CN117627712A - 一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯及使用方法，包括固定层、保护层、包裹层和核心层；其中包裹层与核心层具有较好的变形能力，并且核心层内破碎岩块颗粒相互自由接触，在具有变形能力的同时对火焰具有较好的阻隔作用；本发明对爆炸火焰具有复合淬熄与吸能作用，能够有效阻断采空区内瓦斯爆炸火焰向作业区域的传播，在隔开采空区与作业区域的同时，也减少了上下隅角处向采空区的漏风量；另外固定层和保护层也有形变能力，使得隔爆毯整体具有变形能力，在回采过程中，隔爆毯能够随采空区顶板垮落程度变化而发生变形，而且能够随采空区上下隅角处巷帮或顶板的变形而不脱离巷帮或顶板，适用于回采工作面/采空区动态变化场景下的隔爆。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻隔采空区瓦斯爆炸的装置及方法，具体为一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯及使用方法，属于瓦斯爆炸防护技术领域。
背景技术
煤炭在世界能源结构中占重要地位，是全球主要能源的来源。煤炭未来仍将长期保持高强度开采。煤矿采空区瓦斯爆炸严重威胁煤炭生产安全，往往造成重大伤亡，近年来仍时有发生。有效阻断采空区瓦斯爆炸向作业区域的传播对于保障安全开采以及提高防灾抗灾能力具有重要意义。
现有预防采空区瓦斯爆炸主要有降低瓦斯浓度(即瓦斯抽采方式)，消除火源(即注阻化剂或惰气的方式)以及控风(即控制氧气浓度的方式)等方法，即通过控制爆炸三要素来实现瓦斯爆炸的预防。然而，对于瓦斯抽采的方式，并不能完全消除或控制采空区瓦斯浓度，尤其是邻近采空区与邻近层瓦斯的涌入；注阻化剂或惰气的方式则因无法覆盖所有遗煤或消除危险区域而无法避免点火源的形成；对于控风方法，因地质条件与矿山活动的影响而无法完全控制漏风通道的形成，进而形成供氧条件。可知上述方法均无法彻底消除瓦斯爆炸发生的可能性，只能是尽可能降低发生瓦斯爆炸的概率。
基于上述原因，由于无法完全避免瓦斯爆炸的发生，因此针对采空区瓦斯爆炸需要进行隔爆防护，即缩小采空区瓦斯爆炸产生的火焰及冲击波对周围区域造成影响的范围，有学者提出将泡沫陶瓷布置在采空区上下隅角，利用其多孔结构淬熄爆炸火焰。然而，泡沫陶瓷结构具有显著的脆性，受力易破碎，仅适用于周围无回采工作面的位置，不适于安装在动态变化的回采工作面，由于回采时会发生振动等情况，极易使泡沫陶瓷结构发生破碎，不仅无法阻断采空区瓦斯爆炸火焰，甚至可能产生湍流激励，增大爆炸强度。另外泡沫金属也具有显著的抑爆效果，但其受压后多孔结构破坏，无法消耗大量的活性自由基，抑爆效果会显著下降。同时，泡沫金属易发生延展破坏，在回采工作面动态推进过程中，在持续弯折作用下发生破裂，也会导致抑爆失效，而且有增强瓦斯爆炸的风险。公开号为CN101858226A的中国专利公开了一种消波吸能的隔爆抑爆方法，提出沿巷道壁面布置金属网以消耗爆炸波的能量，但该方法仅是通过逐渐消耗爆炸波能量实现抑爆作用，其无法阻断爆炸火焰及压力波的传播，而且金属网本身淬熄火焰的能力有限，因易变形产生孔洞而无法应用于阻断采空区瓦斯爆炸的传播。
综上，现有抑爆材料或方法难以适应回采工作面的动态推进场景，无法有效将采空区与作业区域持续隔开，场景空间结构的复杂性易导致抑爆失效。因此，在煤炭回采过程中，具有显著隔爆能力，且能够适应作业场景动态变化的隔爆装置对于实现采空区瓦斯爆炸防控、对提高煤矿安全生产水平具有重要现实意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯及使用方法，其能够适应回采工作面推进过程中的动态变形，具有显著的隔爆能力；通过将采空区与作业区域隔开，能够有效解决采空区瓦斯爆炸传播至作业区域的问题，避免灾害的扩大，提高矿井的防灾抗灾水平。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，包括固定层、保护层、包裹层和核心层；
所述核心层由破碎岩块颗粒组成，且各破碎岩块颗粒之间为自由接触，用于瓦斯爆炸时淬熄火焰、耗散冲击波；
所述包裹层为两个，两个包裹层对称布设在核心层两侧，用于将核心层包裹防止破碎岩块颗粒撒落；
所述保护层为两个，两个保护层对称布设在两个包裹层外侧，用于保护包裹层；
所述固定层为两个，两个固定层对称布设在两个保护层外侧、并采用紧固钢丝穿过保护层、包裹层和核心层使两个固定层连接，对固定层、保护层、包裹层和核心层压紧固定。
进一步，所述破碎岩块颗粒的粒径为10～15mm；且其采用的岩块的岩性为花岗岩或砂岩。采用上述岩性及粒径参数形成核心层，具有更好的淬熄火焰、耗散冲击波的效果。
进一步，所述包裹层由不锈钢丝棉制成，所述不锈钢丝棉的单根钢丝纤维直径1～2mm，包裹层的层厚为4.5～5.5mm。采用该材质使包裹层具有显著的柔韧性和变形能力，不仅能防止核心层颗粒撒落，同时也具有淬熄火焰、耗散冲击波的作用，进一步提高隔爆毯的阻隔效果。
进一步，所述保护层由双层不锈钢网组成，所述双层不锈钢网的网孔尺寸为10～20mm。采用该结构形成保护层，能进一步对包裹层的保护，从而提高隔爆毯的使用寿命。
进一步，所述固定层为钢丝绳网，所述钢丝绳网采用直径6～8mm的钢丝编制而成。这种结构保证了固定层的稳定性，便于隔板毯的布设及安装。
上述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯的使用方法，具体步骤为：
A、选择隔爆毯并对其边缘加固：根据需要选择对应数量的隔爆毯，在每个隔爆毯的边缘均安装U型连接件，并采用紧固螺栓将U型连接件与隔爆毯紧固连接，用于对隔爆毯的边缘加固；
B、在回采工作面布置隔爆毯：在回采初期，从回采工作面中部向两侧逐步安装隔爆毯，首先将隔爆毯呈捆状悬挂在液压支架下方，并为液压支架护帮板留有动作空间；然后放下液压支架将隔爆毯一端布置在液压支架顶梁；随后升起液压支架支撑顶板，隔爆毯位于顶板与支架顶梁之间，如此按顺序向工作面两侧分别布设多个隔爆毯，然后连接各个隔爆毯；
C、在工作面上下隅角处布置隔爆毯：当液压支架与巷帮煤体之间无空间时，隔爆毯布置方式采用步骤B的布置方式；当液压支架与巷帮煤体之间存在一定空间时，则将各个隔爆毯沿顶板与巷帮煤体布置，并采用短锚杆使各个隔爆毯固定在顶板及巷帮煤体表面，然后连接各个隔爆毯，以保证隔爆毯能够完全将工作面与采空区隔开；
D、煤炭开采及隔爆防护：完成一定范围的隔爆毯布置后，开始进行煤炭开采，并随着工作面推进，重复步骤B和C，直至隔爆毯逐渐进入采空区；在煤炭开采过程中，若采空区发生瓦斯爆炸，其产生的火焰及冲击波在向工作区域移动时，隔爆毯能使火焰淬熄，并且由于核心层具有较高的变形能力，从而使冲击波耗散，最终实现对瓦斯爆炸的阻隔作用，保证煤炭开采的安全性。
进一步，所述各个隔爆毯之间采用闭合连接或叠加连接；其中闭合连接为：将相邻两个隔爆毯的U型连接件通过双层不锈钢垫片与紧固螺栓螺纹预紧固定；这种连接方式能保证相邻隔爆毯之间连接稳定性，但是这种连接方式比较麻烦；叠加连接为：将相邻两个隔爆毯的U型连接件相互重合搭接。这种连接方式比较简便，但是若该位置受到瓦斯爆炸主要冲击时，则会导致两个隔板毯分开的情况；因此需要根据实际情况，选择不易被冲击的位置采用叠加连接，易被冲击的位置采用闭合连接，两者相互结合实现最优效果。
与现有技术相比，本发明采用固定层、保护层、包裹层和核心层相结合的方式，具有如下优点：
1、本发明隔爆能力显著，其原因是：利用包裹层(即不锈钢丝绵)与核心层(即破碎岩块颗粒)具有较好的变形能力，并且由于核心层内的破碎岩块颗粒相互自由接触，在具有变形能力的同时，使其对火焰具有较好的阻隔作用；因此隔爆毯对爆炸火焰具有复合淬熄与吸能作用，能够有效阻断采空区内瓦斯爆炸火焰向作业区域的传播，在隔开采空区与作业区域的同时，也减少了上下隅角处向采空区的漏风量，进一步降低采空区自然发火的风险。
2、本发明隔爆毯不仅核心层和包裹层具有较好的变形能力，固定层和保护层也具有一定的形变能力，使得隔爆毯整体具有良好的变形能力，在回采过程中，隔爆毯能够随采空区顶板垮落程度的变化而变化，而且能够随采空区上下隅角处巷帮或顶板的变形而不脱离巷帮或顶板，适用于回采工作面/采空区动态变化场景下的隔爆。
3、本发明整体结构使用环保低成本材料，尤其是关键的核心层原料为破碎岩块颗粒，该原料可以从矿区直接获取，进行简单加工即可制成，另外固定层、保护层和包裹层采用原材料也比较容易获取，且成本较低；因此本发明具有原材料来源广泛，制作工艺简单，易于安装，可根据现场实际条件对隔爆毯进行改装。在不影响回采工作面正常推进的前提下，有利于提高煤矿安全生产水平和防灾抗灾能力。
附图说明
图1为本发明隔爆毯的内部结构示意图；
图2为本发明隔爆毯边缘的结构示意图；
图3为本发明隔爆毯采用闭合连接的结构剖面图；
图4为图3的俯视图；
图5为在回采工作面采用本发明隔爆毯布置的示意图；
图6为在回采工作面上下隅角处采用本发明隔爆毯布置的示意图。
图中：1、破碎岩块颗粒，2、不锈钢丝棉，3、锈钢网，4、钢丝绳网，5、紧固钢丝，6、隔爆毯，7、U型连接件，8、紧固螺栓，9、双层不锈钢垫片。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，包括固定层、保护层、包裹层和核心层；
所述核心层由破碎岩块颗粒1组成，且各破碎岩块颗粒1之间为自由接触，用于瓦斯爆炸时淬熄火焰、耗散冲击波；所述破碎岩块颗粒1的粒径为10～15mm；且其采用的岩块的岩性为花岗岩或砂岩。采用上述岩性及粒径参数形成核心层，具有更好的淬熄火焰、耗散冲击波的效果。
所述包裹层为两个，两个包裹层对称布设在核心层两侧，用于将核心层包裹防止破碎岩块颗粒1撒落；所述包裹层由不锈钢丝棉2制成，所述不锈钢丝棉2的单根钢丝纤维直径1～2mm，包裹层的层厚为4.5～5.5mm。采用该材质使包裹层具有显著的柔韧性和变形能力，不仅能防止核心层颗粒撒落，同时也具有淬熄火焰、耗散冲击波的作用，进一步提高隔爆毯6的阻隔效果。
所述保护层为两个，两个保护层对称布设在两个包裹层外侧，用于保护包裹层；所述保护层由双层不锈钢网组成，所述双层不锈钢网的网孔尺寸为10～20mm。采用该结构形成保护层，能进一步对包裹层的保护，从而提高隔爆毯6的使用寿命。
所述固定层为两个，两个固定层对称布设在两个保护层外侧、并采用紧固钢丝5穿过保护层、包裹层和核心层使两个固定层连接，对固定层、保护层、包裹层和核心层压紧固定，总厚度约为50mm。所述固定层为钢丝绳网4，所述钢丝绳网4采用直径6～8mm的钢丝编制而成。这种结构保证了固定层的稳定性，便于隔板毯6的布设及安装。
上述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯的使用方法，具体步骤为：
A、选择隔爆毯并对其边缘加固：根据需要选择对应数量的隔爆毯6，在每个隔爆毯6的边缘均安装U型连接件7，如图2所示，并采用紧固螺栓8将U型连接件7与隔爆毯6紧固连接，用于对隔爆毯6的边缘加固；
B、在回采工作面布置隔爆毯：在回采初期，从回采工作面中部向两侧逐步安装隔爆毯6，如图5所示，首先将隔爆毯6呈捆状悬挂在液压支架下方，并为液压支架护帮板留有动作空间；然后放下液压支架将隔爆毯6一端布置在液压支架顶梁；随后升起液压支架支撑顶板，隔爆毯6位于顶板与支架顶梁之间，如此按顺序向工作面两侧分别布设多个隔爆毯6，然后连接各个隔爆毯6；
C、在工作面上下隅角处布置隔爆毯：当液压支架与巷帮煤体之间无空间时，隔爆毯6布置方式采用步骤B的布置方式；当液压支架与巷帮煤体之间存在一定空间时，如图6所示，则将各个隔爆毯6沿顶板与巷帮煤体布置，并采用短锚杆使各个隔爆毯6固定在顶板及巷帮煤体表面，然后连接各个隔爆毯6，以保证隔爆毯6能够完全将工作面与采空区隔开；
D、煤炭开采及隔爆防护：完成一定范围的隔爆毯6布置后，开始进行煤炭开采，并随着工作面推进，重复步骤B和C，直至隔爆毯6逐渐进入采空区；在煤炭开采过程中，若采空区发生瓦斯爆炸，其产生的火焰及冲击波在向工作区域移动时，隔爆毯6能使火焰淬熄，并且由于核心层具有较高的变形能力，从而使冲击波耗散，最终实现对瓦斯爆炸的阻隔作用，保证煤炭开采的安全性。
作为本发明的一种改进，所述各个隔爆毯6之间采用闭合连接或叠加连接；如图3和4所示，其中闭合连接为：将相邻两个隔爆毯的U型连接件7通过双层不锈钢垫片9与紧固螺栓8螺纹预紧固定；这种连接方式能保证相邻隔爆毯6之间连接稳定性，但是这种连接方式比较麻烦；叠加连接为：将相邻两个隔爆毯6的U型连接件7相互重合搭接。这种连接方式比较简便，但是若该位置受到瓦斯爆炸主要冲击时，则会导致两个隔板毯6分开的情况；因此需要根据实际情况，选择不易被冲击的位置采用叠加连接，易被冲击的位置采用闭合连接，两者相互结合实现最优效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，其特征在于，包括固定层、保护层、包裹层和核心层；
所述核心层由破碎岩块颗粒组成，且各破碎岩块颗粒之间为自由接触，用于瓦斯爆炸时淬熄火焰、耗散冲击波；
所述包裹层为两个，两个包裹层对称布设在核心层两侧，用于将核心层包裹防止破碎岩块颗粒撒落；
所述保护层为两个，两个保护层对称布设在两个包裹层外侧，用于保护包裹层；
所述固定层为两个，两个固定层对称布设在两个保护层外侧、并采用紧固钢丝穿过保护层、包裹层和核心层使两个固定层连接，对固定层、保护层、包裹层和核心层压紧固定。
2.根据权利要求1所述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，其特征在于，所述破碎岩块颗粒的粒径为10～15mm；且其采用的岩块的岩性为花岗岩或砂岩。
3.根据权利要求1所述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，其特征在于，所述包裹层由不锈钢丝棉制成，所述不锈钢丝棉的单根钢丝纤维直径1～2mm，包裹层的层厚为4.5～5.5mm。
4.根据权利要求1所述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，其特征在于，所述保护层由双层不锈钢网组成，所述双层不锈钢网的网孔尺寸为10～20mm。
5.根据权利要求1所述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯，其特征在于，所述固定层为钢丝绳网，所述钢丝绳网采用直径6～8mm的钢丝编制而成。
6.一种根据权利要求1至5任一项所述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
A、选择隔爆毯并对其边缘加固：根据需要选择对应数量的隔爆毯，在每个隔爆毯的边缘均安装U型连接件，并采用紧固螺栓将U型连接件与隔爆毯紧固连接，用于对隔爆毯的边缘加固；
B、在回采工作面布置隔爆毯：在回采初期，从回采工作面中部向两侧逐步安装隔爆毯，首先将隔爆毯呈捆状悬挂在液压支架下方，并为液压支架护帮板留有动作空间；然后放下液压支架将隔爆毯一端布置在液压支架顶梁；随后升起液压支架支撑顶板，隔爆毯位于顶板与支架顶梁之间，如此按顺序向工作面两侧分别布设多个隔爆毯，然后连接各个隔爆毯；
C、在工作面上下隅角处布置隔爆毯：当液压支架与巷帮煤体之间无空间时，隔爆毯布置方式采用步骤B的布置方式；当液压支架与巷帮煤体之间存在一定空间时，则将各个隔爆毯沿顶板与巷帮煤体布置，并采用短锚杆使各个隔爆毯固定在顶板及巷帮煤体表面，然后连接各个隔爆毯，以保证隔爆毯能够完全将工作面与采空区隔开；
D、煤炭开采及隔爆防护：完成一定范围的隔爆毯布置后，开始进行煤炭开采，并随着工作面推进，重复步骤B和C，直至隔爆毯逐渐进入采空区；在煤炭开采过程中，若采空区发生瓦斯爆炸，其产生的火焰及冲击波在向工作区域移动时，隔爆毯能使火焰淬熄，并且由于核心层具有较高的变形能力，从而使冲击波耗散，最终实现对瓦斯爆炸的阻隔作用，保证煤炭开采的安全性。
7.根据权利要求6所述用于阻隔采空区瓦斯爆炸的隔爆毯的使用方法，其特征在于，所述各个隔爆毯之间采用闭合连接或叠加连接；其中闭合连接为：将相邻两个隔爆毯的U型连接件通过双层不锈钢垫片与紧固螺栓螺纹预紧固定；叠加连接为：将相邻两个隔爆毯的U型连接件相互重合搭接。
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