CN110671027B - 一种截能式矿井爆炸波消减装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种截能式矿井爆炸波消减装置，包括隔爆系统和辅助闭门系统，隔爆系统包括门框、隔爆门、支撑栅以及虚门，门框安装在盲巷的入口处，隔爆门与门框通过铰链连接固定，支撑栅按竖向布置于门框内、且与门框固定连接，隔爆门位于支撑栅的前端，虚门位于支撑栅的后端且固定在门框上，辅助闭门系统包括限位柱、旋转框架、迎波门、钢丝绳和滑轮组，限位柱为两个分别位于隔爆门的两侧，旋转框架穿套在限位柱上，迎波门为两组对称布置于盲巷的尽头，迎波门的外端和旋转框架之间使用钢丝绳连接构成联动机构，钢丝绳上设置有滑轮组，滑轮组固定在巷道的壁面上；本发明可将部分爆炸波能量暂时截留和封存在盲巷空间内，以降低爆炸波的冲击危害。

Description

一种截能式矿井爆炸波消减装置

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，特别是一种截能式矿井爆炸波消减装置。

背景技术

瓦斯爆炸是煤矿最严重的灾害事故，爆炸产生的爆炸冲击波会造成人员伤亡、设备设施损毁、巷道坍塌、顶部冒落等严重后果。目前，煤矿瓦斯爆炸事故防治以预防为主，即从源头上消除瓦斯爆炸事故的发生隐患，并通过在巷道中布设岩棚、水棚等隔爆、阻爆等设施来阻止爆炸传播和减弱爆炸强度。抢险救灾实践表明，在一些重大煤矿瓦斯爆炸事故中，强烈的爆炸波能波及到地面，摧毁风井防爆门、引风硐等通风设施，进而严重影响矿井灾后恢复通风等救援工作的开展。这说明，我国煤矿现行的隔爆、阻爆技术措施还不完备和充分，亟需新的消波技术来丰富和补强。

为防止井下和地面设备设施免遭爆炸波的破坏，以凿岩爆破为主要落矿方法的金属矿山，通常在实施大爆破之前，通过临时构建木垛、钢丝网等各类阻波墙来防止强烈爆炸波的形成。在以机械开挖为主要落矿方法的煤矿山，爆炸冲击波的产生是突发、偶发的，预先在生产巷道中构筑类似金属矿山的阻波、消波设施，会影响通风、行人和运输等生产活动，故而难以实施。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的在于针对煤矿井下爆炸灾害防治中存在的问题，利用爆炸波在盲巷内的传播规律和特点，提出一种截能式爆炸波消减装置，将部分爆炸波能量暂时截留和封存在盲巷空间内，以降低爆炸波的冲击危害。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种截能式矿井爆炸波消减装置，位于盲巷内，所述截能式矿井爆炸波消减装置包括隔爆系统和辅助闭门系统，所述隔爆系统包括门框、隔爆门、支撑栅以及虚门，所述门框安装在盲巷的入口处，固定在盲巷的周边壁面上，所述隔爆门与门框通过铰链连接固定，所述支撑栅按竖向布置于门框内、且与门框固定连接，所述隔爆门位于支撑栅的前端，所述虚门位于支撑栅的后端且固定在门框上，所述辅助闭门系统包括限位柱、旋转框架、迎波门、钢丝绳和滑轮组，所述限位柱的上端固定在巷道的顶部内、下端固定在巷道的底板内，所述限位柱为两个，分别位于隔爆门的两侧、且左右对称设计，限位柱的主要作用是限制隔爆门的最大开启位置和作为旋转框架的转轴，所述旋转框架穿套在限位柱上，所述迎波门为两组对称布置于盲巷的尽头，所述迎波门固定在盲巷上，所述迎波门的外端和旋转框架之间使用钢丝绳连接构成联动机构，所述钢丝绳上设置有滑轮组，所述滑轮组固定在巷道的壁面上；在正常工况下，隔爆门向盲巷内侧开启至限位柱处，开启角度在75°左右；迎波门开启角度在50°左右，在爆炸工况下，爆炸波到达盲巷入口处时，分为两道波，一道拐弯后继续传播，一道直冲盲巷；冲向盲巷的爆炸波，首先击碎虚门体，穿过支撑栅，进入盲巷内部；随即冲向盲巷尽头的迎波门，并将其压合；迎波门闭合过程中，经钢丝绳牵拉驱使旋转框架转动，后者转动则会推动隔爆门闭合一定角度；当爆炸波在盲巷尽头产生的反射波到达后，带动隔爆门完全闭合，将盲巷和外部巷道隔离开来；由于盲巷内气压高于外部巷道，盲巷内高压气体会通过隔爆门闭合后的缝隙缓慢释放到主巷中；

进一步的，所述旋转框架包括辐板、立柱和增径套，所述辐板中心穿套在限位柱上，所述辐板为两组、且由两端的立柱连接固定，所述增径套套接在立柱上；

进一步的，所述支撑栅为若干个楔形钢制栅条，所述支撑栅可通过焊接、插接、螺栓连接等方式同门框固连为一体，若干个楔形钢制栅条中至少两个栅条之间的间距满足人员侧向通过要求，作为必要的维护出入口，支撑栅的主要作用是支撑闭合后的隔爆门，同时对虚门也起支撑稳固作用；支撑栅可降低对隔爆门的刚度要求，相应可减少隔爆门的重量和转动惯量，进而增加其闭合动作的灵活性；

进一步的，所述旋转框架与限位柱的连接处设置有限位卡环，所述限位卡环约束旋转框架的孔向运动和旋转角度范围；

进一步的，所述限位柱为钢质空心圆柱体，所述立柱为钢制轴件用于固定辐板，所述增径套为硬质塑料件；

进一步的，所述辅助闭门系统的迎波门与盲巷的岩壁之间设置有吸能垫，吸能垫安装在盲巷端面岩壁上，采用慢回弹缓冲吸能材料制成，当迎波门被压合后，浸于吸能垫中，受气流压力作用，能保持较长时间的吸合状态，进而能使钢丝绳不回撤，旋转框架始终能顶推隔爆门；所述迎波门包括门柱、门体和合页，所述门柱固定在盲巷的墙壁上，所述门体通过合页与门柱连接固定，所述门体的外端通过钢丝绳与旋转框架相连接；

进一步的，所述门柱为槽钢和矩形钢制成的结构件，用于安装门体，所述门体由钢板和型钢焊接制成，所述隔爆系统的门框是由矩形钢和槽钢焊接而成的矩形钢结构件，所述隔爆门由钢板和型钢焊制而成；

进一步的，所述门体为多个、且数量与旋转框架相同，形成一对一联控关系，设置多个门体的目的是减小门体的惯性；

进一步的，所述迎波门的门体总面积是隔爆门面积的1/3至1/2；

进一步的，所述隔爆门与门框的接触面上铺设有缓冲垫，用于减弱二者间的碰撞冲击，所述缓冲垫由硬质缓冲材料制成、且呈窄条状，所述虚门为若干个长条形阻燃塑料扣板，若干个长条形阻燃塑料扣板横向逐条扣合、且两端嵌扣在门框周边预设的凹槽内，在正常工况下起密封盲巷作用。

本发明截能式矿井爆炸波消减装置的技术原理为：利用爆炸波反射波压力高于入射波的规律，借助反射波、入射波之间的压力差驱动隔爆门自动闭合，将爆炸波的一部分能量暂时截留和封存，并最终将其安全地释放出去。利用钢丝绳、滑轮组、旋转框架，使隔爆门和迎波门之间组成联动机构，迎波门在爆炸波压力作用下闭合，同时带动隔爆门闭合一定角度，使其更易于在反射波作用下完全闭合。反射波、入射波之间的压力差对隔爆门闭合起主导作用，辅助闭门系统起辅助作用。

与现有技术相比，本发明的截能式矿井爆炸波消减装置具有以下优点及有益效果：

（1）当爆炸波到达时，隔爆门处于开启状态，遭受的冲击较小；采用支撑栅设计，降低了隔爆门的抗爆要求，相应降低其转动惯量，使之更适应快速闭合的应用环境；采用旋转框架推动隔爆门闭合，较钢丝绳直接牵引方式更为可靠。这些设计特点，增强了该爆炸波消减装置在复杂冲击环境中的可靠性和有效性。

（2）利用爆炸波自身能量，驱动隔爆门自动闭合，将部分爆炸波能量暂时截留和封存，对爆炸波能量的消减直接且有效。

（3）该爆炸波消减装置安装矿井现有巷道之外，相对独立和隐蔽，不影响矿井正常生产。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明截能式矿井爆炸波消减装置的隔爆门闭合前结构示意图；

图2为本发明截能式矿井爆炸波消减装置的隔爆门闭合中结构示意图；

图3为本发明截能式矿井爆炸波消减装置的隔爆门闭合后结构示意图；

图4为本发明截能式矿井爆炸波消减装置隐去巷道的结构示意图；

图5为本发明截能式矿井爆炸波消减装置的隔爆系统结构示意图；

图6为本发明截能式矿井爆炸波消减装置的旋转框架结构示意图；

图7为本发明截能式矿井爆炸波消减装置的迎波门结构示意图；

图中：1-盲巷，2-主巷，3-门框，4-隔爆门，5-铰链，6-支撑栅，7-缓冲垫，8-虚门，9-限位柱，10-旋转框架，11-迎波门，12-吸能垫，13-滑轮组，14-钢丝绳，15-限位卡环，1001-辐板，1002-立柱，1003-增径套，1101-门柱，1102-门体，1103-合页。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1-7所示的截能式矿井爆炸波消减装置，位于盲巷1内，所述截能式矿井爆炸波消减装置包括隔爆系统和辅助闭门系统，所述隔爆系统包括门框3、隔爆门4、支撑栅6以及虚门8，所述门框3安装在盲巷1的入口处，固定在盲巷1的周边壁面上，所述隔爆门4与门框3通过铰链5连接固定所述支撑栅6按竖向布置于门框3内、且与门框3固定连接，所述隔爆门4位于支撑栅6的前端，所述虚门8位于支撑栅6的后端且固定在门框3上，所述辅助闭门系统包括限位柱9、旋转框架10、迎波门11、钢丝绳14和滑轮组13，所述限位柱9的上端固定在巷道的顶部内、下端固定在巷道的底板内，所述限位柱9为两个，分别位于隔爆门4的两侧、且左右对称设计，限位柱9的主要作用是限制隔爆门4的最大开启位置和作为旋转框架10的转轴，所述旋转框架10穿套在限位柱9上，所述迎波门11为两组对称布置于盲巷1的尽头，所述迎波门11的中间固定在盲巷1岩壁上，所述迎波门11的外端和旋转框架10之间使用钢丝绳14连接构成联动机构，所述钢丝绳14上设置有滑轮组13，所述滑轮组13固定在巷道的壁面上；在正常工况下，隔爆门4向盲巷1内侧开启至限位柱9处，开启角度在75°左右；迎波门11开启角度在50°左右，在爆炸工况下，爆炸波到达盲巷1入口处时，分为两道波，一道拐弯后继续传播，一道直冲盲巷1；冲向盲巷1的爆炸波，首先击碎虚门8，穿过支撑栅6，进入盲巷1内部；随即冲向盲巷1尽头的迎波门11，并将其压合；迎波门闭合过程中，经钢丝绳14牵拉驱使旋转框架10转动，后者转动则会推动隔爆门4闭合一定角度；当爆炸波在盲巷1尽头产生的反射波到达后，带动隔爆门4完全闭合，将盲巷1和主巷2隔离开来；由于盲巷1内气压高于主巷2，盲巷1内高压气体会通过隔爆门4闭合后的缝隙缓慢释放到主巷2中。

参考图6，所述旋转框架10包括辐板1001、立柱1002和增径套1003，所述辐板1001中心穿套在限位柱9上，所述辐板1001为两组、且由两端的立柱1002连接固定，所述增径套1003套接在立柱1002上；所述旋转框架10与限位柱9的连接处设置有限位卡环15，所述限位卡15环约束旋转框架10的孔向运动和旋转角度范围；所述限位柱9为钢质空心圆柱体，所述立柱1002为钢制轴件用于固定辐板1001，所述增径套1003为硬质塑料件。

参考图4，所述支撑栅6为若干个楔形钢制栅条，所述支撑栅6可通过焊接、插接、螺栓连接等方式同门框3固连为一体，若干个楔形钢制栅条中至少两个栅条之间的间距满足人员侧向通过要求，作为必要的维护出入口，支撑栅6的主要作用是支撑闭合后的隔爆门4，同时对虚门8也起支撑稳固作用；支撑栅6可降低对隔爆门4的刚度要求，相应可减少隔爆门4的重量和转动惯量，进而增加其闭合动作的灵活性。

参考图1-6，所述迎波门11与盲巷1的岩壁之间设置有吸能垫12，吸能垫12安装在盲巷1端面岩壁上，采用慢回弹缓冲吸能材料制成，当迎波门11被压合后，浸于吸能垫12中，受气流压力作用，能保持较长时间的吸合状态，进而能使钢丝绳14不回撤，旋转框架10始终能顶推隔爆门4；参考图7，所述迎波门11包括门柱1101、门体1102和合页1103，所述门柱1101固定在盲巷1的墙壁上，所述门体1102通过合页1103与门柱1101连接固定，所述门体1102的外端通过钢丝绳14与旋转框架14相连接。

如图7所示，所述门柱1101为槽钢和矩形钢制成的结构件，用于安装门体1102，所述门体1102由钢板和型钢焊接制成，所述隔爆系统的门框3是由矩形钢和槽钢焊接而成的矩形钢结构件，所述隔爆门4由钢板和型钢焊制而成；所述迎波门11的门体1102为多个、且数量与旋转框架10相同，形成一对一联控关系，设置多个门体1102的目的是减小门体的惯性；所述迎波门11的门体总面积是隔爆门4面积的1/3至1/2。

所述隔爆门4与门框3的接触面上铺设有缓冲垫7，用于减弱二者间的碰撞冲击，所述缓冲垫7由硬质缓冲材料制成、且呈窄条状，所述虚门8为若干个长条形阻燃塑料扣板，若干个长条形阻燃塑料扣板横向逐条扣合、且两端嵌扣在门框3周边预设的凹槽内，在正常工况下起密封盲巷1作用。

本发明截能式矿井爆炸波消减装置的各种工况：在正常状况下，隔爆门向盲巷内侧开启至限位柱处，开启角度在75°左右；迎波门开启角度在50°左右；隔爆门预先处于开启状态，可减少对爆炸波进入盲巷的阻碍，避免隔爆门遭受爆炸波正面冲击。在爆炸工况下，爆炸波首先冲碎虚门体，进入盲巷内部，冲击迎波门并将其压合在盲巷端面上的吸能垫中；迎波门闭合过程中，经钢丝绳牵拉驱使旋转框架转动，后者转动则会推动隔爆门闭合一定角度；爆炸波在盲巷尽头发生反射形成反射波，反射波到达隔爆门位置时，带动隔爆门完全闭合，将盲巷同外部巷道隔离开来；由于盲巷内气压高于外部巷道，盲巷内高压气体将通过隔爆门闭合后的缝隙缓慢泄放出去。在矿井灾后恢复过程中，择机将本截能式矿井爆炸波消减装置恢复至正常工作状态。

本发明提出的截能式矿井爆炸波消减装置技术原理为：利用爆炸波反射波压力高于入射波的特点，借助爆炸波自身压力和能量驱动隔爆门自动闭合，将爆炸波的一部分能量暂时截留和封存，并最终将其安全地释放出去。利用钢丝绳、导向滑轮组、旋转框架，在锁波门和迎波门之间建立联动关系，迎波门在爆炸波作用下闭合，同时带动隔爆门闭合一定角度，使其更易于在反射波作用下完全闭合。反射波、入射波之间的压力差对锁波门闭合其主导作用，辅助闭门系统起辅助作用。

本发明截能式矿井爆炸波消减装置的安装施工过程为：若矿井井筒及巷道运输条件允许，门框、隔爆门等大型结构件在地面完成组装，整体运至井下安装地点待装；若条件不允许，则在安装地点完成结构件的焊接装配作业。安装时，首先盲巷入口处沿周边壁面掏挖安装槽，槽宽略大于门框宽度。将门框嵌入槽中，设法浇筑混凝土充填加固。穿过门框中预留孔，向安装槽岩壁内打孔，安装锚杆最终固定门框，而后依次安装隔爆门、限位柱、旋转框架、迎波门等构件。其中限位柱要插入到巷道顶底板柱穴中，用混凝土浇注加固，同时用法兰盘（环）和锚杆进一步加固；安装滑轮组、钢丝绳，将迎波门和旋转框架联系起来；调整隔爆门和迎波门至设计开启位置；最后安装支撑栅和虚门。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种截能式矿井爆炸波消减装置，位于盲巷内，其特征在于，所述截能式矿井爆炸波消减装置包括隔爆系统和辅助闭门系统，所述隔爆系统包括门框、隔爆门、支撑栅以及虚门，所述门框安装在盲巷的入口处，固定在盲巷的周边壁面上，所述隔爆门与门框通过铰链连接固定，所述支撑栅按竖向布置于门框内、且与门框固定连接，所述隔爆门位于支撑栅的前端，所述虚门位于支撑栅的后端且固定在门框上，所述虚门为若干个长条形阻燃塑料扣板，若干个长条形阻燃塑料扣板横向逐条扣合、且两端嵌扣在门框周边预设的凹槽内，所述辅助闭门系统包括限位柱、旋转框架、迎波门、钢丝绳和滑轮组，所述限位柱的上端固定在巷道的顶部内、下端固定在巷道的底板内，所述限位柱为两个，分别位于隔爆门的两侧、且左右对称设计，所述旋转框架穿套在限位柱上，所述迎波门为两组对称布置于盲巷的尽头，所述迎波门固定在盲巷上，所述迎波门的外端和旋转框架之间使用钢丝绳连接构成联动机构，所述钢丝绳上设置有滑轮组，所述滑轮组固定在巷道的壁面上；所述迎波门包括门柱、门体和合页，所述门柱固定在盲巷的墙壁上，所述门体通过合页与门柱连接固定，所述门体的外端通过钢丝绳与旋转框架相连接。

2.根据权利要求1所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述旋转框架包括辐板、立柱和增径套，所述辐板中心穿套在限位柱上，所述辐板为两组、且由两端的立柱连接固定，所述增径套套接在立柱上。

3.根据权利要求1所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述支撑栅为若干个楔形钢制栅条，所述支撑栅通过焊接、插接或螺栓连接中任意一种方式同门框固连为一体，若干个楔形钢制栅条中至少两个栅条之间的间距满足人员侧向通过要求。

4.根据权利要求2所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述旋转框架与限位柱的连接处设置有限位卡环，所述限位卡环约束旋转框架的孔向运动和旋转角度范围。

5.根据权利要求4所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述限位柱为钢质空心圆柱体，所述立柱为钢制轴件用于固定辐板，所述增径套为硬质塑料件。

6.根据权利要求1所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述辅助闭门系统的迎波门与盲巷的岩壁之间设置有吸能垫。

7.根据权利要求1所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述门柱为槽钢和矩形钢制成的结构件，用于安装门体，所述门体由钢板和型钢焊接制成，所述隔爆系统的门框是由矩形钢和槽钢焊接而成的矩形钢结构件，所述隔爆门由钢板和型钢焊制而成。

8.根据权利要求7所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述门体为多个、且数量与旋转框架相同，形成一对一联控关系。

9.根据权利要求8所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述迎波门的门体总面积是隔爆门面积的1/3至1/2。

10.根据权利要求1所述的截能式矿井爆炸波消减装置，其特征在于，所述隔爆门与门框的接触面上铺设有缓冲垫，所述缓冲垫由硬质缓冲材料制成、且呈窄条状。

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