防止煤矿瓦斯爆炸的方法及实现该方法的装置 技术领域 本发明涉及一种防止煤矿瓦斯爆炸的方法， 在工作面附近设置瓦斯监测区， 当瓦 斯监测区测得的甲烷浓度达到与 《煤矿安全规程》 规定相配的报警甲烷浓度， 进行报警， 当 瓦斯监测区的甲烷浓度达到与 《煤矿安全规程》 规定相配的断电甲烷浓度， 对流程内全部非 本质安全型电气设备进行断电。
本发明还涉及一种实现防止煤矿瓦斯爆炸方法的装置， 其包括设置于工作面附近 瓦斯监测区内、 用于监测报警甲烷浓度和断电甲烷浓度的第一传感器以及设置于主巷道 内、 根据来自第一传感器断电信号对流程内全部非本质安全型电气设备执行断电的自动控 制器。
背景技术 目前煤矿按照 《煤矿安全规程》 ( 国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局 ) 规定用风筒向掘进工作面送风， 稀释、 排除掘进过程中涌出或突出的瓦斯气， 由设置于采煤 工作面和掘进工作面的甲烷传感器在甲烷浓度≥ 1.0％时报警， ≥ 1.5％时断电， ＜ 1.0％
时复电来保证安全生产。每年发生的爆炸事故表明这些措施是不够安全的。
本发明专利申请人在 “煤矿巷道瓦斯爆炸的产生模式” ( 科学研究月刊， 2006， 9： 64-66) 一文中指出， 瓦斯突出时喷出的瓦斯气与风筒送风形成很长的瓦斯 - 空气混气段， 其中包含有可爆混气段。按照 《煤矿安全规程》 规定的复电条件复电时， 可爆混气段可能仍 在巷道内， 有火源就会产生爆炸。据此提出确认混气段流出巷道后再复电的防止瓦斯爆炸 的方法， 有关这一方法在本发明专利申请人的发明专利申请 ( 公开号为 CN1648414) 中作了 更具体的说明。这种方法的缺点是仍然生成了很长的瓦斯 - 空气可爆混气段， 人在巷道中 活动产生静电火花， 撞击火花， 或由于判断可爆混气段流出巷道的装置因故障出现误判而 过早复电， 均可能产生爆炸。 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种更安全地防止煤矿瓦斯爆炸的方法。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种实现上述更安全地防止煤矿瓦斯爆 炸方法的装置。
为解决上述更安全地防止煤矿瓦斯爆炸这一技术问题， 本发明中防止煤矿瓦斯爆 炸的方法包括 ：
①在工作面附近设置瓦斯监测区， 当瓦斯监测区测得的甲烷浓度达到与 《煤矿安 全规程》 规定相配的报警甲烷浓度， 进行报警 ；
②当瓦斯监测区的甲烷浓度达到与 《煤矿安全规程》 规定相配的断电甲烷浓度， 对 流程内全部非本质安全型电气设备进行断电 ；
③当该瓦斯监测区的甲烷浓度高于或等于所选定的送风通 / 断临界甲烷浓度时， 则停止送风， 当甲烷浓度又降低到低于所选定的送风通 / 断临界甲烷浓度时， 则重新送风，其中送风通 / 断临界甲烷浓度根据矿井为高、 低瓦斯矿井性质在 4.6％ -2.6％之间选择 ；
④当瓦斯监测区的甲烷浓度高于撤离甲烷浓度时， 发出通知人员撤离的信号， 该 撤离甲烷浓度根据矿井为高、 低瓦斯矿井性质在 65％ -40％之间选择 ；
⑤当瓦斯监测区的甲烷浓度又重新降低到低于与 《煤矿安全规程》 规定相配的报 警甲烷浓度， 则解除报警， 并对流程内全部非本质安全型电气设备进行复电。
由于瓦斯气相对于空气的比重为 0.6， 因此当测得甲烷浓度高于或等于所选定的 送风通 / 断临界甲烷浓度时， 停止送风， 一旦送风停止， 工作面的工人立即退到距工作面较 远处 ( 如 25m 外 ) 的准备撤离位置 ； 此时涌出或突出的瓦斯气在浮力作用下， 很快上升到巷 道顶部沿顶部向其它顶部区流动， 并快速流出巷道， 从而在巷道高度 2/3 以下区域不会生 成瓦斯 - 空气可爆混气段， 考虑到煤矿巷道中的点火源都位于巷道高度 2/3 以下区域， 因此 即使在这一区域出现点火源也就不会引发爆炸 ； 此后， 若工作面瓦斯涌出逐渐减少甚至不 再涌出， 则上升到顶部的瓦斯气在自然通风的作用下会排送到巷道外， 瓦斯监测区的甲烷 浓度就会逐渐降低， 当甲烷浓度低于送风 / 通断临界甲烷浓度时重新送风， 由于送风甲烷 浓度会迅速下降， 当甲烷浓度又低于报警甲烷浓度， 进行复电并解除报警， 则工人又可回到 工作面继续进行开采 ； 相反， 如果工作面发生瓦斯突出， 当瓦斯监测区的甲烷浓度高于撤离 3 甲烷浓度时， 大约突出的瓦斯气总量≥ 100m ， 对工作面附近的人员有窒息危险， 万一发生 爆炸对整个矿井人员会产生窒息死亡， 所以发出通知人员撤离信号， 退到准备撤离位置的 工人弯腰向外撤离。由此可知采用此方法后， 可以更安全地防止煤矿瓦斯爆炸而造成人员 伤亡。
作为本发明防止煤矿瓦斯爆炸的方法的一种改进是将瓦斯监测区设置在工作面 附近且高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域内 ； 尤其是设置在距工作面＜ 5m、 距侧面 ≥ 0.25m 处、 高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域内。 这样设置瓦斯监测区在停止送风 后， 监测到的甲烷浓度与设定的送风通 / 断临界甲烷浓度及撤离甲烷浓度匹配， 能更快速、 正确地控制送风的通 / 断与撤离。
作为本发明防止煤矿瓦斯爆炸的方法的另一种改进是将送风通 / 断临界甲烷浓 度选定为 3.2％， 和 / 或将撤离甲烷浓度选定为 50％， 这是安全与经济折中的优选值。
为解决上述更安全地防止煤矿瓦斯爆炸这一技术问题， 本发明中实现防止煤矿瓦 斯爆炸方法的装置包括 ：
- 设置在工作面附近、 监测甲烷浓度的第一传感器， 在甲烷浓度达到与 《煤矿安全 规程》 规定相配的报警甲烷浓度时发出报警信号 ； 在甲烷浓度达到与 《煤矿安全规程》 规定 相配的断电甲烷浓度时发出对流程内全部非本质安全型电气设备执行断电的断电信号 ； 在 其发出报警信号且随后发出断电信号后， 其所测得的甲烷浓度又低于与 《煤矿安全规程》 规 定相配的报警甲烷浓度时发出复电信号 ；
- 设置于主巷道内的自动控制器， 该自动控制器根据来自该第一传感器的断电信 号完成对流程内全部非本质安全型电气设备执行断电， 根据来自该第一传感器的复电信号 对流程内全部非本质安全型电气设备恢复供电并解除报警 ；
- 设置在工作面附近、 监测甲烷浓度的第二传感器， 该第二传感器测得的甲烷浓度 高于或等于所选定的送风通 / 断临界甲烷浓度时， 则发出停止送风信号， 此后所测得的甲 烷浓度又降低到低于所选定的送风通 / 断临界甲烷浓度时， 则再发出重新送风信号， 其中送风通 / 断临界甲烷浓度根据矿井为高、 低瓦斯矿井性质在 4.6％ -2.6％之间选择 ；
- 设置在工作面附近、 监测甲烷浓度的第三传感器， 该第三传感器测得的甲烷浓度 高于或等于所选定的撤离甲烷浓度时， 发出撤离信号， 该撤离甲烷浓度根据矿井为高、 低瓦 斯矿井性质在 65％ -40％之间选择 ；
- 自动控制器还根据来自该第二传感器的停止送风信号、 重新送风信号控制送风 设备停止送风或重新送风。
正如前面对防止煤矿瓦斯爆炸的方法所分析的那样， 由于在实现防止煤矿瓦斯爆 炸的方法的装置中还在工作面附近设置了监测甲烷浓度的第二传感器和第三传感器， 并在 甲烷浓度分别达到送风通 / 断临界甲烷浓度和撤离甲烷浓度时， 分别发出停止送风信号和 重新送风信号或者撤离信号， 从而保证在瓦斯涌出或突出的早期， 停止送风， 瓦斯气在浮力 作用下， 上升到巷道顶部， 防止了送风与瓦斯气形成可爆混气， 达到了有火源也不爆炸的效 果。当发生重大瓦斯突出时， 工人撤离矿井， 保证了工人安全。由此可知， 这种装置可以更 安全地防止煤矿瓦斯爆炸。
作为本发明实现防止煤矿瓦斯爆炸方法的装置的一种改进， 让第一传感器发出的 报警信号和第三传感器发出的撤离信号直接通过报警器和撤离通知器进行报警或发出撤 离通知， 这样就可直接发出报警信号或撤离信号 ； 当然也可以通过设置在主巷道内的自动 控制器再控制报警器和撤离通知器进行报警或发出撤离通知。 作为本发明实现防止煤矿瓦斯爆炸方法的装置的另一种改进， 可以将第二传感器 和第三传感器组成一个复合传感器， 甚至可以将第二传感器和第三传感器与第一传感器一 起组合成一个复合传感器。采取这种改进结构便于传感器安装与维修。
作为本发明实现防止煤矿瓦斯爆炸方法的装置的再一种改进， 将第一传感器、 第 二传感器和第三传感器设置在工作面附近且高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域内， 尤其是设置在距工作面＜ 5m、 距侧面≥ 0.25m 处、 高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域 内。 这样设置第一传感器、 第二传感器和第三传感器， 就能够快速、 正确地断电、 停止送风与 发出撤离指示。
作为本发明实现防止煤矿瓦斯爆炸方法的装置的又一种改进， 将撤离通知器设置 在距工作面至少 25m、 距巷道底面 0.3-0.5m 处， 即将撤离通知器设置在工人听到送风停止 后所停留的准备撤离区， 从而使这些工人能直接清楚地听到或看到撤离通知， 尽早从煤矿 巷道撤离。
附图说明 下面在本专利申请人所作大量试验的基础上结合附图及所示实施方式对本发明 作进一步详细说明。
图 1 示出了本发明对于煤矿掘进工作面发生瓦斯涌出或突出时防止瓦斯爆炸方 法的装置的实施方式示意图。
图 2 示出了本发明对于煤矿回采工作面发生瓦斯涌出或突出时防止瓦斯爆炸方 法的装置的实施方式示意图。
具体实施方式
本发明的专利申请人近几年来以天然气 ( 其成分和性质与瓦斯气十分相近 ) 作 为试验气体做了大量的爆炸试验， 总结出了天然气具有一种对防止煤矿瓦斯爆炸来说十分 “优异的特性” ， 即由于其比空气轻得多， 因而在浮力作用下上升到试验装置的顶部， 且沿着 试验空间的顶部流动， 从而在该试验空间的 2/3 高度之下的空间不会形成天然气 - 空气可 爆混气。在此基础上， 形成了本发明的核心构思， 在瓦斯涌出或突出的早期停止送风， 让涌 出的或突出的瓦斯气于无通风工况下， 沿煤矿巷道顶部流动， 使巷道 2/3 高度下不会形成 瓦斯 - 空气可爆 ( 瓦斯浓度处于爆炸上、 下限之间 ) 混气段， 有火源不会爆炸。
下面对为形成本发明核心构思所进行的爆炸试验的试验条件和试验结果作简要 说明。
第一类试验 ：
无通风情况下， 天然气 ( 瓦斯气 ) 在试验装置顶部流动， 2/3 高度下的空间不能形 成可爆混气， 有火源也不会爆炸。
1-A.20 次没爆炸的 7m3 爆炸装置的爆炸试验
7m3 爆炸装置是截面 1×1m 长 7m， 一端封闭一端开口， 能以不同斜率置放的钢板结 构试验装置。 因天然气的主要成分和瓦斯气相同， 主要是甲烷气， 相对空气的比重为 0.6， 容 3 易得到， 故用天然气代替瓦斯气进行爆炸试验。 将天然气通过管路向 7m 爆炸装置输入不同 的气量， 各次试验输气总量与容器容积 (7m3) 之比在 3％～ 40％范围变化。没有通风。点火 源为电火花， 点火源位置 ： 距底部 0.5m， 0.7m ； 距封闭端面 1m， 2m， 3m， 5m。点火程序 ： 停止进 气后， 响三次铃， 接通点火电源， 产生火花。20 次试验全部没炸。这 20 次没爆炸的 “爆炸试 验” 是有了天然气气源最初想寻找爆炸规律希望爆炸的试验。以前用液化石油气在这个装 置内做过上百次爆炸试验， 均顺利爆炸。这次无论怎样变换天然气浓度， 点火位置， 都不能 3 用电火花引爆。这和 1998 年在 25m 单砖建筑物内注入平均浓度 10％的甲烷气， 用 10 千焦 耳的强焰火点火器点火而不能爆炸的情况相同 ( 该建筑物随后 4 次分别充 4％～ 4.8％液 化石油气均发生爆炸 )。这些试验揭示了瓦斯气与天然气的一个 “优异特性” ， 即比空气轻， 相对空气比重为 0.6， 逸出后， 在浮力作用下， 很快上升到顶部。上述这些试验， 充完甲烷气 或天然气后， 点火前响三次铃， 从充完气到点火相隔≥ 2min。输入的天然气已达到顶部并 沿顶点向其它顶部快速流动， 在≤ 2/3 高度下的空间不能形成可爆 ( 浓度在爆炸上、 下限之 间 ) 混气， 所以不能用火花引爆。
1-B. 点火开始时间≥ 2s 的试验全部未爆炸
点火开始时间指关闭天然气输气阀门到接通点火源的时间。 天然气上升到装置顶 部与试验装置的倾斜状态 ( 相当煤矿的巷道走向 ) 有关， 故用向下倾斜， 向上倾斜与水平放 3 置的 7m 试验装置进行爆炸试验。试验结果列于表 1、 表 2、 表 3。这些试验结果表明无通风 情况下， 点火时间≥ 2s， 都没有爆炸，
也即停止输入天然气≥ 2s 后， 2/3 高度下的空间已没有形成可爆混气。 3
表 1. 顶部向下倾斜的 7m 试验装置爆炸试验数据
表 2. 顶部向上倾斜的 7m3 试验装置爆炸试验数据
表 3. 水平放置的 7m3 试验装置爆炸试验数据在做这些试验时， 因天然气是从 20MPa 气瓶中经两个阀门减压流出， 减压过程温 3 度降低， 故从 7m 试验装置的开口端流出时， 可以目视观察到它的流动气流。观察发现， 充 天然气开始， 依充气速度不同， 大约在 7 ～ 13s 可以看到从开口端顶部区向大气流出的天然 气流。这说明在无通风情况下， 天然气是沿顶部向外流出。在 2/3 高度下的空间用火花不 能引爆， 说明 2/3 高度下的区域没有形成天然气 - 空气可爆混气。
1-C.20m 实验巷道中的爆炸试验
为模拟瓦斯在煤矿中的突出， 在 20m 实验巷道中做的爆炸试验更具有说服力。20m 实验巷道， 长 20m， 宽 3.1m， 高 2.0m， 一端封闭一端开口， 相当煤矿掘进巷道的前 20m。在它 的封闭端面， 用管路喷出天然气。天然气出口朝向开口端， 共输入 25m3 天然气， 输入总时间 为 16min。送气结束 25s 后开始用点火器产生火花。共 5 个点火器， 距底面 1.6m， 距巷道水 平封闭端面分别为 3， 6， 9， 12， 15m。位于左、 右侧面的中间位置， 点火依次进行， 每次一个点 火器打火约 5s， 接着另一个点火器打火 5s， 一共持续打火花 30min 未炸。这次试验所以在 送气结束 ( 相当瓦斯突出结束 ) 后 25s 点火， 是考虑万一爆炸， 实验巷道会炸飞， 无法进行 其它试验。点火时间 25s 不是不能爆炸的最小值， 是个保险不炸的值。煤矿瓦斯突出从发 生到结束， 也就几分钟， 相当一个高压瓦斯气穴被挖开放气。这个爆炸试验表明没有通风， 瓦斯突出结束 25s 后即使在 2/3 巷道高度下空间有火源也不能爆炸， 表示没有瓦斯 - 空气
可爆混气段， 也是瓦斯气的一种对安全来说十分宝贵的 “优异特性” 。
第二类试验 ： 通风破坏了这个 “优异特性” 3
2-A.7m 爆炸装置中做了有通风与无通风的对比试验。
表 4 有通风与无通风的对比爆炸试验
表 4 给出的试验结果表明通风情况下， 点火开始时间 10s 仍可以爆炸。无通风点 火开始时间 2s 都未炸。
2-B. 强通风产生强爆炸
表 5 还给出强通风并且能产生涡流的天然气爆炸试验结果。点火开始时间 13s。 爆炸不仅声响， 喷出的火焰黄亮， 有 8m 之远。这证明通风， 尤其是强通风， 将天然气与空气 混合成混气， 其中包含可爆混气， 于是 “优异特性” 被破坏， 有火源爆炸， 甚至强爆炸。
表 5 强通风与天然气混合产生的强爆炸
第三类试验 ： 天然气输入初期有 5 ～ 15s 通风 ( 空气 )， 仍具有 “优异特性” 3
3-A.7m 试验装置天然气输入初期有通风的爆炸试验
煤矿不能不通风， 做不到瓦斯涌出或突出处于无通风状态， 只能做到瓦斯涌出或 3 突出早期停止通风。为了模拟这种工况， 在 7m 爆炸装置内， 输入天然气的前 5s 及 8s 用 1 台小鼓风机及用 2 台小鼓风机同时通风， 然后停止通风， 继续输入天然气。7m3 试验装置的 试验结果 ( 表 6) 与无通风基本相同， 点火开始时间为 3s， 全部不炸。
表 6. 输入天然气初期有通风的爆炸试验
3-B.20m 实验巷道天然气输入初期有通风的爆炸试验 为模拟煤矿在瓦斯涌出或突出的初期停止通风的状态， 在 20m 实验巷道做了两次试验。 第一次试验 ： 在巷道封闭端输入 12.2m3 天然气， 输入总时间为 3min。 用 110m3/min 的风机通过风筒送空气， 风筒出口距封闭端 7m。 在输入天然气的前 5s 通风， 然后关闭风机。 天然气输入阀门关闭 25s 后开始用点火器产生火花。 共 5 个点火器， 距底面 1.6m， 距巷道水 平封闭端面分别为 3， 6， 9， 12， 15m。位于左、 右侧面的中间位置， 点火依次进行， 每次一个点 火器打火约 5s， 接着另一个点火器打火 5s， 一共持续打火花 30min 未炸。 3
第二次试验 ： 天然气输入 12.6m ， 输入总时间 3min。风筒送风时间为前 15s。其它 同第一次试验。未炸。
这两次试验停止送风时的平均天然气浓度为 3.7％。实际情况是因天然气气瓶内 初始压力高， 最初输入天然气流量大， 故停止送风时的天然气浓度要高于 3.7％。这表明发 明方法中给出的送风通 / 断临界甲烷浓度在 4.6％～ 2.6％之间选择是合适的。选值低安 全些， 送风设备通 / 断频率高， 经济性差。反之亦然。
正如前面所指出的， 本发明专利申请人通过上述大量爆炸试验得出了本发明的核
心构思， 即在瓦斯涌出或突出的早期停止送风， 让涌出的或突出的瓦斯气于无通风工况下， 沿煤矿巷道顶部流动， 使巷道 2/3 高度下不会形成瓦斯 - 空气可爆 ( 瓦斯浓度处于爆炸上、 下限之间 ) 混气段， 有火源不会爆炸。
为实现上述核心构思， 本发明防止煤矿瓦斯爆炸的具体实施方法是在工作面附近 设置瓦斯监测区， 优选该瓦斯监测区设置在工作面附近且高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之 间的区域内， 尤其是优选在距工作面＜ 5m、 距侧面≥ 0.25m 处、 高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域内。 本方法根据该瓦斯监测区所监测到的甲烷浓度的变化情况按四种模式进 行工作。
模式 1 ： 涌出少量瓦斯气的情况。在这种情况下， 瓦斯监测区测得的最大甲烷浓度 ≥ 1％ ( 即目前 《煤矿安全规程》 规定的报警甲烷浓度， 此值可以根据 《煤矿安全规程》 规定 的变化而改变 ) 且＜ 1.5％ ( 即目前 《煤矿安全规程》 规定的断电甲烷浓度， 此值可以根据 《煤矿安全规程》 规定的变化而改变 )， 进行报警 ； 此后若瓦斯涌出停止， 随着通风， 甲烷浓度 逐渐减低， 当瓦斯监测区测得的甲烷浓度降低到＜ 1％后停止报警。在这个期间， 采煤工作 不停止。
模式 2 ： 涌出的瓦斯量较多的情况。 该模式 2 的初期， 如同模式 1 的前期那样， 瓦斯 监测区测得的甲烷浓度≥ 1％且＜ 1.5％时进行报警， 随着瓦斯量的增多， 瓦斯监测点区测 得的最大甲烷浓度≥ 1.5％但＜ 3.2％ ( 此值为综合考虑优选所选定的送风通 / 断临界甲 烷浓度， 通常可根据矿井性质进行选择， 对于高瓦斯矿井可选为 4.6％， 低瓦斯矿井可选为 2.6％ ) 时， 发出断电信号， 对巷道内非本质安全型电气设备断电 ； 此后， 若瓦斯涌出停止， 随着通风， 甲烷浓度会逐渐减低， 当瓦斯监测区测得的甲烷浓度降低到＜ 1％后， 停止报警， 恢复供电， 继续采煤。
模式 3 ： 涌出瓦斯量再增多的情况。该模式 3 的初期， 如同模式 2 的前期那样， 随 着瓦斯监测区测得的甲烷浓度的增加， 先进行报警， 再发出断电信号， 对巷道内非本质安全 型电气设备断电， 当瓦斯监测区测得的最大甲烷浓度≥ 3.2％但＜ 50％ ( 此为综合考虑优 选所选定的撤离甲烷浓度， 通常可根据矿井性质进行选择， 对于高瓦斯矿井可选为 65％， 低 瓦斯矿井可选为 40％ )， 则停止送风， 工作面附近人员察觉到通风停止就立即退离到距工 作面较远处 ( 例如≥ 25m 处 ) 的待撤退区， 蹲或坐在地面等待。此后若瓦斯涌出停止， 瓦斯 气上升到巷道顶部并向外流出， 甲烷浓度也随之减低， 即瓦斯监测区测得的甲烷浓度逐渐 降低， 当测得的甲烷浓度降低到＜ 3.2％， 重新送风， 随着送风， 甲烷浓度迅速下降， 当瓦斯 监测区测得的甲烷浓度＜ 1％后， 停止报警， 恢复供电， 继续采煤 ；
模式 4 ： 发生瓦斯突出的情况。该模式 4 的初期， 如同模式 3 的前期那样， 随着瓦 斯监测区测得的甲烷浓度的增加， 先进行报警， 再发出断电信号， 对巷道内非本质安全型电 气设备断电， 然后停止送风。此后， 由于发生瓦斯突出， 当瓦斯监测区测得的最大甲烷浓度 ≥ 50％时发出撤离信号， 通知井下工作人员撤离， 于是井下工作人员弯腰向外撤离， 待井下 工作人员全部升井后， 由井上工作人员启动巷道通风装置， 直到井下瓦斯监测区测得的甲 烷浓度都＜ 1％， 工作人员下井重新采煤。
图 1、 图 2 分别示出了反映本发明在煤矿掘进工作面 6 或回采工作面 6’ 发生瓦斯 涌出或突出时防止瓦斯爆炸方法的装置的实施方式示意图
这两幅图分别示出了煤矿掘进工作面 6 或回采工作面 6’ 。在该工作面 6 或 6’ 的附近， 优选在高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域内， 尤其是优选在距工作面＜ 5m、 距 侧面≥ 0.25m 处、 高度为巷道高度的 0.7-0.8 倍之间的区域内， 设置了用于监测甲烷浓度的 第一传感器 1、 第二传感器 2 和第三传感器 3 以及设置在主巷道 ( 其中的优选方案为如图 1 和图 2 所示的那样设置在主巷道的进风巷 ) 内的自动控制器 4。第一传感器 1 可以是一个 复合传感器， 当其监测到的甲烷浓度达到与 《煤矿安全规程》 规定的报警甲烷浓度 ( 按照目 前的 《煤矿安全规程》 的规定为≥ 1％ ) 时发出报警信号， 该报警信号或者直接通过报警器 进行报警， 或者通过设置在主巷道内的自动控制器 4 再控制报警器进行报警。此后， 若第一 传感器 1 监测到的甲烷浓度又低于报警甲烷浓度， 则解除报警 ； 若第一传感器 1 监测到的甲 烷浓度达到与 《煤矿安全规程》 规定的断电甲烷浓度 ( 按照目前的 《煤矿安全规程》 的规定 为≥ 1.5％ ) 时发出断电信号， 该断电信号通过设置在主巷道内的自动控制器 4 完成对流程 内全部非本质安全型电气设备执行断电。在第一传感器 1 发出报警信号且随后发出断电信 号后， 该第一传感器 1 所测得的甲烷浓度又低于 《煤矿安全规程》 规定的报警甲烷浓度时发 出复电信号， 解除报警或通过自动控制器 4 解除报警， 与此同时通过自动控制器 4 对流程内 全部非本质安全型电气设备恢复供电。在图 1 和图 2 中， 该第一传感器 1 是一种复合传感 器， 即该复合传感器同时监测报警甲烷浓度和断电甲烷浓度。当然， 该第一传感器 1 也可以 是两个监测单一甲烷浓度的传感器， 其中一个监测报警甲烷浓度， 另一个监测断电甲烷浓 度。前一个测得的甲烷浓度达到报警甲烷浓度时发出报警信号。此后， 若前一个测得的甲 烷浓度又低于报警甲烷浓度， 则解除报警 ； 若另一个测得的甲烷浓度达到断电甲烷浓度时 发出断电信号， 随后若瓦斯停止涌出， 随着甲烷浓度的降低， 前一个测得的甲烷浓度又低于 报警甲烷浓度， 在解除报警的同时又通过自动控制器 4 对流程内全部非本质安全型电气设 备恢复供电。对于第一传感器 1 来说， 无论是采用复合传感器， 还是由两个监测单一甲烷浓 度的传感器组成， 都在本发明的保护范围之内。
在图 1 或图 2 所示的防止瓦斯爆炸方法的装置的实施方式中， 第二传感器 2 用于 监测送风通 / 断临界甲烷浓度， 此送风通 / 断临界甲烷浓度根据矿井为高、 低瓦斯矿井性质 进行选择， 对于高瓦斯矿井可选定为 4.6％， 低瓦斯矿井可选为 2.6％， 作为综合考虑的一 种优选方案， 可选为 3.2％。 第二传感器 2 测得的甲烷浓度高于或等于所选定的送风通 / 断 临界甲烷浓度时， 则发出停止送风信号， 该停止送风信号通过设置在主巷道内的自动控制 器 4 控制送风设备停止送风， 工作面附近人员察觉到通风停止就立即退离到距工作面较远 处 ( 例如≥ 25m 处 ) 的待撤退区， 蹲或坐在地面等待 ； 此后， 若瓦斯涌出停止， 瓦斯气上升到 巷道顶部并向外流出， 甲烷浓度也随之减低， 第二传感器 2 所测得的甲烷浓度又降低到低 于所选定的送风通 / 断临界甲烷浓度时， 则再发出重新送风信号， 该重新送风信号通过设 置在主巷道内的自动控制器 4 控制送风设备重新送风。随着送风， 甲烷浓度迅速下降， 当第 一传感器 1 所测得的甲烷浓度又低于 《煤矿安全规程》 规定的报警甲烷浓度时发出复电信 号， 解除报警或通过自动控制器 4 解除报警， 与此同时通过自动控制器 4 对流程内全部非本 质安全型电气设备恢复供电， 继续采煤。
在图 1 或图 2 所示的防止瓦斯爆炸方法的装置的实施方式中， 还在距工作面较远 处， 优选在在距工作面至少 25m( 即停止送风后工作人员所停留的待撤退区 )、 距巷道底面 约 0.3-0.5m( 相当于人坐下或蹲下时眼睛和耳朵的高度 ) 处， 设置了一个撤离通知器 5。 第 三传感器 3 用于监测撤离甲烷浓度。撤离甲烷浓度根据矿井为高、 低瓦斯矿井性质进行选择， 对于高瓦斯矿井选择 65％， 低瓦斯矿井选择 40％， 作为综合考虑的一种优选方案， 可选 为 50％。第三传感器 3 测得的甲烷浓度高于或等于所选定的撤离甲烷浓度时， 发出撤离信 号， 直接通过撤离通知器 5 发出撤离通知， 或者通过自动控制器 4 再控制撤离通知器 5 发出 撤离通知， 通知井下工作人员撤离， 于是井下工作人员弯腰向外撤离， 待井下工作人员全部 升井后， 由井上工作人员启动巷道通风装置， 直到井下传感器监测到的甲烷浓度都又低于 报警甲烷浓度， 按照目前 《煤矿安全规程》 的规定都小于 1％， 工作人员下井重新采煤。
对于第二传感器 2 和第三传感器 3 来说， 可以将他们组成一个复合传感器， 当然也 可以将第二传感器 2 和第三传感器 3 与第一传感器 1 一起组成一个复合传感器。 也就是说， 在本发明中， 即使将第二传感器 2 和第三传感器 3 组合成一个复合传感器， 或者将这两个传 感器 2 和 3 和第一传感器 1 一起组合成一个复合传感器， 仍落入本发明的保护范围之内。
以上对防止煤矿瓦斯爆炸的方法和实现该方法的装置的具体实施方式作出了具 体说明， 但并不局限在这些具体实施方式， 凡是在瓦斯监测区不仅仅测量报警甲烷浓度、 断 电甲烷浓度、 复电甲烷浓度， 还通过测量送风通 / 断临界甲烷浓度和撤离甲烷浓度来防止 巷道内引发爆炸的方法和装置都落入在本发明的保护范围之中。