煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统及方法.pdf

本发明公开了一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统及方法，系统包括：主动预警防护层，自动抑爆防护层，自动隔爆防护层，和智能管理系统，所述主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层分别与所述智能管理系统连接。本发明能够实现煤矿巷道的初期预警排除爆炸因素将爆炸消除扼杀在摇篮里；中期爆炸初期主动探测喷射抑爆物质在爆炸的小能量阶段将爆炸控制住，后期启动隔爆水棚、关闭隔爆门将爆炸彻底切断。

1.  一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其特征在于：它包括：
主动预警防护层，用于探测煤矿巷道内瓦斯爆炸因素参数，当所述爆炸因素参数达到预警上限时，启动设备降低煤矿巷道内瓦斯爆炸因素；
自动抑爆防护层，用于对爆炸初期进行探测，当探测到爆炸时，阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播；
自动隔爆防护层，用于与所述自动抑爆防护层进行联动，当所述自动抑爆防护层探测到爆炸时，根据设定时间启动隔爆系统切断爆炸传播；
智能管理系统，所述主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层分别与所述智能管理系统连接，用于对所述主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层进行实时监测定位、数据存储及故障诊断。

2.  根据权利要求1所述的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其特征在于所述的主动预警防护层包括：瓦斯浓度监控子系统，用于采空区、上偶角、工作面瓦斯浓度监测；
红外热成像监控子系统，用于设备火花、电晕及皮带发热监测；
光纤温度监控子系统，用于巷道煤壁、采空区的温度监测；
采空区指标气体无线监控子系统，用于指标气体浓度监测；所述指标气体包括硫化氢、一氧化碳；
还包括氮气/二氧化碳灭火子系统和细水雾降尘抑爆子系统。

3.  根据权利要求1所述的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其特征在于所述的自动抑爆防护层包括自动喷粉抑爆子系统和细水雾降尘抑爆子系统。

4.  根据权利要求1所述的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其特征在于所述的自动隔爆防护层包括自动水袋抑爆子系统。

5.  根据权利要求1所述的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其特征在于所述 的智能管理系统包括智慧线传输定位及数据存储子系统。

6.  根据权利要求2所述的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其特征在于所述的光纤温度监控子系统是无源无缝式光纤温度监控子系统。

7.  一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
第一层主动预警防护
通过瓦斯浓度监控子系统探测瓦斯浓度，当探测到瓦斯浓度超过预警上限时，加大通风量；
通过煤尘浓度探测器探测煤尘浓度，当探测到煤尘浓度超过设定上限时，启动细水雾降尘抑爆子系统进行降尘；
通过红外热成像监控子系统和光纤温度监控子系统探测工作设备温度，当探测到温度达到上限时，自动切断工作设备电源；
第二层自动抑爆防护
通过光学探测器对爆炸产生的初期进行自动火焰探测，当探测到火焰时，抑爆装置在爆炸的初始阶段喷出抑爆介质阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播，抑制煤矿瓦斯爆炸；
第三层自动隔爆防护
当光学探测器探测到爆炸的初期信号时，根据设定时间启动自动水袋抑爆子系统，并关闭巷道内的防爆门，切断爆炸的继续传播。

8.  根据权利要求7所述的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护方法，其特征在于所述的第二层自动抑爆防护中当探测到火焰时，自动喷粉抑爆子系统和细水雾降尘抑爆子系统在爆炸的初始阶段喷出抑爆物质，吸收爆炸产生的能量、隔绝氧气，阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播，抑制煤矿瓦斯爆炸。

煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统及方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下巷道瓦斯爆炸抑爆领域，具体涉及煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统及方法。
背景技术
煤炭是我国能源的支柱产业，为国家整个能源战略提供着重要保证。“十二五”以来，煤炭和煤层开发是进行能源建设的重点，在国民经济和社会发展中具有举足轻重的地位。我国是世界上煤矿瓦斯“突出”事故最严重的国家，至今已经发生1万多次突出事故。随着开采强度的不断增强，我国煤矿开采深度平均每年将增加10至20米，高瓦斯矿井将越来越多。目前，国内大多数煤矿企业在煤矿瓦斯安全上多采用被动式抑爆系统和主动式抑爆装置：被动式抑爆系统如隔爆岩粉棚、隔爆水棚等，即在爆炸发生后才采取的扑救措施，它存在启动时间过长、效率不确定等不足；主动式瓦斯抑爆装置是通过探测器对爆炸初期的情况进行主动探测，当探测到爆炸时，抑爆装置在爆炸的初始阶段喷出抑爆物质，吸收爆炸产生的能量阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播。虽然被动式抑爆系统或主动式抑爆装置在煤矿巷道爆炸抑制中能起到一定的抑爆作用，但是被动式抑爆系统或主动式抑爆装置都只有在爆炸发生后才发生动作，并不能提前根据爆炸因素预测爆炸可能会发生，进而破坏爆炸因素阻止爆炸发生，而且这些系统只有一层防护，不能满足煤矿巷道恶劣的环境。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供防治煤矿巷道瓦斯爆炸的发生的煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统及方法。
本发明前期，爆炸因素的探测预警及破坏爆炸因素部分；中期，爆炸形成初期主动探测喷射抑爆物质抑制爆炸传播和发展；后期，减小爆炸损失形成水幕屏障关闭隔爆门从而彻底切断爆炸的传播。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，它包括：
主动预警防护层，用于探测煤矿巷道内瓦斯爆炸因素参数，当所述爆炸因素参数达到预警上限时，启动设备降低煤矿巷道内瓦斯爆炸因素；
自动抑爆防护层，用于对爆炸初期进行探测，当探测到爆炸时，阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播；
自动隔爆防护层，用于与所述自动抑爆防护层进行联动，当所述自动抑爆防护层探测到爆炸时，根据设定时间启动隔爆系统切断爆炸传播；
智能管理系统，所述主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层分别与所述智能管理系统连接，用于对所述主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层进行实时监测定位、数据存储及故障诊断。
更进一步的技术方案是主动预警防护层包括：瓦斯浓度监控子系统，用于采空区、上偶角、工作面瓦斯浓度监测；
红外热成像监控子系统，用于设备火花、电晕及皮带发热监测；
光纤温度监控子系统，用于巷道煤壁、采空区的温度监测；
采空区指标气体无线监控子系统，用于指标气体浓度监测；所述指标气体包括硫化氢、一氧化碳；
还包括氮气/二氧化碳灭火子系统和细水雾降尘抑爆子系统。
更进一步的技术方案是自动抑爆防护层包括自动喷粉抑爆子系统和细水雾降尘抑爆子系统。
更进一步的技术方案是自动隔爆防护层包括自动水袋抑爆子系统。
更进一步的技术方案是智能管理系统包括智慧线传输定位及数据存储子系统。
更进一步的技术方案是光纤温度监控子系统是无源无缝式光纤温度监控子系统。
更进一步的技术方案是提供一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护方法，所述的方法包括以下步骤：
第一层主动预警防护
通过瓦斯浓度监控子系统探测瓦斯浓度，当探测到瓦斯浓度超过预警上限时，加大通风量；
通过煤尘浓度探测器探测煤尘浓度，当探测到煤尘浓度超过设定上限时，启动细水雾降尘抑爆子系统进行降尘；
通过红外热成像监控子系统和光纤温度监控子系统探测工作设备温度，当探测到温度达到上限时，自动切断工作设备电源；
第二层自动抑爆防护
通过光学探测器对爆炸产生的初期进行自动火焰探测，当探测到火焰时，抑爆装置在爆炸的初始阶段喷出抑爆介质阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播，抑制煤矿瓦斯爆炸；
第三层自动隔爆防护
当光学探测器探测到爆炸的初期信号时，根据设定时间启动自动水袋抑爆子系统，并关闭巷道内的防爆门，切断爆炸的继续传播。
更进一步的技术方案是第二层自动抑爆防护中当探测到火焰时，自动喷粉抑爆子系统和细水雾降尘抑爆子系统在爆炸的初始阶段喷出抑爆物质，吸收爆炸产生的能量、隔绝氧气，阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播，抑制煤矿瓦斯爆炸。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是针对煤矿巷道瓦斯爆炸抑制的煤矿巷道瓦斯爆炸抑制多层防护系统。系统由前级爆炸因素探测预警排除系统、中级主动爆炸抑制系统、后级彻底切断爆炸系统和智能管理系统这四部分来共同完成对煤矿巷道瓦斯爆炸的多层防护，实现煤矿巷道瓦斯爆炸的多层抑制，本系统能够实现煤矿巷道的初期预警排除爆炸因素将爆炸消除扼杀在摇篮里；中期爆炸初期主动探测喷射抑爆物质在爆炸的小能量阶段将爆炸控制住；后期启动隔爆水棚、关闭隔爆门将爆炸彻底切断。
附图说明
图1为本发明一个实施例的系统结构框图。
图2为本发明一个实施例的多层防护构成图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例公开一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统，其系统构成可参见图1所示，它包括主动预警防护层，用于探测煤矿巷道内瓦斯爆炸因素参数，当所述爆炸因素参数达到上限时，降低煤矿巷道内瓦斯爆炸因素；进一步具体的实施方案是，主动预警防护层包括：瓦斯浓度监控子系统，用于采空区、偶角、工作面瓦斯浓度监测；红外热成像监控子系统，用于设备火花、电晕及皮带发热监测；光纤温度监控子系统，用于巷道煤壁、采空区的温度监测；采空区指标气体无线监控子系统，用于甲烷、一氧化碳浓度监测；还包括氮气/二氧化碳灭火子系统和细水雾降尘抑爆子系统。本实施例在煤矿巷道内还未发生爆炸之间，主动预警防护层的前级爆炸因素预警探测排除系统主要对瓦斯浓度、有毒气体浓度、煤尘浓度、工作设备温度等因素进行探测，当相关参数达到设置上限时，分别增大通风量、开启降尘装置、切断设备工作电源等，降低爆炸因素。
自动抑爆防护层，用于对爆炸初期进行探测，当探测到爆炸时，阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播；具体的，自动抑爆防护层包括自动喷粉抑爆子系统和细水雾降尘抑爆子系统。本实施例在煤矿巷道内发生爆炸时的初期阶段，自动抑爆防护层的中级主动爆炸抑制系统主要对爆炸产生的初期进行主动探测，当探测到爆炸时，抑爆装置迅速作出反应，在爆炸的初始阶段喷出抑爆物质，吸收爆炸产生的能量、降低氧气浓度阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播。
自动隔爆防护层，用于与所述自动抑爆防护层进行联动，当所述自动抑爆防护层探测到爆炸时，根据设定时间启动切断爆炸传播系统；具体的，自动隔爆防护层包括自动水袋抑爆子系统。本实施例中自动隔爆防护层与中级主动爆 炸抑制系统进行联动，当中级主动爆炸抑制系统的探测器探测到爆炸的初期信号时，根据设定时间启动巷道内的隔爆水棚，并立即关闭巷道内的隔爆门，完全切断爆炸的继续传播。
本实施例煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统还包括智能管理系统，主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层分别与智能管理系统连接，用于对所述主动预警防护层、自动抑爆防护层、自动隔爆防护层的工作情况进行实时监测和记录，并对其进行实时的故障诊断。
本实施例煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统由前级爆炸因素探测预警排除系统、中级主动爆炸抑制系统、后级彻底切断爆炸系统和中央控制系统这四部分来共同完成对煤矿巷道瓦斯爆炸的多层防护，实现煤矿巷道瓦斯爆炸的多层抑制。
实施例2
如图2所示，本发明进一步公开一种煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护方法，所述多层防护方法在上述实施例煤矿巷道瓦斯爆炸多层防护系统的基础上实施。
具体的，本实施例多层防护方法包括以下步骤：
第一层主动预警防护
通过瓦斯浓度监控子系统探测瓦斯浓度，当探测到瓦斯浓度超过预警上限时，加大通风量；
通过煤尘浓度探测器探测煤尘浓度，当探测到煤尘浓度超过设定上限时，启动细水雾降尘抑爆子系统进行降尘；
通过红外热成像监控子系统和光纤温度监控子系统探测工作设备温度，当探测到温度达到上限时，自动切断工作设备电源。
具体的，本实施例中第一层主动预警防护主要由瓦斯浓度探测器、毒气浓 度探测器、煤尘浓度探测器和温度探测器等组成，当这些探测器探测到的各自参数达到设定的上限值，前级就会发出报警信号，并启动对应设备增大排风量、启动雾化喷头进行降尘或切断设备工作电源停止工作等。
第二层自动抑爆防护
通过光学探测器对爆炸产生的初期进行主动火焰探测，当探测到火焰时，自动喷粉抑爆子系统和细水雾降尘抑爆子系统在爆炸的初始阶段喷出抑爆物质，吸收爆炸产生的能量、隔绝氧气，阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播，抑制煤矿瓦斯爆炸。
具体的，本实施例中第二层自动抑爆防护主要通过光学探测器对爆炸产生的初期进行主动火焰探测，当探测到爆炸火焰时，抑爆装置迅速作出反应在爆炸的初始阶段喷出抑爆物质，吸收爆炸产生的能量、隔绝氧气阻止爆炸的扩大并切断爆炸的继续传播，抑制煤矿瓦斯爆炸。
第三层自动隔爆防护
当光学探测器探测到爆炸的初期信号时，根据设定时间启动自动水袋抑爆子系统，并关闭巷道内的防爆门，切断爆炸的继续传播。
本实施例中第三层自动隔爆防护与第二层自动抑爆防护进行联动，当中级主动爆炸抑制系统的探测器探测到爆炸的初期信号时，这一级会根据设定时间启动巷道内的隔爆水棚，并立即关闭巷道内的隔爆门，完全切断爆炸的继续传播；同时中央控制系统即智能管理系统实时对一、二、三级的工作情况进行监测和记录，并对其进行实时的故障诊断。
本实施例的多层防护方法能够实现煤矿巷道的初期预警排除爆炸因素将爆炸消除扼杀在摇篮里；中期爆炸初期主动探测喷射抑爆物质在爆炸的小能量阶段将爆炸控制住；后期启动隔爆水棚、关闭隔爆门将爆炸彻底切断。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。