煤矿瓦斯抽采方法与流程

本发明涉及煤矿领域，特别是涉及一种用于抽采煤矿瓦斯的方法。

背景技术：

当前，我国煤矿瓦斯灾害事故较为严重的局面一直未能改变，重大瓦斯事故屡见不鲜，而大力推广抽放煤层瓦斯是减少矿井通风稀释瓦斯的负担和补其不足，防止重大瓦斯事故的有效措施和方法；另外，矿井瓦斯也是一种资源，抽出的瓦斯可以利用，使其“变害为宝”，并减少对大气环境的污染。

如图1所示，瓦斯是一种具有燃爆性的气体，在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围为5％～16％；当瓦斯浓度为9.5％时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16％以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。

根据瓦斯爆炸性的特点，为保证安全，瓦斯抽采浓度不得在爆炸区间内，世界各国瓦斯抽放规定抽放瓦斯浓度不得低于25％，但在我国，60％以上的瓦斯抽放浓度低于25％，抽放管道内瓦斯浓度在爆炸区间内的现象普遍存在，抽放瓦斯的水环式真空泵虽然可保证泵体内不产生火花，但管道内爆炸性瓦斯气体的存在严重威胁矿井的安全。实现本质安全的唯一途径就是控制瓦斯抽采浓度，避开瓦斯浓度爆炸区。

我国井下抽放瓦斯条件比较复杂，首先，根据抽放地区不同，需要进行原岩带的瓦斯预抽和卸压带的采空区抽采瓦斯；其次，根据治理瓦斯的目的不同，需要进行瓦斯防突抽放和降低瓦斯涌出量抽放；再次，同一抽放地区的抽放钻孔由于与采面距离变化影响，也不断变化着。由于抽采条件的复杂多变，采用同一套管路既不好管理又不易达到效果，为保证煤矿安全生产的需要，提高抽放效果，我国煤矿瓦斯抽放系统常建设有两套或多套抽放系统，如高负压系统和低负压系统，高负压系统用来抽放原岩带的本煤层钻孔瓦斯和穿层钻孔瓦斯，低负压系统用来抽放采煤工作面上隅角埋管瓦斯、高位钻孔采空区瓦斯及进行巷抽瓦斯；但各系统的抽采条件对负压的要求差异很大，对高负压瓦斯抽放，由于煤(岩)层覆存情况和瓦斯赋存情况的差异以及瓦斯抽采与煤层开采之间影响，对负压的要求也不一样，如预抽瓦斯和边掘边抽(或边采边抽)要求抽放压力相差较大；对于低负压瓦斯抽放，不同地点如上隅角和顶抽巷(底抽巷)的瓦斯抽放负压差异也较大，在实际煤矿应用中，两套系统所需要的负压很不稳定，没有严格的负压界限；这两种系统的建设主要是基于减少瓦斯涌出对煤矿安全生产影响的需求所定，而没有从瓦斯抽采系统的安全角度考虑问题，也没有对抽放最重要的指标-瓦斯浓度进行界定，两种系统均普遍存在瓦斯浓度爆炸区间内的抽放状况，抽放系统管道内可能充满浓度在爆炸范围内的瓦斯气体；充满爆炸性气体的瓦斯管道系统是威胁煤矿安全的重大危险源，我国及其他国家均发生过管道瓦斯爆炸事故。另外，如此分压系统抽放也不利于提高瓦斯抽放浓度，降低了抽放效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿瓦斯抽采方法，其以瓦斯浓度为中心控制参数，采用高浓度抽采系统和低浓度抽采系统代替传统的高负压、低负压抽采系统，避免抽采瓦斯浓度处于爆炸区间，实现煤矿瓦斯抽采的本质安全。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，包括如下步骤：

分析气源，将气源分为高浓度气源和低浓度气源，所述高浓度气源中的瓦斯浓度≥25％，所述低浓度气源中的瓦斯浓度＜25％，

使用高浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业，将抽采到的高浓度气体进行综合利用，并通过自动检测控制系统实时检测高浓度气源的瓦斯浓度，当瓦斯浓度＜25％时，通过所述自动检测控制系统调节高浓度抽采系统的抽采参数以提高瓦斯浓度，当不能提高瓦斯浓度≥25％时，通过低浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业，

使用低浓度抽采系统对低浓度气源和不能满足高浓度抽采条件的高浓度气源进行抽采作业，同时启动配风系统稀释瓦斯浓度，使瓦斯浓度＜3％，将抽采到的低浓度气体进行排空或净化处理。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述使用高浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业时，高浓度气源中的瓦斯浓度≥30％。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述自动检测控制系统包括管道气体在线检测系统和抽放泵站智能反馈调节系统。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述管道气体在线检测系统检测瓦斯浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、气体温度、气体流速和气体流量。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述抽放泵站智能反馈调节系统通过调节抽采区控制阀门的开合及抽采泵运行状态来调整管道流量及负压以达到控制瓦斯浓度的目的。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述使用高浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业时，所述高浓度抽采系统的抽采量与瓦斯涌出量相适应。

本发明煤矿瓦斯抽采方法以高浓度抽采系统和低浓度抽采系统代替传统的高负压、低负压抽采系统，避免抽采瓦斯浓度处于5％-16％的爆炸区间。其中高浓度抽采系统主要抽采有高浓瓦斯气源的区域，保证瓦斯抽采浓度大于25％，符合国际瓦斯抽采浓度的标准，抽出瓦斯可供综合利用，变废为宝，同时减少温室气体排放。低浓度抽采系统主要用于抽采矿井通风系统瓦斯容易集聚区域及无法实现高浓抽采的区域，如回采工作面上隅角瓦斯，抽放浓度最高不超过3％，解决回风流瓦斯超限问题。这样就能保证瓦斯抽采管路系统和抽采泵站的本质安全。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为甲烷与空气混合物爆炸界限图；

图2为本发明中的瓦斯涌出量与高浓度抽采系统的抽采曲线示意图；

图3为本发明煤矿瓦斯抽采方法的流程图。

具体实施方式

如图3所示，本发明煤矿瓦斯抽采方法包括如下步骤：

分析气源，将气源分为高浓度气源和低浓度气源，所述高浓度气源中的瓦斯浓度≥25％，所述低浓度气源中的瓦斯浓度＜25％，

使用高浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业，将抽采到的高浓度气体进行综合利用，并通过自动检测控制系统实时检测高浓度气源的瓦斯浓度，当瓦斯浓度＜25％时，通过所述自动检测控制系统调节高浓度抽采系统的抽采参数以提高瓦斯浓度，当不能提高瓦斯浓度≥25％时，通过低浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业，

使用低浓度抽采系统对低浓度气源和不能满足高浓度抽采条件的高浓度气源进行抽采作业，同时启动配风系统稀释瓦斯浓度，使瓦斯浓度＜3％，将抽采到的低浓度气体进行排空或净化处理。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述使用高浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业时，高浓度气源中的瓦斯浓度≥30％。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述自动检测控制系统包括管道气体在线检测系统和抽放泵站智能反馈调节系统。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述管道气体在线检测系统检测瓦斯浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、气体温度、气体流速和气体流量。

本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述抽放泵站智能反馈调节系统通过调节抽采区控制阀门的开合及抽采泵运行状态来调整管道流量及负压以达到控制瓦斯浓度的目的。

如图2所示，本发明煤矿瓦斯抽采方法，其中所述使用高浓度抽采系统对高浓度气源进行抽采作业时，所述高浓度抽采系统的抽采量与瓦斯涌出量相适应。

本发明在具体实施的过程中，需要用到四个系统，具体为：

第一个系统是瓦斯抽采系统的自动检测控制系统，该系统包括管道气体在线检测系统、抽放泵站智能反馈调节系统；管道气体检测系统包括管道内部瓦斯气体(ch4)浓度、氧气(o2)浓度、一氧化碳(co)、气体温度、气体流速、流量等；通过调节各抽采区控制阀门的开合及抽采泵运行状态调整管道流量及负压以达控制浓度的目的。

第二个系统是高浓度抽采系统的智能化抽采装备，该系统可以自适应瓦斯涌出规律，根据瓦斯抽采阶段的不同调节运行参数；

随着时间的不同煤层钻孔中瓦斯的析出量也是不断变化的，理想的抽采方式是随着瓦斯(ch4)析出量的变化，抽采参数(钻孔负压、流量)也要随着调整变化，泵站的运行曲线也是贴近瓦斯析出曲线，做到瓦斯的智能抽采。

如图2所示，抽采泵站在智能软件的控制下，可以使得泵站运行(负压、流量)参数贴近瓦斯涌出曲线，抽入管道的气体基本都是瓦斯(ch4)，混入的空气少，提高管道瓦斯浓度；避免当前抽采方式的固定负压抽采，当瓦斯析出不足时，从煤壁及管道接口处抽入空气补偿，降低抽采瓦斯浓度。

第三个系统是低浓度抽采系统，其煤矿井下管路系统初始端的管路配风智能控制系统，该控制系统包括智能反馈控制系统、配风阀门等；对于通过智能抽采泵站无法提高瓦斯浓度到目标值的情况下，采用煤矿井下管道末端阀门开闭配风(空气)的方式降低管道浓度到3％以下。

第四个系统是瓦斯抽放管路和抽采泵站安全保护系统，该系统包括快速闭合阀门、阻火器、三防装置等，安装在泵站前后、井下管道分支及末端等位置，形成多重安全防护保证系统安全。

以上智能化的软硬件配合，可以动态适应控制瓦斯抽放工艺，建立起煤矿精细化瓦斯抽采工程，以瓦斯浓度为控制目标，建立起煤矿瓦斯高浓度抽采系统和低浓度抽采系统，保证瓦斯抽采浓度要么大于25％，要么低于3％，避免瓦斯管道浓度在爆炸区间运行。

本发明煤矿瓦斯抽采方法以高浓度抽采系统和低浓度抽采系统代替传统的高负压、低负压抽采系统，避免抽采瓦斯浓度处于5％-16％的爆炸区间。其中高浓度抽采系统主要抽采有高浓瓦斯气源的区域，保证瓦斯抽采浓度大于25％，符合国际瓦斯抽采浓度的标准，抽出瓦斯可供综合利用，变废为宝，同时减少温室气体排放。低浓度抽采系统主要用于抽采矿井通风系统瓦斯容易集聚区域及无法实现高浓抽采的区域，如回采工作面上隅角瓦斯，抽放浓度最高不超过3％，解决回风流瓦斯超限问题。这样就能保证瓦斯抽采管路系统和抽采泵站的本质安全。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。