隔(抑)爆装置在平顶山矿区的应用

隔(抑)爆装置在平顶山矿区的应用1 前言煤矿发生的许多爆炸事故往往都是在采掘工作面引发的，如何有效控制采掘工作面发生爆炸时产生的爆炸波，抑制爆炸火焰的传播，是防止恶性事故发生的关键。

我国在煤矿井下使用隔爆措施的时间不长，从1986 年起才在全国煤矿普遍推广，至今真正使用隔爆装置达到标准化、安装科学化、规范化的矿井为数不多，其中重要的原因是水棚本身的安装技术问题。

平煤集团公司与科研院所联合研究了防止瓦斯（煤尘）爆炸事故灾害扩大的隔（抑）爆技术，研制了隔（抑）爆装置，并在平煤集团公司现场进行了应用。

2 隔（抑）爆装置的组成及其原理隔（抑）爆装置主要由YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置、KYG 型快速移动式隔爆棚、XGS 型隔爆棚和ZYB - S 型自动产气式抑爆装置等组成。

2 .1 YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置无电源触发式抑爆装置由触发传感器、信息传输部件、喷洒器3 部分组成。

当发生瓦斯（煤尘）爆炸时，火焰传感器探测火焰信号，产生电能触发信息传输部件，将爆炸信息传至喷洒器，并喷洒出抑爆剂，使之在火焰到达该处前形成抑爆水幕带，扑灭火焰，迅速抑爆。

见图1。

如图1 所示，t = 0，x = 0的位置和时间是火源的位置和点火的初始时间，L s为传感器安装位置与点火源之间的距离，L d为喷洒器安装位置与点火源之间的距离，t s为燃烧火焰到达传感器的时间，td为燃烧火焰到达喷洒器的时间。

抑爆装置要有效抑爆，必须在准确的时间、准确的地点迅速喷洒出抑爆剂，并形成封闭断面的抑爆剂雾体带。

该装置要求当火焰面到达喷洒器时，喷洒器应形成有效抑爆剂雾体带。

为了达到有效抑爆的目的，还要求传感器的响应时间快，信息传输部件反应迅速。

本装置的传感器和信息传输部件的响应时间< 1 ms。

“YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置”具有以下一些特点：（1）研制的火焰传感器采用光电转换器件，能为喷洒器的触发提供电能，抑爆装置无需电源，大大提高了抗干扰能力；传感器能在1 ms 内响应爆炸火焰，10 ms 内启动传爆器。

（2）研制的信息传输部件速度快，时间< 1 ms，安全可靠，其中传爆器启动电流0 . 6 A，比国外同类传爆器触发电流小；导爆管具有良好的抗拉性、耐水性和安全性。

（3）研制的喷洒器采用有适度孔隙率的阻燃泡沫作为内胆，外膜采用强度和脆性合适的PVC 薄膜，其中央放置安全导爆索；该喷洒器形成水雾时间< 150 ms，水雾体积大、存在时间> 500 ms，水粒分布均匀。

（4）研制的本安型检测器体积小，便于井下携带和使用。

（5）试验巷道抑爆试验表明，YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置能在20 ～ 45 m 内有效抑制瓦斯、煤尘燃烧和爆炸。

2 .2 KYG 型快速移动式隔爆棚快速移动式隔爆棚主要有移动装置、棚架和隔爆装置组成。

隔爆装置为泡沫水槽，能防震、防摔，易于安装和运输，能在较低爆风压下迅速破碎。

被动式隔爆棚的动作依赖于爆炸压力，消焰剂的飞扬取决于动压作用。

假定冲击波前气体是标准大气状态，则动压按下列公式计算：式中q ——动压，Pa；ρ1——波后气体密度，kg / m3；μ1——波后气体速度，m/ s；Δp ——爆炸超压，Pa。

KYG 型快速移动式隔爆棚的隔爆试验中，测得隔爆棚动作时的爆炸超压一般在30 ～ 40 kPa 之间，计算的动压在5 kPa 左右，但并不表示此时棚区的水分布达到最佳，根据有效隔爆的试验反算，能有效隔爆的动作动压≤10 kPa。

德国移动式隔爆棚的隔爆装置采用脆性水槽，当动压> 20 kPa 时，水分布及抑爆效果才比较理想。

2 .3 XGS 型隔爆棚该新型隔爆棚的特点是能抑制> 37 m/ s 的弱爆炸传播；有效隔爆距离为4 0 ～ 240 m；在不同支护形式的巷道都能方便安装。

XGS 型隔爆棚解决了原隔爆水槽、隔爆水袋安装对巷道适应性不强的问题，特别是在架线电机车巷道、斜巷、不规则巷道和小断面巷道安装困难的问题。

针对不同的支护方式，改进和设计了系列夹持器，在安装方式上增加了线式安装，现场可根据巷道情况选择线式安装和点式安装。

隔爆容器规格在原15 L 的基础上增加到20 L，更加方便现场使用。

2 .4 ZYB - S 型自动产气式抑爆装置2 .4 .1 抑爆原理ZYB - S 型自动产气式抑爆装置，是用来抑制燃烧、爆炸的，它由传感器、控制盒、喷洒器3 部分组成。

喷洒器的内贮能是固态产气剂，产气剂将化学能转变为气体动能，以驱动消焰剂。

将传感器布置在潜在爆源处，当发生瓦斯燃烧、爆炸时，传感器接收到火焰信号，传送至控制盒，控制盒产生触发电压，使产气剂进行化学反应，迅速释放出大量气体，驱动喷洒器内的消焰剂从喷嘴喷出，形成消焰剂云雾，与火焰充分接触，扑灭火焰。

该装置具有粉尘污染小、可靠性高等优点。

2 .4 .2 喷洒器参数的确定由抑爆原理知，喷洒器是抑爆装置的重要部件，要确定喷洒器设计参数，必须确定抑制瓦斯燃烧、爆炸所需的消焰剂量和消焰剂喷出喷洒器所需速度等参数。

（1）消焰剂用量确定。

消焰剂用量主要有消焰剂种类、所需保护空间的范围、需要扑灭的瓦斯燃烧、爆炸火焰范围和瓦斯燃烧、爆炸的放热量确定。

M ei = A /Σ（ΔH）j （1）式中M ei——最小消焰剂计算浓度；A——系数：CH4（气）= 1 054；ΔH——焓变；j——顺序包括热容、分解热和气化热。

C =（M ei× M）/ 26 .5 （2）式中C——抑爆所需消焰剂浓度；M——消焰剂组分的分子量。

消焰剂用量与喷洒器所要控制的范围有关，可由（3）式确定，W = C × V / n （3）式中W——消焰剂用量；V——所要控制的爆炸范围；n——消焰剂小粒子占消焰剂总量比。

（2）消焰剂喷射速率。

喷洒器在抑爆时，喷射消焰剂的速率越高，抑爆效果越好。

W s = W / T （4）式中W s——消焰剂喷射速率；T——喷洒器有效喷粉时间。

（3）消焰剂的喷射速度。

喷洒器喷出的消焰剂必须控制一定的爆炸范围，以最大喷射高度计算消焰剂喷出速度：（5）式中V s——消焰剂的喷射速度；H ——消焰剂最大喷射高度；g ——重力加速度。

3 现场应用或试验效果3 .1 YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置在平煤集团十矿己15 - 17 - 24030 风巷掘进工作面安装试用，并根据工作面的支护情况对该抑爆装置的吊挂移动装置进行了改进。

传感器安装于距掘进面12 m 处，面向巷道；6 只喷洒器安装于距掘进面20 m 处的工字钢支护顶梁上，6 只喷洒器整体连接，整体移动。

现场验收表明：①该抑爆装置安装简单，固定牢固、灵活，可随工作面向前推进而移动，与工作面保持20 ～ 45m 的距离。

②抑爆装置高度适当，距地面约2 m，不影响作业。

③6 只喷洒器，每只充水100 kg，无一渗漏。

④火焰传感器安装于喷洒器前方8 m、高1 . 6 m的巷道壁上面向巷道，固定牢固。

⑤火焰传感器、联接器、信息传输部件联接无误。

3 .2 KYG 型快速移动式隔爆棚隔爆试验的主要目的是考察隔爆棚的隔爆效果，包括有效隔爆距离、用水量和抑制爆炸火焰速度大小。

该装置隔爆试验分3 组在试验巷道中进行，隔爆棚距爆源分别为60 m、100 m 和160 m。

（1）60 m 处隔爆试验。

隔爆试验做了3 次，首列棚距爆源61 . 5 m，安装2 组棚架，总水量480 L。

试验中火焰最大速度130 .2 m/ s，最大压力102 kPa，火焰传播距离最远60 m。

（2）100 m 处隔爆试验。

隔爆试验做了3 次，首列棚距爆源100 m，安装2组棚架，总水量480 L。

试验中火焰最大速度195 .3 m/ s，最大压力138 kPa，火焰传播距离最远120 m。

（3）160 m 处隔爆试验。

隔爆试验做了3 次，首列棚距爆源160 m，安装3组棚架，间距4 . 5 m，总水量720 L。

试验中火焰最大速度355 . 1 m/ s，火焰传播距离最远180 m。

（4）隔爆试验结论。

①隔爆棚有效抑制了爆炸传播；②隔爆棚隔爆范围扩大到60 ～ 160 m，超过了德国移动式隔爆棚技术规范规定的最大隔爆距离120 m 的范围，抑制爆炸火焰速度试验最大达355 . 1m/ s；③试验时隔爆棚所用水量在60 m 处、100 m 处仅为66 .67 L / m2，160 m 处100 L / m2，说明当能确保隔爆棚随时处于有效隔爆范围时，可以适当减少用水量；④KYG 型隔爆棚安装方便、灵活。

3 .3 XGS 型隔爆棚分散式隔爆试验分3 组进行，隔爆棚距爆源分别为30 m、60 m 和90 m。

试验结果见表1。

现场试验表明：①距爆源30 m、60 m 和90 m 处的9 次试验都能有效隔绝煤尘爆炸传播，一般在第3 组棚子前就能完全扑灭爆炸火焰。

②按分散式隔爆棚区所占巷道空间计算，用水量0 . 5 kg / m3的水雾抑制带完全能阻止爆炸传播。

③分散式布置隔爆棚增加了保护带长度，即使在棚区内发生爆炸，也有1 ～ 3 组棚子处于抑爆的最佳位置。

④分散式隔爆棚在井下容易找到合适的安装位置。

⑤隔爆容器上部封口，能减少水的蒸发，避免煤渣等杂物进入。

3 .4 ZYB - S 型自动产气式抑爆装置ZYB - S 型自动产气式抑爆装置在平煤集团十矿戊10 - 20100 机巷掘进工作面掘进机上实施安装。

2 只火焰传感器分别安装于S - 100 型掘进机护板前端两侧，其探测窗口朝向掘进机前方，视场角基本覆盖掘进工作面滚筒断面；微压力开关安装于掘进机护板左侧下端，压力探测口正对掘进机前方。

为防治煤尘污染影响火焰和压力传感器的信号探测效果，安装了水流清洗防止煤尘污染系统。

2 只抑爆器并排安装于掘进机护板前端中部，其扇形喷嘴朝向前方的掘进机滚筒，在扇形喷嘴上安放了防污染部件。

现场验收表明：①ZYB - S 型自动产气式抑爆装置在掘进机上的安装使用正常，达到了使用要求。

②抑爆装置的喷洒器、传感器直接安装在掘进机上，不影响采掘作业，使用操作简单。

③该装置的控制部件与喷洒器装为一体，装置安全、可靠。

控制部件由电池供电，使用、维护方便。

④传感器采用火焰传感器与压力传感器组合，提高了可靠性，现场使用更加可靠。

⑤利用井下的高压水流，作为传感器的抗污染处理方式，除尘效果好，对传感器的火焰敏感性无影响。

⑥瓦斯（煤尘）燃烧爆炸的抑爆试验表明，ZYB - S 型自动产气式抑爆装置抑爆性能可靠。

在10 m2 断面的条件下，10 m 近距离内，消焰剂的用量为16 kg 能可靠抑爆，建议消焰剂的用量为2 . 5 kg /m2，以保证抑爆的可靠性。

4 结论（1）“YBW - Ⅰ型无电源触发式抑爆装置”使用方便，动作迅速可靠，抑爆距离在45 m 以内（最短可达20 m）。