自動(dòng)隔爆技術(shù)在采掘工作面的研究與應(yīng)用

于衍達(dá) 韓長(zhǎng)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(xiǎn)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(dòng)隔爆裝置”，根據(jù)井下現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，對(duì)原裝置壓力表及前端防護(hù)膜處加設(shè)保護(hù)罩，根據(jù)懸掛空間及頂板平整度調(diào)整起爆桿長(zhǎng)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(chǎng)條件，為井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)起到保障作用。如圖1所示。

圖1 自動(dòng)隔爆裝置設(shè)備圖

2 工作原理

2.1 工作原理及特點(diǎn)

裝置利用爆炸沖擊波純機(jī)械自動(dòng)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(tuán)等一系列動(dòng)作均為純機(jī)械動(dòng)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(dòng)作或因停電導(dǎo)致設(shè)備無法動(dòng)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(dòng)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(shí)，接收盤（7）接收到?jīng)_擊波信號(hào)，帶動(dòng)推桿（5）后移，觸動(dòng)主體內(nèi)觸發(fā)裝置（序號(hào)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(zhǎng)度30m以上、濃度超過110g/m3的抑爆屏障，有效彌補(bǔ)隔爆水袋因沖擊波（9）和火焰（10）存在時(shí)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(gè)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(dòng)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(jìn)行。當(dāng)超細(xì)干粉滅火劑釋放后，在常壓氮?dú)怛?qū)動(dòng)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(duì)表面燃燒強(qiáng)窒息作用

在井下工作面現(xiàn)場(chǎng)，超細(xì)干粉對(duì)撲滅有焰燃燒速率和效率明顯，對(duì)固體物質(zhì)的表面燃燒（陰燃）滅火作用更為明顯。當(dāng)超細(xì)干粉接觸到高溫燃燒物表面時(shí)，兩者會(huì)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(huì)被熔融并形成一個(gè)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(dòng)隔爆試驗(yàn)效果說明圖

3.3 有效遮隔火焰熱輻射起到冷卻被保護(hù)物的作用

滅火劑釋放時(shí)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(duì)燃燒區(qū)的氧濃度也具有部分稀釋作用。超細(xì)干粉滅火劑對(duì)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(duì)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(chǎng)所。

3.4 井上實(shí)驗(yàn)室模擬驗(yàn)證

邱集煤礦專門成立了技術(shù)試驗(yàn)小組，在井上實(shí)驗(yàn)室模擬制造封閉巷道，使用該裝置進(jìn)行了多次試驗(yàn)，試驗(yàn)中用鋼化玻璃粘固制作曲線巷道模型（規(guī)格：矩形，長(zhǎng)100m×寬2.0×高1.8m），模型巷道內(nèi)安設(shè)自動(dòng)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(chǎng)模擬試驗(yàn)證明，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯爆炸時(shí)自動(dòng)隔爆裝置可起到明顯的抑制效果，試驗(yàn)鼠均未受到傷害。

4 結(jié)論

邱集煤礦井下自動(dòng)抑爆裝置的投入使用，填補(bǔ)了利用純機(jī)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(hù)了井下設(shè)備和人員安全。它采用純機(jī)械控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)間控制在毫秒級(jí)（14ms），并且隔爆介質(zhì)有效懸浮時(shí)間長(zhǎng)（6min）。井下自動(dòng)隔爆裝置的研制成功，改變了礦井隔爆技術(shù)裝備相對(duì)滯后、產(chǎn)品單一的局面，解決了井下安全領(lǐng)域長(zhǎng)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。