CN108756988A - 一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，包括回风巷、风井、防爆门、风硐和设置于风硐出风端的主通风机；还包括消波巷道，该消波巷道设置在风井同回风巷相连的巷道转弯处，或设置在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处；所述消波巷道内设置有阻波墙和若干个消波墙，所述阻波墙和若干个消波墙相间隔设置。本发明利用爆炸波的传播和衰减规律，从井巷布置等方面提出一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，以期将风井中爆炸波的冲击强度削减至较低水平，从而提升主通风机等通风设施的安全防护水平，并相应降低新型风井防爆门的抗爆要求和设计难度。

Description

一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构

技术领域

本发明涉及煤矿通风安全技术领域，特别是涉及一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，用于减小主通风机等煤矿风井设施遭受到的冲击危害。

背景技术

矿井主通风机是矿井通风系统中的核心设施，担负着向矿井输送新鲜空气、排出有毒有害气体和粉尘的重任，其连续、可靠运行是矿井安全生产的首要保证，因而通常被称为“矿井肺脏”。为避免矿井主通风机在井下发生爆炸时遭到损毁，主通风机通常布置于风井井口侧边一定距离之外，且在井口设置防爆门作为保护设施。当井下发生爆炸时，爆炸波会首先冲开防爆门，快速泄放到大气中，从而使得主通风机免遭损坏。抢险救灾实践表明，当井下爆炸威力巨大时，强大的爆炸波会将防爆门冲毁，甚至对主通风机、引风硐等设施造成损坏、损毁，导致矿井通风中断且长时间难以恢复，进而造成事故扩大化。

针对我国现行防爆门易被冲毁的缺陷，国内提出了众多具有限位和自动复位功能的新型防爆门。研究表明，在强烈爆炸波作用下，对于高速冲起或旋开的防爆门，在有限的时间、空间内实现有效限位和可靠复位是相当困难的。这必然使得新型防爆门研制难以避开体积庞大、外形笨重、结构复杂、缓冲限位困难等设计难题。

发明内容

本发明目的在于针对煤矿风井通风设施的安全防护问题，利用爆炸波的传播和衰减规律，从井巷布置等方面提出一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，以期将风井中爆炸波的冲击强度削减至较低水平，从而提升主通风机等通风设施的安全防护水平，并相应降低新型风井防爆门的抗爆要求和设计难度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，包括回风巷、与回风巷连通的风井、设置在风井顶端的防爆门、连通于风井一侧的风硐和设置于风硐出风端的主通风机；该用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构还包括消波巷道，该消波巷道设置在风井同回风巷相连的巷道转弯处，或设置在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处；所述消波巷道内设置有阻波墙和若干个消波墙，所述阻波墙和若干个消波墙相间隔设置。

进一步的，所述消波巷道为盲巷，该盲巷为沿回风巷道轴向延长的延长巷道，该盲巷的入口处设置一道阻波墙，该盲巷的内部设置多组消波墙，该多组消波墙交错布置，构成“Z”字形气流通道。

进一步的，所述盲巷呈内外断面形状一致的结构或呈口小腔大的结构。

进一步的，所述盲巷长度为20m。

进一步的，所述阻波墙为钢筋混凝土阻波墙，阻波墙墙高取盲巷巷道高度的0.6倍，墙厚以能抵抗1MPa以上的爆炸压力；所述消波墙为半高混凝土墙体，墙高取盲巷巷道高度的0.6倍，墙宽取盲巷宽度的0.8倍。

进一步的，所述盲巷的阻波墙上部的气流通道处设置虚墙。

进一步的，所述消波巷道为绕巷，绕巷从风井同回风巷连接的巷道转弯处引出，绕巷出口与风井交汇；绕巷出口处须设置一道阻波墙，该绕巷出口内侧设置多组消波墙，该多组消波墙交错布置，构成“Z”字形气流通道。

进一步的，绕巷可在立体空间实施，或在平面空间内构建；当绕巷在立体空间内实施时，该绕巷可采用螺旋盘升方式开挖；绕巷出入口为平巷；当绕巷在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处实施时，通常在平面空间内开掘绕巷巷道。

进一步的，所述阻波墙为钢筋混凝土阻波墙，墙高取绕巷巷道高度的0.8倍，墙厚以能抵抗1MPa以上的爆炸压力；所述消波墙为半高混凝土墙体，墙高取盲巷巷道高度的0.6倍，墙宽取盲巷宽度的0.8倍。

进一步的，当绕巷在不含可燃气体的岩层中布置时，所述绕巷的出入口分别设置有密封虚墙进行封闭，在出口处，该密封虚墙设置在阻波墙上方；当绕巷在含可燃气体的岩层中布置时，所述阻波墙不设置密封虚墙，此时绕巷不封闭。

进一步的，绕巷的巷道长度取40m。

进一步的，阻波墙内外两侧可设置墙柱和缓冲体。

进一步的，所述消波墙的墙体上以阵列方式设置大量气流通道。

进一步的，所述气流通道截面可选为圆形、方形、菱形等几何形状。

进一步的，所述消波墙的壁面采用凹凸不平的粗糙壁面。

进一步的，盲巷和绕巷内部设置隔爆水（岩）棚。

进一步的，虚墙由易于被爆炸波击破的薄板构筑而成。

本发明的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，提出的消波方法的技术原理为：利用增设消波巷道后形成的巷道分岔，将强爆炸波分离为两道相对较弱的爆炸波，一道进入风井向井口方向传播，另一道进入消波巷道；利用消波巷道及内部的消波墙、阻波墙等辅助设施，消减进入消波巷道内的爆炸波，延长其传播距离和时间，使分离后的爆炸波在时间、空间上相互错开，无法再次叠加合并为强爆炸波，从而达到大幅减弱爆炸波的目的。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

（1）利用爆炸波在巷道分岔处衰减的原理，通过改变爆炸波能量的时空分布来减弱爆炸波，对爆炸波的消减效果显著；

（2）消波巷道构筑于矿井现有巷道之外，相对独立，对矿井生产影响极小。在消波巷道内部布置阻波墙、消波墙等附属设施时，无须考虑通风、行人、运输等方面的限制因素，这使得辅助消波设施的设计、施工等具有很大的自由度；

（3）在消减爆炸波强度的同时，降低了爆炸波的传播速度，延迟了其到达主通风机、防爆门等保护对象的时间。这种延迟可为防爆门自动开启等主动防爆技术多争取数十毫秒的反应时间，从而可降低相关技术的实现难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明盲巷消波的工程布置示意图；

图2是本发明绕巷消波的工程布置示意图；

图3是本发明盲巷消波的工程布置立体示意图；

图4是本发明盲巷消波方法中爆炸波运动规律示意图；

图5是本发明绕巷消波方法中爆炸波运动规律示意图；

图中，1、回风巷；2、风井；3、防爆门；4、风硐；5、主通风机；6、阻波墙；7、消波墙；8、隔爆水（岩）棚；9、盲巷；10、虚墙；11、绕巷。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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。

实施例一：

如图1、图3所示，本实施例的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，包括回风巷1、与回风巷1连通的风井2、设置在风井2顶端的防爆门3、连通于风井2一侧的风硐4和设置于风硐4出风端的主通风机5；还通过在爆炸波传播路线上的巷道转弯处增设盲巷及辅助设施构成消波系统，来实现对爆炸波的消减。

在该消波系统中，盲巷9为消波巷道，其功能是在原有巷道基础上形成巷道分岔结构，实现对爆炸波的分流、滞阻和消减。盲巷9长度取20m左右，巷道断面既可同回风巷保持一致，也可扩大盲巷内部断面，形成口小腔大的空间结构。

盲巷9入口处设置一道阻波墙6，其作用是调节进入盲巷9的爆炸波强度和减缓盲巷9内爆炸波的逸出速度。阻波墙6高度取盲巷高度的0.6倍左右，具体可根据盲巷9长度进行设计。盲巷9越长，消波空间越大，阻波墙6高度宜越低；反之则越高。阻波墙墙体采用钢筋混凝土墙，墙厚按抵抗1MPa以上的爆炸压力进行设计，墙体内外两侧可设置加强支撑柱和缓冲体。

为防止盲巷9内积聚爆炸气体，并消除消波系统对矿井正常通风的影响，盲巷9须进行封闭。封闭盲巷9通过在阻波墙9上设置虚墙10实现。虚墙10由薄板构筑而成，可隔断盲巷9内外空气流动，但易于被爆炸波冲毁，不影响爆炸波进入盲巷9。

为促使爆炸波在盲巷9内的衰减，可在盲巷9内设置多道消波墙7。消波墙7为半高混凝土墙体，墙高也取盲巷9高度的0.6倍左右，墙厚可比阻波墙6大一些，墙宽取盲巷9宽度的0.8倍左右。消波墙7多组交错布置，构成“Z”字形气流通道和行人通道。消波墙7上设置大量气流通道，以增大气流同墙面的接触面积。通道截面可选圆形、方形、菱形等几何形状，壁面宜采用凹凸不平的粗糙壁面。

为熄灭进入盲巷9内爆炸火焰，盲巷9内须设置隔爆水（岩）棚8。隔爆水（岩）棚8采用常规的矿用隔爆水（岩）棚，按照相关标准和规范进行布置。

如图4所示，其中，图4a是盲巷中爆炸波产生状态图，图4b是盲巷中爆炸波分离为两道爆炸波的状态图，图4c是盲巷中反射爆炸波形成状态图，图4d是盲巷中反射爆炸波再次分离状态图。从图4可以看出，当井下发生爆炸时，爆炸波经回风巷到达盲巷9处时，分离为两道爆炸波，一道进入风井2（称为A波），另一道冲破虚墙10进入盲巷9。当爆炸波到达盲巷9末端壁面时，形成反射爆炸波，并向盲巷9入口方向传播。反射爆炸波到达盲巷9入口时，受到阻波墙6的阻挡作用，部分再次折回到盲巷9中去，部分逸出盲巷9。逸出盲巷9的爆炸波，再次分离为两道爆炸波，一道进入风井2（称为B波），一道进入回风巷1。由于盲巷9及其附属设施的消波作用，使得B波强度大为衰减，难以追赶上前方的A波。这样，就将原来较强的爆炸波在时间、空间上分离为两道较弱的爆炸波，达到消减爆炸波的目的。

实施例二：

如图2所示，本实施例的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，包括回风巷1、与回风巷1连通的风井2、设置在风井2顶端的防爆门3、连通于风井2一侧的风硐4和设置于风硐4出风端的主通风机5；还通过在爆炸波传播路线上的巷道转弯处增设绕巷11及辅助设施构成消波系统，来减弱爆炸波。

在该消波系统中，绕巷11为消波巷道。绕巷11从风井同回风巷1连接的巷道转弯处引出，在立体空间中螺旋盘绕一段距离后，同风井2交汇。绕巷11出入口附近部分，应施工为平巷。绕巷11长度取40m左右。当绕巷11在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处实施时，通常在平面空间内开掘巷道。

在绕巷11出口处须设置一道钢筋混凝土阻波墙6，墙高取巷道高度0.8倍左右，墙体特征和抗爆要求同盲巷阻波墙。

绕巷11内部可设置消波墙7、隔爆水（岩）棚8等消波抑爆设施，设置方法与盲巷相同。一般在绕巷入口附近的平巷段内不设置消波墙，只设置隔爆水（岩）棚8。消波墙7主要设置在绕巷出口附近的平巷段内。

绕巷11通常不进行封闭，允许有风流通过。当绕巷11在不含可燃气体的岩层中布置时，也可在出入口设置虚墙10进行封闭。

如图5所示，其中，图5a是绕巷中爆炸波分离为两道爆炸波的状态图,图5b是绕巷内爆炸波到达绕巷出口时的状态图，图5c是绕巷中反射爆炸波形成状态图，图5d是绕巷内反射爆炸波到达绕巷入口再次分离的状态图。从图5可以看出，当井下发生爆炸时，爆炸波经回风巷到达绕巷处时，分离为两道爆炸波，一道进入风井（称为A波），另一道冲入绕巷。当绕巷内爆炸波到达绕巷出口时，大部分遇到阻波墙而形成反射爆炸波，折向绕巷入口方向传播；少部分逸出绕巷进入风井，并形成两道波，一道向井口方向传播（B波），一道向井底方向传播。绕巷内反射爆炸波到达绕巷入口时，也分离为两道波，一道进入风井传播（C波），一道进入回风巷传播。这样，就将原来较强的爆炸波在时间、空间上分离为多道较弱的爆炸波（A波、B波、C波），达到消减爆炸波的目的。

本发明提出的爆炸波预先消减方法通过在风井井底增设盲巷、绕巷等消波巷道来实现。具体方法是在风井同回风巷相连的巷道转弯处，或在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处，沿回风巷道轴向延长巷道，开掘出一段盲巷或绕巷作为消波巷道。消波巷道连同阻波墙、消波墙、隔爆水（岩）棚等等辅助消波设施构成独立的消波系统。

在盲巷消波系统中，盲巷长度越大，消波能力越大，通常可取20m左右。在盲巷入口出设置一道钢筋混凝土阻波墙，墙高取巷道高度0.6倍左右，墙厚以能抵抗1MPa以上的爆炸压力为宜，其作用是调节进入盲巷的爆炸波强度和减缓盲巷内爆炸波的逸出速度。阻波墙内外两侧可设置墙柱和缓冲体，以增大墙体抗爆能力。缓冲体除保护墙体外，还起到吸能和消波作用。阻波墙上部的气流通道须用虚墙进行封闭。虚墙由薄板构筑而成，易于被爆炸波击破，不影响爆炸波进入盲巷，其作用是封闭盲巷，防止盲巷内积聚爆炸气体。盲巷内部断面可逐渐扩大，呈口小腔大的+形状，在增大盲巷内部的消波空间的同时，增大了爆炸波从盲巷中逸出的难度。消波墙为半高混凝土墙体，墙高也取巷道高度0.6倍左右，多组交错布置，构成“Z”字形气流通道。消波墙墙体上以阵列方式设置大量气流通道，通道截面可选圆形、方形、菱形等几何形状。隔爆水（岩）棚为常规的矿用隔爆水（岩）棚，其作用是扑灭爆炸火焰。

在绕巷消波系统中，绕巷既可在立体空间实施，也可在平面空间内构建，巷道长度取40m左右。当绕巷在立体空间内实施时，为便于掘进施工，绕巷可采用螺旋盘升方式开挖；在绕巷出入口附近应施工为平巷。绕巷出口处须设置一道钢筋混凝土阻波墙，墙高取巷道高度0.8倍左右，墙体抗爆要求同盲巷。阻波墙内外两侧可设置墙柱和缓冲体。在绕巷出口附近可设置多组消波墙，消波墙结构及设置方法同盲巷；在绕巷入口处附近一般不设置消波墙。在绕巷内可设置隔爆水（岩）棚，设置方法与盲巷基本相同。绕巷通常不进行封闭，允许有风流通过。当绕巷在不含可燃气体的岩层中布置时，也可用主通风机5进行封闭。

本发明提出的消波方法的技术原理为：利用增设消波巷道后形成的巷道分岔，将强爆炸波分离为两道相对较弱的爆炸波，一道进入风井向井口方向传播，另一道进入消波巷道；利用消波巷道及内部的消波墙、阻波墙等辅助设施，消减进入消波巷道内的爆炸波，延长其传播距离和时间，使分离后的爆炸波在时间、空间上相互错开，无法再次叠加合并为强爆炸波，从而达到大幅减弱爆炸波的目的。

Claims (10)

1.一种用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，包括回风巷、与回风巷连通的风井、设置在风井顶端的防爆门、连通于风井一侧的风硐和设置于风硐出风端的主通风机；其特征在于：该用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构还包括消波巷道，该消波巷道设置在风井同回风巷相连的巷道转弯处，或设置在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处；所述消波巷道内设置有阻波墙和若干个消波墙，所述阻波墙和若干个消波墙相间隔设置。

2.如权利要求1所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：所述消波巷道为盲巷，该盲巷为沿回风巷道轴向延长的延长巷道，该盲巷的入口处设置一道阻波墙，该盲巷的内部设置多组消波墙，该多组消波墙交错布置，构成“Z”字形气流通道。

3.如权利要求2所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：所述盲巷呈内外断面形状一致的结构或呈口小腔大的结构；所述盲巷长度为20m。

4.如权利要求2所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：所述阻波墙为钢筋混凝土阻波墙，阻波墙墙高取盲巷巷道高度的0.6倍，墙厚以能抵抗1MPa以上的爆炸压力；所述消波墙为半高混凝土墙体，墙高取盲巷巷道高度的0.6倍，墙宽取盲巷宽度的0.8倍；所述盲巷的阻波墙上部的气流通道处设置虚墙。

5.如权利要求1所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：所述消波巷道为绕巷，绕巷从风井同回风巷连接的巷道转弯处引出，绕巷出口与风井交汇；绕巷出口处须设置一道阻波墙，该绕巷出口内侧设置多组消波墙，该多组消波墙交错布置，构成“Z”字形气流通道。

6.如权利要求5所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：绕巷可在立体空间实施，或在平面空间内构建；当绕巷在立体空间内实施时，该绕巷可采用螺旋盘升方式开挖；绕巷出入口为平巷；当绕巷在爆炸波传播路线上的其他巷道转弯处实施时，通常在平面空间内开掘绕巷巷道；绕巷的巷道长度取40m。

7.如权利要求5所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：所述阻波墙为钢筋混凝土阻波墙，墙高取绕巷巷道高度的0.8倍，墙厚以能抵抗1MPa以上的爆炸压力；所述消波墙为半高混凝土墙体，墙高取盲巷巷道高度的0.6倍，墙宽取盲巷宽度的0.8倍。

8.如权利要求5所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：当绕巷在不含可燃气体的岩层中布置时，所述绕巷的出入口分别设置有密封虚墙进行封闭，在出口处，该密封虚墙设置在阻波墙上方；当绕巷在含可燃气体的岩层中布置时，所述阻波墙不设置密封虚墙，绕巷不封闭。

9.如权利要求2或5所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：阻波墙内外两侧设置墙柱和缓冲体；盲巷或绕巷内部设置隔爆水棚或隔爆岩棚；虚墙由易于被爆炸波击破的薄板构筑而成。

10.如权利要求2或5所述的用于保护煤矿风井设施的爆炸波预先消减结构，其特征在于：所述消波墙的墙体上以阵列方式设置大量气流通道；所述气流通道截面为圆形、方形、菱形；所述消波墙的壁面采用凹凸不平的粗糙壁面。