CN110219690B - 一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置及其使用方法，包括探测处理传感装置、垂落式强化帆布装置和水与凝胶喷射装置，探测处理传感装置为两个，每个探测处理传感装置包括爆炸特征参数探测器、信号处理单元、控制单元和电源；垂落式强化帆布装置为多个，每个垂落式强化帆布装置包括滚动轴、强化帆布和触发驱动电机；在相邻两个垂落式强化帆布装置之间的巷道内至少设有一个惰性气体喷射装置；水与凝胶喷射装置为多个，水与凝胶喷射装置包括储水喷射单元、喷水导管、强化胶体储存喷射单元和胶体液压喷射导管。本发明通过多种方式联合作用，从而起到阻止爆炸火焰波的冲击力使其无法继续传播，从而减轻爆炸危害性和继发性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔爆抑火装置及其使用方法，具体是一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置及其使用方法。
背景技术
在煤矿生产过程中，各种爆炸事故严重威胁着煤矿工人的生命安全，其中瓦斯爆炸尤为严重，它是制约煤炭工业发展的重要因素之一。随着矿井开采深度及强度的增加，瓦斯的威胁也越来越大，如何解决瓦斯爆炸问题成为煤矿安全、高效生产的重大问题。目前所使用的煤矿抑爆隔爆方法包括两种：一种是被动的隔爆水棚及岩粉棚，利用冲击波倾覆悬挂在井巷上部的隔爆棚，形成水雾带等隔绝火焰；一种是主动的自动抑爆方法利用火焰和压力传感器等探测设备，探测到爆炸特征时，通过机械或爆炸方式将水、岩粉等抑爆材料喷射形成隔幕，从而阻止火焰波的继续传播。这两种方法本质上是相同的，都是利用水或惰性物质等在不同方式下形成隔离带，当火焰波经过时造成其温度降低从而熄灭。但由于火焰波中冲击力的影响，会导致隔离带受冲击扩大范围，造成隔离区抑爆剂密度变小，且由于火焰波的内聚力特征，从而导致抑爆效果不佳。因此如何阻止爆炸火焰波的冲击力使其无法继续传播，从而减轻爆炸危害性和继发性，是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置及其使用方法，通过多种方式联合作用，从而起到阻止爆炸火焰波的冲击力使其无法继续传播，从而减轻爆炸危害性和继发性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置，包括探测处理传感装置、垂落式强化帆布装置和水与凝胶喷射装置，
所述探测处理传感装置为两个，两个探测处理传感装置分别设置在巷道两侧，每个探测处理传感装置包括爆炸特征参数探测器、信号处理单元、控制单元和电源，爆炸特征参数探测器与信号处理单元电连接，信号处理单元与控制单元电连接，电源为爆炸特征参数探测器、信号处理单元、控制单元供电；所述爆炸特征参数探测器包括压力传感器、温度传感器、CO传感器和CH传感器，用于检测巷道中的压力、温度、CO浓度和CH浓度数据；
所述垂落式强化帆布装置为多个，每个垂落式强化帆布装置包括滚动轴、强化帆布和触发驱动电机，滚动轴和触发驱动电机装在巷道顶部，触发驱动电机的输出轴与滚动轴同轴连接，强化帆布一端与滚动轴圆周面连接、且强化帆布卷在滚动轴上呈卷盘状，触发驱动电机与控制单元电连接；
在相邻两个垂落式强化帆布装置之间的巷道内至少设有一个惰性气体喷射装置，惰性气体喷射装置包括惰性气体发生喷射单元和惰性气体喷射导管，惰性气体发生喷射单元固定在巷道侧壁上，惰性气体喷射导管与惰性气体发生喷射单元连通，惰性气体发生喷射单元与控制单元电连接；
所述水与凝胶喷射装置为多个，每个水与凝胶喷射装置均对应一个垂落式强化帆布装置；水与凝胶喷射装置包括储水喷射单元、喷水导管、强化胶体储存喷射单元和胶体液压喷射导管，储水喷射单元和强化胶体储存喷射单元分别设置在强化帆布两侧、且储水喷射单元更靠近回采工作面，这样当发生爆炸时能直接对来临的冲击波和火焰进行喷水降温，喷水导管与储水喷射单元连通，胶体液压喷射导管与强化胶体储存喷射单元连通，储水喷射单元和强化胶体储存喷射单元均与控制单元电连接。
进一步，所述垂落式强化帆布装置所处巷道的两侧均开设硐室，每个硐室的两端分别开设前风门和后风门，且信号处理单元、控制单元和电源装在硐室内。将上述装置放置在硐室内，能在火焰及冲击波来临后，防止其对上述装置进行直接冲击，从而保证上述装置的正常工作。另外设置硐室，能在发生爆炸时，巷道内的工作人员通过前风门和后风门进出硐室，从而穿过强化帆布封闭的巷道段。
进一步，所述强化帆布为由两层复合阻燃帆布组成，两层复合阻燃帆布之间通过多个弹簧连接；复合阻燃帆布由无机纤维、耐高温钢质和氢氧化镁复合制成。采用这种已知的复合阻燃帆布能保证其阻燃和防冲击的效果，另外这种强化帆布结构能使强化帆布整体韧性增强，脆度降低，对冲击波起到更好的缓冲作用。
进一步，所述惰性气体发生喷射单元为带有自动控制阀的高压惰性气体罐、且自动控制阀与控制单元电连接；储水喷射单元为带有电动水泵的储水罐、且电动水泵与控制单元电连接；强化胶体储存喷射单元为带有驱动泵的强化胶体罐、且驱动泵与控制单元电连接。
一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置的使用方法，具体步骤为：
A、在控制单元内预先存储压力阈值、温度阈值、CO浓度阈值和CH浓度阈值；
B、当巷道内发生爆炸时，爆炸冲击波和火焰沿巷道方向传播，爆炸特征参数探测器中的压力传感器、温度传感器、CO传感器和CH传感器实时检测各自周围的数据，并通过信号处理单元降噪处理后传递给控制单元；
C、控制单元将实时检测的各个数据与存储的各个阈值进行比较，若其中任一个传感器的实时检测值大于设定的阈值，则控制单元同时控制触发驱动电机、储水喷射单元、强化胶体储存喷射单元和惰性气体发生喷射单元开始工作；
触发驱动电机工作后带动滚动轴转动，使强化帆布落下对巷道进行封堵；
储水喷射单元工作后向强化帆布的一侧表面及巷道内喷水，用于对强化帆布湿润、巷道内降温和扑灭火焰锋面；
强化胶体储存喷射单元工作后将强化胶体喷射到下落过程中强化帆布的另一侧表面，强化胶体堆积凝固在强化帆布表面，能提高强化帆布的抗冲击能力和防火能力；
惰性气体发生喷射单元工作后向相邻两个强化帆布封堵的巷道内注入惰性气体，使该段巷道内的氧气浓度降低，提高阻燃效果；
D、通过触发驱动电机、储水喷射单元、强化胶体储存喷射单元和惰性气体发生喷射单元共同作用完成对巷道内爆炸的隔爆抑火过程。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)巷道两侧布置的探测处理传感装置能够对巷道中的爆炸特征参数进行迅速、准确地的收集和处理，及时开启巷道两侧的触发驱动电机、储水喷射单元、强化胶体储存喷射单元和惰性气体发生喷射单元，有效的对巷道中发生的爆炸和火焰进行隔离和抑制，巷道表面分布的多种探测器进一步提高了隔爆抑燃装置的可靠性；
(2)利用垂落式帆布作为框架，快凝强化胶体作为支撑材料，弹簧作为缓冲材料，可以在短时间内形成胶体封堵墙，有效的阻隔爆炸产生的冲击波，消耗爆炸中产生的巨大能量，减少爆炸的破坏性，多段的胶体封堵墙可以起到叠加防护的效果，进一步的增强了隔爆效果
(3)胶体封堵墙之间进行惰性气体喷射可以营造出一个惰性气体空间，大幅度降低巷道中的氧气浓度，爆炸传播到这段巷道时会得到有效的抑制，另外人员避险时，通过前后风门穿越隔爆巷道，可以大大提高逃生几率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是本发明中强化帆布的结构示意图。
图中：11、爆炸特征参数探测器，12、信号处理单元，13、控制单元，14、电源，15、导线；21、滚动轴，22、强化帆布，23、弹簧，24、触发驱动电机，31、储水喷射单元，32、强化胶体储存喷射单元，33、喷水导管，34、胶体液压喷射导管；41、惰性气体发生喷射单元，42、惰性气体喷射导管；51、冲击波，52、火焰；61、前风门，62、后风门；7、巷道；8硐室。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置，包括探测处理传感装置、垂落式强化帆布装置和水与凝胶喷射装置，
所述探测处理传感装置为两个，两个探测处理传感装置分别设置在巷道两侧，每个探测处理传感装置包括爆炸特征参数探测器11、信号处理单元12、控制单元13和电源14，爆炸特征参数探测器11与信号处理单元12电连接，信号处理单元12与控制单元13电连接，电源14为爆炸特征参数探测器11、信号处理单元12、控制单元13供电；所述爆炸特征参数探测器11包括压力传感器、温度传感器、CO传感器和CH4传感器，用于检测巷道7中的压力、温度、CO浓度和CH4浓度数据；
所述垂落式强化帆布装置为多个，每个垂落式强化帆布装置包括滚动轴21、强化帆布22和触发驱动电机24，滚动轴21和触发驱动电机24装在巷道顶部，触发驱动电机24的输出轴与滚动轴21同轴连接，强化帆布22一端与滚动轴21圆周面连接、且强化帆布22卷在滚动轴21上呈卷盘状，触发驱动电机24与控制单元13电连接；
在相邻两个垂落式强化帆布装置之间的巷道7内至少设有一个惰性气体喷射装置4，惰性气体喷射装置4包括惰性气体发生喷射单元41和惰性气体喷射导管42，惰性气体发生喷射单元41固定在巷道侧壁上，惰性气体喷射导管42与惰性气体发生喷射单元41连通，惰性气体发生喷射单元41与控制单元13电连接；
所述水与凝胶喷射装置为多个，每个水与凝胶喷射装置均对应一个垂落式强化帆布装置；水与凝胶喷射装置包括储水喷射单元31、喷水导管33、强化胶体储存喷射单元32和胶体液压喷射导管34，储水喷射单元31和强化胶体储存喷射单元32分别设置在强化帆布22两侧、且储水喷射单元31更靠近回采工作面，这样当发生爆炸时能直接对来临的冲击波51和火焰52进行喷水降温，喷水导管33与储水喷射单元31连通，胶体液压喷射导管34与强化胶体储存喷射单元32连通，储水喷射单元31和强化胶体储存喷射单元32均与控制单元13电连接。
进一步，所述垂落式强化帆布装置所处巷道7的两侧均开设硐室8，每个硐室的两端分别开设前风门61和后风门62，且信号处理单元12、控制单元13和电源14装在硐室8内。将上述装置放置在硐室8内，能在火焰52及冲击波51来临后，防止其对上述装置进行直接冲击，从而保证上述装置的正常工作。另外设置硐室8，能在发生爆炸时，巷道7内的工作人员通过前风门61和后风门62进出硐室8，从而穿过强化帆布封闭的巷道段。
进一步，所述强化帆布22为由两层复合阻燃帆布组成，两层复合阻燃帆布之间通过多个弹簧23连接；复合阻燃帆布由无机纤维、耐高温钢质和氢氧化镁复合制成。采用这种已知的复合阻燃帆布能保证其阻燃和防冲击的效果，另外这种强化帆布22结构能使强化帆布整体韧性增强，脆度降低，对冲击波起到更好的缓冲作用。
进一步，所述惰性气体发生喷射单元41为带有自动控制阀的高压惰性气体罐、且自动控制阀与控制单元13电连接；储水喷射单元31为带有电动水泵的储水罐、且电动水泵与控制单元13电连接；强化胶体储存喷射单元32为带有驱动泵的强化胶体罐、且驱动泵与控制单元13电连接。
一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置的使用方法，具体步骤为：
A、在控制单元13内预先存储压力阈值、温度阈值、CO浓度阈值和CH4浓度阈值；
B、当巷道7内发生爆炸时，爆炸冲击波51和火焰52沿巷道7方向传播，爆炸特征参数探测器11中的压力传感器、温度传感器、CO传感器和CH4传感器实时检测各自周围的数据，并通过信号处理单元12降噪处理后传递给控制单元13；
C、控制单元13将实时检测的各个数据与存储的各个阈值进行比较，若其中任一个传感器的实时检测值大于设定的阈值，则控制单元13同时控制触发驱动电机24、储水喷射单元31、强化胶体储存喷射单元32和惰性气体发生喷射单元41开始工作；
触发驱动电机24工作后带动滚动轴21转动，使强化帆布22落下对巷道7进行封堵；
储水喷射单元31工作后向强化帆布22的一侧表面及巷道7内喷水，用于对强化帆布22湿润、巷道7内降温和扑灭火焰锋面；
强化胶体储存喷射单元32工作后将强化胶体喷射到下落过程中强化帆布22的另一侧表面，强化胶体堆积凝固在强化帆布22表面，能提高强化帆布22的抗冲击能力和防火能力；
惰性气体发生喷射单元41工作后向相邻两个强化帆布22封堵的巷道7内注入惰性气体，使该段巷道7内的氧气浓度降低，提高阻燃效果；
D、通过触发驱动电机24、储水喷射单元31、强化胶体储存喷射单元32和惰性气体发生喷射单元41共同作用完成对巷道7内爆炸的隔爆抑火过程。
上述控制单元13采用单片机，并采用已知控制程序预先存储压力阈值、温度阈值、CO浓度阈值和CH4浓度阈值；以及对实时检测值进行阈值比较，若超过阈值对触发驱动电机24、储水喷射单元31、强化胶体储存喷射单元32和惰性气体发生喷射单元41进行开启。
Claims (5)
1.一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置，其特征在于，包括探测处理传感装置、垂落式强化帆布装置和水与凝胶喷射装置，
所述探测处理传感装置为两个，两个探测处理传感装置分别设置在巷道(7)两侧，每个探测处理传感装置包括爆炸特征参数探测器(11)、信号处理单元(12)、控制单元(13)和电源(14)，爆炸特征参数探测器(11)与信号处理单元(12)电连接，信号处理单元(12)与控制单元(13)电连接，电源(14)为爆炸特征参数探测器(11)、信号处理单元(12)、控制单元(13)供电；所述爆炸特征参数探测器(11)包括压力传感器、温度传感器、CO传感器和CH4传感器，用于检测巷道(7)中的压力、温度、CO浓度和CH4浓度数据；
所述垂落式强化帆布装置为多个，每个垂落式强化帆布装置包括滚动轴(21)、强化帆布(22)和触发驱动电机(24)，滚动轴(21)和触发驱动电机(24)装在巷道(7)顶部，触发驱动电机(24)的输出轴与滚动轴(21)同轴连接，强化帆布(22)一端与滚动轴(21)圆周面连接、且强化帆布(22)卷在滚动轴(21)上呈卷盘状，触发驱动电机(24)与控制单元(13)电连接；
在相邻两个垂落式强化帆布装置之间的巷道内至少设有一个惰性气体喷射装置，惰性气体喷射装置包括惰性气体发生喷射单元(41)和惰性气体喷射导管(42)，惰性气体发生喷射单元(41)固定在巷道(7)侧壁上，惰性气体喷射导管(42)与惰性气体发生喷射单元(41)连通，惰性气体发生喷射单元(41)与控制单元(13)电连接；
所述水与凝胶喷射装置为多个，每个水与凝胶喷射装置均对应一个垂落式强化帆布装置；水与凝胶喷射装置包括储水喷射单元(31)、喷水导管(33)、强化胶体储存喷射单元(32)和胶体液压喷射导管(34)，储水喷射单元(31)和强化胶体储存喷射单元(32)分别设置在强化帆布(22)两侧、且储水喷射单元(31)更靠近回采工作面，喷水导管(33)与储水喷射单元(31)连通，胶体液压喷射导管(34)与强化胶体储存喷射单元(32)连通，储水喷射单元(31)和强化胶体储存喷射单元(32)均与控制单元(13)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置，其特征在于，所述垂落式强化帆布装置所处巷道(7)的两侧均开设硐室(8)，每个硐室(8)的两端分别开设前风门(61)和后风门(62)，且信号处理单元(12)、控制单元(13)和电源(14)装在硐室(8)内。
3.根据权利要求1所述的一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置，其特征在于，所述强化帆布(22)为由两层复合阻燃帆布组成，两层复合阻燃帆布之间通过多个弹簧(23)连接；复合阻燃帆布由无机纤维、耐高温钢质和氢氧化镁复合制成。
4.根据权利要求1所述的一种矿用垂落式主动隔爆抑火装置，其特征在于，所述惰性气体发生喷射单元(41)为带有自动控制阀的高压惰性气体罐、且自动控制阀与控制单元(13)电连接；储水喷射单元(31)为带有电动水泵的储水罐、且电动水泵与控制单元(13)电连接；强化胶体储存喷射单元(32)为带有驱动泵的强化胶体罐、且驱动泵与控制单元(13)电连接。
5.一种根据权利要求1所述的矿用垂落式主动隔爆抑火装置的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
A、在控制单元(13)内预先存储压力阈值、温度阈值、CO浓度阈值和CH4浓度阈值；
B、当巷道(7)内发生爆炸时，爆炸冲击波(51)和火焰(52)沿巷道方向传播，爆炸特征参数探测器(11)中的压力传感器、温度传感器、CO传感器和CH4传感器实时检测各自周围的数据，并通过信号处理单元(12)降噪处理后传递给控制单元(13)；
C、控制单元(13)将实时检测的各个数据与存储的各个阈值进行比较，若其中任一个传感器的实时检测值大于设定的阈值，则控制单元(13)同时控制触发驱动电机(24)、储水喷射单元(31)、强化胶体储存喷射单元(32)和惰性气体发生喷射单元(41)开始工作；
触发驱动电机(24)工作后带动滚动轴(21)转动，使强化帆布(22)落下对巷道进行封堵；
储水喷射单元(31)工作后向强化帆布(22)的一侧表面及巷道(7)内喷水，用于对强化帆布(22)湿润、巷道内降温和扑灭火焰锋面；
强化胶体储存喷射单元(32)工作后将强化胶体喷射到下落过程中强化帆布(22)的另一侧表面，强化胶体堆积凝固在强化帆布(22)表面；
惰性气体发生喷射单元(41)工作后向相邻两个强化帆布(22)封堵的巷道内注入惰性气体，使该段巷道内的氧气浓度降低；
D、通过触发驱动电机(24)、储水喷射单元(31)、强化胶体储存喷射单元(32)和惰性气体发生喷射单元(41)共同作用完成对巷道内爆炸的隔爆抑火过程。
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