[发明专利]一种煤炭无氧开采方法

说明书

技术领域：

本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种煤炭无氧开采方法。

背景技术：

在我国生产和消费的一次商品能源中，煤炭约占74％，煤炭提供了78％的发电能源、70％的化工原料和60％的民用商品能源。我国可露天开采的煤炭储量仅占7.5％，绝大部分煤炭开采均需通过矿井开采进行，但是，矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比，我国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40％以上，由于煤炭赋存条件而导致煤炭开采的安全生产条件非常恶劣。在煤炭开采中，经常发生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、火灾等影响恶劣的重大事故。建国以来煤矿发生25起一次死亡百人以上事故，其中16起为瓦斯事故，2起为火灾事故。2015年煤矿总共发生28起安全事故，其中8起瓦斯事故，7起中毒与窒息事故，1起火灾事故，占总事故的57.14％。因此，治理瓦斯灾害，防范火灾事故是煤矿安全和全国安全生产工作的重中之重。同时，随着煤炭资源开发深度的日益加深，现有通风技术无法满足未来矿井的生产需要，且生产成本会越来越高，煤炭企业无法继续开发深部资源。

发明内容：

本发明的目的是，为避免煤矿瓦斯突出事故造成的重大伤亡，提供一种煤炭无氧开采方法，该方法具有安全系数高，成本低，资源回收利用率高等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤炭无氧开采方法，包括以下步骤：

步骤1，矿井密封：

将矿井主井与副井封闭至密封状态，使矿井内部大气环境与地面大气隔离；

步骤2，煤炭无氧开采：

实时监测矿井内氧气浓度，当矿井内氧气浓度降至5％以下，且瓦斯浓度保持在爆炸极限上限以上时，开始煤炭开采，并在开采过程中，实时监测氧气浓度，使氧气浓度控制在5％以下，完成煤炭开采。

所述的步骤1中，矿井主井与副井的密封方式为：分别在主井与副井入口处各设置4道密封门，密封门设置间距为15～25m，所述的主井与副井的4道密封门分别形成3个舱室，沿矿井进入方向分别为第一舱室，第二舱室和第三舱室，其中，第一舱室为有氧舱，第二舱室为过渡舱，第三舱室为无氧舱。

所述的步骤2中，在煤炭开采过程中，开采人员佩戴呼吸器进行开采操作。

所述的步骤2中，在煤炭开采过程中，时刻监测瓦斯浓度，当瓦斯浓度高于30％时，进行瓦斯抽采，并使矿井内瓦斯浓度保持在爆炸极限上限以上，抽采的瓦斯用于回收利用，其中，所述的瓦斯爆炸极限上限为15％。

所述的步骤2中，抽采的瓦斯回收利用的方式为：当抽采出的瓦斯气体浓度高于30％时，抽采出的瓦斯气体直接用于燃料提供能量或用于化工企业，当抽采出的瓦斯气体浓度低于30％时，经过提纯后再利用或直接用于低浓度发电等用途。

所述的步骤2中，在进行煤炭无氧开采之前，在矿井内分别设置若干瓦斯浓度监测探头和若干氧气浓度监测探头，分别用于监测瓦斯浓度和氧气浓度；其中，所述的瓦斯浓度监测探头和氧气浓度监测探头均设置在巷道顶板上，瓦斯浓度监测探头22和氧气浓度监测探头19的安装间距根据流体网络理论的要求和实际需要确定。

所述的步骤2中，在进行煤炭无氧开采之前，在矿井外分别设置瓦斯抽采泵站和惰性气体注入系统；矿井内分别铺设瓦斯抽采管路和惰性气体管路；其中，所述的瓦斯抽采管路和瓦斯抽采泵站相连接，所述的惰性气体管路和惰性气体注入系统相连接，所述的惰性气体管路上设置若干惰性气体阀门。

所述的步骤2中，氧气浓度控制方式为，当氧气浓度在5％以上时，打开氧气浓度超标区域内的惰性气体管路阀门，向氧气超标空间注入惰性气体，稀释氧气浓度，使氧气浓度降至5％以下。

所述的步骤2中，惰性气体为工业制氮、CO₂或电厂烟气CO₂。

所述的步骤2中，在进行煤炭无氧开采之前，在在矿井内外分别设置压力探头，用于监测矿井内外压力，随着井下煤体瓦斯的解吸，封闭矿井内大气压力升高，当内部压力大于外部压力时，启动瓦斯抽采泵，控制抽采流量，保证矿井内外压力平衡。

所述的步骤2中，压力探头和瓦斯浓度监测探头根据流体网络理论的要求在矿井相关分支、节点进行安装。

所述的步骤2中，在进行煤炭无氧开采之前，在矿井内铺设供水管路，当开采过程中工作面有浮尘时，通过喷水达到降尘、降温的效果。

所述的步骤2中，在进行煤炭无氧开采之前，在矿井内铺设套管，所述的套管内敷设通信光缆和高压电缆。