煤矿井下耦合惰气防灭火技术的制作方法

本发明属于煤矿生产安全设备领域，特别涉及一种煤矿井下耦合惰气防灭火技术。

背景技术

煤矿井下开采过后形成采空区，在采空区有很多浮煤，这些浮煤具有自然发火倾向，采空区漏风后浮煤开始氧化，达到其自然发火期后，浮煤就会自然发火，影响煤矿井下的安全，为此，防止浮煤自然发火，是煤矿井下的重大的安全技术。目前大多数煤矿采用向采空区注氮气降氧防火，并取得了一定的防火效果，但是，氮气防灭火技术存在一定的缺陷，主要是氮气的比重比空气略轻，在进行工作面开放式注氮时，在采空区流失较严重，特别是在下列情况下，流失更为严重：①采空区离地表的垂高低于200m时，地表裂隙漏风严重，导致采空区漏风严重，氮气易从采空区漏失。②高瓦斯工作面配风量大，采空区漏风严重，氮气易从采空区漏失。③大采高工作面采空区进、回风侧冒落不好，漏风特别严重，氮气也容易漏失。为了减少氮气在采空区的漏失，有的煤矿尝试向采空区注二氧化碳防火，二氧化碳的重量是空气重量的1.52倍，因此将二氧化碳气体注入采空区漏失较少。但是，单纯向采空区注二氧化碳也存在很大的缺陷：①二氧化碳属于有毒气体，《煤矿安全规程》规定上隅角二氧化碳浓度不能超过1.5%，因此向采空区注二氧化碳注少了起不到降氧防火作用，注多了则引起工作面二氧化碳超限。②二氧化碳在采空区的流动性较差，因此不能从采空区的进风侧流向回风侧，不能全部覆盖采空区的氧化带，因此采空区大部分浮煤仍然容易氧化自然发火。③从设备和工艺上还达不到连续大量注二氧化碳。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种所用结构简单，操作方便，防灭火效果好的煤矿井下耦合惰气防灭火技术。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：煤矿井下耦合惰气防灭火技术，其特点是，该技术采用如下方法步骤：1、计算耦合惰气注入流量，采用公式qn=60keq0(c1-c2)/(cn+c2-1)，式中：q0-采空区氧化带内漏风量，一般取工作面风量的百分之一；c1-采空区内氧化带平均氧含量，c2-采空区氧化带防火惰化指标，cn-耦合惰气纯度，k-输耦合惰气管路损失系数为1.1～1.2，e-防灭火用途：防火为1、抑制高温浮煤为1.3；2、采空区埋管，为在采空区注耦合惰气，需首先在采空区埋管，采空区埋管地点为工作面进风隅角以里30m，该地点位于采空区进风侧氧化带的起点，从这个地点注耦合惰气能够从采空区进风向回风扩散，降低整体采空区氧化带的氧浓度；3、将液态二氧化碳槽车的低温不锈钢软管连接二氧化碳汽化器，调节液态二氧化碳槽车上装的流量计，向二氧化碳汽化器输送流量为1t/h液态二氧化碳，液态二氧化碳经二氧化碳汽化器汽化成流量为600m³/h的气体输给惰气耦合器；4，将氮气输送到惰气耦合器，启动制氮机，将制氮机流量调节到1400m³/h，氮气纯度为98%，将制氮机生产的氮气输送到惰气耦合器；5，将气态的二氧化碳和氮气在惰气耦合器中耦合后连续输往工作面采空区防灭火；6，采空区气体检测，在向采空区的工作面注耦合惰气时，对工作面和采空区的气体进行连续检测，其检测方法为：①在工作面、回风隅角和回风顺槽设置二氧化碳传感器，当二氧化碳传感器中的二氧化碳浓度超过1%时报警，工作面立即停止注耦合惰气；②在工作面进、回风隅角设置氧气传感器，当氧气传感器的氧浓度低于19%时报警，工作面立即停止注耦合惰气；③采空区注耦合惰气抑制浮煤剧烈氧化效果。

本发明的有益效果是：因为耦合后的惰性气体的比重提高到比空气比重大时，在采空区的流动缓慢，不易被采空区漏风带走，因此降氧的效果大幅提高，当单纯向采空区注二氧化碳时，在二氧化碳传感器控制下注入合适的量不危害工人的身体健康，当采空区的氧浓度被降到7%以下时，就不会自然发火。另外，二氧化碳与氮气耦合成惰气后能均匀降低采空区的氧浓度，达到采空区全面防火的目的。该方法所需的设备简单，易安装，节约成本，有益工人的身体。

附图说明

以下结合附图以实施例具体说明。

图1是煤矿井下耦合惰气防灭火技术的设备流程图。

图中，1-制氮机；2-吸附塔一；3-吸附塔二；4-氮气管路；5-压力表一；6-井下管路；7-工作面支架；8-采空区；9-采空区埋管；10-惰气管路；11-惰气耦合器；12-压力表二；13-二氧化碳管路；14-二氧化碳汽化器；15-液态二氧化碳槽车；15-1-流量计；16-压力表三；17-压力表四；18-束管；19-二氧化碳传感器；20-氧气传感器；21-回风顺槽。

具体实施方式

实施例，参照附图1，煤矿井下耦合惰气防灭火技术首先根据煤矿井下采空区使用惰气防火、灭火使用时的耦合惰气注入流量，其计算的公式如下：qn=60keq0(c1-c2)/(cn+c2-1)。式中：q0-采空区氧化带内漏风量，一般取工作面风量的百分之一；c1-采空区内氧化带平均氧含量，c2-采空区氧化带防火惰化指标，cn-耦合惰气纯度，k-输耦合惰气管路损失系数为1.1～1.2，e-防灭火用途：防火为1、抑制高温浮煤为1.3。下面以一具体实例计算：q0：工作面风量为1400m³/min，取q0为14m³/min；c1取15%；c2取7%；cn取98%；k取1.1；e取1.3；按计算公式qn=60×1×1.1×1.1×14×1.3×（0.15-0.07）/（0.07+0.98-1）=2114m³/h，根据计算，抑制采空区高温浮煤的耦合惰气流量取2000m³/h，其中氮气占耦合惰气的比例为70%，为1400m³/h，二氧化碳占耦合惰气的比例为30%，为600m³/h，相当于液态二氧化碳1t。2，采空区管理；首先在煤矿的采空区8内下面进行采空区埋管9，采空区埋管9在回风顺槽21内，采空区埋管9的地点为工作面进行隅角以里30m，该地点位于采空区8进风侧氧化带的起点，从这个地点注耦合惰气能够从采空区8进风向回风扩散，降低整个采空区8的氧浓度。3，注入耦合惰气的过程是：将液态二氧化碳槽车15的低温不锈钢软管连接二氧化碳汽化器14，调节液态二氧化碳槽车15上的流量计15-1，经压力表三16、四17向二氧化碳汽化器14输送流量为1t/h液态二氧化碳。液态二氧化碳经二氧化碳汽化器14汽化成流量为600m³/h的气体经二氧化碳管路13和压力表二12输送给惰气耦合器11。4，在制氮机1中设有吸附塔一2和吸附塔二3，吸附塔一2和吸附塔二3的顶端用氮气管路4相互连通，氮气管路4连通惰气耦合器11的腔内。启动制氮机1，将制氮机1的流量计调节到1400m³/h，氮气纯度为98%，将制氮机1生产的氮气输送给惰气耦合器11。5，将气态二氧化碳和氮气在惰气耦合器11中耦合，将耦合后的惰气通过惰气管路10和井下管路6和压力表一5输送给采空区埋管9，采空区埋管9设在回风顺槽21内，在回风顺槽21内设有束管检测系统18，在采空区8工作面进回风的隅角处设有氧气传感器20和二氧化碳传感器19。6，采空区8的气体检测：在向采空区8的工作面注耦合惰气时对工作面和采空区8的气体进行检测，其检测方法为：①当二氧化碳传感器19中的二氧化碳浓度超过1%时报警，工作面立即停止注耦合惰气；②当氧气传感器20的氧浓度低于19%时报警，工作面立即停止注耦合惰气；③采空区8注耦合惰气抑制浮煤剧烈氧化效果。利用矿井束管检测系统18检测采空区8内在注耦合气体时的气体变化。检测数据表面，采空区8回风隅角以里35m处的氧浓度降到了6.5%，由于耦合惰气是从采空区8进风侧注入，因此表明整个采空区8氧化带的氧浓度均低于7%，采空区8不会自然发火。这一检测数据还表明，耦合惰气既在采空区8内流失较少，又能从采空区8进风侧流入采空区8回风侧，从而惰化整个采空区8氧化带。用束管检测系统18通过采空区埋管9还对采空区8的co气体进行了检测，结果表明，采空区8内co气体由150ppm降到了10ppm。不会对人体有伤害，又起到防火作用。