煤礦井下自動(dòng)風(fēng)門的構(gòu)建

煤礦井下自動(dòng)風(fēng)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(yù)防和控制研究是必要條件的。我國(guó)研制成功并在煤礦企業(yè)應(yīng)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(dòng)式抑爆和主動(dòng)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(yù)期的問題,尤其對(duì)弱爆炸(壓力低)和較強(qiáng)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(shù)的可靠性。另外,現(xiàn)有的被動(dòng)式抑爆設(shè)施和主動(dòng)式抑爆設(shè)施,均為一次性抑爆裝置,不具備重復(fù)作用性,對(duì)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(fēng)門,是在需要通過(guò)人員和車輛的巷道中設(shè)置的隔斷風(fēng)流的門,風(fēng)門是通風(fēng)系統(tǒng)的重要構(gòu)筑物。但現(xiàn)有風(fēng)門材料不具有阻隔爆炸的沖擊波和火焰波的作用,尤其對(duì)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(shí),由于安裝風(fēng)門的通道會(huì)有人員或礦車通過(guò),手動(dòng)開啟不方便,影響通過(guò)效率?，F(xiàn)有的風(fēng)門自動(dòng)控制開啟動(dòng)或關(guān)閉的方法,大都是采用聲光的方式,但是當(dāng)巷道內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí),爆炸發(fā)出的聲音會(huì)導(dǎo)致風(fēng)門的開啟,控制安全性無(wú)法保證。另外,現(xiàn)有的風(fēng)門結(jié)構(gòu)均是一個(gè)整體,當(dāng)發(fā)生爆炸等緊急狀況時(shí),若風(fēng)門發(fā)生故障,無(wú)法開啟,則會(huì)導(dǎo)致礦下人員發(fā)生危險(xiǎn);并且,當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí),若爆炸產(chǎn)生的壓力過(guò)大,超過(guò)風(fēng)門的承壓負(fù)荷,勢(shì)必導(dǎo)致風(fēng)門損壞?，F(xiàn)有的風(fēng)門缺少快速泄壓通道及故障逃生通道?？紤]到煤礦瓦斯、煤塵自動(dòng)阻隔爆裝置的作用,應(yīng)是消除瓦斯、煤塵爆炸時(shí)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(shí),應(yīng)具備重復(fù)作用及使用性,在節(jié)約資源同時(shí),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(dòng)風(fēng)門,通過(guò)構(gòu)建復(fù)合型泡沫陶瓷材料、壓力傳感器泄爆裝置和PLC控制的自動(dòng)開關(guān)裝置,來(lái)實(shí)現(xiàn)瓦斯煤塵爆炸時(shí)風(fēng)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(shí),發(fā)揮阻隔爆性能,從而提高礦井的抗災(zāi)變能力。有望解決現(xiàn)有的風(fēng)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(dòng)風(fēng)門。1泡沫陶瓷開口爆炸機(jī)1.1瓦斯火焰對(duì)陶瓷的影響在瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中,爆炸火焰穿過(guò)泡沫陶瓷時(shí),爆炸氣體從泡沫陶瓷孔隙中流動(dòng)并發(fā)生燃燒和爆炸反應(yīng),反應(yīng)熱與泡沫陶瓷孔隙壁面發(fā)生導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射交換反應(yīng)。在火焰到達(dá)泡沫陶瓷裝置之前,泡沫陶瓷處于冷態(tài)。當(dāng)瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑サ脚菽沾蓵r(shí),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(huì)發(fā)生回火,火焰就不能傳播到陶瓷的另一端。在氣流穿過(guò)泡沫陶瓷孔隙的時(shí)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(huì)產(chǎn)生淬熄效應(yīng),阻止火焰的傳播。另外,由孔隙造成的火焰通過(guò)阻力也會(huì)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(fù)雜的孔道結(jié)構(gòu),當(dāng)爆炸波進(jìn)入這些孔道中進(jìn)行傳播時(shí),它會(huì)遇到阻擋的孔筋發(fā)生反射、散射。由于這些孔筋呈復(fù)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(fù)雜的反射、散射,將導(dǎo)致爆炸波的能量損失,從而使爆炸前進(jìn)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(yīng)力峰值。另外,泡沫陶瓷對(duì)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(dāng)爆炸聲波入射到表面時(shí),絕大部分的聲波會(huì)沿著迷宮式的小孔隧道進(jìn)入泡沫陶瓷內(nèi)部。在內(nèi)部傳播引起孔隙中的空氣振動(dòng),同孔隙表面十分粗糙的陶瓷筋絡(luò)發(fā)生摩擦,一部分聲能被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?一部分聲能到達(dá)剛性壁后被反射回泡沫陶瓷。聲波又會(huì)重新回到小孔隧道中,帶動(dòng)空氣與陶瓷筋絡(luò)發(fā)生摩擦,聲能繼續(xù)被轉(zhuǎn)化、消耗。這兩種效應(yīng)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(dòng)風(fēng)門設(shè)計(jì)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(dòng)風(fēng)門,是以泡沫陶瓷、不對(duì)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(fēng)門和控制系統(tǒng)和支撐框架。所述每扇多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門,均由多孔材料基層、兩組多孔金屬層和多個(gè)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(cuò)設(shè)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(gè)孔均由一個(gè)空心球封閉;以泡沫陶瓷體為基層,前后兩面安裝不對(duì)稱金屬材料置于空腔體中,安于煤礦風(fēng)門導(dǎo)軌之內(nèi)。不對(duì)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(shí)起阻風(fēng)作用,以免漏透氣影響巷道風(fēng)量,破壞通風(fēng)系統(tǒng);第二層為不對(duì)稱多孔金屬鋼板,內(nèi)設(shè)凹槽,使爆炸沖擊波對(duì)泡沫陶瓷產(chǎn)生均勻壓力。多孔泄壓阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門的材料組成見圖1所示。2.2隔爆自動(dòng)風(fēng)門兩組多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門,采用對(duì)開啟的結(jié)構(gòu)與支撐框架活動(dòng)連接;兩組多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門的底部均開有護(hù)門體窗,所述護(hù)門體窗上設(shè)置有護(hù)門體窗門,所述每個(gè)護(hù)門體窗門采用下開啟的結(jié)構(gòu)與支撐框架活動(dòng)連接。一旦礦井發(fā)生瓦斯爆炸,沖擊波摧毀不對(duì)稱多孔金屬材料2第一層外側(cè)的空心球,通過(guò)不對(duì)稱多孔金屬材料,利用泡沫陶瓷性能進(jìn)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(dòng)風(fēng)門因爆炸時(shí)沖擊波壓力過(guò)大而造成整個(gè)風(fēng)門損壞,從而失去阻隔爆作用,在整體結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)護(hù)門體窗,并在阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門兩側(cè)安裝有壓力傳感器,在沖擊波壓力超限時(shí)啟動(dòng)護(hù)門體窗進(jìn)行泄壓。具體工作原理:若沖擊波壓力過(guò)大時(shí),設(shè)在阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門兩側(cè)的3發(fā)出信號(hào),啟動(dòng)12進(jìn)行泄除門體所承受過(guò)載的沖擊波壓力。當(dāng)阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門在可承受沖擊波范圍內(nèi),3發(fā)出信號(hào),關(guān)閉12,進(jìn)行正常復(fù)合泡沫陶瓷風(fēng)門泄壓阻隔爆工作。護(hù)門體窗同時(shí)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(dòng)機(jī)、減速器、摩擦輪組合而成,驅(qū)動(dòng)鋼絲繩牽引門扇運(yùn)動(dòng),通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的開閉動(dòng)作。11供紫外線燈照射申請(qǐng)開門,8用于檢測(cè)風(fēng)門的開閉位置,10用于風(fēng)門狀態(tài)顯示及車輛通行指揮,帶有紅綠指示燈,可用于風(fēng)門狀態(tài)顯示以及車輛進(jìn)入風(fēng)門的通行指揮。車輛駛出風(fēng)門優(yōu)先,在關(guān)門及關(guān)門過(guò)程中能發(fā)出聲音提示。9用于防止風(fēng)門關(guān)閉時(shí),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(qǐng)分為內(nèi)外開門申請(qǐng),車輛在兩道門之外可照射的11為外申請(qǐng)開門,車輛在兩道門之間可能照射的11為內(nèi)申請(qǐng)開門。內(nèi)申請(qǐng)只打開申請(qǐng)的這一道門并延時(shí)關(guān)閉,而外申請(qǐng)打開申請(qǐng)的這一道門,在延時(shí)關(guān)閉后會(huì)自動(dòng)打開另一道門。2.3兩個(gè)多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門的信號(hào)連接控制系統(tǒng)包括控制模塊、驅(qū)動(dòng)裝置、一號(hào)電機(jī)、二號(hào)電機(jī)、一號(hào)紫外線感應(yīng)器、二號(hào)紫外線感應(yīng)器、一號(hào)傳動(dòng)裝置和二號(hào)傳動(dòng)裝置,控制模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接。所述驅(qū)動(dòng)裝置的一號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與一號(hào)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接,所述一號(hào)電機(jī)的輸出軸與一號(hào)傳動(dòng)裝置連接,所述一號(hào)傳動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門的開啟或關(guān)閉;驅(qū)動(dòng)裝置的二號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與二號(hào)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接,所述二號(hào)電機(jī)的輸出軸與二號(hào)傳動(dòng)裝置連接,所述二號(hào)傳動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門的開啟或關(guān)閉;一號(hào)紫外線感應(yīng)器的感應(yīng)信號(hào)輸出端與控制模塊的一號(hào)感應(yīng)信號(hào)輸入端連接,二號(hào)紫外線感應(yīng)器的感應(yīng)信號(hào)輸出端與控制模塊的二號(hào)感應(yīng)信號(hào)輸入端連接;一號(hào)紫外線感應(yīng)器和二號(hào)紫外線感應(yīng)器分別設(shè)置在兩組多孔泄壓阻隔爆風(fēng)門上;控制模塊和驅(qū)動(dòng)裝置安裝在支撐框架上。2.4多孔阻爆自動(dòng)風(fēng)門(1)多孔泄壓阻爆自動(dòng)風(fēng)門,由泡沫陶瓷,不對(duì)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(duì)稱多孔金屬材料,置于風(fēng)門空腔體中,阻爆自動(dòng)風(fēng)門兩側(cè)裝配于風(fēng)門導(dǎo)軌之內(nèi)。(2)多孔泄壓阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門,其特征是:阻爆自動(dòng)風(fēng)門門體兩側(cè)裝有壓力傳感器,底部設(shè)有護(hù)門體窗。可以避免阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門因爆炸時(shí),沖擊波壓力過(guò)大而造成危險(xiǎn),致使整個(gè)風(fēng)門損壞從而失去阻隔爆作用,護(hù)門體窗同時(shí)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(dòng)風(fēng)門,其特征是:阻爆自動(dòng)風(fēng)門不對(duì)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(dòng)風(fēng)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(hào))工作。(5)多孔泄壓阻爆自動(dòng)風(fēng)門,其特征是:門限傳感器安裝于風(fēng)門柜架上部,光敏傳感器裝置安裝在風(fēng)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(fēng)門外側(cè)的柜架上部。(6)多孔泄壓阻爆自動(dòng)風(fēng)門,其特征是:阻爆自動(dòng)風(fēng)門頂端巖壁內(nèi),裝有風(fēng)門驅(qū)動(dòng)裝置、PLC控制柜、手動(dòng)操作按鈕。3送料裝置的安全性能本論文設(shè)計(jì)的煤礦多孔泄壓阻隔爆自動(dòng)風(fēng)門,不單具有阻隔風(fēng)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(qiáng)、全自動(dòng)開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。能配合自動(dòng)送料裝置形成一個(gè)完整的安全體系,