本發(fā)明涉及采礦技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種煤礦井下無氧掘進工作面軟硬封閉阻隔方法。

背景技術(shù)：

我國是一個煤炭生產(chǎn)大國，在帶來巨大經(jīng)濟效益和社會效益的同時，煤礦開采過程中的安全事故頻發(fā)也讓廣大煤礦工作者為之頭疼。掘進時由于瓦斯和氧氣的濃度達到一定值而引起的爆炸事故所造成的后果尤為嚴重，傳統(tǒng)的瓦斯防治方法多是采用通入空氣，帶走釋放出的瓦斯。但是由于掘進前方瓦斯含量難以確定，釋放量未知，不能很好的將兩者的濃度比值控制在一個安全的范圍內(nèi)，因而不能從本質(zhì)上防治掘進面瓦斯爆炸。

因此，針對煤礦掘進的無氧工作面理念應(yīng)運而生。通過氮氣替換工作面的空氣進行惰化，實現(xiàn)工作面的無氧化，但如何進行井巷封閉成為十分重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)行的用于避難硐室和可移動式救生艙的封閉技術(shù)只是進行了單向阻隔，且其在使用過程中（如開、關(guān)門）的阻隔效果達不到無氧工作面的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種煤礦井下無氧掘進工作面軟硬封閉阻隔方法，用于井下掘進工作面，并通過氣體、壓力監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測、迅速響應(yīng)，使各空間達到指定狀態(tài)，從而實現(xiàn)工作面和外部空間的氣體隔絕，達到煤礦井下掘進工作面的無氧化，防止掘進面瓦斯和氧氣混合后產(chǎn)生爆炸，保護現(xiàn)場工作的人員生命和財產(chǎn)安全，實現(xiàn)掘進工作面的安全。

該方法通過硬阻隔系統(tǒng)、軟阻隔系統(tǒng)、智能動態(tài)抽放系統(tǒng)和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)使外部空氣和掘進巷的瓦斯隔離，達到掘進巷的無氧化；其中，硬阻隔系統(tǒng)包括風門、膠帶、密封條，風門共有五道，將掘進巷劃分為六個區(qū)域，由前方掘進迎頭指向后方繞道巷依次為：高濃度瓦斯抽放區(qū)、泄漏緩沖區(qū)、氮氣幕阻隔區(qū)、效果監(jiān)測區(qū)、正壓應(yīng)急區(qū)和氮氣區(qū)，主要用于阻隔掘進巷內(nèi)的瓦斯流出掘進巷；軟阻隔系統(tǒng)包括供氣裝置、散氣裝置、啟閉裝置、智能控制裝置，軟阻隔系統(tǒng)配合硬阻隔系統(tǒng)設(shè)置；智能動態(tài)抽放系統(tǒng)包括可伸縮抽放管道、壓風自動調(diào)節(jié)管路、智能控制系統(tǒng)，用于對掘進工作面涌出的瓦斯進行抽放；監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)包括繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、機械觸發(fā)式傳感器信號檢測、氣體檢測系統(tǒng)，通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)智能動態(tài)抽放瓦斯、自動控制開閉氮氣幕及打開風門進行氣體阻隔的一系列過程。

掘進巷與軌道集中巷和運輸集中巷處于同一高度。在運輸集中巷和軌道集中巷內(nèi)有風流流動，但是在繞道與無風掘進巷內(nèi)沒有循環(huán)風流清洗工作面。

高濃度瓦斯抽放區(qū)布置在掘進迎頭至第一道風門間，瓦斯抽放管路布置在高濃度瓦斯抽放區(qū)。

泄漏緩沖區(qū)布置在第一道風門與第二道風門之間，起到瓦斯緩沖的作用。

氮氣幕阻隔區(qū)布置在第二道風門和第三道風門之間，在氮氣幕阻隔區(qū)內(nèi)預(yù)先設(shè)置瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測點，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適時啟動氮氣幕進行瓦斯阻隔。

效果監(jiān)測區(qū)布置在第三道風門和第四道風門之間，用以檢測氮氣幕是否成功的阻隔了瓦斯泄漏。

氮氣區(qū)布置在第五道風門后方至繞道處的范圍，氮氣區(qū)內(nèi)的氣體全部為氮氣，形成絕對的無氧環(huán)境。

本發(fā)明中的氣體、壓力監(jiān)測系統(tǒng)，包括壓力監(jiān)測裝置氧氣監(jiān)測裝置以及瓦斯監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測各區(qū)域壓力、氧氣含量和瓦斯含量，并自動啟動供、排氣系統(tǒng)，使氮氣正壓區(qū)、正壓應(yīng)急區(qū)、效果監(jiān)測區(qū)始終保持正壓狀態(tài)，且各氣體指數(shù)正常。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

一是沒有新鮮風流循環(huán)流過掘進面，在掘進巷內(nèi)形成無氧環(huán)境，所有需要氧氣參與的反應(yīng)均不能發(fā)生，因此杜絕了瓦斯燃燒和爆炸、煤炭自燃等災(zāi)害事故的發(fā)生；二是不需要再考慮瓦斯?jié)舛仁欠癯?、是否有爆炸危險的問題，可以減少停產(chǎn)治理瓦斯的時間，大大加快掘進速度；三是掘進過程中涌出的瓦斯不經(jīng)風流稀釋，維持在較高濃度，經(jīng)抽采后可以作為一種潔凈資源合理利用，為增加企業(yè)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的煤礦井下無氧掘進工作面軟硬封閉阻隔方法井下掘進系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的風門-抽放-氮氣幕聯(lián)動阻隔裝置示意圖。

其中：1-高濃度瓦斯抽放區(qū)；2-泄漏緩沖區(qū)；3-氮氣幕阻隔區(qū)；4-效果監(jiān)測區(qū)；5-正壓應(yīng)急區(qū)；6-氮氣區(qū)；7-氮氣正壓區(qū)；8-緩沖區(qū)；9-軌道集中巷；10-運輸集中巷；11-掘進迎頭；12-水幕；13-瓦斯抽放管路；14-風門；15-瓦斯探測器；16-氮氣傳感器；17-掘進巷；18-壓風、水管氮氣管路；19-起坡巷道。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明提供一種煤礦井下無氧掘進工作面軟硬封閉阻隔方法。

該方法通過硬阻隔系統(tǒng)、軟阻隔系統(tǒng)、智能動態(tài)抽放系統(tǒng)和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)使外部空氣和掘進,17的瓦斯隔離，達到掘進巷的無氧化；其中，硬阻隔系統(tǒng)包括風門、膠帶、密封條，風門共有五道，如圖1、圖2所示，五道風門14將掘進巷17劃分為六個區(qū)域，依次為：高濃度瓦斯抽放區(qū)1、泄漏緩沖區(qū)2、氮氣幕阻隔區(qū)3、效果監(jiān)測區(qū)4、正壓應(yīng)急區(qū)5和氮氣區(qū)6；軟阻隔系統(tǒng)包括供氣裝置、散氣裝置、啟閉裝置、智能控制裝置，軟阻隔系統(tǒng)配合硬阻隔系統(tǒng)設(shè)置；智能動態(tài)抽放系統(tǒng)包括可伸縮抽放管道、壓風自動調(diào)節(jié)管路、智能控制系統(tǒng)，用于對掘進工作面涌出的瓦斯進行抽放；監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)包括繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、機械觸發(fā)式傳感器信號檢測、氣體檢測系統(tǒng)，通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)智能動態(tài)抽放瓦斯、自動控制開閉氮氣幕及打開風門進行氣體阻隔的一系列過程。

其中，掘進巷與軌道集中巷9和運輸集中巷10處于同一高度。

高濃度瓦斯抽放區(qū)1布置在掘進迎頭11至第一道風門間，瓦斯抽放管路13布置在此區(qū)域，利用抽放管將瓦斯直接抽排入瓦斯抽放專用管路，直至地面凈化提純罐中。

泄漏緩沖區(qū)2布置在第一道風門與第二道風門之間，當涌出量和抽放量失衡的時候，會有瓦斯從高濃度區(qū)繞過第一道風門向后方泄漏，起到瓦斯緩沖的作用。

氮氣幕阻隔區(qū)3布置在第二道風門和第三道風門之間，在阻隔區(qū)內(nèi)預(yù)先設(shè)置瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測點，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適時啟動氮氣幕進行瓦斯阻隔。

效果監(jiān)測區(qū)4布置在第三道風門和第四道風門之間，在該區(qū)域內(nèi)主要是設(shè)置瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測點，用以檢測氮氣幕是否成功的阻隔了瓦斯泄漏。

氮氣區(qū)6布置在第五道風門后方至繞道處的范圍，該區(qū)域內(nèi)的氣體全部為氮氣，形成絕對的無氧環(huán)境。

氮氣區(qū)6內(nèi)分氮氣正壓區(qū)7和緩沖區(qū)8，緩沖區(qū)8后依次為軌道集中巷9和運輸集中巷10。

掘進迎頭11處有水幕12，高濃度瓦斯抽放區(qū)1、泄漏緩沖區(qū)2、氮氣幕阻隔區(qū)3、效果監(jiān)測區(qū)4和氮氣區(qū)6內(nèi)均布置瓦斯探測器15，泄露緩沖區(qū)2和氮氣阻隔區(qū)3內(nèi)布置氮氣傳感器16，壓風、水管氮氣管路18布置在掘進巷17內(nèi)，氮氣區(qū)6連接起坡巷道19。

下面以具體情況予以說明。

（1）風門不開啟狀態(tài)下的氧氣阻隔

當風門14不開啟時，調(diào)節(jié)第六道氮氣幕的出口速度，改變涌入的氮氣含量，就可以實現(xiàn)區(qū)間內(nèi)的氣體壓力的改變，使得氧氣不能穿過繞道進入掘進巷，就可以實現(xiàn)氧氣不能進入緩沖區(qū)8，但是在調(diào)節(jié)過程中少量氮氣進入緩沖區(qū)8是允許的。

（2）風門不開啟狀態(tài)下的瓦斯阻隔

當風門14不開啟時，首先通過瓦斯探測器15監(jiān)測到瓦斯涌出進行瓦斯管路抽放，然后調(diào)節(jié)氮氣幕的出口速度，改變涌入的氮氣含量，使得瓦斯的含量明顯降低。

（3）風門開啟狀態(tài)下的氧氣阻隔

在開啟第一道風門前，應(yīng)預(yù)先啟動布設(shè)在繞道處外部的繞道處的氮氣幕，在繞道口附近形成氮氣環(huán)境同時開啟緩沖區(qū)8的氮氣幕，加大氮氣幕正壓區(qū)7的氣體壓力，進而保證在開啟第一道風門時，參與第一道風門前后兩個區(qū)域間相互流動的氣體成分中氮氣含量大，氧氣含量低；而且保證氮氣正壓區(qū)7內(nèi)壓力大于前方的兩個區(qū)域，形成的氣體流動方向為由氮氣正壓區(qū)7指向緩沖區(qū)8，而不是反向流動。在開啟第二道風門前，第一道風門已關(guān)閉，開啟第二道風門處的氮氣幕，同時繼續(xù)加大氮氣正壓區(qū)7的氮氣幕。保證在開啟過程中通過氮氣幕實現(xiàn)對氧氣的阻隔。

（4）風門開啟狀態(tài)下的瓦斯阻隔

隨著掘進作業(yè)的進行，瓦斯涌出量不斷的增加，瓦斯會通過第一道風門處的皮帶口及縫隙逐漸向后方的緩沖區(qū)8和氮氣幕阻隔區(qū)3運移，當在氮氣幕阻隔區(qū)3監(jiān)測到瓦斯后，同時開啟氮氣幕與抽放管，阻隔瓦斯向后方運移的同時，抽放前方區(qū)域內(nèi)的瓦斯，待監(jiān)測點瓦斯?jié)舛冉档秃?，停止抽放，降低氮氣幕出口速度。當前方瓦斯再次運移到后部區(qū)域時，重復(fù)前述過程，調(diào)節(jié)抽放與氮氣幕，在這種動態(tài)調(diào)節(jié)作用下，保證后方效果檢測區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗_到安全閾值以下（0.1%）。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。