煤矿用瓦斯抑爆系统及抑爆方法

摘要

本发明公开了一种煤矿用瓦斯抑爆系统及抑爆方法，其系统包括用于检测采煤工作面上隅角甲烷浓度和氧气浓度的气体检测模块和与气体检测模块电连接的本安型防爆控制阀，本安型防爆控制阀电连接有用于向采煤工作面上隅角释放惰性气体进而稀释氧气浓度和甲烷浓度的惰性气体释放装置以及用于防止进风巷的氧气进入采煤工作面上隅角的挡风装置一；其抑爆方法包括步骤一、甲烷浓度和氧气浓度的检测；步骤二、甲烷浓度和氧气浓度的判定；步骤三、甲烷和氧气的稀释；步骤四、稀释后甲烷和氧气的排放。本发明工作可靠性高，达到井下瓦斯抑爆的目的，提高了采煤作业的安全性，其实用性强，使用效果好，便于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑爆系统及抑爆方法，特别是涉及一种煤矿用瓦斯抑爆系统及抑爆方法。

背景技术

我国是世界第一大产煤国，煤炭在我国一次能源消费中约占70%左右，因而煤炭行业是关系我国国家经济命脉的重要基础产业。然而，煤炭行业又是我国安全生产形势最为严峻的行业之一，预防和控制煤矿重特大事故的发生，促进煤矿安全生产形势的根本好转已成为国家和政府层面上急需解决的重大问题，也是我国安全生产工作的核心任务。在所有煤矿灾害事故中，尤以瓦斯事故为重，其中主要以煤与瓦斯突出以及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸为最主要的表现形式。近年来，虽然煤矿瓦斯防治工作已取得阶段性成效，但仍没有从根本上遏制重大瓦斯事故的发生，2008年全国共煤矿发生瓦斯事故182起，死亡778人，其中较大瓦斯事故63起，死亡290人;重特大瓦斯事故18起，死亡352人。瓦斯灾害已成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产的最重要因素，常规或单一的瓦斯灾害防治技术已不能满足煤矿高效安全生产的需要。需利用新思路新方法与常规瓦斯灾害防治技术相结合来防治瓦斯事故。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种设计合理、能够有效抑制瓦斯爆炸进而保证井下人员安全的煤矿用瓦斯抑爆系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：包括用于检测采煤工作面上隅角甲烷浓度和氧气浓度的气体检测模块和与所述气体检测模块电连接的本安型防爆控制阀，所述本安型防爆控制阀电连接有用于向采煤工作面上隅角释放惰性气体进而稀释氧气浓度和甲烷浓度的惰性气体释放装置，以及用于防止进风巷的氧气进入采煤工作面上隅角的挡风装置一。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述惰性气体释放装置包括装有惰性气体的气瓶、与所述气瓶相连接且用于向采煤工作面上隅角释放惰性气体的喷射管和用于控制所述喷射管通断的电动阀门，所述电动阀门与本安型防爆控制阀电连接。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述气瓶的数量和喷射管的数量均为多个，多个所述气瓶均通过气管一连接有连通管一，所述连通管一通过连通管二连接有连通管三，多个所述喷射管的一端均与连通管三连接，多个所述喷射管的另一端均延伸至采煤工作面上隅角。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述气体检测模块包括至少一个用于检测采煤工作面上隅角甲烷浓度的甲烷浓度传感器一和至少一个用于检测采煤工作面上隅角氧气浓度的氧气浓度传感器一。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述气体检测模块还包括至少一个用于检测采煤工作面和回风巷连接处甲烷浓度的甲烷浓度传感器二以及至少一个用于检测采煤工作面和回风巷连接处氧气浓度的氧气浓度传感器二。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述挡风装置一包括电机一、连接在电机一输出轴上的卷筒一和绕设在卷筒一上的挡风帘一，所述卷筒一设置在沿采煤方向相邻的两个采煤工作面单体液压支柱之间，所述电机一安装在所述采煤工作面单体液压支柱上，所述本安型防爆控制器的输出端电连接有电机驱动器一，所述电机驱动器一与电机一电连接。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述回风巷与采煤工作面的连接处设置有挡风装置二，所述挡风装置二包括电机二、连接在电机二输出轴上的卷筒二和绕设在卷筒二上的挡风帘二，所述本安型防爆控制器的输出端电连接有电机驱动器二，所述电机驱动器二与电机二电连接，所述电机二安装在回风巷侧壁的条形凹槽内。

上述的煤矿用瓦斯抑爆系统，其特征在于：所述本安型防爆控制器电连接有中央控制器，所述中央控制器的输出端电连接有用于在采煤工作面上隅角的甲烷浓度达到预设阈值时进行报警的语音告警模块，所述本安型防爆控制器的输出端接有声光告警模块。

本发明还提供了一种操作简便、工作可靠性高且实用价值高的煤矿用瓦斯抑爆方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、甲烷浓度和氧气浓度的检测：通过甲烷浓度传感器一检测采煤工作面上隅角的甲烷浓度，并通过氧气浓度传感器一检测采煤工作面上隅角的氧气浓度；

步骤二、甲烷浓度和氧气浓度的判定：本安型防爆控制器接收甲烷浓度传感器一输出的甲烷浓度信号和氧气浓度传感器一输出的氧气浓度信号，并使所述甲烷浓度信号和所述氧气浓度信号分别与本安型防爆控制器预设的甲烷浓度阈值和氧气浓度阈值进行比较；

步骤三、甲烷和氧气的稀释：当甲烷浓度传感器一输出的甲烷浓度信号接近本安型防爆控制器预设的甲烷浓度阈值时，且所述氧气浓度传感器一输出的氧气浓度信号接近本安型防爆控制器预设的甲烷浓度阈值时，本安型防爆控制器控制惰性气体释放装置向采煤工作面上隅角释放惰性气体，进而稀释采煤工作面上隅角的氧气浓度和甲烷浓度，同时所述本安型防爆控制器控制挡风装置一使挡风帘一下放，从而阻止进风巷内的氧气进入采煤工作面上隅角，使得采煤工作面上隅角的氧气浓度和甲烷浓度降低；

步骤四、稀释后甲烷和氧气的排放：所述本安型防爆控制器控制挡风装置一，将挡风帘一收起，从所述进风巷吹入的风将采煤工作面上隅角的稀释后的氧气和甲烷以及惰性气体从回风巷排出，从而实现瓦斯抑爆。

上述的煤矿用瓦斯抑爆方法，其特征在于：步骤三中，挡风帘一下放的同时，所述本安型防爆控制器控制挡风装置二，使挡风帘二下放，从而防止回风巷的氧气回流至采煤工作面上隅角。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明主要针对采煤作业中，甲烷气体在采煤工作面上隅角积聚的问题而提出，其采用惰性气体释放装置释放的惰性气体，对采煤工作面上隅角的氧气和甲烷进行稀释，其效果明显，有效的使甲烷和氧气隔绝，解除了瓦斯爆炸的危险。

2、本发明通过设置挡风装置一，能够有效的阻止进风巷的氧气进入采煤工作面上隅角，同时使得惰性气体释放装置对采煤工作面上隅角的氧气稀释效果更加显著。

3、本发明通过设置挡风装置二，有效的防止了回风巷的氧气回流至采煤工作面上隅角，使得惰性气体释放装置对采煤工作面上隅角氧气的稀释时间变短，进一步增强了稀释效果。

4、本发明实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，实现成本低，工作可靠性高，达到井下瓦斯抑爆的目的，提高了采煤作业的安全性，其实用性强，使用效果好，便于推广应用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

图2为本发明布设在煤矿内的位置关系示意图。

图3为本发明惰性气体释放装置的结构示意图。

图4为本发明挡风装置一的结构示意图。

图5为本发明挡风装置二的结构示意图。

附图标记说明:

具体实施方式

如图1和图2所示的一种煤矿用瓦斯抑爆系统，包括用于检测采煤工作面上隅角10甲烷浓度和氧气浓度的气体检测模块1和与所述气体检测模块1电连接的本安型防爆控制阀2，所述本安型防爆控制阀2电连接有用于向采煤工作面上隅角10释放惰性气体进而稀释氧气浓度和甲烷浓度的惰性气体释放装置12，以及用于防止进风巷8的氧气进入采煤工作面上隅角10的挡风装置一6。

本实施例中，采用稀释采煤工作面上隅角10氧气浓度和甲烷浓度的方法，从而使采煤工作面上隅角10氧气浓度和甲烷浓度降低，有效的使甲烷和氧气隔绝，一般情况下，瓦斯爆炸需要满足的三个条件是：一定浓度的瓦斯、高温火源的存在和充足的氧气，本实施例通过使氧气浓度和甲烷浓度降低，消除了瓦斯爆炸需满足的三个条件中的两个，从而达到抑制瓦斯爆炸的目的，其构思新颖，由于采煤工作面上隅角10氧气的含量远远大于甲烷的含量，所述惰性气体释放装置12对氧气的稀释效果大于对甲烷的稀释效果，从而保证甲烷和氧气的有效隔绝，该煤矿用瓦斯抑爆系统有效的保证了井下工作人员的安全，提高了采煤作业的安全性。

如图3所示，所述惰性气体释放装置12包括装有惰性气体的气瓶12-1、与所述气瓶12-1相连接且用于向采煤工作面上隅角10释放惰性气体的喷射管12-4和用于控制所述喷射管12-4通断的电动阀门12-3，所述电动阀门12-3与本安型防爆控制阀2电连接。使用时，通过本安型防爆控制阀2控制电动阀门12-3，使喷射管12-4与气瓶12-1连通，从而向采煤工作面上隅角10释放惰性气体，进而稀释氧气和甲烷，本实施例中，采用的惰性气体为氮气。

本实施例中，所述气瓶12-1的数量和喷射管12-4的数量均为多个，多个所述气瓶12-1均通过气管一12-2连接有连通管一12-7，所述连通管一12-7通过连通管二12-6连接有连通管三12-5，多个所述喷射管12-4的一端均与连通管三12-5连接，多个所述喷射管12-4的另一端均延伸至采煤工作面上隅角10。

如图1所示，所述气体检测模块1包括至少一个用于检测采煤工作面上隅角10甲烷浓度的甲烷浓度传感器一1-1和至少一个用于检测采煤工作面上隅角10氧气浓度的氧气浓度传感器一1-2。

如图1所示，所述气体检测模块1还包括至少一个用于检测采煤工作面9和回风巷15连接处甲烷浓度的甲烷浓度传感器二1-3以及至少一个用于检测用于检测采煤工作面9和回风巷15连接处氧气浓度的氧气浓度传感器二1-4。

本实施例中，通过采用甲烷浓度传感器二1-3检测采煤工作面9和回风巷15连接处的甲烷浓度，通过采用氧气浓度传感器二1-4检测采煤工作面9和回风巷15连接处的氧气浓度，进而可以与甲烷浓度传感器一1-1和氧气浓度传感器二1-4的检测数据相比较，判断采煤工作面上隅角10氧气和甲烷的稀释情况，便于对采煤工作面上隅角10甲烷浓度和氧气浓度进行监测。

本实施例中，所述惰性气体释放装置12和本安型防爆控制器2均安装在控制箱14内。且该煤矿用瓦斯抑爆系统在使用时，随着开采作业的进行，采空区13不断落顶，该煤矿用瓦斯抑爆系统随采煤工作面单体液压支柱11不断移动。

如图4所示，所述挡风装置一6包括电机一6-2、连接在电机一6-2输出轴上的卷筒一6-3和绕设在卷筒一6-3上的挡风帘一6-4，所述卷筒一6-3设置在沿采煤方向（如图1中箭头所指）相邻的两个采煤工作面单体液压支柱11之间，所述电机一6-2安装在所述采煤工作面单体液压支柱11上，所述本安型防爆控制器2的输出端电连接有电机驱动器一6-1，所述电机驱动器一6-1与电机一6-2电连接。

本实施例中，沿采煤方向相邻的两个采煤工作面单体液压支柱11的上端均安装有安装板一11-2，所述卷筒一6-3中轴的端部与安装板一11-2通过轴承连接，两个所述采煤工作面单体液压支柱11中一个的上端安装有电机支架11-1，所述电机一6-2安装在电机支架11-1上。使用时，本安型防爆控制器2通过电机驱动器一6-1控制电机一6-2正转，使卷筒一6-3转动，从而使挡风帘一6-4下放，当需要收起挡风帘一6-4时，本安型防爆控制器2通过电机驱动器一6-1控制电机一6-2反转，从而使卷筒一6-3反方向转动，从而收起挡风帘一6-4。通过设置挡风装置一6，能够有效的阻止进风巷8的氧气进入采煤工作面上隅角10，同时使得惰性气体释放装置12对采煤工作面上隅角10的氧气稀释效果更加显著。

如图5所示，所述回风巷15与采煤工作面9的连接处设置有挡风装置二7，所述挡风装置二7包括电机二7-2、连接在电机二7-2输出轴上的卷筒二7-3和绕设在卷筒二7-3上的挡风帘二7-4，所述本安型防爆控制器2的输出端电连接有电机驱动器二7-1，所述电机驱动器二7-1与电机二7-2电连接，所述电机二7-2安装在回风巷15侧壁的条形凹槽15-1内。

本实施例中，所述回风巷15两侧壁的上部均设置有支架板16，所述支架板16上安装有安装板二17，所述卷筒二7-3中轴的端部与安装板二17通过轴承连接，所述回风巷15的一侧壁上开设有沿回风巷15长度方向延伸的条形凹槽15-1，所述电机二7-2安装在条形凹槽15-1上。使用时，本安型防爆控制器2通过电机驱动器二7-1控制电机二7-2正转，使卷筒二7-3转动，从而使挡风帘二7-4下放，当需要收起挡风帘二7-4时，本安型防爆控制器2通过电机驱动器二7-1控制电机二7-2反转，从而使卷筒二7-3反方向转动，从而收起挡风帘二7-4。通过设置挡风装置二7，有效的防止了回风巷15的氧气回流至采煤工作面上隅角10，使得惰性气体释放装置12对采煤工作面上隅角10氧气的稀释时间变短，进一步增强了稀释效果。

如图1所示，所述本安型防爆控制器2电连接有中央控制器4，所述中央控制器4的输出端电连接有用于在采煤工作面上隅角10的甲烷浓度达到预设阈值时进行报警的语音告警模块5，所述本安型防爆控制器2的输出端接有声光告警模块18。

本实施例中，通过设置中央控制器4可以方便对采煤工作面上隅角10的甲烷浓度和氧气浓度进行监测，并通过语音告警模块5对井上人员进行通知，做好防护和营救准备，使用时，通过键盘输入模块4对本安型防爆控制器2的阈值进行设置。还通过声光告警模块18，对井下的工作人员进行告警提示，使人们进行疏散。通常情况下，所述中央控制器4位于煤矿外部。

结合图1-图4，本发明一种煤矿用瓦斯抑爆方法，包括以下步骤：

步骤一、甲烷浓度和氧气浓度的检测：通过甲烷浓度传感器一1-1检测采煤工作面上隅角10的甲烷浓度，并通过氧气浓度传感器一1-2检测采煤工作面上隅角10的氧气浓度；

步骤二、甲烷浓度和氧气浓度的判定：本安型防爆控制器2接收甲烷浓度传感器一1-1输出的甲烷浓度信号和氧气浓度传感器一1-2输出的氧气浓度信号，并使所述甲烷浓度信号和所述氧气浓度信号分别与本安型防爆控制器2预设的甲烷浓度阈值和氧气浓度阈值进行比较；

步骤三、甲烷和氧气的稀释：当甲烷浓度传感器一1-1输出的甲烷浓度信号接近本安型防爆控制器2预设的甲烷浓度阈值时，且所述氧气浓度传感器一1-2输出的氧气浓度信号接近本安型防爆控制器2预设的甲烷浓度阈值时，本安型防爆控制器2控制惰性气体释放装置12向采煤工作面上隅角10释放惰性气体，进而稀释采煤工作面上隅角10的氧气浓度和甲烷浓度，同时所述本安型防爆控制器2控制挡风装置一6使挡风帘一6-4下放，从而阻止进风巷8内的氧气进入采煤工作面上隅角10，使得采煤工作面上隅角10的氧气浓度降低；

步骤四、稀释后甲烷和氧气的排放：所述本安型防爆控制器2控制挡风装置一6，将挡风帘一6-4收起，从所述进风巷8吹入的风将采煤工作面上隅角10的稀释后的氧气和甲烷以及惰性气体从回风巷15排出，从而实现瓦斯抑爆。

结合图5，本实施例中，步骤三中，挡风帘一6-4下放的同时，所述本安型防爆控制器2控制挡风装置二7，使挡风帘二7-4下放，从而防止回风巷15的氧气回流至采煤工作面上隅角10。通过下放挡风帘二7-4，有效的防止了回风巷15的氧气回流至采煤工作面上隅角10，使得惰性气体释放装置12对采煤工作面上隅角10氧气的稀释时间变短，增强了稀释效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。