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        自動隔爆技術(shù)在采掘工作面的研究與應(yīng)用

        2019-09-28 07:57:16于衍達韓長海
        山東煤炭科技 2019年9期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        于衍達 韓長海 褚 鵬

        (山東省邱集煤礦有限公司,山東 齊河 251105)

        1 概況

        邱集煤礦主采煤層為7煤和11煤,經(jīng)鑒定煤層均屬于Ⅱ類自燃煤層,煤塵爆炸指數(shù)均大于35%,具有爆炸危險性。根據(jù)邱集煤礦井下11煤巷道傾角小、頂板灰?guī)r起伏大的情況,原有隔爆水棚安設(shè)吊掛困難,難于尋找合適空間。研究了“煤礦井下自動隔爆裝置”,根據(jù)井下現(xiàn)場環(huán)境條件,對原裝置壓力表及前端防護膜處加設(shè)保護罩,根據(jù)懸掛空間及頂板平整度調(diào)整起爆桿長度,以保證在符合煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)的情況下適應(yīng)現(xiàn)場條件,為井下作業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)起到保障作用。如圖1所示。

        圖1 自動隔爆裝置設(shè)備圖

        2 工作原理

        2.1 工作原理及特點

        裝置利用爆炸沖擊波純機械自動觸發(fā),從裝置接收爆炸沖擊波,到將沖擊波傳遞到觸發(fā)裝置,最后到抑爆介質(zhì)噴出形成有效抑爆劑云霧團等一系列動作均為純機械動作,無任何帶電元器件,不受光、波、電、磁的干擾,避免了因電器元件導(dǎo)致的誤動作或因停電導(dǎo)致設(shè)備無法動作的問題。裝置無電氣元部件,不易損壞,產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定可靠,也更加適合井下潮濕、復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。

        2.2 安裝固定和工作方式

        煤礦井下自動隔(抑)爆裝置采用錨桿固定的方式吊掛在巷道頂板上如圖2所示。當(dāng)?shù)V井發(fā)生瓦斯等爆炸時,接收盤(7)接收到?jīng)_擊波信號,帶動推桿(5)后移,觸動主體內(nèi)觸發(fā)裝置(序號7以后的部分),從而使主體(3)內(nèi)的阻燃介質(zhì)噴出,形成有效長度30m以上、濃度超過110g/m3的抑爆屏障,有效彌補隔爆水袋因沖擊波(9)和火焰(10)存在時間差而造成的失效問題。通過劇烈的化學(xué)及物理反應(yīng)迅速撲滅火焰,將爆炸限定在初期和一個較小的區(qū)域內(nèi),抑制了瓦斯及煤塵的次生爆炸和連鎖爆炸,最大限度地減少損失。

        圖2 自動隔(抑)爆裝置固定和工作方式示意圖

        3 隔爆作用效果

        3.1 有效抑制有焰燃燒

        作為一種鏈?zhǔn)椒磻?yīng),燃料分子在有焰燃燒過程產(chǎn)生的高溫下被活化,有氧條件下產(chǎn)生了大量的自由基或活性基因,在具有高能量的自由基傳播反應(yīng)基礎(chǔ)上,燃燒過程不間斷持續(xù)進行。當(dāng)超細干粉滅火劑釋放后,在常壓氮氣驅(qū)動下,滅火劑與火焰充分混合,滅火組分迅速捕獲燃燒中的自由基,使得燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的自由基消耗速度大于產(chǎn)生速度,由于缺乏燃燒所必須的活性自由基,燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程即告終止,火焰迅速熄滅。

        3.2 對表面燃燒強窒息作用

        在井下工作面現(xiàn)場,超細干粉對撲滅有焰燃燒速率和效率明顯,對固體物質(zhì)的表面燃燒(陰燃)滅火作用更為明顯。當(dāng)超細干粉接觸到高溫燃燒物表面時,兩者會發(fā)生一系列反應(yīng),在固體表面燃燒所產(chǎn)生的高溫作用下,燃燒的固體周圍會被熔融并形成一個玻璃狀覆蓋層,固體表面與周圍空氣被覆蓋層隔開,將燃燒窒息(如圖3)。

        圖3 自動隔爆試驗效果說明圖

        3.3 有效遮隔火焰熱輻射起到冷卻被保護物的作用

        滅火劑釋放時產(chǎn)生的高濃度粉末與火焰相結(jié)合,火焰的部分熱量被有效地分解吸收,而在分解反應(yīng)過程中產(chǎn)生的二氧化碳、水蒸氣等副產(chǎn)品對燃燒區(qū)的氧濃度也具有部分稀釋作用。超細干粉滅火劑對大氣臭氧層耗減潛能值(ODP)和溫室效應(yīng)潛能值(GWP)均為零,對人體皮膚和呼吸道并無副作用。滅火后殘留物無毒副作用,易清理,可廣泛適用于較多場所。

        3.4 井上實驗室模擬驗證

        邱集煤礦專門成立了技術(shù)試驗小組,在井上實驗室模擬制造封閉巷道,使用該裝置進行了多次試驗,試驗中用鋼化玻璃粘固制作曲線巷道模型(規(guī)格:矩形,長100m×寬2.0×高1.8m),模型巷道內(nèi)安設(shè)自動隔爆裝置,并在該裝置后90m距離(曲線范圍)放置鐵籠,鐵籠內(nèi)留有2到3只家鼠,然后人為制造小范圍瓦斯爆炸?,F(xiàn)場模擬試驗證明,當(dāng)出現(xiàn)瓦斯爆炸時自動隔爆裝置可起到明顯的抑制效果,試驗鼠均未受到傷害。

        4 結(jié)論

        邱集煤礦井下自動抑爆裝置的投入使用,填補了利用純機械結(jié)構(gòu)抑制瓦斯、煤塵爆炸這一科技領(lǐng)域的空白,裝置本身無任何安全隱患,最大程度保護了井下設(shè)備和人員安全。它采用純機械控制,結(jié)構(gòu)簡單,安全可靠,技術(shù)易掌握,適合煤礦復(fù)雜多變的使用環(huán)境。該裝置響應(yīng)時間控制在毫秒級(14ms),并且隔爆介質(zhì)有效懸浮時間長(6min)。井下自動隔爆裝置的研制成功,改變了礦井隔爆技術(shù)裝備相對滯后、產(chǎn)品單一的局面,解決了井下安全領(lǐng)域長期存在的諸多難題,為礦井阻隔爆產(chǎn)品的研制提供了新的思路和發(fā)展方向。

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