[发明专利]一种采矿区的变频调控通风系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿技术领域，特别涉及一种采矿区的变频调控通风系统及方法。

背景技术

煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害。据统计，我国国有重点煤矿中存在自然发火危险的矿井约占51.3%，由于自燃引起的火灾占总火灾数的90%以上，由矿井自燃火灾诱发瓦斯、煤尘爆炸事故时有发生，阻碍了煤炭工业的可持续发展。由煤炭自燃导致的优质煤损失量已达42亿吨以上，现仍以2000～3000万吨/年的速度增加，而受其影响造成的呆滞资源储量超过2亿吨/年，直接经济损失高达数十亿元。由此造成的间接损失，诸如土地资源、大气污染、自然生态环境和人文活动等受到的影响更是难以估计。另外，煤炭行业每年都要投入巨额资金用于火灾治理，煤炭自燃不仅烧毁了宝贵的资源，产生大量的CO、CO₂和SO₂等有毒有害气体，危害工人的健康和生命，污染环境，还能够诱发瓦斯、煤尘爆炸事故的发生，是威胁煤矿安全生产的重大灾害。

不同矿井、不同煤层条件下煤炭的自燃形式不同，以大同矿区为例进行叙述。大同矿区开采历史悠久，部分矿井开采条件特殊，具有“两硬”特点，即顶板坚硬、煤层坚硬。在“两硬”条件下近距离煤层群开采过程中，采用全部垮落法处理上部煤层的顶板，由于顶板坚硬，整体性强，导致垮落不充分。当回采下部煤层时，开采层采空区会与上部多个煤层的采空区相互连通，导致采空区冒落空间叠加，形成局部区域与地表导通的现象，造成回采工作面采空区漏风通道增多。同时，由于井田范围内的小煤窑私挖乱采，并与大矿贯通，形成了多个复杂的漏风通道。多种漏风通道与开采工作面连通，形成了多层采空区流场。

多层采空区流场是指上部已开采多煤层采空区群或周边采空区群与本开采煤层工作面空间相互连通形成的气体流动场。在负压通风条件下，多层采空区流场内的有害气体流入工作面危害作业人员的安全，若过多给工作面升压，又可能导致大量新鲜空气涌入采空区引发遗煤自燃和瓦斯爆炸，并且由于采空区漏风通道的多发性，一般的均压方法无法实施，因此寻找新的理论与技术来防治开采煤层及多层采空区自燃火灾是目前急需解决的问题。

对于多层采空区流场，采用局部动态平衡技术来解决其自然发火问题具有一定的针对性。局部动态平衡是指开采工作面的流场压力随着上部相邻采空区的流场压力的变化而变化，若开采工作面的流场压力与上部相邻采空区的流场压力达到局部平衡，则可阻止气体的相互流动。

发明内容

针对现有矿井通风技术存在的上述问题，本发明提供一种针对采矿区的变频调控通风系统及方法，基于多层采空区流场局部动态平衡理论，采用变压的方法，使工作面流场压力与多层采空区流场局部保持动态平衡，防止已形成大面积自燃的上覆采空区的有毒有害气体流入工作面危害作业人员的安全。

本发明的采矿区变频调控通风系统包括工作面和上覆采空区，在工作面的皮带巷靠近巷口处砌筑跨皮带的挡风墙，在挡风墙上镶嵌有铁质导风筒，并在皮带巷轨道侧设置行人风门；在工作面的进料斜巷内砌筑两道横跨轨道的进料斜巷风门，在进料斜巷风门中轴线靠近皮带巷的一侧也镶嵌有铁质导风筒；铁质导风筒上均装配有变频调控通风机；在工作面的回风巷内设置有前变压调节风门和后变压调节风门，前变压调节风门距回风巷风口5米，后变压调节风门距回风巷风口25米；前变压调节风门和后变压调节风门上安装开停传感器装置，开停传感器装置与PLC控制器装配在一起；所述的变频调控通风机上均分别装配有变频器，变频器与PLC控制器装配在一起；所述的铁质导风筒和变压调节风门与PLC控制器装配在一起。

上述系统中，回风巷内还设有压差传感器，用于观察压力和向PLC系统传输压力信号；压差传感器位于前变压调节风门和工作面回风口之间；压差传感器一端与回风巷测压管路连接，测试变压调节风门以里的回风巷内气体压力，一端与通向上层采空区的测压管路连接，得出压差值，传输到控制室。

上述系统中，在回风巷内距工作面回风口9~10米处安装有甲烷传感器，报警浓度按体积浓度为1.0%，断电浓度按体积浓度为1.5%；在工作面上隅角设置有CO传感器，报警浓度为24ppm；其中甲烷传感器吊挂标准为距顶板0.1~0.3米，距煤帮0.2~0.5米；各甲烷传感器的复电浓度按体积浓度均为＜1.0%。

上述系统中，在进料斜巷风门中轴线靠近皮带巷的一侧镶嵌铁质导风筒是指在进料斜巷风门的墙垛上镶嵌铁质导风筒。

上述系统中，两道进料斜巷风门的间距在11~20米。

上述系统中，各铁质导风筒是通过柔性导风筒与变频调控风机装配在一起。