一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置及其使用方法

1.本发明属于矿井瓦斯煤尘爆炸防控装置领域，尤其涉及一种矿井巷道瓦斯煤尘爆炸灾害的抑制隔断装置。


背景技术：

2.长期以来，煤炭资源开采和利用过程中产生大量的瓦斯和煤尘，在一定条件下引发井巷内大规模的瓦斯煤尘爆炸事故。瓦斯煤尘爆炸事故在生产过程中一旦发生，往往造成重大人员伤亡和财产损失。随着煤炭科技的不断发展，瓦斯煤尘爆炸灾害已成为制约煤炭高效智能化开采的重要因素，严重威胁着煤矿的安全生产过程。
4.目前普遍应用的爆炸控制装备为隔爆水槽、隔爆水袋等被动式隔爆装置，由于装置本身的适用性及结构特点，已难以适应目前煤矿智能化的发展。
5.虽然目前已研发有主动喷粉抑爆装置及机械式隔爆装置，其使用的抑制剂均为粉体抑制剂，在煤矿井下潮湿的环境下，存在易结块、难以喷出等缺点，因此，在安装一定时间后，需要对抑制剂进行更换。
6.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
7.(1)目前普遍应用的爆炸控制装备为隔爆水槽、隔爆水袋等被动式隔爆装置，由于装置本身的适用性及结构特点，已难以适应目前煤矿智能化的发展；
8.(2)主动喷粉抑爆装置及机械式隔爆装置使用的抑制剂均为粉体抑制剂，在煤矿井下潮湿的环境下，存在易结块、难以喷出等缺点，因此，在安装一定时间后，需要对抑制剂进行更换。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置及其使用方法。
10.本发明是这样实现的，一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，所述快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置包括紫外火焰传感器、信息控制装置、气体发生装置、蓄水腔、喷雾装置、自动补水装置。
11.所述紫外火焰传感器由2个紫外火焰传感器组成，安装在水幕抑燃抑爆装置前端，距装置距离不小于40m，用于接收爆炸发出的紫外光信号，将光信号转换为电信号后传输给信息控制装置，对巷道中的瓦斯煤尘爆炸信号进行超前探测。
12.所述信息控制装置与紫外火焰传感器、多个气体发生装置的触发器以及喷雾装置上的防爆电磁阀通过阻燃屏蔽电缆进行电连接，用于进行爆炸信号的接收与信号指令的发送，信息控制装置与地上监测监控系统联网，将地下信息传输给地面监测监控系统，在接收到爆炸信号时，迅速将命令传输给触发器和喷雾装置。所述气体发生装置由触发器和气囊及气囊中所包含的叠氮化钠与硝酸铵混合物组成，通过快速产生高压气体对喷雾装置本体内部增加压强，触发器与信息控制装置相连来接收信息指令，并产生300℃以上火焰使气囊
中的化学物质发生化学反应，生成高压气体。
13.所述喷雾装置包括防爆电磁阀和雾化喷头，所述防爆电磁阀与信息控制装置电连接，防爆电磁阀内部设置有阀门，所述阀门的两端分别与蓄水腔和喷雾装置连通，防爆电磁阀接收到信息控制装置传输的信号指令后，开启阀门，使蓄水腔与喷雾装置连通，在气囊压力的作用下，水通过喷雾装置喷出，形成水幕。
14.所述自动补水装置由水位传感器与进水阀门组成，进水阀门与巷道降尘水雾管道相连接，当水位传感器探测到箱体内缺水时，自动打开进水阀门进行补水。
15.进一步，所述气囊设置在蓄水腔内部，所述触发器与气囊连通设置。
16.进一步，所述储水腔的储水容量为1m3。所述信息控制装置安装在蓄水腔外表面，蓄水腔与进水阀门连通设置。
17.进一步，所述喷雾装置通过防爆电磁阀与蓄水腔相连接，所述喷雾装置上方固定设置有防爆电磁阀门，表面设有7个喷孔，可安装特定雾化粒度的雾化喷嘴。
18.进一步，所述紫外火焰传感器与信息控制器信号连接，信息控制装置同时与防爆电磁阀门、触发器、水阀门以及水位传感器相连接。
19.本发明的另一目的在于提供一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置使用方法，所述水幕抑燃抑爆装置使用方法，包括以下步骤：
20.步骤一：在发生瓦斯煤尘爆炸时，紫外火焰传感器接收爆炸发出的紫外光信号，并将光信号转化为电信号向信息控制装置传输，信息控制装置在接收到由紫外火焰传感器的电信号后，迅速将信号指令传输给多个雾化装置中的防爆电磁阀和气体发生装置中的触发器；
21.步骤二：触发器接收到信息控制装置传输的信号指令后，做出反馈产生300℃以上的火焰使气囊中的叠氮化钠和硝酸铵发生化学反应，快速产生氮气使气囊膨胀，增加蓄水腔内压力，在此同时喷雾装置中的防爆电磁阀门接收到信息控制装置传输的信号指令，开启阀门；
22.步骤三：在气囊的高压作用下，蓄水腔中的水通过喷雾装置快速喷出，在巷道内形成水幕，以此来抑制和隔断爆炸在巷道内的传播。
23.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
24.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
25.(1)本发明采用水作为抑制剂，在使用时经济成本低、抑燃抑爆效果显著，且水作为抑制剂相对用粉尘或气体作为抑制剂不会在燃烧爆炸中生成有毒有害物质，绿色环保。
26.(2)本发明不需要进行额外的管道铺设，减少了人力物力的使用量。
27.(3)本发明设计合理，结构精巧，能在爆炸发生时迅速形成水幕，抑制并隔离燃烧爆炸区域，保障巷道中人员财产的安全。
28.(4)本发明通过气囊快速产生高压气体，驱动蓄水腔内的水通过喷雾装置快速喷出，形成水幕抑制带，行程短，速度快，相对的用水量少且能够高效的进行抑燃抑爆作业。
29.(5)本发明通过自动补水装置的补水过程，使喷雾装置本体内部的抑制物能够保持充足状态。
30.(6)本发明不仅适用于煤矿井下的抑燃抑爆，也适用于非煤矿山及其它需要进行气体粉尘爆炸防控的工业场所或存储空间。
31.第二，本发明通过对爆炸信号的超前探测，主动形成水幕抑制带来抑制爆炸火焰，实现主动式的控爆。该装置结构精巧，使用安全可靠，对于巷道瓦斯煤尘爆炸的抑制和隔离效果好，装置反应快捷，实用性高，同时也适用于非非煤矿山及其它需要进行气体粉尘爆炸防控的工业场所或存储空间。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的在巷道的位置示意图；
34.图3为本发明实施例提供的喷雾头结构示意图；
35.图4为本发明实施例提供的喷雾装置使用方法流程图；
36.图5为本发明实施例提供的控制装置结构示意图；
37.图6为本发明实施例提供的数据处理过程图：
38.图7为本发明实施例提供的气体发生装置结构图；
39.图1、2、3中：1、紫外火焰传感器；2、信息控制装置；3、触发器；4、气囊；5、防爆电磁驱动阀门；6、喷雾装置本体；7、雾化喷头；8、固定杆；9、巷道；10、进水阀门；11、水位传感器；
40.图5中：101、信号处理器；102、补水阀信号控制器；103、紫外火焰传感器信号控制器；104、联网信号控制器；105、防爆电磁阀驱动阀门信号控制器；106、定位器；107、水位信号控制器；
41.图7中：201、蓄电池；202、信号控制器；203、脉冲点火器；204、可燃物存储盒。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.本发明实施例提供的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置的包括：
44.1)紫外火焰传感器：通过接收爆炸发出的紫外光信号，对巷道中的瓦斯煤尘爆炸信号进行超前探测，提高了装置的响应速度和预警能力。
45.2)信息控制装置与地上监测监控系统联网：实时传输地下信息至地面监测监控系统，提高了监控效率和安全管理水平。
46.3)气体发生装置：采用叠氮化钠与硝酸铵混合物作为气囊内的化学物质，通过化学反应快速产生高压气体，增加喷雾装置本体内部压强。
47.4)喷雾装置的防爆电磁阀和雾化喷头：在接收到信号指令后，迅速开启阀门，使水在高压气体的作用下通过喷雾装置喷出，形成水幕，有效隔绝火焰和缓冲爆炸压力。
48.5)自动补水装置：通过水位传感器和进水阀门自动补充蓄水腔内的水源，确保喷雾装置在需要时能够迅速喷出水幕，提高抑燃抑爆效果。
49.这些创新点使得快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置能在瓦斯煤尘爆炸发生时迅速喷出水幕，降低爆炸带来的危害。同时，该装置使用水作为抑燃抑爆的抑制剂，降低了建
设和使用成本，并具有显著的抑燃抑爆效果。
50.本发明实施例提供的一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置包括紫外火焰传感器、信息控制装置、气体发生装置、蓄水腔、喷雾装置、自动补水装置。
51.本发明实施例提供的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置整体结构如图1所示，所述的整体装置6通过固定杆8安装在巷道顶板上，紫外火焰传感器1安装在巷道的最前方以实现对瓦斯煤尘爆炸信号的超前探测，紫外火焰传感器与信息控制装置2相连；喷雾装置本体6结构如图2所示，内部设置有气体发生装置和雾化装置，气体发生装置包括触发器3、气囊4，触发器3左面与喷雾装置本体6右面固定连接；雾化装置包括进水阀门10、雾化喷头7、防爆电磁驱动阀门5，喷雾头结构如图3所示，喷雾头立体结构如图4所示；如图5所示，将本发明安装在巷道的指定位置，在发生瓦斯煤尘燃烧爆炸时，喷雾装置能够迅速喷出水幕，对巷道9内部的火焰进行隔绝，并缓冲爆炸带来的压力，雾化装置采用水作为抑燃抑制爆的抑制剂，降低了建设和使用成本，且抑燃抑爆效果显著。
52.本发明实施例提供的紫外火焰传感器由2个紫外火焰传感器1组成，安装在水幕抑燃抑爆装置前端，距装置距离不小于40m，用于接收爆炸发出的紫外光信号，将光信号转换为电信号后传输给信息控制装置，对巷道中的瓦斯煤尘爆炸信号进行超前探测；
53.本发明实施例提供的信息控制装置2由信号处理器101、补水阀信号控制器102、紫外火焰传感器信号控制器103、联网信号控制器104、防爆电磁阀驱动阀门信号控制器105、定位器106和水位信号控制器107组成，与紫外火焰传感器1、多个气体发生装置的触发器3以及喷雾装置7上的防爆电磁阀通过阻燃屏蔽电缆进行电连接，用于进行爆炸信号的接收与信号指令的发送，信息控制装置2与地上监测监控系统联网，将地下信息传输给地面监测监控系统，在接收到爆炸信号时，迅速将命令传输给触发器3和喷雾装置7；
54.本发明实施例提供的气体发生装置由触发器3和气囊4及气囊中所包含的叠氮化钠与硝酸铵混合物组成，触发器3由蓄电池201、信号控制器202、脉冲点火器203、可燃物存储盒204及可燃物存储盒中所包含的液化丁烷组成，通过快速产生高压气体对喷雾装置本体6内部增加压强，触发器3与信息控制装置2相连来接收信息指令，并产生300
°
以上火焰使气囊4中的化学物质发生化学反应，生成高压气体；
55.本发明实施例提供的喷雾装置7包括防爆电磁阀5和雾化喷头12，所述防爆电磁阀5与信息控制装置2电连接，防爆电磁阀5内部设置有阀门，所述阀门的两端分别与蓄水腔6和喷雾装置7连通，防爆电磁阀5接收到信息控制装置2传输的信号指令后，开启阀门，使蓄水腔6与喷雾装置7连通，在气囊4压力的作用下，水通过喷雾装置7喷出，形成水幕；
56.本发明实施例提供的自动补水装置由水位传感器11与进水阀门10组成，进水阀门10与巷道降尘水雾管道相连接，当水位传感器探测到箱体内缺水时，自动打开进水阀门进行补水。
57.本发明实施例提供的气囊4设置在蓄水腔6内部，所述触发器3与气囊4连通设置。
58.本发明实施例提供的储水腔6的储水容量为1m3。
59.本发明实施例提供的信息控制装置2安装在蓄水腔6外表面，所述蓄水腔6与进水阀门10连通设置。
60.本发明实施例提供的喷雾装置7通过防爆电磁阀5与蓄水腔6相连接，所述喷雾装置7上方固定设置有防爆电磁阀门5，表面设有7个喷孔，可安装特定雾化粒度的雾化喷嘴。
61.本发明实施例提供的紫外火焰传感器1与信息控制器2信号连接，信息控制装置2同时与防爆电磁驱动阀门5、触发器3、水阀门10以及水位传感器11相连接。
62.如图6所示，本发明实施例还提供了一种抑燃抑爆的气囊式水幕装置使用方法，该抑燃抑爆的气囊式喷雾装置使用方法，包括以下步骤：
63.步骤一：在发生瓦斯燃烧爆炸时，紫外火焰传感器1接收光信号并将光信号转化为电信号向信息控制装置2传输，信息控制装置2在接收到由紫外火焰感受器1的电信号时，迅速将信号指令传输给雾化装置中的防爆电磁阀门5和气体发生装置中的触发器3。
64.步骤二：气体发生装置中的触发器3接收到信息控制装置2传输的信号指令做出反馈产生300℃以上的火焰使气囊4中的叠氮化钠和硝酸铵发生化学反应快速产生氮气使气囊膨胀，来增加箱体内压力，在此同时雾化装置中的防爆电磁阀门5接收到信息控制装置2传输的信号指令，开启阀门。
65.步骤三：在气囊4压力的作用下，水通过雾化喷头7和喷嘴形成水幕，在巷道内形成水幕来抑制火焰传播的热能和减弱爆炸传播的能量。
66.以下是快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置的工作原理和6个具体实施例：
67.当紫外火焰传感器1检测到瓦斯煤尘爆炸信号时，它将光信号转换为电信号并传输给信息控制装置2。
68.信息控制装置2接收到信号后，迅速将命令传输给触发器3和喷雾装置7。
69.触发器3根据接收到的指令产生300
°
以上的火焰，使气囊4中的化学物质发生化学反应，生成高压气体。
70.高压气体增加喷雾装置本体6内部的压强，从而迅速喷出水幕。
71.喷出的水幕对巷道9内部的火焰进行隔绝，并缓冲爆炸带来的压力。
72.实施例1：紫外火焰传感器1安装在距离水幕抑燃抑爆装置40米的位置，提高对瓦斯煤尘爆炸信号的超前探测能力。
73.实施例2：信息控制装置2与地上监测监控系统联网，将地下信息实时传输给地面监测监控系统，提高监控效率。
74.实施例3：气囊4中使用叠氮化钠与硝酸铵混合物作为高压气体产生的化学物质，提高产气效率。
75.实施例4：触发器3中采用液化丁烷作为可燃物，使触发器在接收到信息指令后能迅速产生高温火焰。
76.实施例5：喷雾装置7上安装防爆电磁驱动阀门5，确保在瓦斯煤尘爆炸的高风险环境下正常工作。
77.实施例6：在喷雾装置本体6内部设置蓄水腔和自动补水装置，确保喷雾装置在需要时能够迅速喷出水幕，提高抑燃抑爆效果。
78.通过这些实施例，快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置能够在瓦斯煤尘爆炸发生时迅速喷出水幕，降低爆炸带来的危害。同时，该装置使用水作为抑燃抑制爆的抑制剂，降低了建设和使用成本，并且抑燃抑爆效果显著。
79.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，紫外火焰传感器通过接收爆炸发出的紫外光信号，对巷道中的瓦斯煤尘爆炸信号进行超前探测；信息控制装置与地上监测监控系统联网实时传输地下信息至地面监测监控系统；气体发生装置采用叠氮化钠与硝酸铵混合物作为气囊内的化学物质，通过化学反应快速产生高压气体；喷雾装置的防爆电磁阀和雾化喷头在接收到信号指令后，迅速开启阀门，使水在高压气体的作用下通过喷雾装置喷出；自动补水装置通过水位传感器和进水阀门自动补充蓄水腔内的水源。2.如权利要求1所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，包括：紫外火焰传感器，用于接收爆炸发出的紫外光信号，将光信号转换为电信号后传输给信息控制装置，对巷道中的瓦斯煤尘爆炸信号进行超前探测；信息控制装置，与紫外火焰传感器、多个气体发生装置的触发器以及喷雾装置上的防爆电磁阀通过阻燃屏蔽电缆进行电连接，用于进行爆炸信号的接收与信号指令的发送，信息控制装置与地上监测监控系统联网，将地下信息传输给地面监测监控系统，在接收到爆炸信号时，迅速将命令传输给触发器和喷雾装置；气体发生装置，由触发器和气囊及气囊中所包含的叠氮化钠与硝酸铵混合物组成，通过快速产生高压气体对喷雾装置本体内部增加压强，触发器与信息控制装置相连来接收信息指令，并产生大于300℃火焰使气囊中的化学物质发生化学反应，生成高压气体；喷雾装置，包括防爆电磁阀和雾化喷头，所述防爆电磁阀与信息控制装置电连接，防爆电磁阀内部设置有阀门，所述阀门的两端分别与蓄水腔和喷雾装置连通，防爆电磁阀接收到信息控制装置传输的信号指令后，开启阀门，使蓄水腔与喷雾装置连通，在气囊压力的作用下，水通过喷雾装置喷出，形成水幕；自动补水装置，由水位传感器与进水阀门组成，进水阀门与巷道降尘水雾管道相连接，当水位传感器探测到需要箱体内缺水时，自动打开进水阀门进行补水。3.如权利要求1所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，所述紫外火焰传感器由2个紫外火焰传感器组成，安装在水幕抑燃抑爆装置前端，距装置距离不小于40m。4.如权利要求1所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，所述气囊设置在蓄水腔内部，所述触发器与气囊连通设置；所述储水腔的储水容量为1m3。5.如权利要求1所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，所述信息控制装置安装在蓄水腔外表面，所述蓄水腔与进水阀门连通设置。6.如权利要求1所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，所述喷雾装置通过防爆电磁阀与蓄水腔相连接，所述喷雾装置上方固定设置有防爆电磁阀门，表面设有7个喷孔，可安装特定雾化粒度的雾化喷嘴。7.如权利要求1所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，其特征在于，所述紫外火焰传感器与信息控制器信号连接，信息控制装置同时与防爆电磁驱动阀门、触发器、水阀门以及水位传感器相连接。8.如权利要求1-7任一项所述的快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置，现提出一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置使用方法，其特征在于，该水幕抑燃抑爆装置使用方法，包括以下步骤：
步骤一：在发生瓦斯煤尘爆炸时，紫外火焰传感器接收爆炸发出的紫外光信号，并将光信号转化为电信号向信息控制装置传输，信息控制装置在接收到由紫外火焰传感器的电信号后，迅速将信号指令传输给多个雾化装置中的防爆电磁阀和气体发生装置中的触发器；步骤二：触发器接收到信息控制装置传输的信号指令后，做出反馈产生300
°
以上的火焰使气囊中的叠氮化钠和硝酸铵发生化学反应，快速产生氮气使气囊膨胀，增加蓄水腔内压力，在此同时雾化装置中的防爆电磁阀门接收到信息控制装置传输的信号指令，开启阀门；步骤三：在气囊的高压作用下，蓄水腔中的水通过喷雾装置快速喷出，在巷道内形成水幕，以此来抑制和隔断爆炸在巷道内的传播。

技术总结
本发明属于矿井热动力灾害防治领域，公开了一种快速产气推动的水幕抑燃抑爆装置及其使用方法，包括紫外火焰传感器、信息控制装置、气体发生装置、雾化装置、固定装置，自动补水装置。当矿井巷道内发生瓦斯煤尘爆炸时，紫外火焰传感器将信号传给信息控制装置，信息控制装置将信号命令同时传输给气体发生装置和雾化装置电磁阀，气体发生装置内的气囊膨胀，推动箱体内的水向外流出，经雾化装置雾化后在巷道内形成水幕。通过细水雾的降温、消焰以及对爆炸冲击波的衰减作用，实现对瓦斯煤尘爆炸灾害的主动抑制。的主动抑制。的主动抑制。


技术研发人员：李润之 毛加强 陈旭 杜文州 俞凯 张琦 张明光 谭智文 王一川
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/20