煤礦風(fēng)井防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究

樊鐵山

（山西煤礦安全監(jiān)察局呂梁監(jiān)察分局，山西呂梁 033000）

煤礦風(fēng)井防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究

樊鐵山

（山西煤礦安全監(jiān)察局呂梁監(jiān)察分局，山西呂梁 033000）

從一起特別重大煤礦事故的慘痛教訓(xùn)入手，分析煤礦現(xiàn)使用的回風(fēng)井防爆裝置存在的技術(shù)缺陷，介紹在煤礦回風(fēng)井防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)方面的研究成果，著重對(duì)防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)的導(dǎo)向、限位和復(fù)位的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行分析，提出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基本要求。

煤礦；防爆裝置；自動(dòng)復(fù)位技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)

2009年2月22日2 :23，山西西山煤電集團(tuán)屯蘭煤礦南2采區(qū)發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，造成78人死亡，114人受傷。事故發(fā)生以后，事故采區(qū)回風(fēng)井的防爆蓋被爆炸沖擊波打開，沒(méi)有及時(shí)閉合，事故采區(qū)的回風(fēng)立井變?yōu)檫M(jìn)風(fēng)井，導(dǎo)致事故采區(qū)產(chǎn)生的有害氣體流入其他采區(qū)，釀成其他采區(qū)無(wú)辜工人中毒的事故擴(kuò)大的悲劇。這起事故充分暴露出我國(guó)煤礦現(xiàn)使用的防爆裝置技術(shù)規(guī)范存在不合理、不完善之處，已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)許多專家和工程技術(shù)人員的高度重視。

1 研究情況

2009年3月15日，在屯蘭煤礦事故后不到一個(gè)月的時(shí)間，筆者和他人向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局遞交了《煤礦防爆蓋、門被爆炸沖擊波打開后的自動(dòng)閉合裝置》實(shí)用新型和《煤礦防爆蓋、門被爆炸沖擊波打開后自動(dòng)閉合的方法》發(fā)明2項(xiàng)專利申請(qǐng)，其中實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)枮?00920008461.8，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910127573.X，均已授權(quán)。

通過(guò)可行性論證，進(jìn)一步改進(jìn)了技術(shù)方案。2010年4月25日，筆者和他人向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局遞交了《煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動(dòng)閉合的裝置》實(shí)用新型和《煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動(dòng)閉合的裝置》發(fā)明2項(xiàng)專利申請(qǐng)，其中實(shí)用新型申請(qǐng)?zhí)枮?01020185506.1，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010169366.3，均已授權(quán)。

改進(jìn)的技術(shù)方案，增大了防爆蓋的限位裝置的抗沖擊強(qiáng)度；徹底改變了原方案提出的在井筒內(nèi)增加自動(dòng)閉合裝置的方式；提出了增加甩配重質(zhì)量的自動(dòng)閉合裝置的方案。新的技術(shù)方案更容易實(shí)施。

2013年5月15日，山西同輝重工有限責(zé)任公司與專利權(quán)人簽訂了《專利實(shí)施許可合同》，并在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局備案，獲得專利許可使用權(quán)。2014年，山西省科技廳批準(zhǔn)山西同輝重工有限責(zé)任公司該項(xiàng)目為山西省科技創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃，項(xiàng)目編號(hào)為201410101，項(xiàng)目名稱為“煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動(dòng)閉合的裝置研究及應(yīng)用”。目前，該新型自動(dòng)復(fù)位防爆蓋在山西呂梁離石西山晉邦德煤業(yè)有限公司進(jìn)行了應(yīng)用。

2 關(guān)鍵技術(shù)

煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動(dòng)閉合的裝置采取的技術(shù)方案是：包括現(xiàn)有風(fēng)井防爆蓋、密封槽和反風(fēng)裝置等附屬設(shè)施基本不改變的結(jié)構(gòu)及功能，增加防爆蓋的由直線軸承或滾珠導(dǎo)套配合的導(dǎo)向裝置、防爆蓋的帶減壓裝置的限位裝置，防爆蓋的甩配重的自動(dòng)閉合裝置［1］，見圖1?；A(chǔ)上基本滿足上述①②條件；為滿足條件③，需要增加特別條款予以明確。目前立井防爆蓋沒(méi)有導(dǎo)向裝置，對(duì)于上述3個(gè)條件必須予以明確。

圖1 防爆蓋甩配重自動(dòng)閉合的裝置立面圖

立項(xiàng)的技術(shù)方案提出的導(dǎo)向裝置：在井口井壁上，沿底圈圓周，均勻垂直設(shè)置4根導(dǎo)向立桿與4根配重裝置立桿；導(dǎo)向環(huán)自然套在導(dǎo)向立桿或配重裝置立桿上，由直線軸承或滾珠導(dǎo)套配合，使防爆蓋只能在垂直方向上開啟或閉合。導(dǎo)向立桿，結(jié)構(gòu)為實(shí)體圓形，釋壓高度為至少在立井凈圓斷面直徑的2/3以上，使爆炸沖擊波得到足夠釋放；配重裝置立桿，改變下半部分結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向立桿的結(jié)構(gòu)，上半部分可拆卸，并能與防爆蓋帶減壓裝置的限位裝置匹配安裝。在標(biāo)準(zhǔn)制訂時(shí)，至少對(duì)導(dǎo)向立桿的有效長(zhǎng)度、導(dǎo)向立桿或配重裝置立桿與直線軸承或滾珠導(dǎo)套之間的摩擦系數(shù)、導(dǎo)向裝置的強(qiáng)度作出明確的規(guī)定，見圖2。

圖2 導(dǎo)向裝置配合立面圖

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)關(guān)于煤礦防爆裝置自動(dòng)閉合的規(guī)定正準(zhǔn)備修訂到煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的瓦斯專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

煤礦回風(fēng)井防爆裝置主要有2種，一種是回風(fēng)立井使用的防爆蓋；另一種是回風(fēng)斜井使用的防爆門。標(biāo)準(zhǔn)制定的原則是：保證標(biāo)準(zhǔn)的適用性；保持標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性；注意標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性；注意標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益；結(jié)合我國(guó)國(guó)情積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)；在確定標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目時(shí)首先要注意標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，既不要讓標(biāo)準(zhǔn)所涵蓋的領(lǐng)域過(guò)寬，使編制的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有實(shí)際技術(shù)內(nèi)容，也不要讓標(biāo)準(zhǔn)所涵蓋的領(lǐng)域過(guò)窄，造成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的肢解，無(wú)謂地增加標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目［2］。煤礦回風(fēng)井防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須從以下幾個(gè)技術(shù)角度予以考慮。

3.1 導(dǎo)向

由于在受到爆炸沖擊波時(shí)，目前的防爆裝置尤其是立井的防爆裝置，處于一種自由運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。也就是說(shuō)在增加復(fù)位技術(shù)裝置時(shí)，首先保證防爆裝置的運(yùn)動(dòng)是一種可逆的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，導(dǎo)向裝置應(yīng)保證：①防爆裝置有足夠的運(yùn)動(dòng)距離，以保證防爆裝置打開后沖擊波可以充分地釋放；②防爆裝置受到?jīng)_擊波作用打開時(shí)能順利地打開，自動(dòng)閉合時(shí)能順利地閉合；③導(dǎo)向裝置在受到爆炸沖擊波時(shí)不受損壞。

目前斜井防爆門的導(dǎo)向裝置為門軸，在將其加固的

3.2 限位

在滿足沖擊波壓力釋放要求的情況下，防爆裝置不能無(wú)限制地打開而是達(dá)到自動(dòng)復(fù)位極限位置必須停留下來(lái)，即到達(dá)極限位置應(yīng)該限位。因此，限位裝置應(yīng)保證：①防爆裝置有足夠的強(qiáng)度，以保證防爆裝置在到達(dá)限位位置后不被損壞；②限位裝置具有緩沖功能，以保證防爆裝置到達(dá)極限位置過(guò)程中不受損壞；③限位裝置具有一定的強(qiáng)度，在防爆裝置與限位裝置沖撞時(shí)不受損壞。

目前斜井防爆門的限位裝置為井壁，基本滿足上述條件①；為滿足②③條件，需要增加特別條款予以明確。目前立井防爆蓋沒(méi)有限位裝置，對(duì)于上述3個(gè)條件必須予以明確。

立項(xiàng)的技術(shù)方案提出的限位裝置：由橫向限位減壓裝置和縱向限位減壓裝置組成，根據(jù)防爆蓋的高度和所受設(shè)計(jì)最大減壓沖擊速度，選擇縱向限位減壓裝置的固定套、減壓彈簧和滑動(dòng)套的長(zhǎng)度。橫向限位減壓裝置固定在導(dǎo)向立桿和配重裝置立桿的一個(gè)水平面上，為防爆蓋上升的終止限位裝置。縱向限位減壓裝置，在導(dǎo)向立桿和配重裝置立桿上，在橫向限位減壓裝置下面，為防爆蓋到達(dá)終止位置前的減壓裝置。在標(biāo)準(zhǔn)制訂時(shí)，至少對(duì)防爆蓋的強(qiáng)度、橫向限位減壓裝置和縱向限位減壓裝置的緩沖參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)作出明確的規(guī)定，見圖3、4。

圖3 橫向限位減壓裝置平面圖

圖4 縱向限位減壓裝置立剖面圖

3.3 復(fù)位

在沖擊波壓力釋放后，防爆裝置在外力或自重作用下自動(dòng)復(fù)位，最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉合。因此，復(fù)位裝置應(yīng)該保證：①?gòu)?fù)位裝置具有打破原防爆裝置的配重、負(fù)壓和防爆本身質(zhì)量之間的平衡的能力；②在到達(dá)極限位置且爆炸沖擊波釋放后，防爆裝置受到的作用力足以使其自動(dòng)閉合復(fù)位；③復(fù)位裝置具有一定的強(qiáng)度，在礦井發(fā)生爆炸時(shí)不受損壞，鼓勵(lì)使用機(jī)械自動(dòng)復(fù)位技術(shù)。

目前不管是斜井防爆門還是立井防爆蓋都沒(méi)有自動(dòng)復(fù)位裝置，對(duì)于上述3個(gè)條件必須予以明確。

立項(xiàng)的技術(shù)方案提出的甩配重質(zhì)量的自動(dòng)閉合裝置，由配重總成、平衡限位彈簧機(jī)構(gòu)、甩銷機(jī)構(gòu)三部分組成。配重的一種狀態(tài)是防爆蓋未受爆炸沖擊時(shí)的正常配重，配重的另一種狀態(tài)是防爆蓋受沖擊波沖擊后經(jīng)過(guò)甩配重時(shí)的非正常配重。平衡限位彈簧機(jī)構(gòu)保證：當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因風(fēng)機(jī)負(fù)壓消失，配重總成質(zhì)量大于防爆蓋，防爆蓋被打開，進(jìn)行自然通風(fēng)；當(dāng)防爆蓋受爆炸沖擊后，配重總成中的配重被甩掉，在爆炸沖擊波釋放后，防爆蓋在自身重力的作用下自動(dòng)閉合。在配重總成和平衡限位彈簧機(jī)構(gòu)之間，安裝直線軸承，保證配重總成上升或下降不發(fā)生卡滑現(xiàn)象。在標(biāo)準(zhǔn)制訂時(shí)，至少對(duì)復(fù)位裝置技術(shù)原理、復(fù)位時(shí)防爆裝置的受力狀態(tài)、復(fù)位裝置不受沖擊波損壞的措施作出明確的規(guī)定，見圖5。

圖5 內(nèi)彈簧式甩配重裝置立剖面圖

4 結(jié)語(yǔ)

屯蘭煤礦特別重大瓦斯爆炸事故由于回風(fēng)井的防爆蓋沒(méi)有及時(shí)閉合，事故采區(qū)的回風(fēng)立井災(zāi)后變?yōu)檫M(jìn)風(fēng)井，事故采區(qū)的有害氣體流入其他采區(qū)，造成重大人員傷亡。慘痛教訓(xùn)警示目前使用的防爆裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修訂迫在眉睫。

研究表明，煤礦防爆蓋、門被爆炸沖擊波打開后的自動(dòng)閉合裝置的技術(shù)方案，煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動(dòng)閉合的裝置的技術(shù)方案，已經(jīng)取得初步技術(shù)成果，但這些技術(shù)成果也迫切需要國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范。

從煤礦回風(fēng)立井防爆蓋的研究成果入手，主要對(duì)煤礦回風(fēng)井防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)的導(dǎo)向、限位和復(fù)位的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基本要求。但這距離國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的正式出臺(tái)或者回風(fēng)井防爆裝置自動(dòng)復(fù)位技術(shù)的規(guī)范應(yīng)用，還有很長(zhǎng)的路要走，還需要廣大工程技術(shù)人員長(zhǎng)時(shí)間的不懈努力。

［1］樊鐵山，李咸華，賀志宏，等.煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動(dòng)閉合的裝置：中國(guó)，ZL2010101693663［P］.2010-04-25.

［2］DB11/T1001-2009.企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定原則和程序［S］.

Study on the Automatic Reset Technology and Standard Applied in Explosion-proof Device for Coal Mine Air Shaft

Fan Tieshan

（Shanxi Coal Mine Safety Supervision Bureau Lvliang Branch，Lvliang Shanxi 033000）

This paper analyzed technical defects of coal mine air shaft explosion-proof device used at present from the painful lessons together with a special major coal mine accident,introduced the research achievements in the au?tomatic reset technology of coal mine return air shaft explosion-proof device,analyzed the key technology points of the oriented,limit and reset of automatic reset technology of the explosion-proof device,proposed the basic require?ments of technical standards.

coal mine；explosion-proof device；automatic reset technology；standard

TD723

A

1003-5168（2017）02-0091-03

2017-01-23

樊鐵山（1968-），男，碩士，副局長(zhǎng)，研究方向：煤礦安全。