專利名稱：一種煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，煤礦井下瓦斯爆炸事件時有發(fā)生。一旦發(fā)生煤礦井下瓦斯爆炸事件，不但國家財產(chǎn)將會有很大的損失，同時井下作業(yè)人員的人身安全也得不到保障。
瓦斯煤塵爆炸是在高溫或一定點火能的熱源作用下，空氣中氧氣與瓦斯煤塵急劇氧氣的反應(yīng)過程，是一種非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一般認(rèn)為其爆炸機理及過程如下(1)煤本身是可燃物質(zhì)，當(dāng)它以粉末狀態(tài)存在時，總表面積顯著增加，吸氧和被氧化的能力大大增可，一旦遇見火源，氧化過程迅速展開；(2)當(dāng)溫度達到300-400℃時，煤的干餾現(xiàn)象急劇增強，放出大量的可燃性氣體，主要成分為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫和1％左右的其他碳氫化合物；(3)形成的可燃氣體與空氣混合在一起，在高溫作用下吸收能量，使塵粒周圍形成氣體外殼，即活化中心。當(dāng)活化中心的能量達到一定程度后，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程開始，游離基迅速增加，發(fā)生了塵粒的閃燃；(4)閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵粒，并使之參與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致燃燒過程急劇地循環(huán)進行，當(dāng)燃燒不斷加劇使火焰速度達到每秒數(shù)百米時，瓦斯煤塵的燃燒便在一定臨界條件下跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā?br> 瓦斯煤塵爆炸的特征(1)形成高溫、高壓、沖擊波瓦斯煤塵爆炸火焰溫度為1600-1900℃，爆源的溫度達到2000℃以上，這是瓦斯煤塵爆炸得以自動傳播的條件之一。
在礦井條件下煤塵爆炸的平均理論壓力為736KPa，但爆炸壓力隨著離開爆源距離的延長而跳躍式增大。爆炸過程中如遇障礙物，壓力將進一步增加，尤其是連續(xù)爆炸時，后一次爆炸的理論壓力將是前一次的5-7倍。煤塵爆炸產(chǎn)生的火焰速度可達1120m/s，沖擊波速度為2340m/s。
(2)瓦斯煤塵爆炸具有連續(xù)性由于瓦斯煤塵爆炸具有很高的沖擊波速，能將巷道中落塵揚起，甚至使煤體破碎形成新的煤塵，導(dǎo)致新的爆炸，有時可如此反復(fù)多次，形成連續(xù)爆炸，這就是煤塵爆炸的重要特征。
(3)瓦斯煤塵爆炸的感應(yīng)期瓦斯煤塵爆炸也有一個感應(yīng)期，即煤塵受熱分解產(chǎn)生足夠數(shù)量的可燃氣體形成爆炸所需的時間。根據(jù)試驗，煤塵爆炸的感應(yīng)期主要決定于煤的揮發(fā)分含量，一般為40％-80％，揮發(fā)分越高，感應(yīng)期越短。
(4)揮發(fā)分減少或形成“粘焦”瓦斯煤塵爆炸時，參與反應(yīng)的揮發(fā)分約占煤塵揮發(fā)分含量的40％-70％，致使煤塵揮發(fā)分減少，根據(jù)這一特征，可以判斷煤塵是否參與了井下的爆炸。對于氣煤、肥煤、焦煤等粘結(jié)性煤的煤塵，一旦發(fā)生爆炸，一部分煤塵會被焦化，粘結(jié)在一起，沉積于支架的巷道壁上，形成煤塵爆炸所特有的產(chǎn)物—焦炭皮渣或粘塊，統(tǒng)稱“粘焦”。“粘焦”也是判斷井下發(fā)生爆炸事故時是否有煤塵參與的重要標(biāo)志。
(5)產(chǎn)生大量的CO瓦斯煤塵爆炸時產(chǎn)生的CO，在災(zāi)區(qū)氣體中濃度可達2％-3％，甚至高達到8％左右，爆炸事故中受害者的大多數(shù)(70％-80％)是由于CO中毒造成的。
煤塵爆炸必須同時具備三個條件①煤塵的爆炸性煤塵具有爆炸性是煤塵爆炸的必要條件。煤塵爆炸的危險性必須經(jīng)過試驗確定。
②懸浮煤塵的濃度井下空氣中只有懸浮的煤塵達到一定濃度時，才可能引起爆炸，單位體積中能夠發(fā)生煤塵爆炸的最低或最高煤塵量稱為下限和上限濃度。低于下限濃度或高于上限濃度的煤塵都不會發(fā)生爆炸。煤塵爆炸的濃度范圍與煤的成分、粒度、引火源的種類和溫度及度試驗條件等有關(guān)。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30-50g/m3，上限濃度為1000-2000g/m3。其中爆炸力最強的濃度范圍為300-500g/m3。
一般情況下，浮游煤塵達到爆炸下限濃度的情況是不常有的，但是爆破、爆炸和其他震動沖擊都能使大量落塵飛揚，在短時間內(nèi)使浮塵量增加，達到爆炸濃度。因此，確定煤塵爆炸濃度時，必須考慮落塵這一因素。
③引燃煤塵爆炸的高溫?zé)嵩疵簤m的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵特性、濃度及試驗條件的不同而變化。我國煤塵爆炸的引燃溫度在610-1050℃之間，一般為700-800℃。煤塵爆炸的最小點火能為4.5-40mJ。這樣的溫度條件，幾乎一切火源均可達到，如爆破火焰、電氣火花、機械摩擦火花、瓦斯燃燒或爆炸、井下火災(zāi)等。根據(jù)20世紀(jì)80年代的統(tǒng)計資料，由于放炮和機電火花引起的煤塵爆炸事故分別占總數(shù)的45％和35％。
影響瓦斯煤塵爆炸的因素1、煤的揮發(fā)分煤塵爆炸主要是在塵粒分解的可燃氣體(揮發(fā)分)中進行的，因此煤的揮發(fā)分?jǐn)?shù)量的和質(zhì)量是影響煤塵爆炸的最重要因素。一般說來，煤塵的可燃揮發(fā)分含量越高，爆炸性越強，即煤化作用程度低的煤，其煤塵爆炸性強，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。
2、煤的灰分和水分煤內(nèi)有灰分是不燃性物質(zhì)，能吸收能量，阻擋熱輻射，破壞鏈反應(yīng)，降低煤塵的爆炸性。煤的灰分對爆炸性的影響還與揮發(fā)分含量的多少有關(guān)，揮發(fā)分小于15％的煤塵，灰分的影響比較顯著，大于15％時，天然灰分對為塵的爆炸幾乎沒有影響。水分能降低煤塵的爆炸性，因為水的吸熱能力大，能促使細微塵粒聚結(jié)為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時還能降低落塵的飛揚能力。煤的天然灰分和水分都很低，降低煤塵爆炸性的作用不顯著，只有人為地?fù)饺牖曳?撒巖粉)或水分(灑水)才能防止煤塵的爆炸。
3、煤塵粒度粒度對爆炸性的影響極大。粒徑1mm以下的煤塵粒子都可能參與爆炸，而且爆炸的危險性隨粒度的減小而迅速增加，75μm以下的煤塵特別是30-75μm的煤塵爆炸性最強，因為單位質(zhì)量煤塵位質(zhì)量煤塵的粒度越小，總表面積及表面能越大，粒徑小于10μm后，煤塵爆炸性增強的趨勢變得平緩。煤塵粒度對爆炸壓力也有明顯的影響。有試驗結(jié)果表明在同一煤種不同粒度條件下，爆炸壓力隨粒度的減小而增高，爆炸范圍也隨之?dāng)U大，即爆炸性增強，粒度不同的煤塵引燃溫度煤塵燃溫度也不相同。煤塵粒度越小，所需引燃溫度越低，且火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍娇臁?br> 4、空氣中的瓦斯?jié)舛韧咚箙⑴c使煤塵爆炸下限降低。
隨著瓦斯?jié)舛鹊脑龈?，煤塵爆炸濃度下限急劇下降，這一點在有瓦斯煤塵爆炸危險的礦井應(yīng)引起高度重視。一方面與煤塵爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的；另一方面，有煤塵參與時，小規(guī)模的瓦斯爆炸可能演變?yōu)榇笠?guī)模的爆塵瓦斯爆炸事故，造成嚴(yán)重的后果。
5.空氣中氧的含量空氣中氧的含量高時，點燃煤塵的溫度可以降低；氧的含量低時，點燃煤塵云困難，當(dāng)氧含量低于17％時，煤塵就不再爆炸。煤塵的爆炸壓力也隨空氣中含氧的多少而不同。含氧高，爆炸壓力高；含氧低，爆炸壓力低。
6.引爆熱源點燃煤塵云造成煤塵爆炸，就必須有一個達到或超過最低點燃溫度和能量的引爆熱源。引爆熱源的溫度越高，能量越大，越容易點燃塵云。而且爆塵初爆的強度也越大；反之溫度越低，能量越小，越難以點燃煤塵云，且即使引起爆炸，初始爆炸的強度也越小。
到目前為止，我國還沒有完全有效的防治瓦斯爆炸的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)。本煤礦井下瓦斯粉塵防治系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全和能有效的防治瓦斯爆炸等優(yōu)點。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)，包括水泵、控制系統(tǒng)、控制閥、管道、設(shè)置在危險區(qū)域的噴放設(shè)備和探測器；所述水泵通過管道和設(shè)置在危險區(qū)域的噴放設(shè)備相通連接，在連接水泵和噴放設(shè)備之間的管道上設(shè)有控制閥，所述水泵和控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，所述控制閥和控制系統(tǒng)也通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述探測器和控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接。
進一步地，所述噴放設(shè)備是一組或多組細水霧噴放設(shè)備；細水霧防治瓦斯爆炸具有廉價、對人和環(huán)境無危害等有益效果；同時因為細水霧粒徑很小(Dv0.9＜1100μm)，所以它的用水量甚微，尤其適用于水資源很珍貴的井下作業(yè)場所。
進一步地，所述的探測器是粉塵探測器、溫度探測器、沖擊波探測器、壓力探測器、煙霧探測器或瓦斯?jié)舛忍綔y器中的一種或兩種以上的配合使用，根據(jù)不同的危險區(qū)域要求，設(shè)置相應(yīng)的探測器類型。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全、能有效的防止瓦斯爆炸和減輕爆炸危害等優(yōu)點。


下面結(jié)合附圖并用最佳的實施方式對本發(fā)明作詳細的說明。
圖1是本發(fā)明的煤礦瓦斯粉塵爆炸“主動防治”的方框圖；圖2是本發(fā)明的煤礦瓦斯“安全輸送”綜合防治流程方框圖；圖3是本發(fā)明的瓦斯爆炸后細水霧“隔爆水幕”綜合防治流程方框圖；圖4是本發(fā)明的采空區(qū)瓦斯和煤炭自燃防治單分區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的采空區(qū)瓦斯和煤炭自燃防治多分區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
實施例1參見圖1所示，是本發(fā)明適用于煤礦瓦斯粉塵爆炸“主動防治”時的實施方式。它包括水泵1、控制系統(tǒng)2、控制閥3、管道4、設(shè)置在煤礦采掘面和巷道內(nèi)細水霧噴放設(shè)備5和探測器6；所述水泵1通過管道4和設(shè)置在煤礦采掘面和巷道內(nèi)細水霧噴放設(shè)備5相通連接，在連接水泵1和細水霧噴放設(shè)備5之間的管道4上設(shè)有控制閥3，所述水泵1和控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，所述控制閥3和控制系統(tǒng)2也通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述探測器6和控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述的探測器是粉塵探測器、溫度探測器、沖擊波探測器、壓力探測器、煙霧探測器或瓦斯?jié)舛忍綔y器中的一種或兩種以上的配合使用。
工作原理是煤礦作業(yè)中，采掘面和巷道內(nèi)容易產(chǎn)生聚集瓦斯和漂浮的煤塵，或者因靜電或自燃等各種原因容易產(chǎn)生偶發(fā)火源。探測器6探測爆炸源時，通過數(shù)據(jù)傳輸線傳送到控制系統(tǒng)2，控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線向水泵1和控制閥3發(fā)出啟動的指令，水源通過管道4輸入到細水霧噴放設(shè)備5，噴放設(shè)備5噴出細水霧。該細水霧能隔氧窒息偶發(fā)火源，能稀釋聚集瓦斯的濃度、分隔瓦斯氣團，能將漂浮的煤塵浸潤降落。
實施例2參見圖2所示，是本發(fā)明適用于煤礦瓦斯“安全輸送”綜合防治時的實施方式。它包括水泵1、控制系統(tǒng)2、控制閥3、管道4、設(shè)置在細水霧和瓦斯混合室的高壓細水霧噴放設(shè)備5和瓦斯?jié)舛扔?；所述水泵1通過管道4和設(shè)置在細水霧和瓦斯混合室的高壓細水霧噴放設(shè)備5相通連接；在煤礦瓦斯的輸送管道上，細水霧和瓦斯混合室的進口和出口處分別設(shè)有一個控制閥3，所述水泵1和控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，所述控制閥3和控制系統(tǒng)2也通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述瓦斯?jié)舛扔?和控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線連接。
工作原理如下細水霧與瓦斯在混合室混合，可調(diào)節(jié)二者所占的比例，以達到稀釋，降低瓦斯?jié)舛?，以保證安全輸送瓦斯的目的。當(dāng)檢測儀表檢測瓦斯?jié)舛鹊蜁r，給控制柜發(fā)信號，控制柜控制閥門打開，混合物進入瓦斯管道；當(dāng)檢測儀表檢測瓦斯?jié)舛雀邥r給控制柜發(fā)信號控制柜控制閥門關(guān)閉，并噴放細水霧，稀釋降低瓦斯?jié)舛取?br> 實施例3參見圖3所示，是本發(fā)明適用于瓦斯爆炸后細水霧“隔爆水幕”綜合防治時的實施方式。與實施例1相比較不同之處僅在于所述探測器是沖擊波探測器；且設(shè)有多組細水霧噴放設(shè)備以形成多組細水霧隔爆水幕。
工作原理是高強度汽化降溫作用和隔氧窒息作用，同時吸收大量熱量起到隔絕氧氣和降溫的雙生作用，達到迅速隔爆滅火的目的。
實施例4參見圖4、5所示，是本發(fā)明適用于采空區(qū)瓦斯和煤炭自燃防治的實施方式。它包括水泵1、控制系統(tǒng)2、控制閥3、管道4、設(shè)置在煤矸石層7和未采掘煤層8之間的細水霧噴放設(shè)備5和探測器6；所述水泵1通過管道4和設(shè)置在煤矸石層和未采掘煤層之間的細水霧噴放設(shè)備5相通連接，在連接水泵1和細水霧噴放設(shè)備5之間的管道4上設(shè)有控制閥3，所述水泵1和控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，所述控制閥3和控制系統(tǒng)2也通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述探測器6和控制系統(tǒng)2通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述的探測器6是感溫電纜。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)，其特征在于包括水泵、控制系統(tǒng)、控制閥、管道、設(shè)置在危險區(qū)域的噴水設(shè)備和探測器；所述水泵通過管道和設(shè)置在危險區(qū)域的噴水設(shè)備相通連接，在連接水泵和噴水設(shè)備之間的管道上設(shè)有控制閥，所述水泵和控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，所述控制閥和控制系統(tǒng)也通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述探測器和控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)，其特征在于所述噴水設(shè)備是一組或多組細水霧噴放設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)，其特征在于所述的探測器是粉塵探測器、溫度探測器、沖擊波探測器、壓力探測器、煙霧探測器或瓦斯?jié)舛忍綔y器中的一種或兩種以上的配合使用。
全文摘要
一種煤礦井下瓦斯粉塵綜合防治系統(tǒng)，包括水泵、控制系統(tǒng)、控制閥、管道、設(shè)置在危險區(qū)域的噴水設(shè)備和探測器；所述水泵通過管道和設(shè)置在危險區(qū)域的噴水設(shè)備相通連接，在連接水泵和噴水設(shè)備之間的管道上設(shè)有控制閥，所述水泵和控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，所述控制閥和控制系統(tǒng)也通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述探測器和控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全、能有效的防止瓦斯爆炸和減輕爆炸后果等優(yōu)點。
文檔編號E21F17/00GK101089367SQ20071010025
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者王申 申請人:北京海安高科消防技術(shù)有限公司