CN111810217B - 一种煤矿风井辅助防爆系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿风井辅助防爆系统，设置在风井的井口，风井的井口周围设置有井口基体，井口基体由钢筋混凝土浇筑而成，井口基体的上端安装有主防爆门，井口基体向上突出地面并延长出一段井壁，井壁上按圆周阵列方式间隔设置若干辅助泄爆通道，所述辅助泄爆通道贯通井壁，所辅助泄爆通道内嵌金属泄爆管道，金属泄爆管道与井口基体通过水泥浇筑固定为一体，金属泄爆管道外侧端焊接有法兰盘，所述法兰盘上安装有辅助防爆门；辅助泄爆通道可以实现对爆炸冲击波的预先泄压和过程泄压，辅助泄爆通道将大幅降低爆炸冲击波对井口主防爆门的冲击和破坏作用；辅助防爆门的门板和支撑骨架分离设计，泄爆效果好，对爆炸冲击具有适应性，自身不宜被破坏。

Description

一种煤矿风井辅助防爆系统

技术领域

本发明涉及煤矿风井安全技术领域，特别是一种煤矿风井辅助防爆系统及泄爆方法，用于减小煤矿风井主防爆门所遭受的爆炸波冲击。

背景技术

煤矿风井防爆门是保护矿井主通风机的重要泄爆设施，其作用是在爆炸事故中快速泄放风井中的爆炸冲击气流，从而保护煤矿主通风机免遭破坏性冲击。

目前，我国煤矿立风井普遍采用一种钟形防爆门，它由门体、密封油槽、滑轮架、配重、牵引钢丝绳等组成。该型防爆门缺少可靠的导向机构，且无缓冲和限位机构，抗爆能力低。在爆炸事故中，一旦该型防爆门被冲开，很难再次落回原位，甚至被冲飞而远离井口，导致通风系统长时间无法恢复，致使井下大量遇险人员因无法及时获得新鲜空气而中毒窒息伤亡。本世纪以来，多起重特大煤矿爆炸事故中接连暴露了现行煤矿风井防爆门的缺陷和隐患问题，已引起人们关注。

针对现行风井防爆门的缺陷和隐患，围绕防爆门灾后快速复位的技术目标，国内提出了众多新型风井防爆门，普遍从导向、缓冲、限位等方面来增强防爆门的抗爆性能和复位可靠性；然而，风井防爆门为大型结构体，会在爆炸中获得巨大的冲击能量，对其施加导向、缓冲、限位等技术措施难度极大，且相应技术成本也非常高昂。

发明内容

为了克服各种新型防爆门所面临的共性难题，本发明的目的是要提供一种煤矿风井辅助防爆系统，用于减小煤矿风井主防爆门所遭受的爆炸波冲击。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种煤矿风井辅助防爆系统，设置在风井的井口，所述风井的井口周围设置有井口基体，所述井口基体呈圆柱状、且由钢筋混凝土浇筑而成，所述井口基体的上端安装有主防爆门，所述井口基体向上突出地面并延长出一段井壁，所述井壁上按圆周阵列方式间隔设置若干辅助泄爆通道，所述辅助泄爆通道贯通井壁，所述辅助泄爆通道的外部出口处的井壁面为平面，未留设辅助泄爆通道的井壁厚度大于设置有辅助泄爆通道的井壁厚度，以保证井壁的抗爆强度，所述辅助泄爆通道内嵌金属泄爆管道，以保证辅助泄爆通道的抗爆性能，并为安设主防爆门提供牢固宽裕的基础，所述金属泄爆管道与井口基体通过水泥浇筑固定为一体，所述金属泄爆管道外侧端焊接有法兰盘，所述法兰盘上安装有辅助防爆门；当风井内发生爆炸时，爆炸冲击波到达辅助泄爆通道入口位置时，发生分流，部分沿辅助泄爆通道冲出，会大幅削弱了冲击波主体部分的压力；当爆炸冲击波触击主防爆门后，会形成强烈的反射冲击波，部分反射波沿辅助泄爆通道泄出，使得反射冲击波压力快速衰减，辅助泄爆通道将大幅降低爆炸冲击波对井口主防爆门的冲击和破坏作用；这样主防爆门的安全防护就容易得到保证，相关防护技术难度大为降低；

进一步的，所述辅助泄爆通道倾斜布置，所述辅助泄爆通道的轴线与风井轴线之间呈40°-50°夹角，所述辅助泄爆通道的内部入口到井口的距离大于辅助泄爆通道的长度，目的是当发生爆炸时，爆炸冲击波可以先从辅助泄爆通道内预先泄出一部分，再到达主防爆门；

进一步的，所述辅助防爆门包括门板、支撑骨架、门体基座，所述门板和支撑骨架分别使用合页安装在门体基座上，所述门体基座为柱状钢结构件，所述门体基座采用螺栓或焊接的方式安设在金属泄爆管道的法兰盘上；

进一步的，所述门板是由薄钢板和橡胶皮粘接而成的矩形复合板件；整体具有一定的柔性，其中橡胶皮具有缓冲碰撞和改善密封效果两种作用；

进一步的，所述支撑骨架由外框和支撑栅栏焊制而成，所述外框由矩形钢管焊接形成，所述外框内焊接支撑栅栏；支撑骨架的外框应较宽，以保证有足够大的密封接触面积，而内部支撑栅栏又较窄，以尽可能减小结构遭受冲击的面积，支撑骨架的作用是支撑门板，使其在通风负压作用下不发生凹陷；

进一步的，所述支撑骨架与门板、法兰盘的接触面的两面上均铺设有密封垫，所述密封垫为橡胶材质的垫层；使得门板与支撑骨架之间、支撑骨架与法兰盘之间构成橡胶—橡胶接触关系，以保证密封效果；

进一步的，所述辅助泄爆通道的出口两侧井壁上对称安装有两个滑轨，两个滑轨分别位于辅助防爆门的两侧，两个滑轨的滑槽底部均焊接有起到限位作用的堵头；滑轨为条状钢结构件，可由槽钢和钢条加工而成；

进一步的，两个滑轨之间设置有缓冲托盘，所述缓冲托盘是由钢板制成的矩形板件，所述缓冲托盘的两侧边嵌入到两个滑轨的滑槽中、沿滑轨上下滑动，所述缓冲托盘的外表面上粘接有缓冲块，所述缓冲块采用聚氨酯柔缓冲材料制成；

进一步的，所述缓冲托盘的上端焊接有锁头，所述井口基体上焊接有锁座，所述锁头与锁座相匹配、并由锁栓固定，实现缓冲托盘的锁定功能，通常情况下，缓冲托盘被锁栓锁定在锁座上，当矿井反风时，人工拔出锁栓，缓冲托盘快速滑落，覆压在门板上方，可阻止正压通风时门板向外鼓出。

与现有技术相比，本发明的煤矿风井辅助防爆系统具备以下有益效果：

1、本发明的煤矿风井辅助防爆系统在原有井口基体的基础上向上延伸出一段井壁，在井壁上开挖辅助泄爆通道，辅助泄爆通道可以实现对爆炸冲击波的预先泄压和过程泄压，由于辅助泄爆通道的内部入口到井口的距离大于辅助泄爆通道的长度，使得爆炸冲击波先到达辅助泄爆通道，实现预先泄压，而当爆炸冲击波到达主防爆门时，形成反射冲击波，部分反射波沿辅助泄爆通道泄出，使得反射冲击波压力快速衰减，完成过程泄压，辅助泄爆通道将大幅降低爆炸冲击波对井口主防爆门的冲击和破坏作用；这样主防爆门的安全防护就容易得到保证，相关防护技术难度大为降低。

2、本发明的辅助泄爆通道上安装辅助防爆门，辅助防爆门的门板和支撑骨架分离设计，门板为薄钢板和胶皮的复合板，质量轻，开启速度快，泄爆效果好，且具有柔性，对爆炸冲击具有适应性，自身不宜被破坏。支撑骨架中只有支撑栅栏处于泄爆通道内，由于其迎波面很窄，受到的冲击相对较小，故而支撑骨架也不宜被爆炸波冲毁。门板和支撑骨架均通过合页实现旋转，而不是固定不动，使辅助防爆门能具有很高的抗爆性能。

3、本发明的缓冲托盘滑动设置在两个滑轨之间，一方面能较好的覆盖门板，防止门板鼓起；另一方面，操作快速便捷，以减少反风准备时间。

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是本发明辅助泄爆通道布置方法立体示意图；

图2是本发明图1中的A-A剖面示意图；

图3是本发明金属泄爆管道结构示意图；

图4是本发明的煤矿风井辅助防爆系统在正常工况下结构示意图；

图5是本发明的煤矿风井辅助防爆系统在反风工况结构示意图；

图6是本发明的煤矿风井辅助防爆系统在爆炸工况结构与布置示意图；

图7是本发明的辅助防爆门结构示意图；

图8是本发明的辅助防爆门主体部分结构示意图；

图9为本发明图5中B处放大结构示意图。

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1-8所示的煤矿风井辅助防爆系统，设置在风井的井口，所述风井的井口周围设置有井口基体1，所述井口基体1呈圆柱状、且由钢筋混凝土浇筑而成，所述井口基体1的上端安装有主防爆门2，所述井口基体1向上突出地面并延长出一段井壁101，所述井壁101上按圆周阵列方式间隔设置若干辅助泄爆通道3，所述辅助泄爆通道3贯通井壁101，所述辅助泄爆通道3的外部出口处的井壁101面为平面，未留设辅助泄爆通道3的井壁101厚度大于设置有辅助泄爆通道3的井壁101厚度，以保证井壁101的抗爆强度，所述辅助泄爆通道3内嵌金属泄爆管道4，以保证辅助泄爆通道3的抗爆性能，并为安设主防爆门2提供牢固宽裕的基础，所述金属泄爆管道4与井口基体1通过水泥浇筑固定为一体，所述金属泄爆管道4外侧端焊接有法兰盘401，所述法兰盘401上安装有辅助防爆门；当风井内发生爆炸时，爆炸冲击波到达辅助泄爆通道3入口位置时，发生分流，部分沿辅助泄爆通道3冲出，会大幅削弱了冲击波主体部分的压力；当爆炸冲击波触击主防爆门2后，会形成强烈的反射冲击波，部分反射波沿辅助泄爆通道3泄出，使得反射冲击波压力快速衰减，辅助泄爆通道3将大幅降低爆炸冲击波对井口主防爆门的冲击和破坏作用；这样主防爆门2的安全防护就容易得到保证，相关防护技术难度大为降低。

如图2-3所示，在本实施例中，所述辅助泄爆通道3倾斜布置，所述辅助泄爆通道3的轴线与风井轴线之间呈40°-50°夹角，向上倾斜设置可以使冲击波快速泄出，所述辅助泄爆通道3的内部入口到井口的距离大于辅助泄爆通道3的长度，目的是当发生爆炸时，爆炸冲击波可以先从辅助泄爆通道3内预先泄出一部分，再到达主防爆门2。

如图4-8所示，在本实施例中，所述辅助防爆门包括门板5、支撑骨架6、门体基座7，所述门板5和支撑骨架6分别使用合页8安装在门体基座7上，所述门体基座7为柱状钢结构件，所述门体基座7采用螺栓或焊接的方式安设在金属泄爆管道4的法兰盘401上。所述门板5是由薄钢板和橡胶皮粘接而成的矩形复合板件；整体具有一定的柔性，其中橡胶皮具有缓冲碰撞和改善密封效果两种作用；

如图7-8所示，在本实施例中，所述支撑骨架6由外框601和支撑栅栏602焊制而成，所述外框601由矩形钢管焊接形成，所述外框601内焊接支撑栅栏602；支撑骨架6的外框601应较宽，以保证有足够大的密封接触面积，而内部支撑栅栏602又较窄，以尽可能减小结构遭受冲击的面积，支撑骨架6的作用是支撑门板5，使其在通风负压作用下不发生凹陷。

如图6、8所示，在本实施例中，所述支撑骨架6与门板5、法兰盘401的接触面的两面上均铺设有密封垫9，所述密封垫9为橡胶材质的垫层；使得门板5与支撑骨架6之间、支撑骨架6与法兰盘401之间构成橡胶—橡胶接触关系，以保证密封效果。

如图4-7所示，在本实施例中，所述辅助泄爆通道3的出口两侧井壁上对称安装有两个滑轨10，两个滑轨10分别位于辅助防爆门的两侧，两个滑轨10的滑槽底部均焊接有起到限位作用的堵头；滑轨10为条状钢结构件，可由槽钢和钢条加工而成，两个滑轨10之间设置有缓冲托盘11，所述缓冲托盘11是由钢板制成的矩形板件，所述缓冲托盘11的两侧边嵌入到两个滑轨10的滑槽中、沿滑轨11上下滑动，所述缓冲托盘11的外表面上粘接有缓冲块12，所述缓冲块12采用聚氨酯柔缓冲材料制成。

如图9所示，在本实施例中，所述缓冲托盘11的上端焊接有锁头13，所述井口基体1上焊接有锁座14，所述锁头13与锁座14相匹配、并由锁栓15固定，实现缓冲托盘11的锁定功能，通常情况下，缓冲托盘11被锁栓15锁定在锁座14上，当矿井反风时，人工拔出锁栓15，缓冲托盘11快速滑落，覆压在门板5上方，可阻止正压通风时门板5向外鼓出。

本发明提出的煤矿风井辅助防爆系统的技术原理为：

（1）在正常工况下，防爆门的门板5、支撑骨架6被通风负压吸合法兰盘401上，密封辅助泄爆通道3。

（2）在爆炸工况下，爆炸冲击波快速将门板5冲开，释放爆炸压力；门板5具有一定的柔性，会适应爆炸压力和自身惯性分布而发生有益的弹性变形，以减小对合页8的冲击；支撑骨架6的外框601在泄爆口之外，不受爆炸冲击，仅支撑栅栏602受到冲击，因而支撑骨架6整体受到的冲击较小。门板5被冲开后，撞击到缓冲块12上，随后自身还可能受到支撑骨架6的撞击。由于缓冲块12和橡胶皮的缓冲和吸振作用，门板5、支撑骨架6、合页8等结构件均不宜被破坏。待爆炸气流过后，门板5、支撑骨架6在自重作用下，旋转下落复位，重新封盖辅助泄爆通道3出口。

（3）在反风工况下，操作人员快速拔出锁栓15，解锁缓冲托盘11，靠其自重作用，沿滑轨10下滑至下限位置，停靠并覆压在门板5之上。正压通风后，由于缓冲托盘11的的覆压作用，门板5不会被风压鼓开，从而保障正压通风顺利实施。

（4）在停风工况下，主防爆门2自动打开，实现自然通风。辅助防爆门因失去负压吸合作用而处于虚掩状态，基本不参与自然通风过程。

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 (7)

1.一种煤矿风井辅助防爆系统，设置在风井的井口，所述风井的井口周围设置有井口基体，所述井口基体呈圆柱状、且由钢筋混凝土浇筑而成，所述井口基体的上端安装有主防爆门，其特征在于，所述井口基体向上突出地面并延长出一段井壁，所述井壁上按圆周阵列方式间隔设置若干辅助泄爆通道，所述辅助泄爆通道贯通井壁，所述辅助泄爆通道的外部出口处的井壁面为平面，未留设辅助泄爆通道的井壁厚度大于设置有辅助泄爆通道的井壁厚度，以保证井壁的抗爆强度，所述辅助泄爆通道内嵌金属泄爆管道，以保证辅助泄爆通道的抗爆性能，所述金属泄爆管道与井口基体通过水泥浇筑固定为一体，所述金属泄爆管道外侧端焊接有法兰盘，所述法兰盘上安装有辅助防爆门，所述辅助泄爆通道的出口两侧井壁上对称安装有两个滑轨，两个滑轨分别位于辅助防爆门的两侧，两个滑轨的滑槽底部均焊接有起到限位作用的堵头，两个滑轨之间设置有缓冲托盘，所述缓冲托盘是由钢板制成的矩形板件，所述缓冲托盘的两侧边嵌入到两个滑轨的滑槽中、沿滑轨上下滑动，所述缓冲托盘的外表面上粘接有缓冲块，所述缓冲块采用聚氨酯柔缓冲材料制成。

2.根据权利要求1所述的煤矿风井辅助防爆系统，其特征在于，所述辅助泄爆通道倾斜布置，所述辅助泄爆通道的轴线与风井轴线之间呈40°-50°夹角，所述辅助泄爆通道内部入口大于外部出口、整体呈喇叭锥状，所述辅助泄爆通道的内部入口到井口的距离大于辅助泄爆通道的长度。

3.根据权利要求1所述的煤矿风井辅助防爆系统，其特征在于，所述辅助防爆门包括门板、支撑骨架、门体基座，所述门板和支撑骨架分别使用合页安装在门体基座上，所述门体基座为柱状钢结构件，所述门体基座采用螺栓或焊接的方式安设在金属泄爆管道的法兰盘上。

4.根据权利要求3所述的煤矿风井辅助防爆系统，其特征在于，所述门板是由薄钢板和橡胶皮粘接而成的矩形复合板件。

5.根据权利要求3所述的煤矿风井辅助防爆系统，其特征在于，所述支撑骨架由外框和支撑栅栏焊制而成，所述外框由矩形钢管焊接形成，所述外框内焊接支撑栅栏。

6.根据权利要求3所述的煤矿风井辅助防爆系统，其特征在于，所述支撑骨架与门板、法兰盘的接触面上均铺设有密封垫，所述密封垫为橡胶材质的垫层。

7.根据权利要求1所述的煤矿风井辅助防爆系统，其特征在于，所述缓冲托盘的上端焊接有锁头，所述井口基体上焊接有锁座，所述锁头与锁座相匹配、并由锁栓固定。

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