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爆炸专业成套技术 2013-05-10  信息来源: 本站

一、低浓度瓦斯管道输送安全保障成套技术
1 技术用途及内容 
重庆院承担了“十一五”国家科技支撑计划“低浓度瓦斯安全输送成套技术开发与装备研制”工作,牵头起草了一系列煤炭行业安全标准,形成了一批用于保障低浓度瓦斯管道输送安全的成套技术及装备。主要包括低浓度瓦斯管道输送安全保障系统监测监控技术,管道抑爆、泄爆、阻爆、阻燃技术及装备。
低浓度瓦斯管道输送安全保障成套技术,可依据低浓度输送安全保障的系列行业标准,对阻火、泄爆、抑爆、阻爆、防回气等多种不同原理安全保障系统应用进行设计、优选、组合、安装及维护,具有安全、高效的特点。
2 低浓度瓦斯管道输送安全保障成套技术主要装备
1)瓦斯管道输送安全保障用自动喷粉抑爆装置
瓦斯管道输送安全保障用自动喷粉抑爆装置(图1)主要由紫外火焰传感器、控制器、抑爆器及适配电源组成。当管道发生燃烧爆炸时,传感器将燃烧与爆炸火焰转变成电信号传送到控制器,控制器发出指令触发抑爆器动作,抑爆器内的气体发生剂瞬间进行化学反应,释放出大量气体,驱动抑爆器内的消焰剂从喷撒机构喷出,快速形成高浓度的消焰剂云雾,与火焰面充分接触,吸收火焰的能量、终止燃烧链,使火焰熄灭,从而终止火焰面在管道中的继续传播。
(1)主要技术指标
①传感器:可探测到5m远外1cd火焰(火焰直径1cm,高5cm);动作时间≤4ms;
②控制器:信号输出3路,具有显示、自检、联网及级联功能;动作时间: ≤10ms;
③抑爆器:喷撒滞后时间:≤15ms;喷撒完成时间:≤150ms;雾面持续时间:≥5000ms;喷撒效率:≥90%;
④电源:127VAC/220VAC/380VAC/660VAC;
⑤安全等级:煤矿安全最高等级,ia级;
⑥抑爆性能:抑爆器3m外无爆炸火焰。
 

图1 瓦斯管道输送安全保障用自动喷粉抑爆装置


                     
(2)优点
①技术国内、国际领先;
②智能化全方位自动探测、判断、抑制爆炸火焰;
③快速启动,爆炸初始阶段可在毫秒级的时间内抑制爆炸传播;
④能防止井下多种干扰,对水有较强的穿透能力;
⑤具有运行及故障自动检测、显示,与监控系统联网及级联功能;
⑥实时产气式驱动抑爆剂,解决了高压驱动气体长期储存的问题,便于运输和长期安装;
⑦体积小,便于安装,保养维护简单方便;自身的运行与抽放系统运行互不影响,井上井下均可安装使用;
⑧电源可以能够适应煤矿地面、井下各种电压等级,并自带有备用电源,矿井非正常无电状态时可以持续工作2个小时以上;
⑨自动喷粉抑爆装置传感器、控制器、抑爆器及电源安全等级均已达到煤矿用电气设备的最高安全级别,ia级。
2)瓦斯管道输送安全保障用水封阻火泄爆装置
瓦斯管道输送安全保障用水封阻火泄爆装置(图2)安装于瓦斯抽放系统管路上,当瓦斯抽放系统发生意外爆炸事故时,爆炸产生的冲击波首先破坏泄爆部件的爆破片,爆炸产生的高压气体通过泄爆口泄压,从而保护抽放系统其它设备、管路及附件不受损坏;爆炸产生的的火焰被防回火器内水封阻隔,不能沿抽放管路传导,从而防止抽放系统其它部分产生爆炸或火灾,避免事故扩大。
 

图2 瓦斯管道输送安全保障用水封阻火泄爆装置


                   主要技术指标:
①公称压力:≥1.0MPa;
②泄爆部件释放压力:90~120kpa;
③有效水封高度:压力损失≤2.0kpa,能有效阻火;
④具有水位自动控制及报警功能;
⑤能够有效泄爆及消焰、阻火,爆炸或燃烧不传播到阻火泄爆装置进气端。
    3)瓦斯管道输送安全保障用自动阻爆装置
瓦斯管道正常输送气体时,阻爆阀门处于开启状态,当出现燃烧爆炸事故时,阀门毫秒级关闭,阻断气流方向,隔绝爆炸的蔓延。

 图3 瓦斯管道输送安全保障用自动阻爆装置

                       主要技术指标:
①传感器控制响应时间:≤20ms;
②阻爆阀门动作时间:≤90ms;
③装置阻断时间:≤100ms。
3应用情况
低浓度瓦斯管道输送安全保障成套技术已在山西焦煤汾西矿业(集团)有限责任公司、山西阳泉煤业(集团)有限责任公司、华晋焦煤有限责任公司 、潞安矿业(集团)有限责任公司、山西西山煤电股份有限公司、山西晋城无烟煤矿业(集团)有限公司 、神华集团乌海能源股份有限公司、新疆科林思德新能源有限责任公司 、皖北矿务局、江苏徐州矿务局(集团)有限公司等多个大型煤矿企业取得成功应用。
二、煤矿井下防治瓦斯煤尘爆炸隔抑爆成套技术
1 技术用途及内容
煤矿井下防治瓦斯煤尘爆炸隔抑爆成套技术是依据煤矿井下实际生产条件,以煤矿井下瓦斯煤尘爆炸产生和传播机理为基础,分析可能发生瓦斯煤尘爆炸的危险源并采取措施防治;爆炸发生后,利用隔抑爆装备把爆炸控制在初始或小能量阶段,防止爆炸的扩大,造成更大的危害。
煤矿井下如掘进工作面、采煤工作面、采空区、装卸煤口、采掘机、煤炭破碎及输送转载点、电气设备硐室是可能发生瓦斯、煤尘爆炸的危险场所。煤矿防治瓦斯煤尘爆炸,控制这些爆炸易发危险点是关键。重庆院以瓦斯煤尘爆炸特性和爆炸传播机理为基础,根据不同煤矿不同危险点的危险状况,设计使用不同型式的抑爆技术装置,以及抑爆装置的安装方式,安装数量及具体安装位置,以最经济的方法取得最理想的安全效果。
2 瓦斯煤尘爆炸隔抑爆成套技术主动隔抑爆装备
重庆院自“六五”期间即开始主动隔抑爆技术装备的研究,“八五”期间研制出了主动式隔抑爆装置实时产气式自动抑爆装置,经过多年发展,形成了成熟的、可产业化的用于初始抑爆的机载式抑爆装置和巷道式隔爆装置,处于国内技术领先水平。“十一五”期间研制出了可持续抑爆的主动式隔抑爆装置自动水幕抑燃抑爆系统,处于国际领先水平。
1)机载式抑爆装置
机载式抑爆装置安装于掘进机或采煤机上,当作业面发生爆炸的初始阶段,装置迅速探测、分析判别爆炸信号,喷撒出抑爆剂,抑制爆炸的扩大。

主要技术指标:
①装置动作时间:≤15ms;
②有效雾面持续时间:≥1000ms;
③具有防尘、除尘、防水、抗振动等抗干扰功能;
④抑爆性能:单套装置可快速抑制50m3瓦斯爆炸,爆炸火焰不超过抑爆器后3m。
2)巷道式隔爆装置
巷道式隔爆装置安装于井下具有爆炸危险的位置,依靠传感器超前探测爆炸信息,控制单元分析判别并发出抑爆指令,抑爆单元迅速喷撒出抑爆剂,形成有效抑爆屏障,抑制爆炸的扩大或隔绝爆炸的传播。分为单体组合式和一体式,如图5、图6所示。
   主要技术指标:
①装置动作时间:≤30ms;
②形成8m2有效雾面时间:≤60ms;
③有效雾面持续时间:≥5000ms;
④隔爆性能:隔绝瓦斯煤尘强爆炸,爆炸火焰不超过抑爆器后10m;
⑤具有防潮防水功能。
3)自动水幕抑燃抑爆系统
自动水幕抑燃抑爆系统工作原理如图7所示,正常情况下,传感器、控制仪和供水系统处于工作状态,快开阀和水幕设施为关闭状态;当井下有燃烧或爆炸发生时,传感器将接收到的燃烧或爆炸信号输入控制仪,控制仪对信号经过判别,确认为危险信号时,触发快开阀瞬间打开,接通供水系统与水幕设施,水幕设施即喷雾形成一条水幕带,抑制燃烧或爆炸的传播。
图8为水幕设施实图,图9为快开阀实图。

            (1)主要技术指标
①系统动作时间:小于20ms;
②形成封闭断面水幕时间:小于100ms;
③水幕带长度:大于10m;
④ 每道水幕最小喷雾强度:2.5MPa喷雾压力下, 18L/min•m2。
(2)特点
自动水幕抑燃抑爆系统探测到燃烧爆炸信号动作成雾后,可以持续喷雾,能够有效抑制燃烧爆炸的传播,扑灭爆炸火焰,衰减爆炸冲击波;隔绝爆炸反应产生有毒有害气体传播,降低人员中毒危险;降低由于爆炸反应升高的环境温度,保护水幕设施后的人员和设备,防止温度过高引起二次爆炸或衍生爆炸;采用水雾作为抑爆介质,安全环保,不增加额外安全风险,对环境不产生危害。
3)应用情况
瓦斯煤尘爆炸主动隔抑爆成套技术已在龙煤集团双鸭山矿业公司、平顶山煤业集团、淮南矿务局、福建漳平煤业公司、阳泉煤业(集团)有限责任公司等多个大型煤矿企业取得成功应用。
3瓦斯煤尘爆炸隔抑爆成套技术主动隔抑爆装备
被动式隔抑爆技术是利用爆炸冲击波自身的能量作用于预先设置在爆炸传播通道中被动隔抑爆设施,如水袋、水槽等,形成一定区段的抑爆带,扑灭随后到达的传播火焰,同时耗散冲击波能量,防止形成过高压力,达到抑制爆炸的目的。重庆院 “六五”攻关率先在国内研究成功了被动式隔抑爆装置隔爆水槽、水袋。现已形成泡沫水槽(图10)40L,塑料隔爆水槽(图11)40L、80L系列,隔爆水袋(图12)30L、40L、60L、80L系列,等多种规格型号的被动式隔爆水槽、水袋。重庆院可根据煤矿的具体开采状况、开采条件,成套设计基于被动式隔抑爆技术的隔爆水槽、水袋在煤矿井下的应用。例如,哪种状况下应使用主要隔爆棚或辅助隔爆棚,两者的安装地点和安装方式,棚区长度及用水量,棚区内水槽或水袋的布置和吊挂方式等。
  
                 
三、综合隔抑爆成套技术
综合隔抑爆成套技术就是针对瓦斯爆炸三要素和煤尘爆炸三要素进行整体综合防治。因为瓦斯、煤尘爆炸条件是相互关联的,其中某一个条件的改变就会影响到其它条件范围的变化,因此只有系统的、综合的实施防治技术,才能防治瓦斯煤尘爆炸事故的发生或减小爆炸灾害范围。
重庆院把引火源防治、瓦斯积聚防治、煤尘防治和隔抑爆技术有机地结合起来,形成了完备的综合防治技术。如对引火源、煤尘、瓦斯积聚和隔抑爆等都要进行综合防治。
对于内因火源或者外因火源,该技术把预防措施、火灾的预测预报和防灭火有机的结合起来,做到首先防止火源的产生,并且进行预测预报;如果有火源产生,及时采取防灭火技术,使其熄灭。
对于煤尘的防治,把煤层注水、喷雾降尘和除尘器除尘结合起来,形成了完整的一套防尘技术,降低粉尘浓度,使其达不到爆炸的条件。
对于发生瓦斯煤尘爆炸后的抑制,针对不同区域综合运用被动式和自动式隔抑爆技术,将它们有机结合,使煤矿形成立体的隔抑爆装备体系,以达到使爆炸灾害范围最小的目的。例如在掘进工作面由掘进机自动喷粉抑爆技术、工作面附近快速移动隔爆棚、巷道内自动水幕抑燃抑爆系统组成的综合隔抑爆成套技术。
 

 

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