矿井封闭安全开采法.pdf

目前煤矿安全防爆技术都是以通风为基础，面临的问题是通风加瓦斯监测系统成本高，更重要的是通风很难保证矿井内所有时刻所有地点都能把瓦斯稀释到安全含量以下，容易发生爆炸事故，造成大量的生命和经济损失。本案以瓦斯爆炸的基本要素出发，提出对矿井进行封闭，在此基础上根据情况分别以降低氧气或增加甲烷含量从根本上消除瓦斯爆炸的发生。

1.  一种保证矿井安全生产的方法，其特征是：对矿井的出口进行封闭处理，在保证货物和人员进出畅通的情况下实现整个矿井的气密性。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：采取人为措施降低矿井内的氧气含量，使氧气浓度持续低于13％以避免爆炸的发生。

3.  根据权利要求2所述的方法，其特征是：井下工作人员需要携带供氧设备以保证在低氧环境中正常工作。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：在非煤矿井和煤尘不具爆炸性的煤矿可以在矿井中增加甲烷含量，使其等于或高于14％以避免爆炸的发生。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征是：氧气的含量基本不变，保持于大气环境一致。

矿井封闭安全开采法
所属技术领域
本发明技术用于矿山特别是煤矿的开采，涉及的是一种对矿井进行封闭的安全开采法
背景技术
目前煤矿安全防爆技术都是以通风为基础，以通风来稀释瓦斯降低瓦斯的含量，使瓦斯浓度低于爆炸浓度来避免爆炸的发生。现行技术面临的问题是通风加瓦斯监测系统成本高，更重要的是通风很难保证矿井内所有时刻所有地方都能有效的把瓦斯稀释到爆炸浓度以下，一旦检测或通风系统发生故障就容易导致爆炸事故的发生，造成大量的生命和经济损失。
发明内容
为了克服现有开采技术成本高安全性低的不足，本方案提出一种全新的开采模式，对矿井进行封闭同时对矿井内的气体含量进行控制和设定，这设定可以是降低氧气含量使得瓦斯无论什么浓度，无论瓦斯如何泄漏都不会发生爆炸；或者增加甲烷(瓦斯)的含量使得甲烷的浓度超过爆炸的最高浓度，这样无论瓦斯如何泄漏，已经超过爆炸浓度极限后再增加瓦斯含量也不会发生爆炸的。从根本上消除瓦斯爆炸隐患，降低成本提高安全。
本发明所采用的技术方案是放弃传统对矿井进行通风的方法，转而对矿井进行密封，在保证货物和人员进出畅通的情况下实现整个矿井的气密性。在这基础上可以采取：
A)从爆炸的一个必要条件枛氧气入手。煤矿瓦斯爆炸有三个必须条件：枛瓦斯浓度必须在爆炸含量内、有火源和足够的氧气(见国家煤矿安全生产局官方网站：http://www.chinacoal-safety.gov.cn/wangluocankao/2005-02/23/content_76359.htm)
只要这三个条件的任何一个条件不能满足瓦斯就不会发生爆炸。
从氧气入手的理论基础是矿井里不会泄漏氧气(氧气活性大，容易和其他物质发生氧化反应，不可能千万年一直保存下来)，矿井被封闭后对内部气体含量的调节也比较容易。采取人为措施降低矿井内氧气的浓度，从而在根本上消除瓦斯、煤尘等爆炸危害。
氧气的安全含量在不同的条件下是不同的，在正常气压和温度条件下含氧量12％或以下是瓦斯爆炸的安全区，适当的降低温度和气压可使氧气含量达13％不爆炸。降低氧气的浓度可以在矿井里充入氮气取代一部分氧气，这也要求矿工必需带供氧装置下井作业，带氧作业已经有大规模成功的实践，青藏铁路的隧道建设因为高原缺氧就是一项大型的缺氧施工实践。从中央电视台《新闻联播》的报道中大家都可以看到工人就是带氧气瓶工作的，结果大大降低了工人的死亡率，确保了青藏铁路的施工安全，实际证明切实可行的。
不但瓦斯爆炸需要氧气，煤尘爆炸和煤的燃烧都离不开氧气，把矿井氧气含量降低到13％或更低可以从根本上解决煤尘爆炸和矿井失火燃烧问题。
B)在对矿井进行密封的基础上通过增加甲烷含量来避免爆炸，因为当甲烷的含量高于14％就失去爆炸性。通过向密封的矿井加注甲烷，使其含量高于14％在不降低氧气含量的情况下也能起到防止瓦斯爆炸的功效。这个方法的好处是可以保持矿井里的氧气含量与外界相同，矿工工作时无需携带供氧设备，生产成本更低，工作起来也更方便。但这是有前提条件的，就是该煤矿的煤质为煤尘非爆炸型的。
本申请案有益效果是在具有良好经济效益的基础上大大增加煤矿生产的安全性，可以从根本上消除瓦斯爆炸的危险，并且在一定的情况下消除煤尘爆炸和矿井失火燃烧问题。
具体实施方式
实施的方式是对矿井的出口和通风口进行密封处理，在保证货物和人员进出畅通的情况下实现整个矿井的气密性。对原煤可以采用简单的漏斗装置来实现，就是在矿井的出媒处建一个大漏斗，井内的原煤都送到这个漏斗里，除中间的泄漏孔外漏斗内外保持气密，中间的泄漏孔用来出煤，这个孔完全被原煤占据，原煤可以通过这个孔流向外面自然空气环境，但空气不能通过这个泻煤孔。漏斗的外面是自然空气环境，漏斗的里面为封闭矿井部分。人员的出入可以设置几道分隔门。人员的出入无需连续不间断的进行，可以一组一组的分批进行，通过几道分隔门是没有问题的。在生产实践中还有许多其它的解决方案，可以根据实际情况选择使用。
在实施细节上两张不同的方案会有不同的方法：
一般的矿井：在矿井被密封后对井内注入氮气或在井内有控制的燃烧氢气或其它燃料来消耗氧气从而达到降低氧气含量的目的，一般情况下的氧气含量要降到低于12％，在低气压，低温度的情况下可以稍高一点，控制在13％以下。井下工作人员一律带供氧装置下井作业。
为了保证矿工的安全，在矿井里适当的地方布置“富氧休息室”，富氧休息室为密封的房间，里面的氧气含量与地面正常标准值相同，里面备有基本的氧气呼吸器备用。平时供矿工们进餐，吸烟和休息，在发生意外情况的时候作为“安全岛”供矿工们避险，取得备用的氧气设备，利用“安全岛”做跳板撤离。
此外在矿井内每隔一段放置一个氧气呼吸器备用。这样就是发生塌方，被堵在矿井里的矿工因可以搜集到散布在矿井的压缩氧气而增加成活的机会。
煤尘非爆炸型矿井：对矿井密封的方式与上面介绍的相同。不同的是井内要改变含量的气体不是氧气而是甲烷，使其含量达到14％或更高。氧气的含量保持与自然界一样，矿工在这种封闭矿井内工作无需带专门的供氧装置。