储能式巷道隔爆水幕装置.pdf

储能式巷道隔爆水幕装置属于煤矿安全设备，用于煤矿井下巷道隔爆，防止爆炸事故范围扩大。
    煤矿井下巷道空气中的甲烷和煤尘达到一定含量时，容易引起爆炸，爆炸产生的高压炽热气流迅速沿着巷道扩散，可能再引起气流经过处的甲烷和煤尘爆炸而形成连锁爆炸，甚至会摧毁整个矿井。因此采取巷道隔爆措施防止连锁爆炸，是煤矿极重要的安全措施。

    过去，巷道隔爆措施是架设隔爆棚，在巷道中用支柱和横梁搭几个棚子，在棚顶上存放一些容易撒开且吸热效果较好的材料，爆炸冲击可使这些材料撒布在巷道空间中吸收炽热气流的热量，使之降温而不能传爆。目前使用的隔爆棚有矿碴隔爆棚和水袋隔爆棚两种，安装时须扩高巷道，将矿碴粉或水袋安放在普通顶棚的横梁高度之上。隔爆棚的触发灵敏度较低，撒布速度较慢，对巷道断面的复盖率较低，持续时间短，同时，它在受干扰误动倾翻后便失去作用，如无人发现后及时再放矿碴粉或水袋，就会产生隐患。

    本发明的任务是设计一种巷道隔爆水幕装置，使它吸热效果好、响应速度快、复盖率高、喷水持续时间长，且在受干扰误动后仍然具有隔爆功能，不产生隐患。

    本装置由供水管路，单向阀、储能蓄水罐、控制阀、喷水管路、储能驱动机构和触发机构组成。供水管路从井下水源架设到巷道需隔爆的位置，水源须有2至50巴的压强，以保证利用它的压力储能和喷出形成水幕。储能蓄水罐由一个耐压力容器构成，进、出口设在底部，使用前放完水充满空气。水源经单向阀向储能蓄水罐注水，罐的出口经控制阀连接喷水管路。当控制阀关闭时，水源进入罐内使位于罐上部的空气压缩，罐内的空气或水的压强可接近水源压强，同时罐内蓄有占罐容积二分之一以上的水，因此，即使水源供水中断，控制阀开启后罐内所蓄的水也能从喷水管路喷出一部份形成水幕。罐的总容积可根据水源压强、喷水流量和水幕持续时间确定。控制阀关闭后如果水源供水不中断，则对罐自动进行储能蓄水，为下次喷水准备好条件。触发机构是为了利用爆炸振动或冲击来触发装置而设，它由对爆炸振动或冲击反应敏感的元件构成当装置附近发生气体爆炸时，它能将传播到来的振动或冲击变为触发动力或电力。由于触发机构输出的能量不一定能驱动控制阀开启，本装置还设置了一个储能驱动机构。储能驱动机构中设有储能器，事先利用外力为它储能，当储能驱动机构受到触发机构作用时，即使外力中断，也能释放出较大的能量驱动控制阀开启。储能器释能后再次加外力，又能使它储能待发。触发机构和储能驱动机构可以设计为机械式结构，也可以设计为电气式结构。

    机械式结构的储能式巷道隔爆水幕装置地一个实施例的原理示意图见附图1，图中（1）为供水管，（2）为单向阀，（3）为储能蓄水罐，（4）为带有储能驱动机构的控制阀，（5）为触发机构，（6）为喷水管路，（7）为外力关闭控制阀并为储能器储能的手柄，（8）为触发板机。装置的工作原理是：装置安装好后先按下手柄（7）使控制阀关闭并使驱动机构储能且闭锁；水源从管路（1）经单向阀（2）进入储能蓄水罐（3），罐上部的空气被压缩使进入罐内的水压强接近水源压强；当装置附近发生气体爆炸时，空气膨胀压强增大，使触发机构（5）的撞针伸出撞击控制阀上的触发板机（8），储能驱动机构解锁释能驱动控制阀开启，水经控制阀到喷水管喷出形成水幕；如果发生爆炸时供水管中断，则喷水仅由罐内蓄水和储压维持，直到压强降到不能喷出为止，事故后检修人员关闭控制阀，接通供水管，装置便恢复到备喷状态；如果因干扰使装置误动作，但供水管不受到破坏，供水不间断，喷水将一直进行下去，直到有人发现后将控制阀关闭为止，在误喷水这段时间里装置不会失去隔爆作用。带有储能驱动机构的控制阀和触发机构的示意图见附图2，图中（1）为阀体，（2）为阀芯，（3）为储能弹簧，（4）为驱动轴，（5）为解锁辅助弹簧，（6）为阀盖，（7）为手柄，（8）为触发板机，（9）为撞针，（10）为活塞，（11）为气缸，（12）为薄膜气囊，（13）为气囊防护罩，图2中控制阀所示的状态为关闭和储能状态，此状态的维持依靠板机（8）的闭锁作用，当爆炸产生的高压空气压缩气囊（12）时，气囊向气缸排气推动活塞（10）使撞针（9）撞击板机（8），板机动作后驱动轴（4）在辅助弹簧（5）的作用下迅速脱离闭锁位置，阀芯（2）在储能弹簧（3）的推动下使阀门开启。控制阀的关闭需人工将手柄（7）压到闭锁位置，也可以设计一个液压机构，利用水源压力使控制阀开启后经一定延时再自动关闭和储能。触发机构也可以设计为其它形式，例如采用轻质帆形板和杠杆组成，利用爆炸时巷道中产生的高速风流吹动帆板触发驱动机构的板机。

    带有电气结构的储能式巷道隔爆水幕装置的一个实施例的原理示意图见附图3，图中（1）为供水管、（2）为单向阀，（3）为储能蓄水罐，（4）为电磁阀，（5）为储能驱动器，（6）为喷水管路，（7）为外接电源，（8）为触发传感器。电气装置与机械装置的系统工作原理基本相同，所不同的是触发和储能驱动采用电路来实现，其电原理见附图4。图中B为储电元件，可采用镍镉电池，利用它储能驱动电磁阀F，外接电源经变压器T1、整流桥Q3为它充电，为延长其使用寿命，由Q2、SCR、T2、BG5、BG3、IC2等元件组成自动充电电路，由Q1、R1、C1、BG1和BG2等元件组成延时断电开关，防止蓄电池在无电源充电时长期放电。Y为声电转换元件，它将爆炸产生的振动波变为电信号经藕合变压器T3送给由BG8和BG9等元件组成的放大器放大，再经C2、BG10触发由IC3R3、C3等元件构成的单稳态延时电路，进而使BG11导通为电磁阀F接通电源而开启阀门喷水，单稳态电路的延时时间由R3和C3决定，延时时间一到，BG11截止使电磁阀关闭而停止喷水，由于电磁阀的电源由蓄电池提供，所以当发生爆炸时即使外接电源中断，电路仍能在一定时间内正常工作，保证喷水隔爆。由上述原理可知，本装置在电源和水源供应正常的情况下，即使遇到干拢误动作喷水，也能自动恢复原状不需经常检查维护，在发生爆炸使电源或水源中断时，才需检查维护。本装置的电气部分应采取防爆措施，为简化防爆结构，电路中均使用无触点元件，采用的发热元件功率裕量在50％以上，暴露在空气中的传感元件的电路采用本质安全型电路，装置最大功耗在250瓦以下。本电路的本质安全措施是利用IC1组成的稳压电路作第一级限压限流，用R2和BG12、BG13作第二级限压限流，使传感器的关连电路第一放大级成为本质安全型电路，加上变压器T3的隔离，二极管BG6、BG7的吸收，传感器Y的电路便成为本质安全型。这样一来，本电路可以使用外电缆直接引入式简单隔爆外壳。

    综上所述，储能式巷道隔爆水幕装置与现有巷道隔爆棚技术相比，效果好、可靠性高，安装时不需扩高巷道，维护方便。