一种矿用火区主动隔爆抑爆装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿用火区主动隔爆抑爆装置及其控制方法，矿用火区主动隔爆抑爆装置包括探测器、隔爆抑爆器和控制器；探测器包括压力传感器、CO传感器、CO2传感器和CH4传感器；隔爆抑爆器至少包括一个隔爆器和一个抑爆器，隔爆器和抑爆器均包括密闭桶体、气体发生机构、匀释气囊和喷头，隔爆器的密闭桶体内部填充可阻止爆炸传播的隔爆灭火粉剂，抑爆器的密闭桶体内部填充可降低瓦斯浓度的、具有化学惰性的气体。本矿用火区主动隔爆抑爆装置及其控制方法综合考虑CO及CO2耦合作用下判断矿井内部环境是否接近于瓦斯爆炸条件，提高了监测的可靠性和准确性，特别适用于煤矿火区的主动隔爆抑爆。

An active flameproof and explosion suppression device for mine fire area and its control method

The invention discloses an active explosion suppression device and its control method for a mining fire area, and the active explosion suppression device of the mining fire area includes a detector, a detonator and a controller, and a detector includes a pressure sensor, a CO sensor, a CO2 sensor and a CH4 sensor, and a flameproof detonator includes at least one detonator and an explosion suppression device. The detonator and the detonator all include the closed bucket body, the gas generator, the uniform air bag and the nozzle, and the inside of the closed bucket body of the detonator is filled with the explosion extinguishing powder which can prevent the explosion from the explosion, and the gas in the closed bucket body of the explosion suppressor can be filled with chemical inert. The active detonating and detonating device and its control method in this mining area comprehensively consider whether the internal environment of the mine is close to the condition of gas explosion under the coupling effect of CO and CO2, and improves the reliability and accuracy of the monitoring, and is especially suitable for the active explosion and explosion suppression of the coal mine fire zone.

【技术实现步骤摘要】
一种矿用火区主动隔爆抑爆装置及其控制方法
本专利技术涉及一种主动隔爆抑爆装置及其控制方法，具体是一种适用于煤矿火区的主动隔爆抑爆装置及其控制方法，属于煤矿安全生产

技术介绍
煤矿开采过程中如瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等矿井灾害是矿井易发生的主要灾害。我国煤矿中，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占15％左右，瓦斯爆炸目前仍是造成矿井人员伤亡和财产损失的主要事故形式，研发矿井瓦斯主动隔爆抑爆装置对我国矿井安全具有重大意义。目前，被动式水槽、水袋和自动式抑爆装置等装置已在煤矿中推广运用，对控制瓦斯煤尘爆炸传播范围、减少事故损失起到了重要的作用，在一定程度上保障了煤矿安全生产。国内对瓦斯的检测以甲烷检测为主，因此这类装置均以监测甲烷浓度为指标来判断火区封闭过程瓦斯是否会发生爆炸，然而由于煤矿瓦斯从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氮等组成的混合气体，在火区封闭过程中所产生的一氧化碳和二氧化碳对瓦斯爆炸极限范围同样存在影响，仅以甲烷浓度为判断依据的抑爆装置可能会对矿井火区封闭过程中瓦斯爆炸与否造成误判，这对主动隔爆抑爆装置的可靠性和准确性影响较大。另外，这类装置的喷头通常安装在抑爆筒体的轴线上，因此不仅喷头喷射方向单一，而且喷嘴口径小易导致抑爆粉末覆盖率较低。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种矿用火区主动隔爆抑爆装置及其控制方法，能够在综合考虑瓦斯爆炸极限范围的前提下实现准确判断瓦斯是否会发生爆炸，并根据判断结果实施隔爆或抑爆，提高可靠性和准确性，特别适用于煤矿火区的主动隔爆抑爆。为了实现上述目的，本矿用火区主动隔爆抑爆装置包括探测器、隔爆抑爆器和控制器；所述的探测器包括均布设置在矿井巷道内壁上的压力传感器、CO传感器、CO2传感器和CH4传感器；所述的隔爆抑爆器至少包括一个隔爆器和一个抑爆器，隔爆器和抑爆器均包括密闭桶体、气体发生机构、匀释气囊和喷头；密闭桶体顶端通过安装支架定位安装在矿井巷道内壁上、且密闭桶体的桶底位置面向矿井巷道设置；气体发生机构固定设置在密闭桶体内部的顶端，气体发生机构包括气体发生部件、消焰罩壳和点火部件，气体发生部件内部设有固态燃料，消焰罩壳套接安装在气体发生部件的外部，消焰罩壳上设有多个沿其周向及轴向均布设置的、内外贯通的导流孔，点火部件安装在气体发生部件上；匀释气囊是采用弹性材质制作的囊状结构，匀释气囊套接包裹安装在气体发生机构的外部，匀释气囊上均布设有多个内外贯通的匀释泄气孔；喷头设置为多个，多个喷头固定安装在密闭桶体的桶底位置、且喷头与密闭桶体的内腔贯通设置，喷头的喷射方向面向矿井巷道设置，喷头的内腔通过可根据压力大小开闭的隔断部件与密闭桶体的内腔密闭连接；隔爆器的密闭桶体内部填充可阻止爆炸传播的隔爆灭火粉剂，抑爆器的密闭桶体内部填充可降低瓦斯浓度的、具有化学惰性的气体；所述的控制器包括处理器、输入端口、输出端口、电源回路、数据反馈回路、数据判断回路、隔爆抑爆器控制回路，处理器分别与输入端口、输出端口电连接，输入端口分别与压力传感器、CO传感器、CO2传感器和CH4传感器电连接，输出端分别与隔爆器和抑爆器的点火部件电连接。作为本专利技术的进一步改进方案，匀释气囊的囊状开口位置与安装支架固定连接，匀释气囊在密闭桶体内顶部形成半球形结构。作为本专利技术的进一步改进方案，所述的消焰罩壳的外部还设有阻燃薄膜。作为本专利技术的优选方案，所述的隔断部件是密封隔膜。作为本专利技术的优选方案，填充在隔爆器的密闭桶体内部的隔爆灭火粉剂是ABC超细干粉灭火剂。作为本专利技术的优选方案，填充在抑爆器的密闭桶体内部的具有化学惰性的气体是氮气。作为本专利技术的优选方案，气体发生部件内部的固态燃料是硝基胍。一种矿用火区主动隔爆抑爆装置的控制方法，具体包括以下步骤：步骤一：数据反馈：启动电源回路后数据反馈回路开始工作，压力传感器、CO传感器、CO2传感器和CH4传感器分别实时向控制器的处理器反馈矿井巷道内流动气流的压力数值、CO浓度数值、CO2浓度数值和CH4浓度数值；步骤二：数据判断回路开始工作，当压力传感器反馈数值超过设定数值时，处理器则直接判断为危险信号，隔爆抑爆器控制回路开始工作，处理器通过输出端口控制隔爆器的点火部件动作点火，隔爆器的气体发生部件内部的固态燃料被点燃释放大量的气体，大量气体迅速体积膨胀并经导流孔充斥匀释气囊、最终经匀释泄气孔进入密闭桶体的内腔使密闭桶体内的压力急剧增大，隔断部件受压打开后隔爆器的密闭桶体内部的隔爆灭火粉剂经喷头喷出形成气幕、阻止爆炸传播；当压力传感器反馈数值未超过设定数值时，处理器根据设定程序和CO传感器、CO2传感器和CH4传感器实时反馈的数值进行计算、存储并分析判断矿井巷道内部环境是否接近于瓦斯爆炸条件，处理器记录某一时段内CH4传感器每次反馈的CH4浓度数值并不断计算平均值，对比之后不同时段的平均值之间的差异，判断CH4浓度数值是否处于缓慢、稳定的增长状态，若处于此状态，则隔爆抑爆器控制回路开始工作，处理器通过输出端口控制抑爆器的点火部件动作点火，抑爆器的气体发生部件内部的固态燃料被点燃释放大量的气体，大量气体迅速体积膨胀并经导流孔充斥匀释气囊、最终经匀释泄气孔进入密闭桶体的内腔使抑爆器的密闭桶体内的压力急剧增大，隔断部件受压打开后抑爆器的密闭桶体内部的具有化学惰性的气体经喷头喷出、降低CH4浓度，避免发生瓦斯爆炸。作为本专利技术的进一步改进方案，步骤二中，处理器记录某一时段内CH4传感器每次反馈的CH4浓度数值并不断计算平均值后同时将之后某一时刻CH4传感器反馈的CH4浓度数值与该平均值进行比较，若之后某一时刻CH4传感器反馈的CH4浓度数值与平均值之间的差值大于设定数值时则判断为出现瓦斯突涌，隔爆抑爆器控制回路开始工作，处理器通过输出端口控制抑爆器喷射具有化学惰性的气体降低CH4浓度。作为本专利技术的进一步改进方案，步骤二中，当压力传感器反馈数值未超过设定数值时，处理器根据设定程序和CO传感器、CO2传感器和CH4传感器实时反馈的数值进行计算、存储并分析判断矿井巷道内部环境是否接近于瓦斯爆炸条件，首先由逻辑电路A进行判断，处理器根据设定程序和CO传感器、CO2传感器实时反馈的CO浓度数值、CO2浓度数值计算CO与CO2的体积比α，并与其临界值0.092进行比较，若α<0.092，则继续进行下一步判断，设定抑爆器启动最低瓦斯标准为1.5％，当CH4传感器反馈的CH4浓度数值大于1.5％，则判定为危险信号，处理器通过输出端口控制抑爆器喷射具有化学惰性的气体降低CH4浓度；若α>0.092，则通过逻辑电路B进行进一步的判断，处理器计算当前CO及CO2的总体积Xtotal，当Xtotal位于0.05～0.10之间，则将已设定的最低瓦斯标准降至1.0％，之后处理器再对CH4传感器反馈的CH4浓度数值进行判断，如果CH4传感器反馈的CH4浓度数值大于1.0％，则判定为危险信号，处理器通过输出端口控制抑爆器喷射具有化学惰性的气体降低CH4浓度；当Xtotal大于0.10，处理器根据一段时间内计算的α值分析α的变化趋势，如果α存在线性增长，则判定为危险信号，处理器通过输出端口控制抑爆器喷射具有化学惰性的气体降低CH4浓度。与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿用火区主动隔爆抑爆装置，包括探测器、隔爆抑爆器和控制器(5)；其特征在于，所述的探测器包括均布设置在矿井巷道内壁上的压力传感器(1)、CO传感器(2)、CO2传感器(3)和CH4传感器(4)；所述的隔爆抑爆器至少包括一个隔爆器和一个抑爆器，隔爆器和抑爆器均包括密闭桶体(15)、气体发生机构、匀释气囊(14)和喷头(17)；密闭桶体(15)顶端通过安装支架(6)定位安装在矿井巷道内壁上、且密闭桶体(15)的桶底位置面向矿井巷道设置；气体发生机构固定设置在密闭桶体(15)内部的顶端，气体发生机构包括气体发生部件(10)、消焰罩壳(9)和点火部件(7)，气体发生部件(10)内部设有固态燃料，消焰罩壳(9)套接安装在气体发生部件(10)的外部，消焰罩壳(9)上设有多个沿其周向及轴向均布设置的、内外贯通的导流孔(8)，点火部件(7)安装在气体发生部件(10)上；匀释气囊(14)是采用弹性材质制作的囊状结构，匀释气囊(14)套接包裹安装在气体发生机构的外部，匀释气囊(14)上均布设有多个内外贯通的匀释泄气孔(12)；喷头(17)设置为多个，多个喷头(17)固定安装在密闭桶体(15)的桶底位置、且喷头(17)与密闭桶体(15)的内腔贯通设置，喷头(17)的喷射方向面向矿井巷道设置，喷头(17)的内腔通过可根据压力大小开闭的隔断部件(16)与密闭桶体(15)的内腔密闭连接；隔爆器的密闭桶体(15)内部填充可阻止爆炸传播的隔爆灭火粉剂，抑爆器的密闭桶体(15)内部填充可降低瓦斯浓度的、具有化学惰性的气体；所述的控制器(5)包括处理器、输入端口、输出端口、电源回路、数据反馈回路、数据判断回路、隔爆抑爆器控制回路，处理器分别与输入端口、输出端口电连接，输入端口分别与压力传感器(1)、CO传感器(2)、CO2传感器(3)和CH4传感器(4)电连接，输出端分别与隔爆器和抑爆器的点火部件(7)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种矿用火区主动隔爆抑爆装置，包括探测器、隔爆抑爆器和控制器(5)；其特征在于，所述的探测器包括均布设置在矿井巷道内壁上的压力传感器(1)、CO传感器(2)、CO2传感器(3)和CH4传感器(4)；所述的隔爆抑爆器至少包括一个隔爆器和一个抑爆器，隔爆器和抑爆器均包括密闭桶体(15)、气体发生机构、匀释气囊(14)和喷头(17)；密闭桶体(15)顶端通过安装支架(6)定位安装在矿井巷道内壁上、且密闭桶体(15)的桶底位置面向矿井巷道设置；气体发生机构固定设置在密闭桶体(15)内部的顶端，气体发生机构包括气体发生部件(10)、消焰罩壳(9)和点火部件(7)，气体发生部件(10)内部设有固态燃料，消焰罩壳(9)套接安装在气体发生部件(10)的外部，消焰罩壳(9)上设有多个沿其周向及轴向均布设置的、内外贯通的导流孔(8)，点火部件(7)安装在气体发生部件(10)上；匀释气囊(14)是采用弹性材质制作的囊状结构，匀释气囊(14)套接包裹安装在气体发生机构的外部，匀释气囊(14)上均布设有多个内外贯通的匀释泄气孔(12)；喷头(17)设置为多个，多个喷头(17)固定安装在密闭桶体(15)的桶底位置、且喷头(17)与密闭桶体(15)的内腔贯通设置，喷头(17)的喷射方向面向矿井巷道设置，喷头(17)的内腔通过可根据压力大小开闭的隔断部件(16)与密闭桶体(15)的内腔密闭连接；隔爆器的密闭桶体(15)内部填充可阻止爆炸传播的隔爆灭火粉剂，抑爆器的密闭桶体(15)内部填充可降低瓦斯浓度的、具有化学惰性的气体；所述的控制器(5)包括处理器、输入端口、输出端口、电源回路、数据反馈回路、数据判断回路、隔爆抑爆器控制回路，处理器分别与输入端口、输出端口电连接，输入端口分别与压力传感器(1)、CO传感器(2)、CO2传感器(3)和CH4传感器(4)电连接，输出端分别与隔爆器和抑爆器的点火部件(7)电连接。2.根据权利要求1所述的矿用火区主动隔爆抑爆装置，其特征在于，匀释气囊(14)的囊状开口位置与安装支架(6)固定连接，匀释气囊(14)在密闭桶体(15)内顶部形成半球形结构。3.根据权利要求1所述的矿用火区主动隔爆抑爆装置，其特征在于，所述的消焰罩壳(9)的外部还设有阻燃薄膜(11)。4.根据权利要求1所述的矿用火区主动隔爆抑爆装置，其特征在于，所述的隔断部件(16)是密封隔膜。5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的矿用火区主动隔爆抑爆装置，其特征在于，填充在隔爆器的密闭桶体(15)内部的隔爆灭火粉剂是ABC超细干粉灭火剂。6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的矿用火区主动隔爆抑爆装置，其特征在于，填充在抑爆器的密闭桶体(15)内部的具有化学惰性的气体是氮气。7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的矿用火区主动隔爆抑爆装置，其特征在于，气体发生部件(10)内部的固态燃料是硝基胍。8.一种矿用火区主动隔爆抑爆装置的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：数据反馈：启动电源回路后数据反馈回路开始工作，压力传感器(1)、CO传感器(2)、CO2传感器(3)和CH4传感器(4)分别实时向控制器(5)的处理器反馈矿井巷道内流动气流的压力数值、CO浓度数值、CO2浓度数值和CH4浓度数值；步骤二：数据判断回路开始工作，当压力传感器(1)反馈数值超过设定数值时，处理器则直接判断为危险信号，隔爆抑爆器控制回路开始工作，处理器通过输出端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：时国庆，丁鹏翔，周涛，王雁鸣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32