CN102287227B - 封闭式井下救生系统 - Google Patents

Abstract

本发明属地下采矿业避难救生设备领域，尤其涉及一种封闭式井下救生系统，它包括设备舱（1）及滞留舱（2）；人工换气单元包括伸缩式工作气囊（301）及伸缩顶推机构（401）；伸缩式工作气囊（301）底部与伸缩顶推机构（401）相接；伸缩式工作气囊（301）端部设有换气吸气口（601）及换气排气口（701）；伸缩式工作气囊（301）的换气排气口（701）与舱体进气管（12）相通；环境气体净化单元的吸气端口（1001）与舱体吸气管（9）相通，其排气端口（1101）与伸缩式工作气囊（301）换气吸气口（601）相通。本发明舱体内待救人员无需佩戴面罩，在发生矿难时能有效隔绝矿难发生区域的外部环境。

Description

封闭式井下救生系统

技术领域

本发明属地下采矿业避难救生设备领域，尤其涉及一种封闭式井下救生系统。

背景技术

矿用应急避难舱是一种用于井下紧急避险等待救援的自救逃生装置。应急避难舱放置于采掘工作面附近，当煤矿井下突发瓦斯突出、煤突出、坍塌或火灾等事故，在矿井通道堵塞或动力电源断电时井下遇险人员不能立即升井逃生脱险的紧急情况下，可快速进入避难舱内等待救援。

由于上述事故存在破坏力大、事故原因复杂和易引起继发性事故等特点，矿难发生后外界无法及时展开救援。而井下由于事故所带来的中毒、窒息、溺水等构成了“头号杀手”，绝大多数人员伤亡都是由于遇险矿工不能及时找到安全的避难场所造成的。因此将遇险矿工由“被动待援”转化为“主动自救与外部救援相结合”，在矿山井下作业面放置具备抗压、防毒、隔热并能提供必要生存条件的矿用应急避难舱成为必然。

目前，国内尚无容纳多人，连续供氧72小时以上，舱体内待救人员无需佩戴面罩，生存环境良好且安全可靠的专用矿井避难救生设备。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种操作简单，安全可靠，舱体内待救人员无需佩戴面罩，生存环境良好，在发生矿难时能有效隔绝矿难发生区域的外部环境的封闭式井下救生系统。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：一种封闭式井下救生系统，它包括设备舱及滞留舱；所述设备舱与滞留舱相通；在所述设备舱内含有：人工换气单元及环境气体净化单元；所述人工换气单元包括伸缩式工作气囊及伸缩顶推机构；所述伸缩式工作气囊的底部与伸缩顶推机构的工作端相接，以实现伸缩式工作气囊的垂直伸缩；所述伸缩式工作气囊的端部设有换气吸气口及换气排气口；在所述换气吸气口及换气排气口处依次设有单向阀；所述伸缩式工作气囊的换气排气口与舱体进气管相通；所述环境气体净化单元包括净化罐；所述净化罐的吸气端口与舱体吸气管相通，其排气端口与伸缩式工作气囊的换气吸气口相通。

作为一种优选方案，本发明所述伸缩顶推机构包括凸轮、中轴及驱动机构；所述驱动机构的工作端与中轴的端部相接；所述凸轮与中轴固定套接；所述凸轮的工作端与伸缩式工作气囊的底部工作端滑动相接。

作为另一种优选方案，本发明在所述设备舱内还设有辅助伸缩式工作气囊及辅助净化罐；在所述中轴上固定套接辅助凸轮；所述辅助凸轮的工作端与辅助伸缩式工作气囊的底部工作端滑动相接；所述辅助伸缩式工作气囊的端部设有辅助换气吸气口及辅助换气排气口；在所述辅助换气吸气口及辅助换气排气口处依次设有单向阀；所述辅助伸缩式工作气囊的辅助换气排气口与舱体进气管相通；所述辅助净化罐的吸气端口与舱体吸气管相通，其辅助排气端口与辅助伸缩式工作气囊的辅助换气吸气口相通。

为改善舱体内的温度环境，本发明在所述设备舱内还设有舱体冷却系统；所述舱体冷却系统包括冰介质储藏箱；在所述冰介质储藏箱内设有热交换盘管；所述热交换盘管的一端口与舱体进气管相通，其另一端口与舱体入气管相通。

为使舱体内CO的浓度短时间内满足安全指标，本发明在所述设备舱内还设有气动负压过滤系统；所述气动负压过滤系统包括气动负压气瓶及气动负压风机；所述气动负压气瓶的出气口与气动负压风机的气动进气口相通；所述气动负压风机的出气口与舱体送气管相通；所述气动负压风机吸气口与负压舱体吸气管相通；在所述气动负压风机的腔体内配有滤材层。

为清除热交换盘管内的冷凝积液，本发明在所述热交换盘管的底管处设有漏斗型除湿器。

为减少救生系统存放时所占空间，本发明所述滞留舱舱体采用可伸缩结构。

进一步地，本发明所述滞留舱舱体包括可伸缩底板及边柱；在所述可伸缩底板上固定设有液压拉伸机构；所述液压拉伸机构的上部工作端与边柱的上部轴接；所述可伸缩底板的端部与设备舱的端部轴接。

为调节舱体内外的压力平衡，本发明在所述设备舱内设有储气瓶；所述储气瓶的端口与设备舱相通。

本发明缩式工作气囊底部工作端上的轴承与所述椭圆形凹槽滑动相接。

本发明操作简单，安全可靠，舱体内待救人员无需佩戴面罩，生存环境良好，在发生矿难时能有效隔绝矿难发生区域的外部环境。本发明在正常情况下可集成于设备舱的空间内，一旦发生紧急情况，可迅速开启设备舱舱门，同时滞留舱被自动撑起，整个系统瞬间即可进入工作状态。本发明通过人工换气单元，在未设置制冷模式情况下，舱内气体经环境气体净化单元实现舱体循环净化；在设置制冷模式情况下，舱内气体经环境气体净化单元及热交换系统完成舱体循环净化及温度控制。整个施救过程中，舱内人员无需佩戴面罩，有效地降低了系统的操作难度。本发明通过设置气动负压净化系统，可使舱体工作初期，CO浓度于20分钟内，由400ppm降到24ppm。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明封闭式井下救生系统外部结构示意图。

图2为本发明封闭式井下救生系统内部整体结构示意图。

图3为本发明人工换气单元及环境气体净化单元结构示意图。

图4为本发明环境气体净化单元俯视图。

图5为本发明气动负压净化系统中气动负压风机结构示意图。

图6为本发明人工换气单元中伸缩式工作气囊结构示意图。

图7为本发明舱体冷却系统结构示意图。

图8为本发明气动负压净化系统工作流程框图。

图9为本发明舱内气体过滤过程流程框图。

图中，1、设备舱；2、滞留舱；301、伸缩式工作气囊；401、伸缩顶推机构；4011、凸轮；4012、中轴；4013、驱动机构；601、换气吸气口；701、换气排气口；801、净化罐；9、舱体吸气管；1001、吸气端口；1101、排气端口；302、辅助伸缩式工作气囊；802、辅助净化罐；4021、辅助凸轮；602、辅助换气吸气口；702、辅助换气排气口；12、舱体进气管；1102、辅助排气端口；13、冰介质储藏箱；14、热交换盘管；15、舱体入气管；16、气动负压气瓶；17、气动负压风机；18、舱体送气管；19、负压舱体吸气管；20、滤材层；21、漏斗型除湿器；22、可伸缩底板；23、边柱；24、液压拉伸机构；25、单向阀；26、气体分配管；27、吸气支管；28、轴承；29、冷凝器；30、压缩机；31、气动进气口；32、滤出气体出口；33、气泵废气出口；34、气泵；35、负压风机吸气口；36、舱门；37、启动开关；38、拨叉；39、回转叶片。

具体实施方式

如图1所示，封闭式井下救生系统，它包括设备舱1及滞留舱2；所述设备舱1与滞留舱2相通；在所述设备舱1内含有：人工换气单元及环境气体净化单元；滞留舱2展开后主要用于待救人员滞留。

参见图2及图3，本发明所述人工换气单元包括伸缩式工作气囊301及伸缩顶推机构401；所述伸缩式工作气囊301的底部与伸缩顶推机构401的工作端相接，以实现伸缩式工作气囊301的垂直伸缩。

所述伸缩式工作气囊301的端部设有换气吸气口601及换气排气口701；在所述换气吸气口601及换气排气口701处依次设有单向阀25；所述伸缩式工作气囊301的换气排气口701与舱体进气管12相通；过滤后的舱内气体经舱体进气管12送回舱体内。

参见图2及图3，本发明所述环境气体净化单元包括净化罐801；所述净化罐801的吸气端口1001与舱体吸气管9相通，其排气端口1101与伸缩式工作气囊301的换气吸气口601相通。来自舱内的待过滤气体经净化罐801过滤后从伸缩式工作气囊301中的换气吸气口601进入伸缩式工作气囊301腔体内，伸缩式工作气囊301在收缩过程中，将过滤后的气体通过舱体进气管12重新送回到舱体内。

本发明在所述设备舱1内还设有辅助伸缩式工作气囊302及辅助净化罐802；在所述中轴4012上固定套接辅助凸轮4021；所述辅助凸轮4021的工作端与辅助伸缩式工作气囊302的底部工作端滑动相接；所述辅助伸缩式工作气囊302的端部设有辅助换气吸气口602及辅助换气排气口702；在所述辅助换气吸气口602及辅助换气排气口702处依次设有单向阀；所述辅助伸缩式工作气囊302的辅助换气排气口702与舱体进气管12相通；所述辅助净化罐802的吸气端口1001与舱体吸气管9相通，其辅助排气端口1102与辅助伸缩式工作气囊302的辅助换气吸气口602相通。

参见图3及图4，本发明环境气体净化单元可采用过滤组合单元，其可包括8个并联的净化罐。净化罐的上部端口通过吸气支管27与气体分配管26相通；所述气体分配管26与舱体吸气管9相通。舱体吸气管9采集舱内气体，经气体分配管26分配至吸气支管27，最后进入过滤组合单元中的8个净化罐进行净化过滤处理。与上述8个并联的净化罐相对应，本发明可设有4个伸缩式工作气囊，4个伸缩式工作气囊交替作用，从而完成两组4个净化罐并行工作的目的。

本发明所述伸缩式工作气囊的换气排气口701分别与舱体进气管12相通；伸缩式工作气囊的换气吸气口依次分别与8个并联的净化罐的排气端口相通。伸缩式工作气囊在收缩过程中，将过滤后的气体一并通过舱体进气管12重新送回到舱体内。

参见图3及图6，本发明所述伸缩顶推机构401包括凸轮4011、中轴4012及驱动机构4013；所述驱动机构4013的工作端与中轴4012的端部相接；所述凸轮4011与中轴固定套接；所述凸轮4011的工作端与伸缩式工作气囊301的底部工作端滑动相接。在具体装配时，在伸缩式工作气囊301的底部工作端经轴承28与凸轮4011上的椭圆形滑道滑动配接。这样，当凸轮4011转动时，配接于伸缩式工作气囊301底部的轴承28即可沿凸轮4011上的椭圆形滑道带动伸缩式工作气囊301进行往复式伸缩。驱动机构4013采用拉杆式转动结构，当然，也可采用手摇式结构。操作人员在推拉作业时，将弧线运动转换成中轴4012的圆周运动，从而实现对伸缩式工作气囊301的动力驱动。

参见图2,本发明在所述设备舱1内还可设有舱体冷却系统；所述舱体冷却系统包括冰介质储藏箱13；在所述冰介质储藏箱13内设有热交换盘管14；所述热交换盘管14的一端口与舱体进气管12相通，其另一端口与舱体入气管15相通。29为冷凝器，30为压缩机。舱内经过过滤净化后的气体经舱体进气管12进入冰介质储藏箱13中的热交换盘管14进行热交换，冷却后的气体经舱体入气管15进入滞留舱2。

参见图2及图5，本发明在所述设备舱1内还设有气动负压过滤系统；所述气动负压过滤系统包括气动负压气瓶16及气动负压风机17；所述气动负压气瓶16的出气口与气动负压风机17的气动进气口31相通；所述气动负压风机17的出气口与舱体送气管18相通；气动负压风机17的出气口包括滤出气体出口32及气泵废气出口33。34为气泵，39为回转叶片。所述气动负压风机17底部负压风机吸气口35与负压舱体吸气管19相通；在所述气动负压风机17的腔体内配有滤材层20，用以过滤舱体内的CO气体。当待救人员进入舱体的瞬间，启动气动负压风机17，回转叶片39在气动负压气瓶16给出的气体作用下旋转，并在气动负压风机17的腔体内产生负压。负压舱体吸气管19送入的气体在滤材层20的作用下从滤出气体出口32排出。这样，舱内CO浓度于20分钟内，即可由400ppm降到24ppm。

参见图2及图7，本发明在所述热交换盘管14的底管处设有漏斗型除湿器21，用以除去热交换盘管14内冷凝的液体。本发明所述漏斗型除湿器21腔体与热交换盘管14腔体相通，在所述漏斗型除湿器21腔体内设有球型逆止阀，以阻止漏斗型除湿器21腔体内的液体上溢。

当热交换盘管14内的冷凝液体流到热交换盘管14的底管处时，在漏斗型除湿器21作用下，可截留全部冷凝液体。

本发明所述滞留舱2舱体采用可伸缩结构。当遇到紧急情况时，滞留舱2舱体可自动展开。

参见图1，本发明所述滞留舱2舱体包括可伸缩底板22及边柱23；在所述可伸缩底板22上固定设有液压拉伸机构24；所述液压拉伸机构24的上部工作端与边柱23的上部轴接。本发明可伸缩底板22的端部与设备舱1的端部轴接。正常情况下，液压拉伸机构24可将边柱23拉回到水平位置，可伸缩底板22回缩。可伸缩底板22经90度翻转后与设备舱1扣合。

参见图1，本发明在所述凸轮4011的两个工作面上对称设有椭圆形凹槽；配接于伸缩式工作气囊301底部工作端上的轴承28与所述椭圆形凹槽滑动相接。

为调节舱体内外的压力平衡，本发明在所述设备舱1内设有储气瓶24；所述储气瓶24的端口与设备舱1相通。

参见图8及图9，本发明使用时，现场避难人员通过转动启动开关37使拨叉38旋转一定角度，这样滞留舱2在自身储存能量的作用下逐渐展开，同时可伸缩底板22拉开。液压拉伸机构24顶推边柱23至合适位置；开启设备舱舱门36，避难人员随即进入舱体，启动气动负压过滤系统，负压舱体吸气管19送入的气体在滤材层20的作用下从滤出气体出口32排出。这样，舱内CO浓度于20分钟内，即可由400ppm降到24ppm。

在气动负压过滤系统工作时，气动负压气瓶16送气到气动负压风机气泵34的气动进气口31，气动负压风机依托负压作用凭借两路负压舱体吸气管19从舱内采集气体，气动负压风机气泵废气出口排出废气，气动负压风机滤出气体出口排出经过瞬间过滤的舱内气体，上述两路气体汇合后经舱体送气管18重新送入舱内。

人工推动伸缩式工作气囊，在系统未设置制冷模式状态下，工作气囊扩张时进行吸气作业，此时，舱内吸气管9从舱内采集舱内气体，经空气分配管26及吸气支管27进入过滤组合单元（净化罐801、802），进行过滤；工作气囊收缩时，进行排气作业，此时，工作气囊换气吸气口601的单向阀关闭，工作气囊换气排气口701的单向阀打开，工作气囊在外力的作用下将过滤后的舱内气体经舱体进气管12推回舱内。在系统设置制冷模式状态下，工作气囊扩张时进行吸气作业，此时，舱内吸气管9从舱内采集舱内气体，经空气分配管26及吸气支管27进入过滤组合单元（净化罐801、802），进行过滤，工作气囊收缩时，进行排气作业，此时，工作气囊换气吸气口601的单向阀关闭，工作气囊换气排气口701的单向阀打开，工作气囊在外力的作用下将过滤后的舱内气体经舱体进气管12推入冰介质储藏箱13内进行热交换。经过冷却的气体经空气流量计进入舱室，从而完成一次循环。冰介质储藏箱13采用空压机制冷模式，冰介质储藏箱13内，于热交换盘管14外，充满冰介质，为便于盘管内除湿，可在盘管的底管下设置漏斗状除湿器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种封闭式井下救生系统，其特征在于，包括设备舱（1）及滞留舱（2）；所述设备舱（1）与滞留舱（2）相通；在所述设备舱（1）内含有：人工换气单元及环境气体净化单元；

所述人工换气单元包括伸缩式工作气囊（301）及伸缩顶推机构（401）；所述伸缩式工作气囊（301）的底部与伸缩顶推机构（401）的工作端相接，以实现伸缩式工作气囊（301）的垂直伸缩；

所述伸缩式工作气囊（301）的端部设有换气吸气口（601）及换气排气口（701）；在所述换气吸气口（601）及换气排气口（701）处依次设有单向阀；所述伸缩式工作气囊（301）的换气排气口（701）与舱体进气管（12）相通；

所述环境气体净化单元包括净化罐（801）；所述净化罐（801）的吸气端口（1001）与舱体吸气管（9）相通，其排气端口（1101）与伸缩式工作气囊（301）的换气吸气口（601）相通。

2.根据权利要求1所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：所述伸缩顶推机构（401）包括凸轮（4011）、中轴（4012）及驱动机构（4013）；所述驱动机构（4013）的工作端与中轴（4012）的端部相接；所述凸轮（4011）与中轴固定套接；所述凸轮（4011）的工作端与伸缩式工作气囊（301）的底部工作端滑动相接。

3.根据权利要求2所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：在所述设备舱（1）内还设有辅助伸缩式工作气囊（302）及辅助净化罐（802）；在所述中轴（4012）上固定套接辅助凸轮（4021）；所述辅助凸轮（4021）的工作端与辅助伸缩式工作气囊（302）的底部工作端滑动相接；所述辅助伸缩式工作气囊（302）的端部设有辅助换气吸气口（602）及辅助换气排气口（702）；在所述辅助换气吸气口（602）及辅助换气排气口（702）处依次设有单向阀；所述辅助伸缩式工作气囊（302）的辅助换气排气口（702）与舱体进气管（12）相通；所述辅助净化罐（802）的吸气端口（1001）与舱体吸气管（9）相通，其辅助排气端口（1102）与辅助伸缩式工作气囊（302）的辅助换气吸气口（602）相通。

4.根据权利要求3所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：在所述设备舱（1）内还设有舱体冷却系统；所述舱体冷却系统包括冰介质储藏箱（13）；在所述冰介质储藏箱（13）内设有热交换盘管（14）；所述热交换盘管（14）的一端口与舱体进气管（12）相通，其另一端口与舱体入气管（15）相通。

5.根据权利要求4所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：在所述设备舱（1）内还设有气动负压过滤系统；所述气动负压过滤系统包括气动负压气瓶（16）及气动负压风机（17）；所述气动负压气瓶（16）的出气口与气动负压风机（17）的气动进气口（31）相通；所述气动负压风机（17）的出气口与舱体送气管（18）相通；所述气动负压风机（17）吸气口与负压舱体吸气管（19）相通；在所述气动负压风机（17）的腔体内配有滤材层（20）。

6.根据权利要求5所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：在所述热交换盘管（14）的底管处设有漏斗型除湿器（21）。

7.根据权利要求6所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：所述滞留舱（2）舱体采用可伸缩结构。

8.根据权利要求1～7之任一所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：所述滞留舱（2）舱体包括可伸缩底板（22）及边柱（23）；在所述可伸缩底板（22）上固定设有液压拉伸机构（24）；所述液压拉伸机构（24）的上部工作端与边柱（23）的上部轴接；所述可伸缩底板（22）的端部与设备舱（1）的端部轴接。

9.根据权利要求8所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：在所述设备舱（1）内设有储气瓶（24）；所述储气瓶（24）的端口与设备舱（1）相通。

10.根据权利要求3所述的封闭式井下救生系统，其特征在于：在所述凸轮（4011）的两个工作面上对称设有椭圆形凹槽；配接于伸缩式工作气囊（301）底部工作端上的轴承（28）与所述椭圆形凹槽滑动相接。

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