一种高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法与流程

1.本发明涉及一种高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，尤其适用于受到瓦斯灾害影响的高瓦斯突出矿井煤层的高效开采。


背景技术：

2.目前，煤炭仍是我国能源供应的主要来源，煤炭的高效开采是保障我国能源供应的关键。然而，煤炭开采过程中会面临众多潜在的灾害(瓦斯、火灾、水灾、煤尘、顶板事故)，其中瓦斯事故(即瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出)是后果最严重的事故之一，严重制约着我国煤炭的高效开采。
3.瓦斯是煤的伴生产物，其主要成分是甲烷。甲烷是温室气体的一种，其温室效应比二氧化碳高约28倍。此外，甲烷还是一种高效的绿色能源。因此，坚持瓦斯抽采可以从根本上防止瓦斯灾害的发生，还能获得高效的绿色能源以及减轻温室效应。因此，煤与瓦斯共采是一项应长期坚持的治本措施。然而，由于复杂的地质构造和埋藏条件，我国高瓦斯煤层普遍具有“低孔隙率、低渗透率、高吸附和高应力”的特征，导致直接向煤层中打钻孔瓦斯抽采效果不佳(会存在瓦斯浓度不高、流量衰减速度快等问题)。为了提高瓦斯抽采效果就需要向煤层中大量施工密集钻孔抽采瓦斯，这样又会增加生产成本，且大量施工钻孔也会导致瓦斯抽采达标周期长影响煤层采掘接替，进而影响煤炭产量。此外，为了保障工作面及巷道内的人员健康，通风系统是现有矿井必备的设备之一，其具有将外界空气引入矿井内，并排出内部的气体完成置换过程，保持矿井内的空气质量；但是在煤层工作面开采时不可避免地会使部分瓦斯进入巷道内，并随着通风系统排放到外界环境中，既造成了能源浪费又污染了环境；另外由于通风系统会使外界空气中的氧气进入采空区也为煤炭自燃和瓦斯煤尘爆炸提供了必要条件，增加了矿井灾害发生的风险。
4.因此，针对上述情况，如何提供一种新方法，无需钻设瓦斯抽采孔，即能实现对整个高瓦斯煤层的瓦斯抽采，且在抽采的同时能进行煤炭开采，不仅保证瓦斯抽采效率，还保障了煤炭开采量，另外还能大大降低发生瓦斯爆炸及煤自燃情况的可能性，是本行业研究的方向之一。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，采用全封闭的方式进行煤炭开采及瓦斯抽采，无需钻设瓦斯抽采孔，即能实现对整个高瓦斯煤层的瓦斯抽采，且在抽采的同时能进行煤炭开采，不仅保证瓦斯抽采效率，还保障了煤炭开采量，另外还能大大降低发生瓦斯爆炸及煤自燃情况的可能性。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，具体步骤为：
7.a、封闭式工作面布置：在高瓦斯煤层的回风巷内布设封堵墙、进风巷内布设密封隔离墙一和密封隔离墙二，密封隔离墙一和密封隔离墙二之间形成压差平衡区、且密封隔
离墙二相对于密封隔离墙一更靠近采煤工作面，使封堵墙和密封隔离墙二之间的回风巷、采空区、采煤工作面和进风巷组成密封空间；在回风巷内设有瓦斯抽采泵站，瓦斯抽采泵站通过瓦斯抽采管路穿过封堵墙与密封空间内部连通；在地面设有全封闭煤仓，全封闭煤仓通过密封管路穿过封堵墙与密封空间内部连通；在采煤工作面布置多个液压支架及自动化割煤机，密封空间内设有采掘支护遥控装置，用于对自动化割煤机和各个液压支架进行控制，自动化割煤机一侧设有皮带输送机，皮带输送机伸入密封管路直至全封闭煤仓；所述密封隔离墙一上设有密封门一，密封隔离墙二上设有密封门二，在进风巷布设压差控制及监测系统，其包括气压计一、气压计二、气压计三、单向抽风机、氮气瓶、遥控装置一、遥控装置二、遥控装置三、甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器和监测控制系统，气压计一、气压计二和气压计三分别装在密封空间、压差平衡区和处于密封空间外部进风巷内，分别用于对密封空间、压差平衡区和处于密封空间外部进风巷的气压进行监测，单向抽风机和氮气瓶均处于密封空间外部的进风巷内、且分别通过管路与压差平衡区连通，其中氮气瓶的管路上装有防爆电磁阀；单向抽风机用于对压差平衡区抽气降压，氮气瓶用于对压差平衡区注气增压；遥控装置一、遥控装置二和遥控装置三分别装在密封空间、压差平衡区和处于密封空间外部进风巷内，其中遥控装置一用于控制密封门一的开闭，遥控装置三用于控制密封门二的开闭，遥控装置二用于控制密封门一和密封门二的开闭；甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器和温度传感器均处于密封空间内，分别用于监测密封空间内的甲烷浓度、氧气浓度和温度值，所述监测控制系统分别与气压计一、气压计二、气压计三、甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器、密封门一的开闭电机、密封门二的开闭电机、单向抽风机、防爆电磁阀、遥控装置一、遥控装置二和遥控装置三连接，用于接收气压计一、气压计二、气压计三、甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器和温度传感器各自反馈的检测数据，及接收遥控装置一、遥控装置二和遥控装置三反馈的遥控指令，根据气压值的情况控制单向抽风机及防爆电磁阀的开闭状态对压差平衡区内气压进行调节，完成后控制密封门一的开闭电机或密封门二的开闭电机，实现密封门一或密封门二的开闭；
8.b、检漏并进行瓦斯抽采：使用便携式检漏仪对密封隔离墙一、密封隔离墙二和封堵墙进行检漏，如果漏气则立刻处理直到完全密封；之后，通过压差控制及监测系统查看密封空间中的甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器及温度传感器的示数，启动瓦斯抽采泵站将密封空间、密封管路和全封闭煤仓内部的空气抽出，并持续抽采高瓦斯煤层中解吸出来的瓦斯；
9.c、采掘工人进入密封空间进行采煤作业：通过压差控制及监测系统查看密封空间中的瓦斯浓度、氧气浓度、温度以及大气压力后，当氧气浓度传感器的示数接近零时，第一组采掘工人穿戴全封闭防护服经过密封门一和密封门二后进入密封空间直至采煤工作面，通过采掘支护遥控装置遥控自动化割煤机采煤和液压支架支护巷道，同时启动皮带输送机，将采掘的煤炭通过皮带运输机运输，皮带运输机将煤炭经过密封管路运送至全封闭煤仓进行存储，整个采煤、运输及存储过程为全封闭状态，隔绝与外界接触降低煤炭氧化升温导致煤自燃的情况发生；同时瓦斯抽采泵站将采掘落煤解吸的高浓度瓦斯通过瓦斯抽采管路抽到地面利用；
10.d、采掘工人退出密封空间：当第一组采掘工人作业时间结束或者出现紧急情况，采掘工人通过密封门一和密封门二后返回到处于密封空间外部的进风巷；
11.e、持续进行煤气共采：第二组采掘工人重复步骤c和d，继续进行煤炭开采、抽采高浓度瓦斯以及设备的检修工作；后续各个组的采掘工人持续重复，实现持续进行煤气共采的过程；当采煤工作面向前推进时，密封空间中安装的多个甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器、皮带输送机、瓦斯抽采管路以及密封隔离墙和封堵墙等均要前移。
12.f、采掘作业结束后装置回收：当整个高瓦斯煤层全部采掘完毕后，查看甲烷浓度传感器所示的瓦斯浓度，若瓦斯浓度超过设定标准，则继续执行瓦斯抽采工作，直到所抽采的瓦斯浓度低于设定标准，停止瓦斯抽采，然后将所有可拆卸部件回收后，将整个采区封闭，重复步骤a至f进入下一个工作面开采。
13.进一步，所述步骤c中采掘工人进入密封空间的具体过程为：首先，采掘工人通过遥控装置一发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计一和气压计二分别获取密封空间外的进风巷和压差平衡区各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门一开启，采掘工人进入压差平衡区并关闭密封门一；接着，通过遥控装置二发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计二和气压计三分别获取压差平衡区和密封空间各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门二开启，采掘工人进入密封空间，并关闭密封门二，完成进入密封空间的过程。
14.进一步，所述步骤d中采掘工人退出密封空间的具体过程为：首先，采掘工人通过遥控装置三发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计二和气压计三分别获取压差平衡区和密封空间各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门二开启，采掘工人进入压差平衡区，并关闭密封门二，接着，通过遥控装置二发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计一和气压计二分别获取密封空间外的进风巷和压差平衡区各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门一开启，采掘工人进入进风巷并关闭密封门一，最后升井至地面，完成退出密封空间的过程。
15.进一步，所述监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整的具体过程为：若压差平衡区内的气压高于进风巷内的气压，则监测控制系统控制单向抽风机对压差平衡区进行抽气，使其内部气压降低，直至与进风巷内的气压相同时，停止单向抽风机工作；若压差平衡区内的气压低于进风巷内的气压，则监测控制系统控制防爆电磁阀开启使氮气瓶对压差平衡区注入氮气，使其内部气压升高，直至与进风巷内的气压相同时，关闭防爆电磁阀。
16.进一步，所述全封闭防护服上装有便携式制氧机、生命体征监测感知装置、温度调控装置和通讯装置，其中便携式制氧机用于为采掘工人提供正常呼吸所需的氧气；温度调控装置用于为采掘工人保持环境温度处于体感舒适状态；通讯装置用于在密封空间工作时同组采掘工人相互进行通话沟通；生命体征监测感知装置用于监测采掘工人的体温、心电、呼吸率和血氧数据，并将采集的生命体征数据上传至地面监测工作站。
17.进一步，所述各个遥控装置均设有两种开启密封门的模式，其中一种为自动模式，处于该模式时，监测控制系统先调节密封门一或密封门二两侧压力相等后，则再控制密封
封堵墙，26-瓦斯抽采泵站，27-防爆电磁阀，28-压差平衡区，29-回风巷。
具体实施方式
29.下面将对本发明作进一步说明。
30.如图所示，本发明的具体步骤为：
31.a、封闭式工作面布置：如图1所示，在高瓦斯煤层4的回风巷29内布设封堵墙25、进风巷5内布设密封隔离墙一12-1和密封隔离墙二12-2，密封隔离墙一12-1和密封隔离墙二12-2之间形成压差平衡区28、且密封隔离墙二12-2相对于密封隔离墙一12-1更靠近采煤工作面21，使封堵墙25和密封隔离墙二12-2之间的回风巷29、采空区20、采煤工作面21和进风巷5组成密封空间23；在回风巷29内设有瓦斯抽采泵站26，瓦斯抽采泵站26通过瓦斯抽采管路24穿过封堵墙25与密封空间23内部连通；在地面设有全封闭煤仓1，全封闭煤仓1通过密封管路3穿过封堵墙25与密封空间23内部连通；在采煤工作面21布置多个液压支架19及自动化割煤机22，密封空间23内设有采掘支护遥控装置18，用于对自动化割煤机22和各个液压支架19进行控制，自动化割煤机22一侧设有皮带输送机2，皮带输送机2伸入密封管路3直至全封闭煤仓1；所述密封隔离墙一12-1上设有密封门一13-1，密封隔离墙二12-2上设有密封门二13-2，如图2所示，在进风巷5布设压差控制及监测系统，其包括气压计一11-1、气压计二11-2、气压计三11-3、单向抽风机10、氮气瓶9、遥控装置一14-1、遥控装置二14-2、遥控装置三14-3、甲烷浓度传感器15、氧气浓度传感器16、温度传感器17和监测控制系统6，气压计一11-1、气压计二11-2和气压计三11-3分别装在密封空间23、压差平衡区28和处于密封空间23外部的进风巷5内，分别用于对密封空间23、压差平衡区28和处于密封空间23外部进风巷5的气压进行监测，单向抽风机10和氮气瓶9均处于密封空间23外部的进风巷5内、且分别通过管路与压差平衡区28连通，其中氮气瓶9的管路上装有防爆电磁阀27；单向抽风机10用于对压差平衡区28抽气降压，氮气瓶9用于对压差平衡区28注气增压；遥控装置一14-1、遥控装置二14-2和遥控装置三14-3分别装在密封空间23、压差平衡区28和处于密封空间外部的进风巷5内，其中遥控装置一14-1用于控制密封门一13-1的开闭，遥控装置三14-3用于控制密封门二13-2的开闭，遥控装置二14-2用于控制密封门一13-1和密封门二13-2的开闭；甲烷浓度传感器15、氧气浓度传感器16和温度传感器17均处于密封空间23内，分别用于监测密封空间23内的甲烷浓度、氧气浓度和温度值，所述监测控制系统6通过数据传输线8分别与气压计一11-1、气压计二11-2、气压计三11-3、密封门一13-1的开闭电机、密封门二13-2的开闭电机、单向抽风机10、防爆电磁阀27、遥控装置一14-1、遥控装置二14-2和遥控装置三14-3连接，并通过监测信号线7与甲烷浓度传感器15、氧气浓度传感器16和温度传感器17，用于接收气压计一11-1、气压计二11-2、气压计三11-3、甲烷浓度传感器15、氧气浓度传感器16和温度传感器17各自反馈的检测数据，及接收遥控装置一14-1、遥控装置二14-2和遥控装置三14-3反馈的遥控指令，根据气压值的情况控制单向抽风机10及防爆电磁阀27的开闭状态对压差平衡区28内气压进行调节，完成后控制密封门一13-1的开闭电机或密封门二13-2的开闭电机，实现密封门一13-1或密封门二13-2的开闭；所述密封门一13-1和密封门二13-2的启闭时间均小于2s。这样能保证密封门一13-1和密封门二13-2各自的开启速度；所述监测控制系统6为计算机。
32.b、检漏并进行瓦斯抽采：使用便携式检漏仪对密封隔离墙一12-1、密封隔离墙二
12-2和封堵墙25进行检漏，如果漏气则立刻处理直到完全密封；之后，通过压差控制及监测系统查看密封空间23中的甲烷浓度传感器15、氧气浓度传感器16及温度传感器17的示数，启动瓦斯抽采泵站26将密封空间23、密封管路3和全封闭煤仓1内部的空气抽出，并持续抽采高瓦斯煤层4中解吸出来的瓦斯；
33.c、采掘工人进入密封空间进行采煤作业：通过压差控制及监测系统6查看密封空间23中的瓦斯浓度、氧气浓度、温度以及大气压力后，当氧气浓度传感器16的示数接近零时，第一组采掘工人穿戴全封闭防护服经过密封门一13-1和密封门二13-2后进入密封空间23直至采煤工作面21，具体过程为：如图3所示，首先，采掘工人通过遥控装置一14-1发出遥控指令，监测控制系统6接收到该遥控指令后，通过气压计一11-1和气压计二11-2分别获取密封空间23外的进风巷5和压差平衡区28各自的气压，监测控制系统6通过控制单向抽风机10和防爆电磁阀27对压差平衡区28内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统6使密封门一13-1开启，采掘工人进入压差平衡区28并关闭密封门一13-1；接着，通过遥控装置二14-2发出遥控指令，监测控制系统6接收到该遥控指令后，通过气压计二11-2和气压计三11-3分别获取压差平衡区28和密封空间23各自的气压，监测控制系统6通过控制单向抽风机10和防爆电磁阀27对压差平衡区28内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统6使密封门二13-2开启，采掘工人进入密封空间23，并关闭密封门二13-2，完成进入密封空间23的过程；
34.通过采掘支护遥控装置18遥控自动化割煤机22采煤和液压支架19支护巷道，同时启动皮带输送机2，将采掘的煤炭通过皮带输送机2运输，皮带输送机2将煤炭经过密封管路3运送至全封闭煤仓1进行存储，整个采煤、运输及存储过程为全封闭状态，隔绝与外界接触降低煤炭氧化升温导致煤自燃的情况发生；同时瓦斯抽采泵站26将采掘落煤解吸的高浓度瓦斯通过瓦斯抽采管路24抽到地面利用；
35.d、采掘工人退出密封空间：当第一组采掘工人作业时间结束或者出现紧急情况，采掘工人通过密封门一13-1和密封门二13-2后返回到处于密封空间23外部的进风巷5，具体过程为：首先，采掘工人通过遥控装置三14-3发出遥控指令，监测控制系统6接收到该遥控指令后，通过气压计二11-2和气压计三11-3分别获取压差平衡区28和密封空间23各自的气压，监测控制系统6通过控制单向抽风机10和防爆电磁阀27对压差平衡区28内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统6使密封门二13-2开启，采掘工人进入压差平衡区28，并关闭密封门二13-2，接着，通过遥控装置二14-2发出遥控指令，监测控制系统6接收到该遥控指令后，通过气压计一11-1和气压计二11-2分别获取密封空间23外的进风巷5和压差平衡区28各自的气压，监测控制系统6通过控制单向抽风机10和防爆电磁阀27对压差平衡区28内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门一13-1开启，采掘工人进入进风巷5并关闭密封门一13-1，最后升井至地面，完成退出密封空间23的过程；
36.上述监测控制系统6通过控制单向抽风机10和防爆电磁阀27对压差平衡区28内的气压进行调整的具体过程为：若压差平衡区28内的气压高于进风巷5内的气压，则监测控制系统6控制单向抽风机10对压差平衡区28进行抽气，使其内部气压降低，直至与进风巷5内的气压相同时，停止单向抽风机10工作；若压差平衡区28内的气压低于进风巷5内的气压，则监测控制系统6控制防爆电磁阀27开启使氮气瓶9对压差平衡区28注入氮气，使其内部气
压升高，直至与进风巷5内的气压相同时，关闭防爆电磁阀27。
37.e、持续进行煤气共采：第二组采掘工人重复步骤c和d，继续进行煤炭开采、抽采高浓度瓦斯以及设备的检修工作；后续各个组的采掘工人持续重复，实现持续进行煤气共采的过程；当采煤工作面21向前推进时，密封空间23中安装的多个甲烷浓度传感器15、氧气浓度传感器16、温度传感器17、皮带输送机2、瓦斯抽采管路24以及密封隔离墙12和封堵墙25等均要前移。
38.f、采掘作业结束后装置回收：当整个高瓦斯煤层4全部采掘完毕后，查看甲烷浓度传感器15所示的瓦斯浓度，若瓦斯浓度超过设定标准，则继续执行瓦斯抽采工作，直到所抽采的瓦斯浓度低于设定标准，停止瓦斯抽采，然后将所有可拆卸部件回收后，将整个采区封闭，重复步骤a至f进入下一个工作面开采。
39.作为本发明的一种改进，各个遥控装置14均设有两种开启密封门的模式，其中一种为自动模式，处于该模式时，监测控制系统6先调节密封门一13-1或密封门二13-2两侧压力相等后，则再控制密封门一13-1或密封门二13-2开启；另一种为手动模式，处于该模式时，监测控制系统6不进行调压过程，直接控制密封门一13-1或密封门二13-2强制开启以应对危机状况。
40.作为本发明的另一种改进，全封闭防护服上装有便携式制氧机、生命体征监测感知装置、温度调控装置和通讯装置，其中便携式制氧机用于为采掘工人提供正常呼吸所需的氧气；温度调控装置用于为采掘工人保持环境温度处于体感舒适状态；通讯装置用于在密封空间工作时同组采掘工人相互进行通话沟通；生命体征监测感知装置用于监测采掘工人的体温、心电、呼吸率和血氧数据，并将采集的生命体征数据上传至地面监测工作站，当工人生命体征异常时，可及时进行救援。
41.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，具体步骤为：a、封闭式工作面布置：在高瓦斯煤层的回风巷内布设封堵墙、进风巷内布设密封隔离墙一和密封隔离墙二，密封隔离墙一和密封隔离墙二之间形成压差平衡区、且密封隔离墙二相对于密封隔离墙一更靠近采煤工作面，使封堵墙和密封隔离墙二之间的回风巷、采空区、采煤工作面和进风巷组成密封空间；在回风巷内设有瓦斯抽采泵站，瓦斯抽采泵站通过瓦斯抽采管路穿过封堵墙与密封空间内部连通；在地面设有全封闭煤仓，全封闭煤仓通过密封管路穿过封堵墙与密封空间内部连通；在采煤工作面布置多个液压支架及自动化割煤机，密封空间内设有采掘支护遥控装置，用于对自动化割煤机和各个液压支架进行控制，自动化割煤机一侧设有皮带输送机，皮带输送机伸入密封管路直至全封闭煤仓；所述密封隔离墙一上设有密封门一，密封隔离墙二上设有密封门二，在进风巷布设压差控制及监测系统，其包括气压计一、气压计二、气压计三、单向抽风机、氮气瓶、遥控装置一、遥控装置二、遥控装置三、甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器和监测控制系统，气压计一、气压计二和气压计三分别装在密封空间、压差平衡区和处于密封空间外部进风巷内，分别用于对密封空间、压差平衡区和处于密封空间外部进风巷的气压进行监测，单向抽风机和氮气瓶均处于密封空间外部的进风巷内、且分别通过管路与压差平衡区连通，其中氮气瓶的管路上装有防爆电磁阀；单向抽风机用于对压差平衡区抽气降压，氮气瓶用于对压差平衡区注气增压；遥控装置一、遥控装置二和遥控装置三分别装在密封空间、压差平衡区和处于密封空间外部进风巷内，其中遥控装置一用于控制密封门一的开闭，遥控装置三用于控制密封门二的开闭，遥控装置二用于控制密封门一和密封门二的开闭；甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器和温度传感器均处于密封空间内，分别用于监测密封空间内的甲烷浓度、氧气浓度和温度值，所述监测控制系统分别与气压计一、气压计二、气压计三、甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器、密封门一的开闭电机、密封门二的开闭电机、单向抽风机、防爆电磁阀、遥控装置一、遥控装置二和遥控装置三连接，用于接收气压计一、气压计二、气压计三、甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器和温度传感器各自反馈的检测数据，及接收遥控装置一、遥控装置二和遥控装置三反馈的遥控指令，根据气压值的情况控制单向抽风机及防爆电磁阀的开闭状态对压差平衡区内气压进行调节，完成后控制密封门一的开闭电机或密封门二的开闭电机，实现密封门一或密封门二的开闭；b、检漏并进行瓦斯抽采：使用便携式检漏仪对密封隔离墙一、密封隔离墙二和封堵墙进行检漏，如果漏气则立刻处理直到完全密封；之后，通过压差控制及监测系统查看密封空间中的甲烷浓度传感器、氧气浓度传感器及温度传感器的示数，启动瓦斯抽采泵站将密封空间、密封管路和全封闭煤仓内部的空气抽出，并持续抽采高瓦斯煤层中解吸出来的瓦斯；c、采掘工人进入密封空间进行采煤作业：通过压差控制及监测系统查看密封空间中的瓦斯浓度、氧气浓度、温度以及大气压力后，当氧气浓度传感器的示数接近零时，第一组采掘工人穿戴全封闭防护服经过密封门一和密封门二后进入密封空间直至采煤工作面，通过采掘支护遥控装置遥控自动化割煤机采煤和液压支架支护巷道，同时启动皮带输送机，将采掘的煤炭通过皮带运输机运输，皮带运输机将煤炭经过密封管路运送至全封闭煤仓进行存储；同时瓦斯抽采泵站将采掘落煤解吸的高浓度瓦斯通过瓦斯抽采管路抽到地面利用；d、采掘工人退出密封空间：当第一组采掘工人作业时间结束或者出现紧急情况，采掘工人通过密封门一和密封门二后返回到处于密封空间外部的进风巷；
e、持续进行煤气共采：第二组采掘工人重复步骤c和d，继续进行煤炭开采、抽采高浓度瓦斯以及设备的检修工作；后续各个组的采掘工人持续重复，实现持续进行煤气共采的过程；f、采掘作业结束后装置回收：当整个高瓦斯煤层全部采掘完毕后，查看甲烷浓度传感器所示的瓦斯浓度，若瓦斯浓度超过设定标准，则继续执行瓦斯抽采工作，直到所抽采的瓦斯浓度低于设定标准，停止瓦斯抽采，然后将所有可拆卸部件回收后，将整个采区封闭，重复步骤a至f进入下一个工作面开采。2.根据权利要求1所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述步骤c中采掘工人进入密封空间的具体过程为：首先，采掘工人通过遥控装置一发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计一和气压计二分别获取密封空间外的进风巷和压差平衡区各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门一开启，采掘工人进入压差平衡区并关闭密封门一；接着，通过遥控装置二发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计二和气压计三分别获取压差平衡区和密封空间各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门二开启，采掘工人进入密封空间，并关闭密封门二，完成进入密封空间的过程。3.根据权利要求1所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述步骤d中采掘工人退出密封空间的具体过程为：首先，采掘工人通过遥控装置三发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计二和气压计三分别获取压差平衡区和密封空间各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门二开启，采掘工人进入压差平衡区，并关闭密封门二，接着，通过遥控装置二发出遥控指令，监测控制系统接收到该遥控指令后，通过气压计一和气压计二分别获取密封空间外的进风巷和压差平衡区各自的气压，监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整，直至使两者的气压相等，此时监测控制系统使密封门一开启，采掘工人进入进风巷并关闭密封门一，最后升井至地面，完成退出密封空间的过程。4.根据权利要求2或3所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述监测控制系统通过控制单向抽风机和防爆电磁阀对压差平衡区内的气压进行调整的具体过程为：若压差平衡区内的气压高于进风巷内的气压，则监测控制系统控制单向抽风机对压差平衡区进行抽气，使其内部气压降低，直至与进风巷内的气压相同时，停止单向抽风机工作；若压差平衡区内的气压低于进风巷内的气压，则监测控制系统控制防爆电磁阀开启使氮气瓶对压差平衡区注入氮气，使其内部气压升高，直至与进风巷内的气压相同时，关闭防爆电磁阀。5.根据权利要求1所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述全封闭防护服上装有便携式制氧机、生命体征监测感知装置、温度调控装置和通讯装置，其中便携式制氧机用于为采掘工人提供正常呼吸所需的氧气；温度调控装置用于为采掘工人保持环境温度处于体感舒适状态；通讯装置用于在密封空间工作时同组采掘工人相互进行通话沟通；生命体征监测感知装置用于监测采掘工人的体温、心电、呼吸率和血氧数据，并
将采集的生命体征数据上传至地面监测工作站。6.根据权利要求1所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述各个遥控装置均设有两种开启密封门的模式，其中一种为自动模式，处于该模式时，监测控制系统先调节密封门一或密封门二两侧压力相等后，则再控制密封门一或密封门二开启；另一种为手动模式，处于该模式时，监测控制系统不进行调压过程，直接控制密封门一或密封门二强制开启以应对危机状况。7.根据权利要求1所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述密封门一和密封门二的启闭时间均小于2s。8.根据权利要求1所述高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，其特征在于，所述监测控制系统为计算机。

技术总结
本发明公开了一种高瓦斯煤层封闭式工作面煤气智能开采方法，将高瓦斯采煤工作面及采空区全封闭形成密封空间，进而取消通风系统及瓦斯抽采钻孔，由于无外界空气进入，并通过抽取使其内部氧气降低至接近零，进而使采煤工作面在后续采煤过程中处于隔绝氧气的状态，因此从根本上消除了煤炭自燃以及瓦斯煤尘爆炸的风险，从而大大加快了采掘接替速度，并减少了矿井的施工成本。另外在密封空间内进行后续采煤时，解吸的瓦斯直接排放至采煤工作面及密封空间内，此时通过瓦斯抽采泵站抽采瓦斯，大大提高了瓦斯利用率；最终实现对整个高瓦斯煤层的瓦斯抽采，且在抽采的同时能进行煤炭开采，不仅保证瓦斯抽采效率，还保障了煤炭开采量。还保障了煤炭开采量。还保障了煤炭开采量。


技术研发人员：翟成 郑仰峰 余旭 杨威 张海宾 徐吉钊 刘厅 孙勇 丛钰洲 唐伟 李宇杰 朱薪宇 黄婷 王宇 陈爱坤 徐鹤翔 吴西卓 刘晓琴 魏星宇 黄涛
受保护的技术使用者：江苏铎安科技有限责任公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/7