CN101089367A

CN101089367A - 一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统

Info

Publication number: CN101089367A
Application number: CN 200710100251
Authority: CN
Inventors: 王申
Original assignee: BEIJING HAI'AN HIGH-TECH FIRE CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HAI'AN HIGH-TECH FIRE CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2007-12-19

Abstract

一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统，包括水泵、控制系统、控制阀、管道、设置在危险区域的喷水设备和探测器；所述水泵通过管道和设置在危险区域的喷水设备相通连接，在连接水泵和喷水设备之间的管道上设有控制阀，所述水泵和控制系统通过数据传输线连接，所述控制阀和控制系统也通过数据传输线连接；所述探测器和控制系统通过数据传输线连接。本发明具有结构简单、操作方便、使用安全、能有效的防止瓦斯爆炸和减轻爆炸后果等优点。

Description

一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统。

背景技术

目前，煤矿井下瓦斯爆炸事件时有发生。一旦发生煤矿井下瓦斯爆炸事件，不但国家财产将会有很大的损失，同时井下作业人员的人身安全也得不到保障。

瓦斯煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与瓦斯煤尘急剧氧气的反应过程，是一种非常复杂的链式反应，一般认为其爆炸机理及过程如下：

(1)煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增可，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；

(2)当温度达到300-400℃时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢和1％左右的其他碳氢化合物；

(3)形成的可燃气体与空气混合在一起，在高温作用下吸收能量，使尘粒周围形成气体外壳，即活化中心。当活化中心的能量达到一定程度后，链式反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；

(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链式反应，导致燃烧过程急剧地循环进行，当燃烧不断加剧使火焰速度达到每秒数百米时，瓦斯煤尘的燃烧便在一定临界条件下跳跃式地转变为爆炸。

瓦斯煤尘爆炸的特征：

(1)形成高温、高压、冲击波

瓦斯煤尘爆炸火焰温度为1600-1900℃，爆源的温度达到2000℃以上，这是瓦斯煤尘爆炸得以自动传播的条件之一。

在矿井条件下煤尘爆炸的平均理论压力为736KPa，但爆炸压力随着离开爆源距离的延长而跳跃式增大。爆炸过程中如遇障碍物，压力将进一步增加，尤其是连续爆炸时，后一次爆炸的理论压力将是前一次的5-7倍。煤尘爆炸产生的火焰速度可达1120m/s，冲击波速度为2340m/s。

(2)瓦斯煤尘爆炸具有连续性

由于瓦斯煤尘爆炸具有很高的冲击波速，能将巷道中落尘扬起，甚至使煤体破碎形成新的煤尘，导致新的爆炸，有时可如此反复多次，形成连续爆炸，这就是煤尘爆炸的重要特征。

(3)瓦斯煤尘爆炸的感应期

瓦斯煤尘爆炸也有一个感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间。根据试验，煤尘爆炸的感应期主要决定于煤的挥发分含量，一般为40％-80％，挥发分越高，感应期越短。

(4)挥发分减少或形成“粘焦”

瓦斯煤尘爆炸时，参与反应的挥发分约占煤尘挥发分含量的40％-70％，致使煤尘挥发分减少，根据这一特征，可以判断煤尘是否参与了井下的爆炸。对于气煤、肥煤、焦煤等粘结性煤的煤尘，一旦发生爆炸，一部分煤尘会被焦化，粘结在一起，沉积于支架的巷道壁上，形成煤尘爆炸所特有的产物—焦炭皮渣或粘块，统称“粘焦”。“粘焦”也是判断井下发生爆炸事故时是否有煤尘参与的重要标志。

(5)产生大量的CO

瓦斯煤尘爆炸时产生的CO，在灾区气体中浓度可达2％-3％，甚至高达到8％左右，爆炸事故中受害者的大多数(70％-80％)是由于CO中毒造成的。

煤尘爆炸必须同时具备三个条件：

①煤尘的爆炸性

煤尘具有爆炸性是煤尘爆炸的必要条件。煤尘爆炸的危险性必须经过试验确定。

②悬浮煤尘的浓度

井下空气中只有悬浮的煤尘达到一定浓度时，才可能引起爆炸，单位体积中能够发生煤尘爆炸的最低或最高煤尘量称为下限和上限浓度。低于下限浓度或高于上限浓度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及度试验条件等有关。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30-50g/m³，上限浓度为1000-2000g/m³。其中爆炸力最强的浓度范围为300-500g/m³。

一般情况下，浮游煤尘达到爆炸下限浓度的情况是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震动冲击都能使大量落尘飞扬，在短时间内使浮尘量增加，达到爆炸浓度。因此，确定煤尘爆炸浓度时，必须考虑落尘这一因素。

③引燃煤尘爆炸的高温热源

煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘特性、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610-1050℃之间，一般为700-800℃。煤尘爆炸的最小点火能为4.5-40mJ。这样的温度条件，几乎一切火源均可达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、瓦斯燃烧或爆炸、井下火灾等。根据20世纪80年代的统计资料，由于放炮和机电火花引起的煤尘爆炸事故分别占总数的45％和35％。

影响瓦斯煤尘爆炸的因素：

1、煤的挥发分

煤尘爆炸主要是在尘粒分解的可燃气体(挥发分)中进行的，因此煤的挥发分数量的和质量是影响煤尘爆炸的最重要因素。一般说来，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强，即煤化作用程度低的煤，其煤尘爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。

2、煤的灰分和水分

煤内有灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。煤的灰分对爆炸性的影响还与挥发分含量的多少有关，挥发分小于15％的煤尘，灰分的影响比较显著，大于15％时，天然灰分对为尘的爆炸几乎没有影响。水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总表面积，同时还能降低落尘的飞扬能力。煤的天然灰分和水分都很低，降低煤尘爆炸性的作用不显著，只有人为地掺入灰分(撒岩粉)或水分(洒水)才能防止煤尘的爆炸。

3、煤尘粒度

粒度对爆炸性的影响极大。粒径1mm以下的煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加，75μm以下的煤尘特别是30-75μm的煤尘爆炸性最强，因为单位质量煤尘位质量煤尘的粒度越小，总表面积及表面能越大，粒径小于10μm后，煤尘爆炸性增强的趋势变得平缓。煤尘粒度对爆炸压力也有明显的影响。有试验结果表明：在同一煤种不同粒度条件下，爆炸压力随粒度的减小而增高，爆炸范围也随之扩大，即爆炸性增强，粒度不同的煤尘引燃温度煤尘燃温度也不相同。煤尘粒度越小，所需引燃温度越低，且火焰传播速度也越快。

4、空气中的瓦斯浓度

瓦斯参与使煤尘爆炸下限降低。

随着瓦斯浓度的增高，煤尘爆炸浓度下限急剧下降，这一点在有瓦斯煤尘爆炸危险的矿井应引起高度重视。一方面与煤尘爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的；另一方面，有煤尘参与时，小规模的瓦斯爆炸可能演变为大规模的爆尘瓦斯爆炸事故，造成严重的后果。

5.空气中氧的含量

空气中氧的含量高时，点燃煤尘的温度可以降低；氧的含量低时，点燃煤尘云困难，当氧含量低于17％时，煤尘就不再爆炸。煤尘的爆炸压力也随空气中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸压力高；含氧低，爆炸压力低。

6.引爆热源

点燃煤尘云造成煤尘爆炸，就必须有一个达到或超过最低点燃温度和能量的引爆热源。引爆热源的温度越高，能量越大，越容易点燃尘云。而且爆尘初爆的强度也越大；反之温度越低，能量越小，越难以点燃煤尘云，且即使引起爆炸，初始爆炸的强度也越小。

到目前为止，我国还没有完全有效的防治瓦斯爆炸的设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统。本煤矿井下瓦斯粉尘防治系统具有结构简单、操作方便、使用安全和能有效的防治瓦斯爆炸等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统，包括水泵、控制系统、控制阀、管道、设置在危险区域的喷放设备和探测器；所述水泵通过管道和设置在危险区域的喷放设备相通连接，在连接水泵和喷放设备之间的管道上设有控制阀，所述水泵和控制系统通过数据传输线连接，所述控制阀和控制系统也通过数据传输线连接；所述探测器和控制系统通过数据传输线连接。

进一步地，所述喷放设备是一组或多组细水雾喷放设备；细水雾防治瓦斯爆炸具有廉价、对人和环境无危害等有益效果；同时因为细水雾粒径很小(Dv_0.9＜1100μm)，所以它的用水量甚微，尤其适用于水资源很珍贵的井下作业场所。

进一步地，所述的探测器是粉尘探测器、温度探测器、冲击波探测器、压力探测器、烟雾探测器或瓦斯浓度探测器中的一种或两种以上的配合使用，根据不同的危险区域要求，设置相应的探测器类型。

本发明具有结构简单、操作方便、使用安全、能有效的防止瓦斯爆炸和减轻爆炸危害等优点。

附图说明

下面结合附图并用最佳的实施方式对本发明作详细的说明。

图1是本发明的煤矿瓦斯粉尘爆炸“主动防治”的方框图；

图2是本发明的煤矿瓦斯“安全输送”综合防治流程方框图；

图3是本发明的瓦斯爆炸后细水雾“隔爆水幕”综合防治流程方框图；

图4是本发明的采空区瓦斯和煤炭自燃防治单分区结构示意图；

图5是本发明的采空区瓦斯和煤炭自燃防治多分区结构示意图；

具体实施方式

实施例1

参见图1所示，是本发明适用于煤矿瓦斯粉尘爆炸“主动防治”时的实施方式。它包括水泵1、控制系统2、控制阀3、管道4、设置在煤矿采掘面和巷道内细水雾喷放设备5和探测器6；所述水泵1通过管道4和设置在煤矿采掘面和巷道内细水雾喷放设备5相通连接，在连接水泵1和细水雾喷放设备5之间的管道4上设有控制阀3，所述水泵1和控制系统2通过数据传输线连接，所述控制阀3和控制系统2也通过数据传输线连接；所述探测器6和控制系统2通过数据传输线连接；所述的探测器是粉尘探测器、温度探测器、冲击波探测器、压力探测器、烟雾探测器或瓦斯浓度探测器中的一种或两种以上的配合使用。

工作原理是：煤矿作业中，采掘面和巷道内容易产生聚集瓦斯和漂浮的煤尘，或者因静电或自燃等各种原因容易产生偶发火源。探测器6探测爆炸源时，通过数据传输线传送到控制系统2，控制系统2通过数据传输线向水泵1和控制阀3发出启动的指令，水源通过管道4输入到细水雾喷放设备5，喷放设备5喷出细水雾。该细水雾能隔氧窒息偶发火源，能稀释聚集瓦斯的浓度、分隔瓦斯气团，能将漂浮的煤尘浸润降落。

实施例2

参见图2所示，是本发明适用于煤矿瓦斯“安全输送”综合防治时的实施方式。它包括水泵1、控制系统2、控制阀3、管道4、设置在细水雾和瓦斯混合室的高压细水雾喷放设备5和瓦斯浓度计6；所述水泵1通过管道4和设置在细水雾和瓦斯混合室的高压细水雾喷放设备5相通连接；在煤矿瓦斯的输送管道上，细水雾和瓦斯混合室的进口和出口处分别设有一个控制阀3，所述水泵1和控制系统2通过数据传输线连接，所述控制阀3和控制系统2也通过数据传输线连接；所述瓦斯浓度计6和控制系统2通过数据传输线连接。

工作原理如下：细水雾与瓦斯在混合室混合，可调节二者所占的比例，以达到稀释，降低瓦斯浓度，以保证安全输送瓦斯的目的。当检测仪表检测瓦斯浓度低时，给控制柜发信号，控制柜控制阀门打开，混合物进入瓦斯管道；当检测仪表检测瓦斯浓度高时给控制柜发信号控制柜控制阀门关闭，并喷放细水雾，稀释降低瓦斯浓度。

实施例3

参见图3所示，是本发明适用于瓦斯爆炸后细水雾“隔爆水幕”综合防治时的实施方式。与实施例1相比较不同之处仅在于：所述探测器是冲击波探测器；且设有多组细水雾喷放设备以形成多组细水雾隔爆水幕。

工作原理是：高强度汽化降温作用和隔氧窒息作用，同时吸收大量热量起到隔绝氧气和降温的双生作用，达到迅速隔爆灭火的目的。

实施例4

参见图4、5所示，是本发明适用于采空区瓦斯和煤炭自燃防治的实施方式。它包括水泵1、控制系统2、控制阀3、管道4、设置在煤矸石层7和未采掘煤层8之间的细水雾喷放设备5和探测器6；所述水泵1通过管道4和设置在煤矸石层和未采掘煤层之间的细水雾喷放设备5相通连接，在连接水泵1和细水雾喷放设备5之间的管道4上设有控制阀3，所述水泵1和控制系统2通过数据传输线连接，所述控制阀3和控制系统2也通过数据传输线连接；所述探测器6和控制系统2通过数据传输线连接；所述的探测器6是感温电缆。

Claims

1、一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统，其特征在于：包括水泵、控制系统、控制阀、管道、设置在危险区域的喷水设备和探测器；所述水泵通过管道和设置在危险区域的喷水设备相通连接，在连接水泵和喷水设备之间的管道上设有控制阀，所述水泵和控制系统通过数据传输线连接，所述控制阀和控制系统也通过数据传输线连接；所述探测器和控制系统通过数据传输线连接。

2、根据权利要求1所述煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统，其特征在于：所述喷水设备是一组或多组细水雾喷放设备。

3、根据权利要求1所述煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统，其特征在于：所述的探测器是粉尘探测器、温度探测器、冲击波探测器、压力探测器、烟雾探测器或瓦斯浓度探测器中的一种或两种以上的配合使用。