煤礦用懸掛式隔爆水袋架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李祖國

(黑龍江煤礦安全監(jiān)察局,黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百五十五條規(guī)定，開采有煤塵爆炸危險煤層，必須有預(yù)防和隔絕煤塵爆炸的措施；第一百六十一條規(guī)定，開采有煤塵爆炸危險煤層礦井，在礦井的兩翼、相鄰的采區(qū)、相鄰的煤層和相鄰的工作面，都必須用巖粉棚或水棚隔開，即在煤巷或回采工作面兩巷相關(guān)的巖巷，安裝一定數(shù)量的隔爆水袋，作為隔爆水棚，以控制礦井瓦斯，煤塵爆炸后災(zāi)害擴(kuò)大的一種措施[1]。

隔爆措施分為兩種形式，一種是被動式隔爆，一種是自動式隔爆。隔爆水袋類型的隔爆方式是一種被動式隔爆，因其成本較低，使用方便，因此得到了開發(fā)和應(yīng)用[2]。為保證隔爆水袋的懸掛質(zhì)量、水量充足，經(jīng)過探索實(shí)踐，我們研制出一種懸掛式水袋架，主要有兩種型式：錨噴支護(hù)巷道懸掛式水袋架、架棚巷道簡易懸掛式水袋架，已在井下應(yīng)用取得實(shí)際效果。以下以錨噴巷道支護(hù)懸掛水袋架為例說明。

1 隔爆原理

隔爆指限制瓦斯煤塵爆炸的傳播，將已發(fā)生的瓦斯煤塵爆炸限制在一定的區(qū)域，盡量減少爆炸造成的損失。隔爆技術(shù)主要是采取被動隔爆技術(shù)和自動隔爆技術(shù)。國內(nèi)煤礦隔爆的方式最早采用撒布巖粉法和設(shè)置普通巖粉棚，但是巖粉極易受潮影響而降低消焰劑功效，而且更換巖粉需要大量時間和力氣，因此國內(nèi)大部分煤礦已不采用這兩種方法，改用隔爆水袋的方式。

隔爆水袋屬于被動隔爆，被動隔爆是指以來瓦斯煤塵爆炸中產(chǎn)生的沖擊波使隔爆裝置產(chǎn)生動作，從而形成爆炸抑制帶，撲滅滯后于沖擊波傳播的爆炸火焰，以達(dá)到阻止爆炸傳播的技術(shù)。隔爆水袋是依靠爆炸產(chǎn)生的沖擊波使水袋脫鉤，形成水霧，再依靠水的吸熱效應(yīng)，撲滅并阻斷火焰的傳播以達(dá)到隔爆目的。隔爆水袋可適用于煤礦井下輔助隔爆棚和主要隔爆棚[35]。

2 懸掛式水袋架

2.1 主要用途

安裝于礦井巷道頂部，用于吊掛隔爆水袋，安裝地點(diǎn)不受坡度限制，無論安裝在礦井內(nèi)某個地方，都能保證托架保持水平狀態(tài)，而且保證水袋灌滿水。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

1)托架

以標(biāo)準(zhǔn)40升水袋，上口長500mm寬400mm為依據(jù)，用Φ16螺紋鋼，切割1300mm長兩根、400mm長兩根。如圖1所示，焊一個托架，每個托架按懸掛兩個隔爆水袋設(shè)計(jì)，要求螺紋鋼的螺紋側(cè)必須上下擺好再焊，便于水袋掛鉤能卡住螺紋起到止滑作用。

圖1 托架示意圖

2)懸掛鏈

如圖2所示，每組懸掛鏈由一個Φ24螺母，兩個Φ6螺母，Φ24平墊兩個，四個鏈在一起的皮帶扣鏈兩掛組成。把Φ24螺母平放，兩邊各平焊上一個Φ6螺母，用四個鏈在一起的皮帶扣鏈兩掛，分別把Φ24平墊與Φ6螺母連在一起，即組成一組懸掛鏈。

圖2 懸掛鏈?zhǔn)疽鈭D

3)懸掛桿

如圖3所示，由一根800～1200mm長的Φ16的螺紋鋼，一端配一個Φ16錨桿螺絲組成。

圖3 懸掛桿參數(shù)示意圖

4)組裝

如圖4所示，每個錨噴巷道支護(hù)懸掛式水袋架，由托架一個，懸掛鏈兩組、兩根懸掛桿組成。

2.3 準(zhǔn)備工作

1)根據(jù)井下需要安裝隔爆水袋的地點(diǎn)，所在巷道支護(hù)型式，確定懸掛式水袋架的種類以及需用水袋架的數(shù)量。

圖4 懸掛式水袋架整體組裝示意圖

2)如采區(qū)機(jī)電班按水袋架的各部件設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作。其中有的部件焊接處必須牢靠，懸掛桿上的Φ16錨桿螺絲要求上下擰動自如，懸掛鏈的皮帶扣鏈認(rèn)真鏈好。

3)水袋架配套做好后，集中運(yùn)到井下現(xiàn)場。

4)使用錨索鉆機(jī)打眼，需提前接好風(fēng)、水管。

2.4 工作原理及安裝方法

以錨噴巷道為例說明，(如圖4所示)。在井下巷道需要掛水袋的地方，選擇巷道頂板圍巖完整處，巷道凈高在2.4 m以上最佳，確定掛水袋巷道的距離，以懸掛40個水袋為例，每米懸掛一對水袋，懸掛水袋巷道距離19 m。施工順序：

1)第一組測量人員，在所確定的19 m巷道內(nèi)頂板，以巷道中心線為基準(zhǔn)，用20 m皮尺每隔一米畫一對橫向懸掛桿眼位置，每對懸掛桿眼距中心線450 mm，即每對懸掛眼橫向間距900 mm。

2)第二組人員，使用錨索鉆機(jī)打立眼，先把兩端第一對和最后一對的懸掛眼打出，然后用木楔將兩端頭的兩對懸掛桿臨時固定，懸掛桿外露部分300～500 mm左右。

3)第一組測量人員，用坡度規(guī)，分別在兩端頭的兩對懸掛桿距頂板200 mm左右掛好水平線，然后沿巷道方向在兩端頭靠幫側(cè)懸掛桿水平線處，各掛一根長線并扯緊。如果巷道有凸起部分刮線，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整兩根長線，以不刮道巷道為準(zhǔn)。

4)第二組人員，再使用錨索鉆機(jī)，按畫好的鉆眼位置及拉好兩根長線，打鉛垂方向懸掛眼，打眼掌握眼深不能小于500 mm，以及懸掛桿外露部分必須低于掛好的長線繩100 mm為宜。

5)第三組人員，隨后用錨桿機(jī)，在打好的立眼處，用一個樹脂藥卷，固定懸掛桿，最后再用樹脂藥卷固定兩端頭臨時用木楔固定的懸掛桿。

6)第四組人員在已固定好的每對懸掛桿上，逐對安裝懸掛鏈→托架→掛水袋→灌水。

(1)安裝懸掛鏈：先把兩組懸掛鏈Φ24螺絲分別穿在每對懸掛桿上，再擰上Φ16錨桿螺絲，以所掛的兩根長線為基準(zhǔn)，錨桿螺絲均擰到靠線繩處停止。

(2)安裝托架：把托架兩頭分別套在懸掛鏈末端的Φ24平墊上并把托架居中調(diào)正。

(3)掛水袋：在安裝好的托架上各掛兩個40升的隔爆水袋，由于托架螺紋鋼的螺紋側(cè)上下設(shè)計(jì)，掛水袋時盡量把水袋外側(cè)掛鉤向兩邊拽緊，即把水袋拽平無褶皺為止，水袋鉤掛在螺紋鋼凹紋上自然止滑。

(4)用水管把所有水袋灌滿水。

2.5 水袋調(diào)整

由于水袋注滿水后，因水重及水袋掛鉤不一致等原因，造成每對水袋左右不水平、前后高低不一致，巷道縱向每對水袋邊緣里出外進(jìn)等小問題，還需細(xì)致調(diào)整，以求平直，整齊。

1)橫向每對水袋左右調(diào)平

以所掛長線為基準(zhǔn)，用12寸活板手，旋擰水袋一側(cè)的懸掛桿錨桿螺絲，即可調(diào)平。

2)每對水袋前后調(diào)整

每對水袋前后高低不平，可同時用12寸活板手，旋擰水袋架的兩根懸掛桿上的錨桿螺絲即可，使托架下的每對水袋整體上下移動，達(dá)到前后大體一致。

3)縱向水袋邊緣調(diào)整

水袋在巷道中縱向出現(xiàn)前后邊緣里出外進(jìn)時，可在托架上左右移動水袋掛鉤，使水袋在托架上左右移動?；蛟谕屑苌献笥遗矂討覓戽湹摩?4平墊，使托架左右移動，都能使前后水袋邊緣側(cè)達(dá)到整齊上線。

2.6 懸掛式水袋架四種型式區(qū)別

錨噴支護(hù)巷道懸掛式水袋架、U型鐵棚支護(hù)巷道懸掛式水袋架、梯型工字鋼支護(hù)巷道懸掛式水袋架、架棚巷道簡易懸掛式水袋架之間區(qū)別，在于后三種型式的懸掛桿制作不同，安裝方式不同，其它部件基本一致。下面分別說明其懸掛桿的制作和安裝，其它部件安裝略。

1)U型鐵棚支護(hù)巷道懸掛式水袋架—懸掛桿(圖5)

圖5 U型鐵棚支護(hù)巷道懸掛式水袋架—懸掛桿

(1)懸掛桿結(jié)構(gòu)

把Φ16螺紋鋼切成80 mm(橫桿)、500 mm(立桿)兩根。把Φ1680 mm(橫桿)，螺紋鋼一端經(jīng)淬火煅打成尖狀，尖狀部分長30 mm,尾部略凸粗于Φ16螺紋鋼，另一端在20 mm處與500 mm(立桿)螺紋鋼垂直焊在一起，拐角處再焊一個Φ10螺母，立桿末端擰一個Φ16錨桿螺絲。

(2)懸掛桿安裝

把每對懸掛桿的橫桿尖狀端掛在事先在U型棚梁確定好的位置上，如果所確定的懸掛桿位置棚梁上有剎桿背板礙事，則把橫桿尖狀端沿棚梁與剎桿背板縫間釘入，尖狀端尾部凸出部分卡在U型梁上，然后用10號線雙絲穿過橫桿拐角處的Φ10螺母與棚梁捆在一起，即把懸掛桿安裝固定好。其它部件安裝與錨噴支護(hù)巷道懸掛式水袋架相同。

2)梯型工字鋼支護(hù)巷道懸掛式水袋架—懸掛桿(圖6)

圖6 梯型工字鋼支護(hù)巷道懸掛式水袋架—懸掛桿

(1)懸掛桿結(jié)構(gòu)

把Φ16螺紋鋼切成160 mm、500 mm兩根，160 mm的螺紋鋼一端加火彎成約30 mm長的倒彎鉤，另一端打成垂直的20 mm的直鉤，并在上面焊一個Φ16螺母，然后擰上一根Φ16×60螺絲做為頂絲，即制成卡鉤。再把500 mm(立桿)長的螺紋鋼與卡鉤垂直焊接即可，立桿末端擰一個Φ16錨桿螺絲。

(2)懸掛桿安裝

先把懸掛桿卡鉤的倒彎鉤卡住工字鋼梁底面的一側(cè)，然后上緊用Φ16 ×60螺絲做的頂絲，卡住棚梁底面另一側(cè)，即安裝固定好懸掛桿。其它部件安裝與錨噴支護(hù)巷道懸掛式水袋架相同[6]。

3)架棚巷道簡易懸掛式水袋架—懸掛鏈(圖7)

圖7 架棚巷道簡易懸掛式水袋架—懸掛鏈

(1)懸掛鏈結(jié)構(gòu)

其與錨噴支護(hù)巷道懸掛式水袋架、U型鐵棚支護(hù)巷道懸掛式水袋架、梯型工字鋼支護(hù)懸掛式水袋架不同之處，在于省略懸掛桿制作，即用四個聯(lián)在一起的兩掛皮帶扣鏈，把三個Φ24平墊連在一起，制成懸掛鏈。

(2)懸掛鏈安裝

安裝時用10號鐵線雙絲穿過懸掛鏈的中間Φ24平墊，捆在棚梁上即可。其它部件安裝，托架兩端套在每組懸掛鏈末端的Φ24平墊上，然后掛水袋、灌水。

(3)架棚簡易懸掛式水袋架優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：省略了懸掛桿制作，利用懸掛鏈中間的Φ24平墊與鐵線捆在梁上，代替懸掛桿，可用在不主要的地點(diǎn)以及施工期不長的巷道。

缺點(diǎn)：懸掛鏈因用鐵線捆在棚梁上固定后，不方便水袋架的調(diào)整，尤其是水袋灌滿水后，更增加調(diào)整難度，必要時需要把水袋水放掉，重新捆綁鐵線。不象其它三種型式，直接旋擰懸掛桿上的Φ16錨桿螺絲即可。

2.7 技術(shù)指標(biāo)

各部件制作、連接簡單，除去托架需要焊接處理外，其它各部件都只用普通螺帽與皮帶扣鏈連接，所用材料取材方便，便于操作，都只需要用螺帽旋緊即可，安裝和拆卸都十分簡便。

2.8 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

普通的隔爆水袋架基本采用固定式安裝，只能安裝于煤礦井下特定的位置，固定后便不可調(diào)節(jié)其角度，一旦出現(xiàn)角度差，便會使隔爆水袋不穩(wěn)定，造成隔爆水袋傾斜；懸掛式隔爆水袋架的懸掛鏈采用皮帶扣鏈與Φ24平墊連接等長設(shè)計(jì)，不論在平巷或上、下山巷道安裝，都能夠始終保持托架處于水平狀態(tài)，在只受重力作用和調(diào)節(jié)下，使水袋口四周邊緣保持水平，不會出現(xiàn)傾斜的狀態(tài)，水袋能夠灌滿水，達(dá)到規(guī)定的水量。

2.9 特點(diǎn)

(1)工作面搬家時，除錨噴巷道支護(hù)巷道懸掛桿不能拆卸外，其余部件都可拆卸、保存、長期使用，并且輕便利于搬運(yùn)[7]。

(2)利用懸掛桿上設(shè)置錨桿螺絲和懸掛鏈通過平墊套在托架兩端上，可以實(shí)現(xiàn)橫向、左右、水平、前后、高低可以細(xì)化調(diào)整，使水袋整體達(dá)到平直、整齊、美觀、標(biāo)準(zhǔn)。

(3)適用性強(qiáng)，可安裝在錨噴、架棚巷道，任何平巷、斜巷。不受巷道支護(hù)、坡度限制[8]。

3 結(jié)語

隨著煤礦機(jī)械化水平的不斷提高，開采的強(qiáng)度也在日益加大，工作面產(chǎn)生的大量煤塵和瓦斯也成為了煤礦安全生產(chǎn)的一個重要問題，隔爆水袋的使用能有效的抑制爆炸產(chǎn)生的危害[9]，而承載隔爆水袋的支架的質(zhì)量也凸顯出其重要性。懸掛式隔爆水袋架投資少，成本低，避免了人為因素造成的誤差，克服了某些安全隱患，該裝置現(xiàn)在黑龍江龍煤股份公司鶴崗分公司井下安裝使用，取得實(shí)際效果。該裝置實(shí)用性強(qiáng)，符合《煤礦安全規(guī)程》第一百五十五條相關(guān)規(guī)定，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為高產(chǎn)高效地安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。

[1] 煤礦安全規(guī)程[S],煤炭工業(yè)出版社,2011.

[2] 周英.采煤概論[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1986.

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