CN109630186A - 一种co2/n2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置及方法，包括气体供给系统、区域隔离系统、环境监测系统、爆炸危险性判定系统和控制系统，所述气体供给系统包括设置在地面上的CO2气化装置、设置在井下的制氮机组和输气管道，所述区域隔离系统包括设置在工作面巷道内的输气管道上的多个单向阀、风幕机和三通电磁阀，所述环境监测系统包括设置在井下工作面巷道顶板上的多个多参数气体传感器，所述爆炸危险性判定系统包括爆炸三角形判定仪。本发明设计合理，结构精巧，能在井下二次灾害发生之前改变危险区域的环境条件，抑制爆炸条件的形成，实现爆炸灾害危险区域隔离，以便在灾害处置的时候最大限度地保障救援人员安全，避免二次爆炸伤害。
Description
技术领域
本发明涉及矿井热动力灾害防治技术领域，具体涉及一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置及方法。
背景技术
矿井爆炸热动力灾害事故，具有突发性强、火势发展迅速、救灾困难、容易引起二次伤害事故等特点，会造成大量的人员伤亡和资源损失。2005至2014年，我国煤矿死亡10人以上的事故共发生192起，死亡人数3519人，其中瓦斯爆炸占42.7％，死亡人数占47.37％。高瓦斯易自燃矿井存在大量火区，不仅积压大量煤炭资源和设备，可爆炸性瓦斯与煤自然发火相互作用，更加剧了瓦斯爆炸动力灾害的严重性，是煤矿重特大事故的严重隐患。有关资料显示，国内外曾发生多起火区封闭或者启封应急处置过程中的瓦斯爆炸事故。在爆炸事故中，进行火区封闭或者启封时大多数会发生瓦斯爆炸，有的甚至发生多次爆炸，火区封闭过程中发生瓦斯爆炸，已经严重威胁到了下井救灾人员的生命安全。
在灾害应急处置时，应在努力减小灾害损失的同时，尽可能地保障应急救援人员的安全。因此，在应急处置瓦斯爆炸热动力灾害过程中，尤其要采取有效的措施防止二次爆炸、多次爆炸事故的发生。现阶段我国主要的瓦斯阻隔爆的技术措施有：隔爆水袋、隔爆岩粉棚及自动隔爆装置等。这些阻隔爆炸技术的技术属于灾后控制，只能在灾害发生后一定程度上控制瓦斯爆炸危害程度及波及范围，仍然无法从源头上预防二次瓦斯爆炸灾害的发生。因此，有必要为矿井瓦斯防治开辟新的途径，尤其是矿井瓦斯爆炸热动力灾害应急处置过程中的快速抑爆技术，在二次爆炸灾害发生之前改变危险区域环境条件，控制二次爆炸条件(爆炸物、氧气和引爆火源)的形成，以便在灾害处置的时候最大限度地保障救援人员安全，减小或避免爆炸伤害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，该应急处置装置结构精巧，使用安全可靠，预防二次爆炸灾害效果好，操作简便，装置反应快捷，可推广应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：包括气体供给系统、区域隔离系统、环境监测系统、爆炸危险性判定系统和控制系统；
所述气体供给系统包括设置在地面上的CO2气化装置、设置在井下的制氮机组和输气管道，所述CO2气化装置包括依次连接连通的液态CO2储罐和液态CO2气化炉，所述输气管道具有两个输气端和多个出气端，所述两个输气端分别与所述CO2气化装置和制氮机组连通，然后输气管道的出气端穿过井筒(包括竖井或斜井)进入工作面巷道内，固定安装在工作面巷道的侧壁上，所述工作面巷道包括采煤工作面和掘进工作面，所述出气端设置有多个电动闸阀；
所述区域隔离系统包括均匀安装在工作面巷道内的输气管道上的多个在额定工作压力差值下自启动的单向阀和多个三通电磁阀，所述三通电磁阀通过风管连接风幕机；
所述环境监测系统包括多个均匀布设在工作面巷道内的用于监测CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4和C2H6六种气体的气体浓度的多参数气体传感器，所述多参数气体传感器安装在单向阀正上方的巷道顶板的中间位置；
所述爆炸危险性判定系统包括利用多参数气体传感器传输的气体浓度信息判定井下巷道密闭区域不同区段多元混合气体爆炸危险性的的爆炸三角形判定仪，所述爆炸三角形判定仪与多参数气体传感器无线连接。
所述控制系统包括设置在地面上的计算机控制室内的计算机控制系统，所述电动闸阀、三通电磁阀和风幕机均计算机控制系统远程无线连接，所述爆炸三角形判定仪放置于所述计算机控制室，与计算机控制系统连接。
优选地，所述区域隔离系统中的单向阀通过管道三通固定连接在输气管道上，两个所述三通电磁阀等距布置在一个单向阀两侧的输气管道上，所述风幕机垂直输气管道横向固定在工作面巷道顶板上，所述风管的一端连通三通电磁阀，风管的另一端连通风幕机，所述风管通过多个固定卡扣固定在工作面巷道侧壁上。
优选地，所述输气管道上位于液态CO2气化炉的出口位置沿输气方向依次安装有气体增压泵、阀门和压力表，所述输气管道上位于制氮机组气体出口处安装有阀门。
优选地，所述电动闸阀和三通电磁阀均为防爆型。
一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置对矿井热动力灾害区域的应急处置方法为：
第一步、在矿井采煤工作面或者掘进工作面发生瓦斯爆炸后，井下作业人员撤离并启用密闭墙封闭工作面巷道，在计算机控制室远程启动输气管道上的电动闸阀，封堵输气管道；
第二步、当井下的制氮机组处于安全区域时，人工在井下手动启动制氮机组，此时输气管道中输送的气体是N2；当井下的制氮机组处于危险区域时，井下人员全部撤离，此时开启地面CO2汽化装置向井下通过输气管道输送气体，此时输气管道中输送的气体是CO2；
第三步、CO2或N2进入密闭区域输气管道后，输气管道内压力升高，管道内外压差达到额定值时，单向阀启动，向密闭区域释放CO2或N2；
第四步、气体释放过程中，多参数气体传感器持续采集密闭区域内不同位置处的CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4、C2H6的气体浓度参数，将数据传输至爆炸三角形判定仪，判定密闭区域不同位置的爆炸危险性；
第五步、如果判定密闭区域混合气体仍在爆炸范围内，继续向密闭区域释放CO2或N2，直到判定结果不在爆炸范围时，通过地面的计算机控制室远程控制三通电磁阀和风幕机启动，从风幕机中吹出CO2或N2，，形成隔离气幕，此时单向阀持续处于开启状态，实现爆炸灾害危险区域隔离，然后应急人员启封密闭进入灾害区域，快速处置灾害。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明设计的惰性气体供给系统，当制氮机组所处位置有危险时，使用地面上的CO2气化装置获得惰性气体，从而使获得惰性气体的方式多样且安全快捷，设计合理，应急响应迅速。
2、本发明中设计的多个多参数气体传感器能实时监测密闭区域内的CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4、C2H6的气体浓度，检测结果精确，及时传输给爆炸三角形判定仪，迅速判断密闭区域内的爆炸危险性。
3、本发明中设计的区域惰化隔离系统通过由压力差自动控制启闭的单向阀输出惰性气体，再通过远程控制风幕机和三通电磁阀形成隔离气幕，该设计合理精巧，能有效分隔密闭区域，实现精确操控，为救援人员的工作提供安全便捷的工作环境。
4、本发明设计合理，结构精巧，能在井下二次灾害发生之前改变危险区域的环境条件，抑制爆炸条件的形成，实现爆炸灾害危险区域隔离，以便在灾害处置的时候最大限度地保障救援人员安全，减小或避免二次爆炸伤害。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中的密闭区域输气管道与区域惰化系统的连接结构主视图。
图3是本发明中的密闭区域输气管道与区域隔离系统的连接结构侧视图。
图4是本发明的应急处置流程图。
附图标记说明：
1—液态CO2储罐； 2—液态CO2气化炉； 3—气体增压泵；
4—阀门； 5—压力表； 6—输气管道；
7—井筒； 8—制氮机组； 9—密闭墙；
10—电动闸阀； 11—工作面巷道； 12—扩散态气体；
13—多参数气体传感器； 14—管道三通； 15—单向阀；
16—风幕机； 17—隔离气幕； 18—工作面巷道顶板；
19—工作面巷道底板； 20—三通电磁阀； 21—固定卡扣；
22—风管； 23—地面； 24—采煤工作面；
25—掘进工作面。
具体实施方式
本发明包括气体供给系统、区域隔离系统、环境监测系统、爆炸危险性判定系统和控制系统。
如图1所示，所述气体供给系统包括设置在地面上的CO2气化装置、设置在井下的制氮机组8和输气管道6，所述CO2气化装置包括依次连接连通的液态CO2储罐1和液态CO2气化炉2，所述输气管道6具有两个输气端和多个出气端，所述两个输气端分别与所述CO2气化装置和制氮机组8连通，然后输气管道6的出气端穿过井筒7(包括竖井或斜井)进入工作面巷道11内，固定安装在工作面巷道11的侧壁上，所述工作面巷道11包括采煤工作面24和掘进工作面25，所述出气端设置有多个电动闸阀10。
如图2和图3所示，所述区域隔离系统包括均匀安装在工作面巷道11内的输气管道6上的多个在管道内外的压力差大于1.2MPa时自启动的单向阀15和多个三通电磁阀20，所述三通电磁阀20通过风管22连接风幕机16。
所述环境监测系统包括多个均匀布设在工作面巷道11内的用于监测CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4和C2H6六种气体的气体浓度的多参数气体传感器13，所述多参数气体传感器13安装在单向阀15正上方的巷道顶板18的中间位置。
所述爆炸危险性判定系统包括爆炸三角形判定仪，所述爆炸三角形判定仪与所述多参数气体传感器13无线连接，述爆炸三角形判定仪用于利用井下巷道密闭区域不同区段多元混合气体爆炸危险性的多参数气体传感器13传输的信号判定井下巷道密闭区域爆炸，所述爆炸三角形判定仪优选用BMK-Ⅱ型爆炸三角形测定仪，所述爆炸三角形判定仪可固定放置于井上的计算机控制室与计算机控制系统连接，也可由救援人员随身携带进入井下，便于对井下巷道密闭区域是否发生爆炸进行实时监控和判断。
所述控制系统包括设置在地面计算机控制室内的计算机控制系统，所述计算机控制系统与电动闸阀10、三通电磁阀20和风幕机16无线连接，从而实现远程接收多参数气体传感器13传输的信号，并将数据信号传输给爆炸三角形测定仪，依据判定结果远程控制电动闸阀10和三通电磁阀20的启闭。
本实施例中，所述电动闸阀10选用防爆型电动闸阀，防爆型电动闸阀的型号根据输气管道6的尺寸选择，所述风幕机根据工作面巷道11的巷宽选用合适长度的风幕机，形成的隔离气幕在巷道纵向的厚度不小于1.2米，且隔离气幕截面能完全覆盖巷道的截面，保证气幕两侧之间的完全隔离，可有效抑制巷道内爆炸的传播。
本实施例中，所述区域隔离系统中的单向阀15通过管道三通14固定连接在输气管道6上，两个所述三通电磁阀20等距布置在一个单向阀15两侧的输气管道6上，所述风幕机16垂直输气管道6横向固定在工作面巷道顶板18上，所述风管22的一端连通三通电磁阀20，风管22的另一端连通风幕机16，所述风管22通过多个固定卡扣21固定在工作面巷道侧壁上。
本实施例中，所述三通电磁阀20选用磐澜ExdⅡCT5型防爆电磁阀。
本实施例中，所述输气管道6上位于液态CO2气化炉2的出口位置沿输气方向依次安装有气体增压泵3、阀门4和压力表5，所述输气管道6上位于制氮机组8气体出口处安装有阀门4。
如图4所示，利用上述CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置应急处理矿井热动力灾害区域，该应急处理的方法包括以下步骤：
第一步、在矿井采煤工作面或者掘进工作面发生瓦斯爆炸后，井下作业人员撤离井下并启用密闭墙9封闭工作面巷道11，在计算机控制室远程启动输气管道6上的电动闸阀10，封堵输气管道6；
第二步、当井下的制氮机组8处于安全区域时，人工在井下手动启动制氮机组8，此时输气管道6中输送的气体是N2；当井下的制氮机组8处于危险区域时，井下人员全部撤离井下，此时开启地面CO2汽化装置向井下通过输气管道6输送气体，此时输气管道6中输送的气体是CO2；
第三步、CO2或N2进入密闭区域输气管道6后，输气管道6内压力升高，管道内外压差达到额定值时，单向阀15启动，向密闭区域释放CO2或N2；
第四步、气体释放过程中，多参数气体传感器13持续采集密闭区域内不同位置处的CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4、C2H6的气体浓度参数，并将该气体浓度信息传输至爆炸三角形判定仪，由爆炸三角形判定仪判定密闭区域不同位置的爆炸危险性；
第五步、如果判定密闭区域混合气体仍在爆炸范围内，继续向密闭区域释放CO2或N2，直到判定结果不在爆炸范围时，通过地面的计算机控制室远程控制三通电磁阀20和风幕机16启动，从风幕机16中吹出CO2或N2，形成隔离气幕17，此时单向阀15持续处于开启状态，实现爆炸灾害危险区域隔离，然后应急人员启封密闭进入灾害区域，快速处置灾害。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，包括气体供给系统、区域隔离系统、环境监测系统、爆炸危险性判定系统和控制系统；
所述气体供给系统包括设置在地面上的CO2气化装置、设置在井下的制氮机组(8)和输气管道(6)，所述CO2气化装置包括依次连接的液态CO2储罐(1)和液态CO2气化炉(2)，所述输气管道(6)的一端连通所述CO2气化装置和制氮机组(8)，输气管道(6)的另一端布设在工作面巷道(11)内，所述工作面巷道(11)包括采煤工作面(24)和掘进工作面(25)，所述输气管道(6)多个末端出气口处设置有多个电动闸阀(10)；
所述区域隔离系统包括均匀安装在工作面巷道(11)内的输气管道(6)上的多个在额定工作压力差值下自启动的单向阀(15)和多个三通电磁阀(20)，所述三通电磁阀(20)通过风管(22)连接风幕机(16)；
所述环境监测系统包括多个均匀布设在工作面巷道(11)内的用于检测CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4和C2H6六种气体的气体浓度的多参数气体传感器(13)，所述多参数气体传感器(13)安装在单向阀(15)正上方的巷道顶板(18)的中间位置；
所述爆炸危险性判定系统包括利用多参数气体传感器(13)传输的气体浓度信息判定井下巷道密闭区域不同区段多元混合气体爆炸危险性的的爆炸三角形判定仪，所述爆炸三角形判定仪与多参数气体传感器(13)远程无线连接；
所述控制系统包括分别与电动闸阀(10)、三通电磁阀(20)和爆炸三角形判定仪远程无线连接的计算机控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，所述区域隔离系统中的单向阀(15)通过管道三通(14)固定连接在输气管道(6)上，两个所述三通电磁阀(20)等距布置在一个单向阀(15)两侧的输气管道(6)上，所述风幕机(16)垂直输气管道(6)横向固定在工作面巷道顶板(18)上，所述风管(22)的一端连通三通电磁阀(20)，风管(22)的另一端连通风幕机(16)，所述风管(22)通过多个固定卡扣(21)固定在工作面巷道侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，所述输气管道(6)上位于液态CO2气化炉(2)的出口位置沿输气方向依次安装有气体增压泵(3)、阀门(4)和压力表(5)，所述输气管道(6)上位于制氮机组(8)气体出口处安装有阀门(4)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，所述电动闸阀(10)和三通电磁阀(20)均为防爆型。
5.一种利用权利要求1所述的CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置对矿井热动力灾害区域进行应急处置，其特征在于，该应急处置的方法包括以下步骤：
第一步、在矿井采煤工作面(24)或者掘进工作面(25)发生瓦斯爆炸后，井下作业人员撤离并启用密闭墙(9)封闭工作面巷道(11)，通过计算机控制系统远程启动输气管道(6)上的电动闸阀(10)，封堵输气管道(6)；
第二步、当井下的制氮机组(8)处于安全区域时，人工在井下手动启动制氮机组(8)，此时输气管道(6)中输送的气体是N2；当井下的制氮机组(8)处于危险区域时，井下人员全部撤离地下，此时开启地面CO2汽化装置向井下通过输气管道(6)输送气体，此时输气管道(6)中输送的气体是CO2；
第三步、CO2或N2进入密闭区域输气管道(6)后，输气管道(6)内压力升高，管道内外压差达到额定值时，单向阀(15)启动，向密闭区域释放CO2或N2；
第四步、气体释放过程中，多参数气体传感器(13)持续采集密闭区域内不同位置处的CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4、C2H6的气体浓度参数，将数据传输至爆炸三角形判定仪，判定密闭区域不同位置的爆炸危险性；
第五步、如果判定密闭区域混合气体仍在爆炸范围内，继续向密闭区域释放CO2或N2，直到判定结果不在爆炸范围时，通过计算机控制系统远程控制三通电磁阀(20)和风幕机(16)启动，从风幕机(16)中吹出CO2或N2，，形成隔离气幕(17)，此时单向阀(15)持续处于开启状态，实现爆炸灾害危险区域隔离，然后应急人员启封密闭进入灾害区域，快速处置灾害。
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