煤礦井下自動風門的構(gòu)建

煤礦井下自動風門的構(gòu)建

磚瓦-煤渣爆炸是煤炭生產(chǎn)行業(yè)必須盡快解決的安全問題。開展預防和控制研究是必要條件的。我國研制成功并在煤礦企業(yè)應用的系列隔爆、抑爆裝置,根據(jù)抑爆方式的不同,可分為被動式抑爆和主動式抑爆兩大類。這兩種煤礦阻隔爆裝置,由于受到井下環(huán)境的限制,出現(xiàn)了各種未預期的問題,尤其對弱爆炸(壓力低)和較強的爆炸(壓力高)抑爆效果極不理想,影響了瓦斯爆炸控制技術的可靠性。另外,現(xiàn)有的被動式抑爆設施和主動式抑爆設施,均為一次性抑爆裝置,不具備重復作用性,對井下爆炸后的二次爆炸或多次爆炸事故失去抑爆作用。礦井中的風門,是在需要通過人員和車輛的巷道中設置的隔斷風流的門,風門是通風系統(tǒng)的重要構(gòu)筑物。但現(xiàn)有風門材料不具有阻隔爆炸的沖擊波和火焰波的作用,尤其對瓦斯引起的二次爆炸,完全沒有阻隔爆炸沖擊波和火焰波的性能。同時,由于安裝風門的通道會有人員或礦車通過,手動開啟不方便,影響通過效率?，F(xiàn)有的風門自動控制開啟動或關閉的方法,大都是采用聲光的方式,但是當巷道內(nèi)發(fā)生爆炸時,爆炸發(fā)出的聲音會導致風門的開啟,控制安全性無法保證。另外,現(xiàn)有的風門結(jié)構(gòu)均是一個整體,當發(fā)生爆炸等緊急狀況時,若風門發(fā)生故障,無法開啟,則會導致礦下人員發(fā)生危險;并且,當發(fā)生爆炸時,若爆炸產(chǎn)生的壓力過大,超過風門的承壓負荷,勢必導致風門損壞?，F(xiàn)有的風門缺少快速泄壓通道及故障逃生通道。考慮到煤礦瓦斯、煤塵自動阻隔爆裝置的作用,應是消除瓦斯、煤塵爆炸時的火焰鋒面高溫灼燒、沖擊波超壓破壞和井巷有毒有害氣體的危害和影響。同時,應具備重復作用及使用性,在節(jié)約資源同時,能夠?qū)卤ê蟮亩伪ɑ蚨啻伪òl(fā)揮阻隔爆作用。本論文提出構(gòu)建以泡沫陶瓷為主材料的煤礦井下自動風門,通過構(gòu)建復合型泡沫陶瓷材料、壓力傳感器泄爆裝置和PLC控制的自動開關裝置,來實現(xiàn)瓦斯煤塵爆炸時風門的阻隔爆性能。在煤礦井下發(fā)生二次爆炸和多次爆炸時,發(fā)揮阻隔爆性能,從而提高礦井的抗災變能力。有望解決現(xiàn)有的風門不具有阻隔爆性能、使用聲光控制系統(tǒng)造成的控制安全性差,以及缺少快速泄壓通道及故障逃生通道的問題,從而提供一種用于礦井中的多孔泄壓阻隔爆自動風門。1泡沫陶瓷開口爆炸機1.1瓦斯火焰對陶瓷的影響在瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^程中,爆炸火焰穿過泡沫陶瓷時,爆炸氣體從泡沫陶瓷孔隙中流動并發(fā)生燃燒和爆炸反應,反應熱與泡沫陶瓷孔隙壁面發(fā)生導熱、對流和輻射交換反應。在火焰到達泡沫陶瓷裝置之前,泡沫陶瓷處于冷態(tài)。當瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑サ脚菽沾蓵r,陶瓷骨架溫度逐漸增加,由于泡沫陶瓷孔徑比較小,且厚度足夠厚則火焰由于熱量損失,不能建立起火焰?zhèn)鞑ニ俣群蜌饬魉俣鹊钠胶?就會發(fā)生回火,火焰就不能傳播到陶瓷的另一端。在氣流穿過泡沫陶瓷孔隙的時候,由于氣體分子在泡沫陶瓷固體壁面的碰撞失去能量,活化分子發(fā)生銷毀,在壁面處會產(chǎn)生淬熄效應,阻止火焰的傳播。另外,由孔隙造成的火焰通過阻力也會阻止火焰的傳播。1.2爆炸波的能量損失泡沫陶瓷中存在復雜的孔道結(jié)構(gòu),當爆炸波進入這些孔道中進行傳播時,它會遇到阻擋的孔筋發(fā)生反射、散射。由于這些孔筋呈復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),反射散射的爆炸波再次遇到孔筋后,將發(fā)生新的反射、散射。這種非常復雜的反射、散射,將導致爆炸波的能量損失,從而使爆炸前進波不能產(chǎn)生周期反轉(zhuǎn),和反射波不能相互干涉產(chǎn)生駐波,從而大大衰減了爆炸波的應力峰值。另外,泡沫陶瓷對爆炸產(chǎn)生的橫波也能夠抑制。爆轟波之所以能夠自持穩(wěn)定地傳播,是由于橫波的產(chǎn)生和發(fā)展。泡沫陶瓷具有大量的、從表到里的三維互相貫通的網(wǎng)狀小孔結(jié)構(gòu),當爆炸聲波入射到表面時,絕大部分的聲波會沿著迷宮式的小孔隧道進入泡沫陶瓷內(nèi)部。在內(nèi)部傳播引起孔隙中的空氣振動,同孔隙表面十分粗糙的陶瓷筋絡發(fā)生摩擦,一部分聲能被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?一部分聲能到達剛性壁后被反射回泡沫陶瓷。聲波又會重新回到小孔隧道中,帶動空氣與陶瓷筋絡發(fā)生摩擦,聲能繼續(xù)被轉(zhuǎn)化、消耗。這兩種效應相互作用,使泡沫陶瓷有效地消耗入射聲能,能夠很好的抑制橫波的產(chǎn)生和發(fā)展。2煤礦多孔堵塞自動風門設計及方案2.1多孔金屬錨固基層的安裝礦井中的多孔泄壓阻隔爆自動風門,是以泡沫陶瓷、不對稱金屬多孔材料、壓力傳感器、PLC軟件控制裝置構(gòu)成,它包括兩扇多孔泄壓阻隔爆風門和控制系統(tǒng)和支撐框架。所述每扇多孔泄壓阻隔爆風門,均由多孔材料基層、兩組多孔金屬層和多個空心球組成。一組多孔金屬材料層的后表面,固定在多孔材料基層的前表面;另一組多孔金屬材料層的前表面,固定在多孔材料基層的后表面。所述兩組多孔金屬材料層上的孔交錯設置,并且所述孔的孔徑不等,所述兩組多孔金屬材料層上的每個孔均由一個空心球封閉;以泡沫陶瓷體為基層,前后兩面安裝不對稱金屬材料置于空腔體中,安于煤礦風門導軌之內(nèi)。不對稱多孔金屬材料共兩層,第一層暴露在外側(cè)一面用空心球填充,平時起阻風作用,以免漏透氣影響巷道風量,破壞通風系統(tǒng);第二層為不對稱多孔金屬鋼板,內(nèi)設凹槽,使爆炸沖擊波對泡沫陶瓷產(chǎn)生均勻壓力。多孔泄壓阻隔爆自動風門的材料組成見圖1所示。2.2隔爆自動風門兩組多孔泄壓阻隔爆風門,采用對開啟的結(jié)構(gòu)與支撐框架活動連接;兩組多孔泄壓阻隔爆風門的底部均開有護門體窗,所述護門體窗上設置有護門體窗門,所述每個護門體窗門采用下開啟的結(jié)構(gòu)與支撐框架活動連接。一旦礦井發(fā)生瓦斯爆炸,沖擊波摧毀不對稱多孔金屬材料2第一層外側(cè)的空心球,通過不對稱多孔金屬材料,利用泡沫陶瓷性能進行泄壓阻隔爆,衰減火焰和壓力波的傳播。為避免阻隔爆自動風門因爆炸時沖擊波壓力過大而造成整個風門損壞,從而失去阻隔爆作用,在整體結(jié)構(gòu)上設計護門體窗,并在阻隔爆自動風門兩側(cè)安裝有壓力傳感器,在沖擊波壓力超限時啟動護門體窗進行泄壓。具體工作原理:若沖擊波壓力過大時,設在阻隔爆自動風門兩側(cè)的3發(fā)出信號,啟動12進行泄除門體所承受過載的沖擊波壓力。當阻隔爆自動風門在可承受沖擊波范圍內(nèi),3發(fā)出信號,關閉12,進行正常復合泡沫陶瓷風門泄壓阻隔爆工作。護門體窗同時具有人員緊急逃生和爆炸后再次利用功能。5主要由防爆電動機、減速器、摩擦輪組合而成,驅(qū)動鋼絲繩牽引門扇運動,通過控制電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)風門的開閉動作。11供紫外線燈照射申請開門,8用于檢測風門的開閉位置,10用于風門狀態(tài)顯示及車輛通行指揮,帶有紅綠指示燈,可用于風門狀態(tài)顯示以及車輛進入風門的通行指揮。車輛駛出風門優(yōu)先,在關門及關門過程中能發(fā)出聲音提示。9用于防止風門關閉時,夾住處于中間的行人車輛或其他物體。根據(jù)車輛所處的不同位置,每一道門開門申請分為內(nèi)外開門申請,車輛在兩道門之外可照射的11為外申請開門,車輛在兩道門之間可能照射的11為內(nèi)申請開門。內(nèi)申請只打開申請的這一道門并延時關閉,而外申請打開申請的這一道門,在延時關閉后會自動打開另一道門。2.3兩個多孔泄壓阻隔爆風門的信號連接控制系統(tǒng)包括控制模塊、驅(qū)動裝置、一號電機、二號電機、一號紫外線感應器、二號紫外線感應器、一號傳動裝置和二號傳動裝置,控制模塊的驅(qū)動信號輸出端與驅(qū)動裝置的驅(qū)動信號輸入端連接。所述驅(qū)動裝置的一號驅(qū)動信號輸出端與一號電機的驅(qū)動信號輸入端連接,所述一號電機的輸出軸與一號傳動裝置連接,所述一號傳動裝置用于驅(qū)動多孔泄壓阻隔爆風門的開啟或關閉;驅(qū)動裝置的二號驅(qū)動信號輸出端與二號電機的驅(qū)動信號輸入端連接,所述二號電機的輸出軸與二號傳動裝置連接,所述二號傳動裝置用于驅(qū)動多孔泄壓阻隔爆風門的開啟或關閉;一號紫外線感應器的感應信號輸出端與控制模塊的一號感應信號輸入端連接,二號紫外線感應器的感應信號輸出端與控制模塊的二號感應信號輸入端連接;一號紫外線感應器和二號紫外線感應器分別設置在兩組多孔泄壓阻隔爆風門上;控制模塊和驅(qū)動裝置安裝在支撐框架上。2.4多孔阻爆自動風門(1)多孔泄壓阻爆自動風門,由泡沫陶瓷,不對稱多孔金屬材料、壓力傳感器、PLC軟件控制裝置構(gòu)成,其特征是:以泡沫陶瓷為中心,前后兩面安裝不對稱多孔金屬材料,置于風門空腔體中,阻爆自動風門兩側(cè)裝配于風門導軌之內(nèi)。(2)多孔泄壓阻隔爆自動風門,其特征是:阻爆自動風門門體兩側(cè)裝有壓力傳感器,底部設有護門體窗?？梢员苊庾韪舯詣语L門因爆炸時,沖擊波壓力過大而造成危險,致使整個風門損壞從而失去阻隔爆作用,護門體窗同時具有人員緊急逃生和爆炸后再次利用功能。(3)多孔泄壓阻隔爆自動風門,其特征是:阻爆自動風門不對稱金屬多孔材料暴露在空氣中,一側(cè)小孔用空心球填充至不漏氣。(4)多孔泄壓阻爆自動風門,其特征是:PLC軟件控制裝置控制門限傳感器,光敏傳感裝置,防夾車裝置,聲光指示器有序(傳感器輸入信號)工作。(5)多孔泄壓阻爆自動風門,其特征是:門限傳感器安裝于風門柜架上部,光敏傳感器裝置安裝在風門門體兩側(cè),防夾車裝置安裝在門底邊處,聲光指示器安裝在兩道風門外側(cè)的柜架上部。(6)多孔泄壓阻爆自動風門,其特征是:阻爆自動風門頂端巖壁內(nèi),裝有風門驅(qū)動裝置、PLC控制柜、手動操作按鈕。3送料裝置的安全性能本論文設計的煤礦多孔泄壓阻隔爆自動風門,不單具有阻隔風流的作用,還具有阻隔瓦斯爆炸沖擊波的性能。具有隔爆性能強、全自動開關等優(yōu)點。能配合自動送料裝置形成一個完整的安全體系,