一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置与方法与流程

本发明涉及一种控制煤巷通风风流的装置，特别是关于能够根据巷道瓦斯浓度自动调节双层巷道空间比例的一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置与方法。

背景技术：

众所周知，煤巷掘进是煤矿井工开采必不可少的一项工作；在煤巷掘进过程中，又必然存在瓦斯治理问题。

目前，煤矿瓦斯治理方法可分为通风和抽采两种；对于瓦斯含量比较高的煤层（甚至于突出煤层），煤巷掘进的瓦斯治理，通常采用通风和抽采两种方法联合进行；对于瓦斯含量比较低的煤层，采用通风即可解决煤巷掘进的瓦斯治理问题。

对于瓦斯含量偏高，仅采用通风方法不能解决瓦斯治理问题的煤巷（国家《煤矿安全规程》要求煤巷掘进的最高风速不能超过4m/s，并且，风速太高也不利于煤尘的治理，容易导致煤尘浓度超限），如果增加抽采措施进行瓦斯治理，则需增加相应的人力、物力，耗费巨大，不经济。

因此，对于类似上述煤巷掘进过程中遇到的瓦斯治理问题，探索出一种既能满足《煤矿安全规程》的要求，有效防止瓦斯、风速与煤尘超限，又能降低瓦斯治理费用的通风方法与装置就显得尤为迫切。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置与方法。

解决上述技术问题的技术方案是：一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置，由局部通风机、风筒、巷道空间分隔装置和联接器组成；所述巷道空间分隔装置为弹性结构，由联接器悬挂于掘进巷道内，其纵截面与掘进巷道纵截面形状相吻合，沿掘进巷道的掘进方向延伸，巷道空间分隔装置的里端与开采面之间以及其外径与掘进巷道内壁之间留有通道，底端与地面充分接触，形成直线形内层通风通道和U形外层通风通道，所述通风通道与通风巷道连通；所述风筒水平悬挂于巷道空间分隔装置的内壁一侧，其外端连接局部风机；所述联接器为热反应式伸缩结构，当瓦斯浓度超限时联接器增长，促使巷道空间分隔装置发生形变，使外层通风通道体积增大。

所述联接器包括联接环、绳索、盒子、热催化元件、弹性袋、膨胀剂和导热金属丝；所述弹性袋内满装膨胀剂，热催化元件设置于盒子内，盒子的周壁均布进气孔，盒子一端通过绳索连接联接环，另一端与弹性袋的一端固连，导热金属丝预设于膨胀剂中，并与热催化元件连接；弹性袋的另一端顺序固连绳索和连接环。

所述巷道空间分隔装置的两底端设置配重。

所述膨胀剂为水银；所述弹性袋为橡胶囊。

所述局部通风机与风筒通过卡箍联接；风筒由多节组成，具体节数可根据掘进巷道的长度而定，每两节风筒之间采用胶体粘结；风筒紧靠巷道空间分隔装置铺设，离地面高1-2m，采用风筒外表面的环与巷道空间分隔装置内表面的绳索系在一起。

所述联接器三个设置为一组，其中一个设置在巷道空间分隔装置正上方，另两个对称设置在巷道空间分隔装置两侧的上部，并沿巷道分隔装置的长度设置多组，每两组之间间隔5m，具体组数根据巷道长度而定。

一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风方法，其步骤如下：

步骤一）当掘进巷道工作面掘进6m时，在通风巷道的进风段距掘进巷道入口10m处安设局部通风机，并联接风筒至入口处；

步骤二）铺设巷道空间分隔装置，并采用联接器将其与掘进巷道悬挂连接，巷道空间分隔装置两底端在所包扎的配重作用下与地面相接触，并基本密封，从而有效实现巷道的空间分割；

步骤三）增加风筒的节数，沿巷道空间分隔装置的内侧设置，离地面高1-2m，采用绳索将风筒与空间分隔装置系在一起；

步骤四）启动局部通风机，风流经风筒流向工作面，部分瓦斯和风流经内层通风通道向外流出，最高允许瓦斯浓度为1%；另一部分瓦斯和风流流向外层通风通道，并与沿途巷道煤壁涌出的瓦斯混合在一起，向外流出，最高允许瓦斯浓度为2.5%；

步骤五）在掘进巷道入口位置，两股风流汇合，并经通风巷道进风段的主风流稀释后，一起流入通风巷道回风段；

步骤六）随着工作面的向前推进，及时延长巷道空间分隔装置和风筒；巷道空间分隔装置的截面尺寸随着外层通风通道内的瓦斯浓度增减而缩小或延伸，在确保瓦斯不超限的条件下，尽可能增加内层通风通道的断面尺寸，有效降低对掘进工艺的影响。

所述掘进巷道与通风巷道组成T形结构，本发明所述的防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置，利用巷道空间分隔装置将掘进巷道分成内层通风通道和外层通风通道两个空间，从而使得局部通风机1的风经风筒2到达掘进巷道端部后，分两路回风。在内层通风通道内，布置正常的掘进工艺，其通风要求与正常的煤巷是一致的（最高允许瓦斯浓度为1%）；在外层通风通道内，只有通风，没有其它任何工艺，因此，可看作是专用瓦斯排放巷（最高允许瓦斯浓度为2.5%）。

上述防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置的通风方法，外层通风通道内的含瓦斯气体，可自由进入带孔的盒子，并与热催化元件发生氧化反应，产生的热量通过导热金属丝传递给膨胀剂；当外层巷道的瓦斯浓度升高时，膨胀剂会升温膨胀，弹性袋在膨胀压力作用下，自动伸长，从而增加联接器的长度，并最终导致外层通风通道的空间体积增大，增加风量，降低瓦斯浓度；反之，当外层巷道的瓦斯浓度降低时，联接器的长度会自动收缩，外层通风通道的空间体积减小，风量降低，瓦斯浓度上升。从外层通风通道和内层通风通道回来的风流混合在一起后，其浓度可能超过普通巷道的最高允许浓度（1%），但是，只要适当增加进风段的风量，即可稀释该瓦斯浓度，确保回风段的瓦斯浓度不会超限。

本发明的有益效果是：一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置与方法，通过重新构建煤巷的通风空间，将其一分为二；内层通风通道执行正常的巷道通风标准，而外层通风通道因其没有其它的任何工艺，仅仅利用通风排瓦斯，因此，可按专用瓦斯排放巷的标准来执行，将最高允许瓦斯浓度由1%提高到了2.5%，大大提高了通风治理瓦斯的能力。联接器可根据外层通风通道的瓦斯浓度自行调节其长度，从而使得外层通风通道的空间体积可随瓦斯浓度的变化而变化；在确保瓦斯浓度不超限的前提下，尽可能提高内层通风通道的断面尺寸，降低对掘进工艺的影响。由于外层通风通道的最高允许瓦斯浓度比普通通风巷道要高，并且外层通风通道的空间体积可根据瓦斯浓度自行调节，因此，该工艺可大大提高局部通风的瓦斯治理能力；解决了长期以来煤层瓦斯涌出量偏高时的治理技术难题（仅采用普通的通风方法，瓦斯容易超限；增加瓦斯抽采技术措施，费用昂贵）。

附图说明

图1是本发明的实施例结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为联接器的结构示意图。

图中标记如下：1.局部通风机，2.风筒，3.巷道空间分隔装置，4.联接器，41.联接环，42.绳索，43.盒子，44.热催化元件，45.弹性袋，46.膨胀剂，47.导热金属丝，48.绳索，49.联接环,5.内层通风通道，6.外层通风通道，7.通风巷道，8.掘进巷道。

具体实施方式

结合附图1、2和3可以看出，一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风装置，由局部通风机1、风筒2、巷道空间分隔装置3和联接器4组成；所述巷道空间分隔装置3为弹性结构，由联接器4悬挂于掘进巷道8内，其纵截面与掘进巷道8纵截面形状相吻合，沿掘进巷道8的掘进方向延伸，巷道空间分隔装置3的里端与开采面之间以及其外径与掘进巷道8内壁之间留有通道，底端与地面充分接触，形成直线形内层通风通道5和U形外层通风通道6，所述通风通道与通风巷道7连通；所述风筒2水平悬挂于巷道空间分隔装置3的内壁一侧，其外端连接局部风机1；所述联接器4为热反应式伸缩结构，当瓦斯浓度超限时联接器4增长，促使巷道空间分隔装置3发生形变，使外层通风通道体6积增大。

所述联接器4包括联接环41、49、绳索42、48、盒子43、热催化元件44、弹性袋45、膨胀剂46和导热金属丝47；所述弹性袋45内满装膨胀剂46，热催化元件44设置于盒子43内，盒子43的周壁均布进气孔，盒子43一端通过绳索42连接联接环41，另一端与弹性袋45的一端固连，导热金属丝47预设于膨胀剂46中，并与热催化元件44连接；弹性袋45的另一端顺序固连绳索48和连接环49。

所述巷道空间分隔装置3的两底端设置配重。

所述膨胀剂46为水银；所述弹性袋45为橡胶囊。

所述局部通风机1与风筒2通过卡箍联接；风筒2由多节组成，具体节数可根据掘进巷道8的长度而定，每两节风筒2之间采用胶体粘结；风筒2紧靠巷道空间分隔装置3铺设，离地面高约1-2m，采用风筒2外表面的环与巷道空间分隔装置3内表面的绳索系在一起。

所述巷道空间分隔装置3与掘进巷道8的巷壁之间采用联接器4相联接，并且它的两端包扎密度较高的铁或石头等配重，使其始终与地面相接触，确保巷道空间分割做到严密、可靠；联接器4的联接环4-1通过绳索系在巷道空间分隔装置3外表面上；联接环4-1通过绳索4-2与带孔的盒子4-3相联接；热催化元件4-4内置于带孔的盒子4-3中，并穿透带孔的盒子4-3，与导热金属丝4-7相联接。

所述膨胀剂4-6和导热金属丝4-7放置在弹性袋4-5内部；绳索4-8和盒子4-3通过弹性袋4-5相联接；绳索4-8的另一头系在联接环4-9上，联接环4-9紧挂在巷道煤壁的锚网上。

所述联接器4三个设置为一组，其中一个设置在巷道空间分隔装置3正上方，另两个对称设置在巷道空间分隔装置3两侧的上部，并沿巷道分隔装置3的长度设置多组，每两组之间间隔5m，具体组数根据巷道长度而定。

当煤巷向前掘进时，工作面前方煤壁、落煤及沿途巷道煤壁均会涌出瓦斯；风筒2将风送入工作面后，工作面前方煤壁和落煤所涌出的瓦斯大部分被风流从内层通风通道5带出，其余部分随风流进入外层通风通道6，并与沿途巷道煤壁涌出的瓦斯混合在一起，向外流出；到达煤巷入口位置后，随通风巷道7进风段的主风流一起流入通风巷道7的回风段。

一种防止瓦斯超限的煤巷双层通风方法，其步骤如下：

步骤一）当掘进巷道8工作面掘进6m时，在通风巷道7的进风段距掘进巷道7入口10m处安设局部通风机1，并联接风筒2至入口处；

步骤二）铺设巷道空间分隔装置3，并采用联接器4将其与掘进巷道8悬挂连接，巷道空间分隔装置两底端在所包扎的配重作用下与地面相接触，并基本密封，从而有效实现巷道的空间分割；

步骤三）增加风筒2的节数，沿巷道空间分隔装置3的内侧设置，离地面高1-2m，采用绳索将风筒与巷道空间分隔装置3系在一起；

步骤四）启动局部通风机1，风流经风筒2流向工作面，部分瓦斯和风流经内层通风通道5向外流出，最高允许瓦斯浓度为1%；另一部分瓦斯和风流流向外层通风通道6，并与沿途巷道煤壁涌出的瓦斯混合在一起，向外流出，最高允许瓦斯浓度为2.5%；

步骤五）在掘进巷道8入口位置，两股风流汇合，并经通风巷道7进风段的主风流稀释后，一起流入通风巷道7回风段；

步骤六）随着工作面的向前推进，及时延长巷道空间分隔装置3和风筒2；巷道空间分隔装置3的截面尺寸随着外层通风通道6内的瓦斯浓度增减而缩小或延伸，在确保瓦斯不超限的条件下，尽可能增加内层通风通道5的断面尺寸，有效降低对掘进工艺的影响。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

已经构成通风回路的通风巷道7断面呈梯形，上边宽4m，下边宽5m，高4m，长2000m，采用工字钢支护；掘进巷道8断面呈半圆拱形，半圆的半径为2m，巷道宽4m，圆心至地面高2m，采用锚网支护，巷道长1000m。

局部通风机1为FBD系列煤矿用局部通风机，风筒2为矿用轻质柔性风筒，直径600mm，长1010m；联接局部通风机1和风筒2的卡箍为双钢丝卡箍。

巷道空间分隔装置3为具有一定弹性并且不透气、抗静电的胶皮，总长995m，宽约13.4m；其周边轮廓离巷道煤壁约0.5m。

联接环4-1和联接环4-9均为一圆形的铁丝环，铁丝自身直径2mm，圆形直径40mm；绳索4-2和绳索4-8为普通尼龙绳，直径4mm，长0.1m；盒子4-3为一个防爆壳，表面留有多个直径1mm小孔，便于气体进入，材质为不锈钢，长0.1m，宽0.1m，厚0.05m；热催化元件4-4为MJC4T系列煤矿甲烷检测用载体催化元件；弹性袋4-5为一个橡胶囊，长0.2m，最粗处为0.1m；膨胀剂4-6为水银，常温下装满橡胶囊；导热金属丝4-7为铝丝，直径2mm，长150mm。