充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法(最終修訂稿)

1、說明書 充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法 技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及煤礦井下瓦斯事故的防治技術(shù)，尤其涉及充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法。背景技術(shù)煤礦瓦斯事故防治技術(shù)，傳統(tǒng)的方法是在一定通風(fēng)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(jìn)行人員檢查及設(shè)備監(jiān)測監(jiān)控，同時對井下引燃源進(jìn)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(dǎo)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(jìn)入作業(yè)空間。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供

2、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(shù)方案如下：1、在礦井下設(shè)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(jìn)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-1-不小于20米的隔離門、相關(guān)調(diào)控設(shè)施及巷道組成，其空間由濃度不低于99%氮氣源進(jìn)行置換充填，充填后的隔離間氣體氮氣濃度按不低于95%進(jìn)行管理。2、采掘空間的主要介質(zhì)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(jìn)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

3、的氧氣濃度進(jìn)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(shè)置一個氮氣濃度檢測儀，通過氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行循環(huán)風(fēng)流引導(dǎo)，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(jìn)行管理，當(dāng)采掘空間混合氣體氧氣濃度超過預(yù)警濃度（5%）時能發(fā)出預(yù)警信號；當(dāng)氧氣濃度達(dá)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(yīng)按以下條件進(jìn)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

4、為60-80%。3）引燃源溫度650-750。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(dāng)某段巷道氧氣濃度達(dá)到預(yù)警濃度時，查明原因，進(jìn)行處理；當(dāng)某段巷道氧氣濃度達(dá)到或超過安全-2-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(jìn)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(zhì)強度、連接件的密封性能等必須制定材質(zhì)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁在相對封閉的采掘空間內(nèi)泄漏。9、在隔離間內(nèi)設(shè)置自動調(diào)溫裝置與氮氣壓力管路配合，以調(diào)整隔離間的溫度及氣體壓力，防止外界空

5、氣進(jìn)入。10、進(jìn)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(yán)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(jìn)行充氮降氧處理，嚴(yán)防特殊地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)等因素導(dǎo)致氧氣濃度超過安全限度而引發(fā)事故。采用本技術(shù)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(jìn)行控制，其對瓦斯事故防治的可控性遠(yuǎn)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(biāo)，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(shè)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(shè)備、設(shè)施的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)創(chuàng)造良好氣

6、相條件。附圖說明圖1為本發(fā)明充氮控氧防治煤礦瓦斯事故方法平面布-3-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(cè)隔離門A、5-靠近大氣一側(cè)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(diào)溫裝置。具體實施方式一、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(jìn)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(gòu)筑隔離間將其隔離起來，使外界空氣不能進(jìn)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

7、強管理，不得出現(xiàn)漏氣、漏風(fēng)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(jìn)行自動調(diào)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(guān)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(yīng)滿足最大入井設(shè)備的運輸尺寸的需求。4、在隔離間2敷設(shè)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15m3/min設(shè)置，在靠近采掘空間一側(cè)的隔離門4處，將氮氣充填管道9安設(shè)一付三通自動閥門9.1；安設(shè)專用抽出式排氣管道10，在靠近外界空間一側(cè)的隔離門5處設(shè)置其排

8、氣口，于門外設(shè)置排氣管自動閥門10.1進(jìn)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-4-開啟與關(guān)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(nèi)不得有人員進(jìn)入。5、隔離間2的氣體以氮氣為主，并設(shè)置一臺氮氣濃度監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，使其濃度保持95%以上。當(dāng)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(guān)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(jìn)入隔離間的開關(guān)、帶箱體的設(shè)備及其附屬裝置，必須開啟氮氣壓力管道用氮氣對其進(jìn)行開蓋吹洗；對管道內(nèi)部管腔，必

9、須壓入氮氣將其清洗。將可能隨開關(guān)、設(shè)備及管道帶入井下的空氣在隔離間內(nèi)吹洗干凈。7、對一切管道、線纜均設(shè)置預(yù)埋件于隔離門兩側(cè)的結(jié)構(gòu)墻內(nèi)穿過，隔離門及其墻體嚴(yán)禁漏氣。8、隔離間2內(nèi)設(shè)自動溫度調(diào)節(jié)設(shè)備11一套，可對兩道門之間的氣體溫度與外界溫度進(jìn)行對比調(diào)控，在人員、設(shè)備（器材）進(jìn)入門內(nèi)前，啟動調(diào)溫設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，使隔離間2的氣體溫度與外界空氣溫度達(dá)到5度以上溫差。9、進(jìn)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(nèi)的礦井，可在井筒與石門之間進(jìn)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(gòu)筑兩道密封性能良好的隔離門。

10、2、隔離間設(shè)自動溫度調(diào)節(jié)設(shè)備11一套，可對兩道門-5-之間的氣體溫度與外界溫度進(jìn)行對比調(diào)控，在人員、設(shè)備（器材）進(jìn)入門內(nèi)前，啟動調(diào)溫設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)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(jìn)入前，開啟門內(nèi)氮氣壓入管道，將氮氣壓入，增加門內(nèi)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(jìn)入過程中，可有效防止外界空氣進(jìn)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(shè)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(shè)置自動調(diào)溫設(shè)備11一套，按5度以上的溫差將隔離間的氣體溫度調(diào)低于外界空氣溫

11、度，即可有效防止外界空氣的進(jìn)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(diào)節(jié)裝置按5度以上的溫差將隔離間的氣體溫度調(diào)高于外界空氣溫度，即可防止外界空氣的進(jìn)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(jìn)行管理，參數(shù)設(shè)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(dá)到或超過8%為斷電濃度。在地面設(shè)立監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由總站、工作主機(jī)、顯示器及連接線纜組成。另設(shè)置一臺備用機(jī)、顯示器作備用。備用機(jī)的參數(shù)設(shè)置、修改必須與主機(jī)同步，保證工作-6-主機(jī)出現(xiàn)故障后，可及時啟動備用機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。在井下相

12、對封閉的采掘空間內(nèi)，按以下方式設(shè)置分站、布置氧氣檢測儀。1、 井下設(shè)兩個分站進(jìn)行氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控，對回采工作面及其運輸巷設(shè)一個分站進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控；另設(shè)一個分站對掘進(jìn)工作面及其他巷道進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控。2、用引導(dǎo)風(fēng)流對井下氧氣濃度進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，引導(dǎo)風(fēng)流的風(fēng)速按0.15-0.25m/s進(jìn)行設(shè)置。3、氧氣濃度的監(jiān)測監(jiān)控可分段進(jìn)行。各分段內(nèi)的引導(dǎo)風(fēng)流使用局部風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)風(fēng)流引導(dǎo)。風(fēng)機(jī)的選型按通風(fēng)距離、風(fēng)筒直徑及風(fēng)量大小進(jìn)行選擇。4、將掘進(jìn)工作面及其100米范圍內(nèi)的采掘空間劃為一段，設(shè)一臺氧氣濃度監(jiān)測儀作為對掘進(jìn)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(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)的機(jī)尾附近20米范圍劃分

13、為一段，在回采面下部（刮板輸送機(jī)機(jī)頭附近）設(shè)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(nèi)按300-500米間距設(shè)置一個氧氣濃度檢測儀進(jìn)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(jìn)行風(fēng)流引導(dǎo)，局部洞室可安設(shè)引射器進(jìn)行引導(dǎo)，不得出現(xiàn)無風(fēng)流引導(dǎo)的死角。9、為不影響運輸與行人，并使各分段間不因風(fēng)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(shè)置氣幕-7-增阻隔離，保證各分段之間的風(fēng)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

14、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(shè)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30m3/min布置，每100m設(shè)置一個三通接頭，接頭設(shè)置自動閥門控制。4、充氮系統(tǒng)的供氣能力按不小于30m3/min設(shè)計，管道系統(tǒng)每100m設(shè)置一個硬質(zhì)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(shè)自動閥門控制。5、當(dāng)某一區(qū)域發(fā)生氧氣濃度超限需進(jìn)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(jìn)行氮氣供給；再將另一端距超限區(qū)

15、域最近的瓦斯抽放系統(tǒng)的三通閥門打開，其他閥門關(guān)閉啟動瓦斯抽采系統(tǒng)，進(jìn)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(guān)閉氮氣管道系統(tǒng)，恢復(fù)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(diào)控能力，應(yīng)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(shè)施進(jìn)行有效控制，以適應(yīng)大量氣體突然涌出的變化，使采掘空間盡快恢復(fù)常溫常壓狀態(tài)。-8-權(quán)利要求書 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(shè)置一段隔離間（2）將有瓦斯的采掘空間（3）進(jìn)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（2），是在巷道間距大于20米設(shè)兩道

16、密封隔離門（4.5）；B、安設(shè)一套氣體監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對隔離間（2）內(nèi)的氮氣濃度和采掘空間巷道（3）的氧氣濃度進(jìn)行監(jiān)測管理，對采掘空間（3）的混合氣體進(jìn)行循環(huán)風(fēng)流引導(dǎo)，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(jìn)行管理，氧氣濃度超過5%發(fā)出預(yù)警信號，氧濃度達(dá)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(shè)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(dāng)某段巷道氧氣濃度達(dá)到預(yù)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(jìn)行置換，使采掘空間的氧濃度降到安全值范圍；D、在隔離間（2）內(nèi)設(shè)置自動調(diào)溫裝置（11）與充氮氣管道（9）配合，調(diào)整隔離間與外界空氣巷道（1

17、）的溫差低5，防止外界空氣進(jìn)入；E、進(jìn)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(shè)置監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由總站、工作主機(jī)、顯示器及連接線纜組成，并另設(shè)置一臺備用機(jī)。在井下采掘空間內(nèi)設(shè)置分站，布置氧氣檢測儀；G、在隔離間（2）設(shè)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(shè)置在靠近采掘空間一側(cè)的隔離門（4）處，專用抽出式排氣管道（10）設(shè)置在靠近外界-1-空間一側(cè)的隔離門（5）處，兩種管道上分別設(shè)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(jìn)行置換。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氮控氧防治煤礦瓦斯事

18、故方法，其特征在于：井下設(shè)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(shè)一分站監(jiān)測監(jiān)控，另設(shè)一個分站對掘進(jìn)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(jìn)行，用風(fēng)速0.15-0.25m/s的循環(huán)風(fēng)流對各段氣體進(jìn)行引導(dǎo)，以便對氧氣濃度進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控；將掘進(jìn)工作面及其100米范圍內(nèi)的采掘空間劃為一段，設(shè)一臺氧氣濃度監(jiān)測儀；將回采工作面及運輸巷轉(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)的機(jī)尾附近20米范圍劃為一段，在回采面刮板輸送機(jī)機(jī)頭附近設(shè)置一臺氧氣濃度檢測儀，對工作面氧氣濃度進(jìn)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(nèi)按300-500米設(shè)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(shè)置氣幕對風(fēng)流進(jìn)行增阻隔離，使各分段風(fēng)流保持相對穩(wěn)定；氣幕增阻隔離做到各分段間風(fēng)流交叉流動