CN108915757B - 一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统及方法，包括冲击波感应装置、触发执行部分、防御装置、自救装置，其特征是：在巷道内设有至少一套防御系统，防御装置受冲击波感应装置和触发执行部分输出的电信号控制，冲击波感应装置布设的距离应在电磁防爆门前向s≥vt位置。冲击波感应装置超前布设，防御装置可以在爆炸冲击波到达之前关闭电磁防爆门，有效阻隔冲击波的传播，减小对其它巷道和工作面的冲击。并且阻隔或减缓高温高压有害气体的扩散。为人员逃生和更早救护赢得时间。所述自救装置布设在防御装置附近两侧的巷道底板，电磁防爆门在闭合之后，人员可以通过埋在地下的自救装置获得新鲜空气、饮水和发出求救信息。
Description
技术领域
本发明涉及矿业领域，具体涉及一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统及方法。
背景技术
井下煤与瓦斯爆炸冲击波主要是由于采空区瓦斯积聚、综采和掘进工作面瓦斯突出、煤尘浓度超限等意外情况下,引起煤与瓦斯爆炸，是突发的矿山灾害，该灾害具有过程短，来势凶猛的特点，在井下形成矿震和爆炸冲击波，并伴有高温高压有害气体，造成人员伤亡和财产损失。
目前对于煤与瓦斯爆炸防治没有主动防御的系统，基本为被动式，被动式的防御系统只能在爆炸破坏后救援人员赶到现场，对于保障人身安全和救援都始终没有一个有效的措施和系统；因此需要一种主动防御系统，在瓦斯爆炸发生时保护人员生命与财产的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统及方法，该系统靠超前布置的感应装置可以在爆炸冲击波到达之前瞬间关闭后方的防御装置，使爆炸危害区最小，并有效阻隔或减缓爆炸冲击波和高温有害气体的传播，减小对其它巷道和工作面的冲击破坏和高温高压有害气体的扩散。为人员逃生和更早救护赢得时间。电磁防爆门在闭合之后，人员可以通过埋在地下的自救装置获得新鲜空气和水以及通讯联系和求救信息。井上也可以通过此网络系统确定爆源和被困人员位置。
一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，包括冲击波感应装置、触发执行部分、防御装置、自救装置，其特征是：在巷道内至少设有一套防御装置，通过冲击波感应装置、触发执行部分控制防御装置中的电磁防爆门关闭；所述自救装置布设在防御装置附近的巷道底板。
冲击波感应装置：所述冲击波感应装置包括冲击波传感器、前置电荷放大器，冲击波感应装置布设的距离应在防御装置前向（即爆炸冲击波先经过冲击波感应装置再到达防御装置）s≥vt位置，其中v是冲击波在巷道中的传播速度，t为电磁防爆门下落到关闭所用的时间。
触发执行部分：所述触发执行部分包括触发继电器、电磁铁和电磁防掉落门销，在正常工作时，电磁铁处于通电状态，吸合住所述防爆门，且电磁防掉落门销伸出可卡住异常掉落的防爆门，使防爆门在没有接收到关门指令的情况下处于打开和保护状态。
防御装置：所述防御装置以一个厚度在10-40mm合金钢板且带有门中心向外放射状加强筋的防爆门为主体，通过横向转轴将所述防爆门水平固定在巷道顶板，防爆门在井下正常生产时通过电磁铁吸合固定，处于打开状态；所述防爆门上与巷道顶板之间还固定有至少一个拉力弹簧，起加速下落的作用；所述防爆门下落到垂直位置处还安装有一个防爆门框；所述防爆门框利用混凝土和锚杆锚固在巷道中，防爆门框下部设有防爆门闭锁装置，可以防止防爆门下落关闭后回弹并将防爆门锁住；所述防爆门自由端头位置处的巷道顶板上布置有电磁铁，在井下正常生产时，将防爆门吸合固定在与顶板贴合位置，其吸力大于门一半重力和弹簧的拉力之和；所述防爆门自由端处的巷道顶板上还设有电磁防掉落门销，由防掉落门销、牵引电磁铁和行程开关构成，电磁防掉落门销可防止在断电或矿震等异常情况下，防爆门脱离电磁铁而关闭，同时，电磁防掉落门销受冲击波感应部分和触发执行部分作用抽离防爆门，行程开关在防掉落门销和牵引电磁铁的位移作用下使防爆门电磁铁断电；所述电磁铁附近固定有位置开关，当防爆门异常掉落，电磁铁与门有一定间隙，位置开关动作系统报警，维护人员可检查故障原因；所述两防爆门框1之间的保护区或单个防爆门附近的低压区内，设置一对或一个液压顶起开门装置，可以通过电液控制将防爆门顶起。在爆炸冲击波来临时，超前布置的冲击波传感器检测出压力信号，传感器会将压力信号转换为电荷信号，通过前置电荷放大器、触发继电器将电磁防掉落门销打开，并驱动行程开关将吸合防爆门的电磁铁电源断开，防爆门在自身重力和弹簧拉力作用下迅速下落。
自救装置：在巷道底板布置有新风管、负压管、饮水管、通信网络。在两防爆门保护区外侧或单一防爆门附近两侧巷道底板各埋设一个自救箱，将以上管线接入其中，在箱中设置饮水管开关、新风和负压电磁阀门、网络电话以及防爆门顶起控制和紧急报警求救按钮；自救箱上加装保护盖和电磁锁，受电磁防掉落行程开关和延时触发继电器控制，在防爆门关闭后开启。
优选地，所述防爆门闭锁装置为防爆门电磁闭锁装置。
优选地，所述防爆门框与防爆门的贴合处布置有两层护垫，里层为橡胶，外层为隔火材料，使防爆门下落与防爆门框闭合时有一定的缓冲。
优选地，所述自救装置的箱体由防火防暴隔热材料制成密封防水箱体。
优选地，所述防御装置在煤矿巷道中可连续设置多个，由一套冲击波感应装置和触发执行部分控制，以便最大限度地衰减爆炸冲击波和高温有害气体，每一个防御装置的距离应大于巷道高度。
附图说明
图1为本发明的冲击波方向确定时侧视结构示意图。
图2为本发明的冲击波方向不定时侧视结构示意图。
图3为本发明的正视结构示意图。
图4为本发明的锁闭装置俯视图。
图5为本发明的电磁防掉落门销结构示意图。
图6为本发明的控制电路图。
图7为本发明的控制电路框图。
图中，防爆门框1，液压顶起开门装置2，拉力弹簧3，转轴4，防爆门5，电磁铁6，电磁防掉落门销7，防掉落门销7-1、牵引电磁铁7-2，行程开关7-3，自救装置8，防爆门闭锁装置9，冲击波感应装置10，巷道11。
具体实施方式
如图所示，一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，包括冲击波感应装置10、触发执行部分、防御装置、自救装置8，其特征是：在巷道11内设有至少一套防御系统，防御系统是单向的，当无法确定冲击波方向时，防御系统设有两套，对称布置，以防御不同方向的冲击波，两防御装置防爆门框1间为保护区，爆炸冲击波受防爆门5阻断后的区域为低压区，未受防爆门阻断的区域为高压区。所述防御系统通过冲击波感应装置10、触发执行部分、电磁防掉落门销7和行程开关控制防爆门5关闭；保护区或一套防御装置的低压区内，设置有一对或一个液压顶起开门装置2，可以通过电液控制将防爆门5顶起打开；所述自救装置8设置在防御装置附近两侧的巷道11底板。
冲击波感应装置10：所述冲击波感应装置10由冲击波传感器、前置电荷放大器组成，冲击波感应装置10在巷道11内布设的距离应在防御装置前向（即爆炸冲击波先经过冲击波感应装置再到达防御装置）s≥vt位置，其中v是冲击波在巷道中的传播速度，t为电磁防爆门下落到关闭所用的时间。冲击波感应装置的输出和电源电缆通过穿线用无缝钢管（满足防爆要求）连接到防御系统控制箱的触发执行部分。
触发执行部分：所述触发执行部分包括触发继电器、电磁铁6和电磁防掉落门销7，在正常工作时，电磁铁6处于通电状态，吸合住所述防爆门5，且电磁防掉落门销7伸出可卡住异常掉落的防爆门5，使防爆门在没有接收到关门指令的情况下处于打开保护状态。
防御装置：所述防御装置以一个厚度在10-40mm合金钢板且带有门中心向外放射状加强筋的防爆门5为主体，通过横向转轴4和电磁铁6将所述防爆门5水平固定在巷道11顶板，防爆门5在井下正常生产时处于水平打开状态；所述防爆门5上与巷道11顶板之间还固定有至少一个拉力弹簧3，起加速下落的作用；所述防爆门5下落到垂直位置处还安装有一个防爆门框1；所述防爆门框1利用混凝土和锚杆锚固在巷道11中，防爆门框1下部设有防爆门电磁闭锁装置9，可以防止防爆门5下落关闭后回弹并将防爆门5锁住；所述防爆门5自由端头位置处的巷道11顶板上布置有电磁铁6，其吸力大于门一半重力和弹簧的拉力之和；所述防爆门自由端处的巷道11顶板上还设有电磁防掉落门销7，由防掉落门销7-1、牵引电磁铁7-2和行程开关7-3构成，电磁防掉落门销7可防止在断电或矿震等异常情况下，防爆门5脱离电磁铁6而关闭，同时，电磁防掉落门销7受冲击波感应部分和触发执行部分作用抽离防爆门5，行程开关在防掉落门销和牵引电磁铁的位移作用下使防爆门电磁铁6断电；所述电磁铁6附近固定有位置开关，当防爆门5异常掉落，电磁铁6与防爆门5有一定间隙，位置开关动作系统报警，维护人员可检查故障原因并复位；所述两防爆门框1之间的保护区或单个防爆门5附近的低压区内，设置一对或一个液压顶起开门装置，可以通过电液控制将防爆门顶起。在爆炸冲击波来临时，超前布置的冲击波传感器检测出压力信号，传感器会将压力信号转换为电荷信号，通过前置电荷放大器、触发继电器将电磁防掉落门销打开，并驱动行程开关将吸合防爆门的电磁铁电源断开，防爆门在自身重力和弹簧拉力作用下迅速下落，若防爆门5在下落的过程中，巷道11内的爆炸冲击波提前到达，也会加速门的关闭。
自救装置8：在巷道11底部布置有新风管、负压管、饮水管、通信网络。在两防爆门框1保护区外侧或单个防爆门附近两侧的巷道11底部各埋设一个防火防爆隔热材质制成的自救箱，将以上管线接入其中，在箱中设置饮水管开关和新风、负压电磁阀门，并放置一部网络电话和防爆门5顶起控制、紧急报警求救按钮；自救箱上加装保护盖和电磁锁，当防爆门关闭后，电磁锁和电磁阀受电磁防掉落行程开关和延时触发继电器控制而打开。
进一步地，所述防爆门框1与防爆门5的贴合处布置有两层护垫，内层为橡胶，外层为防火材料，使防爆门5下落与防爆门框1闭合时有一定的缓冲。
本发明运行原理及过程。
步骤一：若在距离防爆门5前向s≥vt处某一位置发生煤与瓦斯爆炸，该处压力升高，感应装置10迅速将电信号传至防爆门5上电磁防掉落门销7和防爆门5上的电磁铁6处。
步骤二：电磁防掉落门销7通电与电磁铁6失电消磁，防爆门5在自重及弹簧拉力作用下，在冲击波到来之前的极短时间内快速下落并与防爆门框1下端的防爆门电磁闭锁装置9锁住。
步骤三：冲击波传播到防爆门5上时，由于防爆门5的阻挡，冲击波衰减、甚至被隔断，保护瓦斯爆炸区以外其他巷道11和工作面的人员和设备。高温高压有害气体由于防爆门5的阻隔、封堵，传播受到了限制，对其他工作面影响变小。
步骤四：此时其他受影响工作面或巷道11的防御系统也会启动，当第二级防御系统启动时，第一级防御系统的低压区是第二级防御系统的高压区，第二级防御系统附近高压区自救装置8的防护盖和负压电磁阀受第二级防御系统控制也同时打开，第一级防御系统低压区的新风和第二级防御系统的负压形成新风流，依次类推，维持封闭巷道的人工环境。其他人员在爆炸冲击波过后，自行控制自救装置8中的防爆门解锁和电液控制的防爆门液压顶起开门装置按钮，将防爆门5顶起逃生。
步骤五：人员无法逃出时，在安全巷道11内，自救装置8保护盖受电磁防掉落行程开关7-3和延时触发继电器控制开锁弹开，同时新风电磁阀门打开，这时被困人员获得新鲜空气和饮水，等待逃生和救援。
步骤六：在人员撤离后可通过中央控制系统打开负压阀门（负压电磁阀在高压区）实现对发生灾害部分的有毒有害高压气体的排除工作。
Claims (6)
1.一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，包括冲击波感应装置、触发执行部分、防御装置、自救装置，其特征是：在巷道内至少设有一套防御系统，通过冲击波感应装置、触发执行部分、电磁防掉落门销和行程开关控制防御装置中的电磁防爆门快速关闭；所述自救装置布设在防御装置附近两侧的巷道底板；
冲击波感应装置：所述冲击波感应装置包括冲击波传感器、前置电荷放大器，冲击波感应装置布设的距离应在防御装置前向s≥vt位置，其中v是冲击波在巷道中的传播速度，t为电磁防爆门下落到关闭所用的时间；
触发执行部分：所述触发执行部分包括电磁铁、触发继电器和电磁防掉落门销，在正常工作时，电磁铁处于通电状态，吸住所述防爆门，且电磁防掉落门销伸出；
防御装置：所述防御装置以一个厚度为10-40mm合金钢板且带有门中心向外放射状加强筋的防爆门为主体，通过横向转轴将所述防爆门固定在巷道顶板，防爆门在正常生产时通过电磁铁吸合固定，处于水平打开状态；所述防爆门水平固定在巷道顶板；所述防爆门上与巷道顶板之间还固定有至少一个拉力弹簧；所述防爆门下落到垂直位置处还安装有一个防爆门框；所述防爆门框利用混凝土和锚杆锚固在巷道中，所述防爆门框下部设有防爆门闭锁装置；所述防爆门自由端头位置处的的巷道顶板上布置有电磁铁；所述电磁铁附近固定有位置开关；在井下正常生产时，将防爆门吸合固定在与顶板贴合位置，电磁铁吸力大于门一半重力和弹簧的拉力之和；所述防爆门自由端处的巷道顶板上设有电磁防掉落门销，且在电磁防掉落门销上还设有行程开关；当无法确定冲击波方向时，防御系统有两套，对称布置，两套防御装置防爆门框间的保护区或一套防御装置附近的低压区内，设置有一对或一个液压顶起开门装置，可以通过电液控制将防爆门顶起打开；
自救装置：所述自救装置管线设置在巷道底板，包括新风管、负压管、饮水管、通信网络；在两防爆门外侧或单一防爆门附近两侧的巷道底板各埋设一个自救箱，将以上管线接入其中，在自救箱中设置饮水管开关、和新风、负压电磁阀门、网络电话以及防爆门顶起控制和紧急报警求救按钮；自救箱上加装保护盖和电磁锁，电磁锁和电磁阀受电磁防掉落行程开关和延时触发继电器控制，在防爆门关闭后开启。
2.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，其特征在于：所述防爆门闭锁装置为防爆门电磁闭锁装置。
3.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，其特征在于：所述防爆门框与防爆门的贴合处布置有两层护垫，里层为橡胶，外层为防火材料。
4.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，其特征在于：所述自救装置的箱体由防火防爆隔热材料制成密封防水箱体。
5.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯爆炸主动防御系统，其特征在于：防御系统是单向的，当无法确定冲击波方向时，防御系统有两套，对称布置，以防御不同方向的冲击波，两防御装置防爆门框间为保护区，爆炸冲击波受防爆门阻断后的区域为低压区，未受防爆门阻断的区域为高压区。
6. 一种如权利要求 1 所述煤与瓦斯爆炸主动防御系统的防御方法：其特征在于包含以下步骤：
步骤一：若在距离防爆门前向 s≥vt（m）处检测到爆炸冲击波，该处压力升高，冲击波传感器迅速感应出电信号并通过前置电荷放大器放大，驱动触发执行部分控制防爆门的电磁防掉落门销通电，防掉落门销迅速抽离防爆门；
步骤二：电磁防掉落门销与电磁铁顺序工作，电磁防掉落门销回缩，且电磁铁受行程开关控制失电消磁，防爆门在自重及弹簧拉力作用下，在冲击波到来之前的极短时间内快速下落并与防爆门框下端的防爆门电磁闭锁装置锁住；
步骤三：冲击波传播到防爆门上时，由于防爆门的阻挡，冲击波衰减、甚至被隔断，保护煤与瓦斯爆炸区以外其他巷道和工作面的人员和设备；高温高压有害气体由于防爆门的阻隔、封堵，传播受到了限制，对其它工作面影响变小；
步骤四：此时其他受影响工作面或巷道的防御系统也会启动，当第二级防御系统启动时，第一级防御系统的低压区是第二级防御系统的高压区，第二级防御系统附近高压区自救箱的防护盖和负压电磁阀受第二级防御系统控制也同时打开，第一级防御系统低压区的新风和第二级防御系统的负压形成新风流，依次类推，维持封闭巷道的人工环境；自救装置防护盖电磁锁受电磁防掉落行程开关和延时触发继电器控制解锁，弹开防护盖，其他人员在爆炸冲击波过后，自行控制自救箱中的防爆门解锁和电液控制的防爆门液压顶起开门装置按钮，将防爆门打开逃生；
步骤五：人员无法逃出时，在安全巷道内，自救装置防护盖解锁弹开，同时新风电磁阀门打开，这时被困人员获得新鲜空气和饮水，通过网络电话和求救按钮发出求救信息，等待逃生和救援；
步骤六：在人员撤离后可通过中央控制系统打开高压区自救箱保护盖和负压阀门，实现对发生灾害部分有害气体的排除工作。
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