全封闭定点通风现代化矿井的建设新思路.doc

全封闭定点通风现代化矿井的建设新思路 韩雪峰1，尹小军2，张占国1 1．神华宁夏煤业集团乌兰煤矿，宁夏石嘴山753300；2．黑龙江科技学院资源与环境工程学院，哈尔滨150027 摘要建设本质安全型矿井，高产高效绿色开采是当今矿山发展的方向，文章提出了矿井全封闭定点式通风的新思路采用全封闭管路向井下定点通风地点供给空气。矿井除定点通风地点以外处于缺氧高浓度煤层气状态，而不具备火灾、爆炸条件，通风尾气排入采空区进行遗煤气化，进行煤与瓦斯同采的绿色开采，对密闭房平台采用数字化监控管理，实现矿井瓦斯治理与利用，改善井下环境，为建设本质安全型矿井打下基础。 关键词定点通风；绿色开采；高产高效；数字化；本质安全 中图分类号TD712 支献标识码A 文章编号10088725200910000303 Construction New of Entire Seal Fixed Point Ventilation in Modern Mine HAN Xuefeng1，YIN Xiao一ju2，ZHANG Zhanguo1 1．Walan Coal Mine，Ningxia Mining Industry Group，Shizuishan 753300，China；2．College of Resource and Environment Engineering，Heilongjiang Institute of Science and Technology-Harbin 150027,China AbstractThe construction intrinsically safe mine，high yield and high effective green mining is the mine development direction，this paper proposed the mine entire seal f“ixed point type well ventilated new mentality now，uses all seals up the pipeline to ventilate the place supplies air to the mine shaft fixed point．The mine ventilates the place besides the fixed point to be at the oxygen deficit high potency coalbed methane the condition，but does not have the fire，the detonation condition，ventilates the exhaust to disperse into picks the depletion region to carry on loses the gasification，carries on the coal and the gas with green mining which picks，uses the digitized monitoring management to the airtight room plat，the realization damp government and the use，the improvement mine shaft environment，builds the foundation for the construction intrinsically safe mine． Key wordsfixed-point ventilation；green mining；high yield and high efficiency；digitalization；intrinsically safe 0．引言 随着国内外矿山逐渐进入深部开采状态，“三高”问题越来越突出[1]，高瓦斯问题和通风不足问题突显出来，现在的通风思路是稀释法，即利用新鲜空气把高浓度煤层气稀释到爆炸极限以下的过程。这样就造成矿井在“富氧”条件下工作，使氧气和煤层气、煤炭等发生氧化反应放热，矿井温度升高，并且生产中存在煤层自燃、采空区遗煤燃烧、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、火灾等隐患。为了解决以上问题，提出了一种全新的全封闭定点通风方式。 1 全封闭定点通风的原理 全封闭定点通风的原理是采用全封闭管路向井下需定点通风地点供给空气，在井下高纯度煤层气的恶劣环境中独立建设出空气充足安全舒适的工作空间。井下工人通过利用空气呼吸器、氧气呼吸器、低压供氧管路和定点通风等，在井下高纯度煤层气环境中完成正常矿井安全生产任务，使矿井达到高产高效绿色开采的现代化矿井。 2 通风方式对比 由图1可知，稀释法通风煤层气在新鲜空气稀释下由A点100％浓度下降到D点，以达到矿井安全生产的气体浓度指标。在此稀释过程中BC段为爆炸区间，并且在正常生产过程中DE段煤层气浓度也是很容易升至爆炸区间K，所以在整个生产过程DE段随时有瓦斯爆炸的危险。全封闭定点通风在矿井整个通风过程中，煤层气始终处于高纯度，远离爆炸区间，并且可直接抽取利用高纯度煤层气。由图1可明确看出，全封闭定点通风的整体通风过程是本质安全的，使资源达到最高利用率。 3全封闭定点通风的布置 在地面布置空气压缩站，井下布置密闭房、补氧站、定点通风密闭区和工人随身携带的呼吸器等，它们之间通过主风筒、副风筒、风管、高压软风管、低压软风管等管路连接起来，井下工人在管路供氧区域以外工作时，可以通过呼吸器完成简单工作。 空气压缩站是由小型通风机组成的向主风筒内压人新鲜空气的供风场所，类似矿井通风机房，只要满足井下所需新鲜空气风量即可。 抽气站利用防爆风机抽出工作面涌出的高纯度煤层气甲烷和抽出采空区遗煤气化气一氧化碳和部分甲烷，由主风筒分别排到地面的工作场所。 密闭房采用全封闭房体在井下隔离出独立于矿井环境的小范围安全舒适的工作区，密闭房内设有监控室和休息室，门体采用双门闭锁单开设置，类似潜水艇仓门设计，以防止有害物进入密闭房。密闭房分为固定式和移动式两类。固定式密闭房主要设置在人员较多经常逗留的固定作业的地方，把它布置在一个与巷道垂直的平硐内如图2所示，并采用锚杆和支柱固定于平硐内，使其工作时稳定。移动式密闭房主要设置在人员较多，需移动作业的地方如掘进工作面、回采工作面，而把它布置在工作面附近的巷道中或工作面附近的联络巷中如下图2所示，移动式密闭房四角各设置液压支柱，在移动式密闭房停车工作时，升降上下液压支柱，使其工作时稳定。 补氧站是给空气呼吸器和车载储气罐补给高压空气的供氧场所。补氧站一般设有氧气填充泵、储气罐和备用空气气瓶，也可以只设置储气罐和备用空气气瓶，其高压空气由较大的补氧站供给。储气罐与备用气瓶连接自动补充高压空气，在工人空气呼吸器空气不足时，到补氧站更换备用气瓶完成补氧任务。补氧站一般布置在密闭房上和巷道内一些躲避硐内的需氧位置如图2所示，并且采用锚杆和支柱使其固定，为满足井下工人正常运输和特殊需氧环境，可在运输设备上设置储气罐和设置独立的运氧车辆。 定点通风密闭区是利用临时风门、风墙等设施在巷道中隔离密闭，形成一个较大的临时独立密闭区。一般布置在矿井下需要氧气充足较大的临时工作场所。 呼吸器是井下工人随身携带供氧装置，以保证在管路供氧区域以外正常工作。呼吸器分为空气呼吸器和氧气呼吸器。空气呼吸器为井下供氧常用设备，可以与低压管路连接直接供氧使用，单气瓶储气量可用50 min；氧气呼吸器为井下供氧应急设备可独立使用4h。 4全封闭定点通风的氧气供给 全封闭定点通风系统的氧气供给是将矿井下工作所需氧气通过全封闭管路输送到矿井下需氧地点如图3所示。其输送空气原理类似现在的高压输电原理，通过地面空气压缩站把低压空气压缩到井下管路中，再通过井下氧气填充泵把空气压缩成高压气体并储存在储气罐中以备使用，以便减少管路的损耗、方便维护。由图3可知，通过地面空气压缩站把低压空气压人主风筒中，需氧量较大的定点通风密闭区由主风筒直接供风，污风由防爆通风机和主风筒排人采空区，以用作遗煤气化。需氧量较小的氧气补氧站有两种供氧方式①低压供氧方式。通过副风筒把空气从主风筒引到各个氧气补氧站，由氧气填充泵压缩储存在储气罐以备使用；②高压供氧方式。通过副风筒把空气从主风筒引到较大的主补氧站，由氧气填充泵压缩储存在储气罐内，并由风管引到各个副补氧站的储气罐内，以备使用。密闭房的供氧由副风筒从主风筒把低压空气引密闭房，再用风管把补氧站的储气罐和密闭房联接以备应急之用。 如图2所示，为以神华千万吨现代化特大型矿井生产模式为参考的创新设计图，工作面布置双面工作面，一面多采机的高效工作面，在运顺中布置抽气站，主要抽出工作面涌出的高纯度煤层气甲烷。在开采一定安全距离后，从开切眼处向采空区注人通风尾气，主要目的①采空区遗煤在缺氧情况下进行气化；②推排采空区剩余高纯度煤层气。在区段开采完后，在停产线处设置抽气站，主要抽取遗煤气化和剩余煤层气，如果遗煤气化气浓度低，可采取通人适量通风尾气后，密封采空区，使之在缺氧条件长时间反应完全后，再打开采空区进行抽取气化气，由单独主风筒排到地面利用。此矿井水泵房和供电室都采用门密封设计，主要是为了在井下发生爆炸、透水等事故时，还能保证矿井正常排水供电，防止次生灾害发生。 特大型现代化矿井的采煤和支护都实现机械化，每一个回采工作面最少可35人工作[2]，工人在密闭房中完成绝大部分设备的监控任务，少部分设备的操控通过设备上铺设的低压管路和空气呼吸器配合使用，让工人就近完成操作任务。正常情况下空气呼吸器的气瓶空气，是在更换管路供氧情况时使用，如果井上出现特大事故，工人通过使用井下备用气瓶和氧气呼吸器安全步行升井。 5 全封闭定点通风矿井的优点 5．1为矿井绿色开采创造了条件 矿井采用全封闭定点通风的全新通风工艺，在整个开采过程中煤层气始终处于高纯度状态，先进行煤与煤层气同采，再把定点通风所产生的污浊空气排人缺氧采空区，用作采空区遗煤、煤矸气化[4]。缺氧采空区中的遗煤、煤矸极其破散，氧化面积大，比原煤直接气化更容易、更合理、更经济。采空区就成了一个天然的遗煤、煤矸气化反应炉、气化气存储、气化气纯化的地下大反应场。只要控制适当的输氧量和采空区密封时问就可以大体控制遗煤、煤矸气化。为了加快气化速度，也可以在回采过程中向采空区喷洒催化剂。此气体可以用作燃料、工业原料、发电等用途，并且气化气可以做到随用随抽、不用封存于采空区。这样矿井在回采过程中对回采率的要求也可大大降低；同时总体提高了能源的回采率，做到了煤与瓦斯同采和遗煤气化的绿色回采工艺[3]。 5．2有利于矿井高产高效生产 全封闭定点通风矿井由于不用考虑瓦斯超限问题、通风巷道回路问题和巷道密闭性问题等，可以建设一巷双面、一面多采机的高产高效工作面和采用综放、水采等一些高效采煤工艺，巷道进行平面化简单布置，使矿井工作面加长，推进距离加长，从而达到对矿井的快速高产高效回采工艺的优化。 5．3解决了高地压开采问题 由于布置一巷双面的高产高效回采工作面，使采区少留煤柱或不留煤柱，这样大大减少煤柱的地压传递，在采空区形成较大的减压区，充分释放高地压；并可以在采空区中央矿压较小处设置巷道。通过超大面积采空区卸压和在减压区成巷方法，就可以解决高地压开采问题。 5．4便于矿井数字化管理 密闭房提供了一个环境良好的数字化工作平台。在工作面安装电子探头和电子摄像头等，对工作面进行可视数字化管理。通过电子探头对煤层地质情况进行电子勘探，并把电子数据及时传送到密闭房，再由光缆送到中央控制指挥中心，通过电脑快速、准确、数字化模拟出煤层产状和含水情况、矿山压力情况。及时预报水灾害、矿压灾害，使井下及时采取有效的防治措施，解决水灾害和矿压灾害。实现矿井地面、井下联合数字化可视监控管理。 5．5直接促进了本质安全型矿井建设 工人大部分时间都是呆在密闭房中进行数字化监控生产工作，在密闭房安装空调以解决矿井高温问题，只有少部分时问出外巡检、修理工作。这样大大降低顶板冒落伤人的事故，通过使用呼吸器和加强个人防护，解决工人因工作环境而易得尘肺、风湿等职业病问题。整个矿井处于缺氧状态不具备煤炭自燃、火灾、瓦斯爆炸、煤尘爆炸的形成条件。如果一旦发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸、水灾等灾害，工人们经常工作的场所一密闭房，它们都设置在“死角”，爆炸形成的冲击波和透水冲击波将不会造成密闭房损坏，并且在灾后，密闭房切断供氧、排氧管路，彻底密封，并打开储气罐与密闭房联接的应急备用风管供氧，密闭房内设应急水和应急粮。这样大大的提高了井下事故人员生存能力。从本质上解决矿井五大灾害问题，使得矿井更加人性化、更加安全。 6 适应条件和可行性 全封闭定点通方式虽然安全性高、优点多，但它只适用于矿井布置简单、机械化程度高、井下工作人员少的大型矿井。全封闭定点通风矿井建设所需设备可采用现有的消防设备，井下工作人员携带的呼吸器等可直接使用消防员的救生呼吸器设备代替。而车载储气罐，可以让需氧车辆载CNG储气瓶，就像现在一些天燃气车辆一样，只是把储气罐中的天燃气换成空气，并由车辆的吸气孔注入，这样胶轮车就可以在井下正常运行了。从现有技术水平来看此套全封闭定点通风矿井建设新思路是完全可行的。 7 结束语 全封闭定点通风方式改变了矿井通风的传统模式，为深部开采、高瓦斯矿井开采提供了新思路。通过管路定点通风、减少通风费用和解决大气污染问题，使全矿井不具备火灾和爆炸条件，形成了煤与瓦斯同采、遗煤气化的绿色开采工艺，布置一巷双面、一面多采机的高产高效工作面，简化巷道布置，使其平面化。实行全矿井数字化控制管理，彻底预测防治矿井五大灾害。为绿色开采、高产高效数字化、人性化、本质安全型矿井建设提供新思路。 参考文献 [1]何满潮，谢和平，彭苏萍，等．深部开采岩体力学研究[J]．岩体力学与工程学报，2005，241628032813． [2]周世宁，林柏泉，等．高瓦斯煤层开采的新思路及待研究的主要问题[J]．中国矿业大学学报，2001，302111113． [3]钱呜高，许家林，缪协兴，等．煤矿绿色开采技术[J]．中国矿业大学学报，2003，324343348． [4]刘宝银，邱波．地下气化炉煤层气松动技术研究及应用[J]．洁净煤技术，2008，3． [5]王东，程志齐．神华宁煤集团白芨沟煤矿设计优化及创新[J]．煤炭工程，2008，8． [6]张国桥，李钢．煤炭绿色开采技术及应用[J]．中国煤炭，2008，8． [7]元浩，闫珙．浅谈矿井瓦斯爆炸危险现状及安全生产可持续发展[J]．消防科技与工程学术会议论文集，2007，7