安全密閉門2時，也需要向兩道安全密閉門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。f、在煤層巷道7掘進初期需要向其內部注入氮氣，並通過瓦斯抽放管路抽放其中 的氣體，置換煤層巷道7內部氣體，直到煤層巷道7內部氧氣濃度低於12%時停止注氮；g、開啟通風機12、空調13和除塵設備14，風流經處理後沿通風管道15送至掘進 巷道內端頭，並從巷道返回，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13，當能見度在50m以上時可以不開啟除塵設備14，當空調13和除塵設備14都不開啟時可以不開啟通風機12。h、工人在做好安全防護的條件下進入封閉空間內實施作業；i、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. 一種煤層巷道煤氣共採掘進方法，其特徵在於a、在上山巷道(5)掘進完成之後，從上山巷道(5)向煤層內依次掘進運輸巷道(9)和 煤層巷道(7)；b、在煤層巷道(7)內部施工一空氣調節洞室(11)，並在空氣調節洞室(11)內依次安設 局部通風機(12)、通風管道15 (19)、空調(13)和除塵設備(14)；c、在運輸巷道(9)入口處間隔安設兩道密閉門⑴；d、在運輸巷道(9)內部安設通向煤層巷道(7)的瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路穿過兩 道密閉門(1)，實施瓦斯抽放，使密閉空間內的氣壓約為一個大氣壓；e、在兩道密閉門(1)之間的注氮室(3)內充入氮氣，氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa ；f、向煤層巷道(7)內部注入氮氣，並通過瓦斯抽放管路抽放其中的氣體，直到巷道內 部氧氣濃度低於12% ；g、開啟通風機(12)、空調(13)和除塵設備(14)製造循環風，以降低封閉空間內的溫度 和粉塵濃度；h、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；i、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所述的煤層巷道煤氣共採掘進方法，其特徵在於所述密閉門(1) 的承載能力不低於IMPa。
3.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，在上山巷道( 掘進完成之後，再掘進一條迴風巷道(6)，從迴風巷道(6)掘進與煤層 巷道(7)相連接的弧形卸壓巷道(10)。
4.根據權利要求3所述的煤層巷道煤氣共採掘進方法，其特徵在於在卸壓巷道(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。
5.根據權利要求3或4所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於卸壓巷道(10)內 的安全密閉門(2)為一道或兩道，當有兩道安全密閉門(2)時，在之間的注氮室(3)內充入 氮氣，使得氮氣的壓力高於外界氣壓5 200Pa。
6.根據權利要求5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。
7.根據權利要求3所述的礦井煤氣共採採煤方法，其特徵在於在迴風巷道(6)內與 弧形卸壓巷道(10)交界處進風側設置採區密閉門G)。
全文摘要
一種煤層巷道煤氣共採掘進方法，通過封閉巷道的埠，形成封閉空間，使得巷道外側空氣不會進入該空間，確保巷道內部瓦斯濃度在20％以上，氧氣濃度低於12％，瓦斯失去爆炸能力。並連接抽放管路抽放工作空間內釋放的高濃度瓦斯。為防止煤與瓦斯突出在巷道內形成高壓力，在巷道開口端挖掘一條圓弧形卸壓巷道，卸除突出時產生的高壓瓦斯。在巷道內部設置空氣調節系統，確保巷道內環境適宜，工人在作好安全防護的情況下在封閉空間內作業。該種巷道掘進技術從根本上解決了瓦斯爆炸問題，同時也消除了火災危險，消除了呼吸性粉塵對人體的損害，同時由於巷道內沒有爆炸危險性，對設備沒有防爆要求，是一種極具推廣價值的巷道掘進方法。
文檔編號E21C41/16GK102061919SQ200910234710
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