煤礦中氣體的壓力管理系統和方法技術方案

一種防止或減少已被開采的礦區內的一種或多種氣體和該區之外的氣體間進行流通的方法及系統。該方法和系統提供了一種密封件，其至少可以部分阻止在已被開采的礦外面的氣體與已被開采的礦內的一種或多種氣體之間的流通；通過在密封件或鄰近密封件的充分密封的壓力平衡室降低密封件周圍的壓差變化，這樣通過對已被開采的礦區的一種或是多種氣體的壓力相對于壓力平衡室內氣體的壓力進行等量化，不允許已被開采的礦內的一種或是多種氣體與已被開采的礦外的氣體發生流通，從而防止密封件周圍的任何壓差變化。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于礦藏(如煤礦)中氣體的壓力管理系統和方法或是洞穴(如地下氣體存儲洞穴)中的氣體的壓力管理系統和方法。本專利技術尤其適用于但不僅限于對已被開發的礦區內(也稱為廢礦或采空區)的氣體進行直接的壓力管理。
技術介紹
控制地下礦內的甲烷或其他自然生產的氣體以防止爆炸性氣體/空氣混合物的產生，特別是廢棄礦的日益增多，成為煤炭開采業所面臨的一個問題。為使甲烷氣體處于低濃度狀態(例如甲烷氣體的含量低于2％)，現有的防止爆炸性氣體/空氣混合物形成的方法為向其中通入大量的新鮮空氣以清除甲烷氣體，或是其他類似方法。上述的方法已在采礦區的隧道發展方面取得了相當大的成功，在隧道中可以輕松到達礦區的任意一個地方，如果需要的話，新鮮空氣可以隨時通入到礦區。然而，對廢棄礦的通風系統功能的維護往往是昂貴而不切實際的。在煤礦的開采階段，煤礦通道的頂部可能出現坍塌，形成大量的碎石區。這些碎石區一般指的是采空區或廢礦，即以前是礦區但現在什么都沒有。廢礦和采空區所使用的全部規范術語是可以交替使用的。由于地表塌陷的限制，采空區可能不會出現坍塌，但是可能對部分煤層進行開采，只留下殘余的房柱。上述的區域也被定義為廢礦或是采空區。廢礦內的氣體的形成，如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等等的形成通常受到下面兩種方式中的一種的控制：·第一種方法，打開采空區的邊緣。入口也稱為“排放的入口”是用新鮮的空氣對其內的氣體進行稀釋以使其排放，氣體是受其內部的壓力以及傳統的通風系統壓力的雙重作用而離開采空區。由于允許安全釋放到空氣中的甲烷氣體的濃度為小于或是等于2％，而目前使甲烷濃度處于如此低水平是非常困難的，故此方法難以用于甲烷氣體濃度的控制。·之前的技術方法是永久停止開采或是采用混凝土磚塊密封或是其他相似的建筑材料將采空區密封。然而，密封后的廢礦常常發生泄漏事件，上述的泄漏事件將導致資源的損失和殘留氣體如甲烷的量的損失。然而用混凝土磚塊或是膠結材料進行的密封對于氣體的泄漏具有一定的抑制效果，但是由于其密封效果仍是有限的，氣體的泄漏(進入廢礦區或是溢出廢礦區)仍然是一個顯著的問題。對廢礦進行密封的方法有用于甲烷氣體保存的可能。然而，這種泄漏對于廢礦區的甲烷氣體的保存是相當困難的。被開采地區所用的通風系統為隨著通風道位置的變化逐漸產生不同的壓力以產生氣流，所產生的氣流用于維持隧道開發建設人員和機器的使用，在隧道中可以輕松到達礦區的任意一個地方，如果需要的話，新鮮空氣可以隨時通入到礦區，稀釋或是清除氣體。然而，在壓力作用下所用的新鮮空氣，在密封的廢礦區中使用可導致出現壓力差，其可能總是導致氣體的泄露，如在密封采空區的甲烷氣體和進入采空區的含有氧氣的空氣，兩者一經接觸可能形成一種爆炸性的空氣-氣體混合物從而導致自燃的風險。氣壓的晝夜變化進一步促使化合物在密封采空區出現壓差的問題。因此，亟待提供一種用于阻止氣體進入廢礦區或是從廢礦區釋放的方法或系統。現有技術確實能提供用于密封廢礦區的改進和更高效的密封方法，但是在該種密封條件下，氣體的泄露仍普遍存在。故一直需要更好的能對密封采空區內的氣體的壓力進行管理的方法和系統以提高密封系統的密封效率，使自燃事件的發生風險降到最低。需要清楚地知道此處所指的現有技術并不是意味著在澳大利亞或是任何一個其他國家確認該技術公開成為公知常識的一部分。
技術實現思路
第一方面，本專利技術提供了一種可用于防止或至少降低一個區域內一種或是多種氣體之間發生流通的方法，該區域指的是已被開采的礦內和礦外氣體區域，該方法包括的步驟為：提供了一種密封件，其至少可以部分阻止在已被開采的礦外面的氣體與礦內的一種或多種氣體之間的流通；通過密封件或密封件附近的充分密封的壓力平衡室降低密封件周圍的壓差變化，這樣通過對已被開采的礦區內的一種或是多種氣體的壓力相對于與平衡室內氣體的壓力進行充分等量化，不允許已被開采的礦區內的一種或是多種氣體與已被開采的礦外的氣體發生流通，從而防止密封件周圍的任何壓差變化。第二方面，本專利技術提供了一種可用于防止或至少降低一個密封廢礦內一種或是多種氣體與廢礦外的氣體之間發生的流通的方法；其中密封方法至少部分阻止了廢礦外的氣體與密封廢礦內一種或多種氣體之間發生的流通；該方法是通過在密封件或鄰近密封件的一個充分密封的壓力平衡室降低廢礦內壓差變化，這樣通過對廢礦區域內的一種或是多種氣體的壓力相對于平衡室內氣體的壓力進行充分等量化，不允許廢礦外的氣體與廢礦內的一種或多種氣體不發生流通，從而防止或是最小化密封件周圍的任何壓差變化。第三方面，本專利技術提供了一種可用于防止或至少降低一個區域內一種或是多種氣體之間發生流通的系統，該區域指的是已被開采的礦內和礦外氣體區域，該系統包括：至少可以部分阻止在已被開采的礦外面的氣體與礦內的一種或多種氣體之間的流通的一個密封體；一個壓力補償裝置，此裝置安裝于已被開采礦區的氣體流通處，以及位于或鄰近密封體的一個充分密封的壓力平衡室內的氣體流通處。其中，此壓力補償裝置用于補償礦井內氣體的正壓力或負壓力波動，進而減小礦區內外的氣壓差變化，并且不會造成礦區內的氣體同礦區外的氣體的流通。第四方面，本專利技術提供了一個系統，此系統可以防止或者至少減少密封廢礦內的一種或多種氣體同密封廢礦外的氣體進行流通。其中，密封件可以至少部分防止密封廢礦外的氣體同密封廢礦內的一種或多種氣體進行交換，該系統包括：一個壓力補償裝置，此裝置安裝于密封廢礦區的一種或多種氣體的氣體流通處，以及位于或鄰近密封體的一個充分密封的壓力平衡室的氣體流通處。其中，此壓力補償裝置的用于補償礦井內氣體的正壓力或負壓力波動，進而減小密封采空區內外的氣壓差變化，并且不會造成密封廢礦內的氣體同密封廢礦外的氣體的流通。已被開采的礦區，一般是指廢礦區或采空區，其均被密封起來以同工作區隔離，防止已被開采礦區內的氣體泄漏(因此形成了密封廢礦)。混凝土或其他膠結材料經常用來制作密封標準廢棄礦井的密封件。長壁采礦區和其他廢礦區在煤礦開采完許多年后依然能夠繼續產生甲烷氣體，通常是由于下面的、表面的或經處理的縫隙內的氣體解吸附作用而產生的。密封件的密封性即使再好，也無法完全阻止甲烷或其他氣體從密封的廢棄礦井或任何其他的已被開采密封礦內泄漏出來。申請人發現氣體(例如甲烷氣體)從密封廢礦中沿著密封件泄漏出來，可以通過調節密封件內外的氣壓差來防止或者至少減少氣體泄漏。例如，廢礦的密封件或許可以在一定的氣壓差下防止氣體泄漏，但是一旦超過了這一壓差，氣體有可能通過密封件進入密封廢礦或者從密封廢礦內泄漏出來。氣體泄漏可能會導致生成高度易燃的甲烷空氣混合物或者煤氣空氣混合物，這些混合氣在自燃和/或爆炸的情況下會導致發生火災。廢礦的密封件可以使用任何合適的材料進行制作。例如，此密封體可以使用任何合適的建筑材料進行制作，比如但是不限于以下材料：混凝土或其他膠結材料、骨料、碎石、沙子、粘土、磚、石塊、巖石或類似材料，或任何由上述材料混合而成的合適的材料。申請人發現，限制或者減小密封件內外的氣壓差變化，不允許已被開采礦區(或密封廢礦)內外的氣體流通是防止密封件內外氣體泄漏的有效手段。而且，將氣壓差減小到一個非常低的水平，也是進一步防止或減少密封體內外氣體泄漏的一個有效途徑。另外，本專利技術還提供了一個非常好本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可用于防止或至少降低一個區域內一種或是多種氣體之間發生流通的方法，該區域指的是已被開采的礦內和礦外氣體區域，該方法包括：提供了一種密封體，其至少可以部分阻止在已被開采的礦外面的氣體與礦內的一種或多種氣體之間的流通；通過在密封件上或密封件附近提供一個充分密封的壓力平衡室以降低密封件周圍的壓差變化，通過對已被開采的礦內的一種或是多種氣體的壓力相對于平衡室內氣體的壓力進行充分等量化，以使已被開采的礦內的一種或是多種氣體與已被開采的礦外的氣體不發生流通，從而阻止密封件兩面的任何壓差變化。

【技術特征摘要】
2015.07.28 AU 20159030051.一種可用于防止或至少降低一個區域內一種或是多種氣體之間發生流通的方法，該區域指的是已被開采的礦內和礦外氣體區域，該方法包括：提供了一種密封體，其至少可以部分阻止在已被開采的礦外面的氣體與礦內的一種或多種氣體之間的流通；通過在密封件上或密封件附近提供一個充分密封的壓力平衡室以降低密封件周圍的壓差變化，通過對已被開采的礦內的一種或是多種氣體的壓力相對于平衡室內氣體的壓力進行充分等量化，以使已被開采的礦內的一種或是多種氣體與已被開采的礦外的氣體不發生流通，從而阻止密封件兩面的任何壓差變化。2.根據權利要求1中所述的方法，減小密封體周圍的壓差的步驟包括：基于已被開采的礦區內的氣壓變化和/或基于已被開采的礦區外的流體壓力變化，來控制已被開采的礦區內的氣體壓力和/或控制壓力平衡室內的流體壓力。3.根據權利要求1中所述方法，減小氣壓差的步驟包括：提供一壓力補償裝置。此壓力補償裝置設置于已被開采的礦區的氣體與壓力平衡室內氣體流通的位置，所述壓力補償裝置的作用為補償已被開采的礦區內氣體的正負壓力波動，進而減小密封體周圍的壓差變化。4.權利要求3中所述的方法，壓力補償裝置包括：一個通道，包含用于與已被開采的礦區進行氣體流通的第一端口，和用于與壓力平衡室的氣體進行流通的第二端口；以及一個隔板、波紋管和/或一個活塞，可移動地安裝在通道中，且可通過移動來反映第一端口的氣壓變化相對于第二端口的氣壓變化的關系，以補償已被開采的礦區的正負壓力波動。5.根據權利要求1中所述的方法，進一步包括控制氣流進出壓力平衡室對壓力平衡室內氣壓正負波動進行補償的步驟。6.根據權利要求5中所述的方法，對氣流進入壓力平衡室的控制步驟提供了一附加壓力補償裝置，以便壓力平衡室內的任體正壓力或負壓力波動能夠被該附加壓力補償裝置補償。7.根據權利要求6中所述的方法，其中附加壓力補償裝置包含：一流體流動線，用于允許已被開采的礦區外的氣流進入壓力平衡室，以及一個閥門，用于控制氣流通過流體流動線。8.防止或減少已被開采的礦區的一種或多種氣體和該礦區之外的氣體間進行流通的系統，該系統包含：一密封體，其至少能夠部分阻止在已被開采的礦外面的氣體與礦內氣體之間的流通；一個壓力補償裝置，其安裝于已被開采的礦區的氣體流通處及安裝在密封件上或密封件附近的一個充分密封的壓力平衡室內的氣體流通處；其中，此壓力補償裝置的作用是：補償已被開采的礦區內的一種或多種氣體的正壓力或負壓力波動，進而減小密封件周圍的壓差變化，并且不允許已被開采的礦區內的一種或多種氣體與已被開采的礦區外的氣體流通。9.根據權利要求8所述的系統，其中壓力補償裝置包含：一個通道，包含用于與已被開采的礦區的氣體進行流通的第一端口，和用于與壓力平衡室的氣體進行流通的第二端口；以及一個隔板、波紋管或一個活塞，可移動地安裝在通道中，且可通過移動來反映第一端口的氣壓變化相對于第二端口的氣壓變化的關系，以補償先前采區的正負壓力波動。10.權利要求9所述的系統，其中壓力補償裝置采用的是隔板閥。11.權利要求8所述的系統，進一步包含用于補償壓力平衡室中氣壓正負波動的附加壓力補償裝置，該裝置通過控制流體流進或流出壓力平衡室來進行補償。12.根據權利要求11所述的系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德魯·賽爾夫，
申請(專利權)人：帕斯卡科技有限公司，
類型：發明
國別省市：澳大利亞;AU