基于矿用管道自动控制抑爆装置安全研究

天地（常州）自动化股份有限公司 张 建

基于矿用管道自动控制抑爆装置安全研究

天地（常州）自动化股份有限公司 张 建

为了保证矿井的正常生产工作与安全，必须要加强基于矿用管道抑爆装置的安全研究，做好矿井的安全防护工作，提高矿井生产的安全性，下面我们就深入具体地进行基于矿用管道抑爆装置的安全研究。

矿用管道；抑爆装置；安全研究

煤矿的工作涉及面非常广，煤矿安全工作也是一项综合性很强的工作，需要对工作人员的行为活动检查，又要对煤矿的机电设备、矿井环境以及可能发生的自然灾害事故等等进行分析，另外在矿井下工作时，必须严格遵守相关的技术固定与要求，遵守工程施工的安全质量要求，下面我们将具体分析下煤矿开采工作中一个比较重要的工作环节：抑爆装置的安全性研究。

1 抑爆装置原理分析

抑爆装置主要由三部分组成：传感检测器、控制器与抑爆器。抑爆装置工作原理过程如下：将一定数量的抑爆介质ABC干粉存储在抑爆器内部，当矿山中矿用管道内部出现瓦斯爆炸的时候，传感器根据其光学原理将信号捕捉到，然后通过光电变换，进而产生电信号，电信号传播给控制器，控制器处理过这些信号之后，会输出一个新的电信号给抑爆器，电子触发装置作用下，会将抑爆器内的密封膜片打开，这时，存储在抑爆器中的干粉灭火剂在压力作用下会很快地喷射出来，形成一道高能的抑爆屏障，从而对瓦斯爆炸产生的冲击波压力以及火焰起到降压灭火的作用，实现自动抑爆效果，下面我们将分别来探讨下以下这三个部分的工作原理，抑爆装置原理图如图1所示。

图1 抑爆装置原理图

1.1 检测器原理

矿井中的瓦斯爆炸时，会产生大量的热量、光以及一些浓烟等爆炸信号。发现这些爆炸信号的装置手段就是传感测量技术，这种传感测量技术能够及早及时地发现信号，从而做好预防工作。传感压力器常用的有三种：压力、光敏以及热敏。压力传感器的敏感性较差，响应时间较长，在管道内的瓦斯爆炸检测不是十分适合；热敏传感器的使用，需要直接接触到火焰才能检测到爆炸；光敏传感器主要利用的是红外光敏传感器与紫外光敏传感器，瓦斯中的烃类火焰中的光谱在紫外线与红外线之间。矿用的瓦斯输送管道处在一个密闭的状态下，几乎不受外界光源干扰，但是太阳光进入瓦斯排空管道的可能性很大，此外，管道内部的气流的流速很快，这样会导致管壁的温度升高，在管道的一些拐弯处温度会更高。这种温度状况下，有可能辐射出红外线。太阳光谱中的紫外线能够被臭氧完全的吸收，地表不会存在，这样看来，紫外传感器的抗干扰性能更强一些，也更适宜。因此抑爆装置中的检测器采用紫外传感器，能够保护矿用管道、延长管道的寿命[1]，紫外传感器的具体参数值如表1所示。

表1 紫外传感器参数值

1.2 控制器原理

抑爆装置中的控制器主要的工作是处理燃烧、爆炸信息、还要触发抑爆器。抑爆装置采用单片机控制技术，遵守信号处理约定的关系，通过单片机的0口将抑爆器的启动指令发出，按照预先规定的程序方式，对其他装置进行控制与触发。控制器有很强大的功能：循环检测、显示故障以及声光报警等等，并且具有5路的耦继电器来控制负载，瞬态的最大电流8A，正常电流4A都能通过。控制器在工作时，电压在5~12VDC，电流在72～180mA，控制装置响应时间小于等于15ms。

1.3 抑爆器原理

抑爆装置类型现在越来越多，产气喷粉式、储压喷粉式等一些抑爆装置都在瓦斯管道以及井下巷道等其他危险点应用的越来越多。本次探讨的抑爆器使用的主要是储压式喷粉装置，能够将灭火剂储存并高效地喷洒出去。这种抑爆器的开启机构采用的是电子触发模式，联合传感器、控制器，能够高效快速地将灭火剂喷射出去，将燃烧或者是传播过程中的火焰扑灭。抑爆器触发时，电压大于等于4.7V，灭火剂喷洒滞后时间小于等于15ms，喷洒效率高，完成整个喷洒工作时间不超过150ms。

2 矿用管道下抑爆装置安全研究

2.1 抑爆装置可靠性分析

研究分析矿用管道下的抑爆装置，需要首先考虑分析其可靠性，并想办法提高装置的可靠性。抑爆装置灭火方面的可靠性需要重点从以下几个方面来考虑：电路电源可靠性、关键器件、警报检测以及环境适应性的可靠性等方面。需要单独挑出来考虑的是电路设计的可靠性，抑爆装置主要依靠的是内部电路的设计来配合完成工作，影响抑爆灭火装置的可靠性分析因素有工作电源的可靠性、起火时的信号真实可靠性、以及电脑机器工作的可靠性等等。针对这些影响电路设计可靠性的方面，我们要提出一些解决的措施，抑爆灭火装置设置5V的工作电源，采用双信供电电源也是5V，将紫外管的工作电源设置在240V-400V处于一个可以调控的范围[2]。设计电源一定要首先考虑到矿井下的电气设备，电气设备在启动时，电压波动是非常大的，对电压的稳定输出会有一定的影响，因而需要将集成开关电源进行调整，紫外线管道中的电源电路也为稳定地自动输出提供了支持，两路通信电源，保证了通信的畅通可靠用紫外线检测火灾信号，检测火焰中的各种紫外线信号，保障火焰信号检测的真实性。抑爆装置中的CPU是抑爆系统装置的核心，因而需要对其重视起来，抑爆装置需要快速响应并处理大量数据，因而选用含有DSP的PIC公司生产的具有16位数字的信号控制芯片，作为核心芯片，为单片机的工作做出贡献。

2.2 抑爆装置维修安全分析

矿井管道下，抑爆装置在维修设计时，采用的是通用化、系列化与模块化的设计要求。抑爆管道在维修安全性方面考虑，使用的是模块化的装置结构设计，这种结构设计下，技术成熟与定型的产品能够在一个较大限度内使用，专件的使用随之减少，抑爆装置系统及其零件的可维修性会显著提高的。抑爆装置在更换按照零部件时，也需要分具体的场合，主要分为内场与外场。控制器的组件与电缆的组件如果是同意型号，那么就能够直接互换过来，相同容量的灭火瓶也能够被任意换过来[3]。抑爆装置中各个零部件在组合、拼接时，需要事先做好预防性的措施，更好地使抑爆装置具有良好的正确性与安全性。

2.3 抑爆装置测试安全分析

为了确保抑爆装置的安全性，进行必要的安全测试是十分重要的，安全测试进行过后，抑爆装置能够定期就自动执行状态自检，这种测试安全的装置内容，有效地检测到出现的故障状态，及时发出警告，使维护人员开展装置维护工作。

2.4 抑爆装置保障安全分析

为了抑爆装置的安全可靠性，需要对装置的保障性设计做出一些规定，规定的具体内容如下：使设备的配套方案尽可能地采用简化的品种，保障设备的利用尽量使用现有的或者是能够在市场上搜寻到的。使用保障性设备，最应该的是根据实际环境来使用，产品设计将运输条件考虑在内，另外装置的系留点大小、形态特征以及相关的标记等等。装置包装箱上，装置的编号、名字以及有些需要注意的特殊要求都要有明显的标记[4]。

2.5 抑爆装置安全设计分析

抑爆装置的安全性分析，主要集中在装置的调试装配方面，对加热、带电设备检测，有些必须使用明火检测，给工作人员的生命安全造成了威胁，按照规定操作乙方设备出现安全性问题现在是十分重要的。高压电路存在与抑爆装置的传感器内，它实际上面临着较大的危险，需要在外包装、外壳设计上都多加注意，防止出现火源的外泄，进而出现瓦斯爆炸事故。按规定使用灭火瓶能够有效减少电气干扰，电气干扰危及工作人员以及设备的安全，本着安全第一的原则，一定要严格按照操作规定进行操作。

3 结语

矿用管道下的抑爆装置采用的是紫外线火焰传感器技术、单片机控制技术以及电子触发技术等等，从而有效地提高了矿井中瓦斯输送管道自动抑爆的可能性，具有广泛的适应性。煤矿开采业本身就是一个比较危险的产业，煤矿一旦发生瓦斯爆炸事故，将会给国家和人民的生命财产安全带来巨大的损失，瓦斯爆炸事故防治是一个非常重要的工作，也是一个系统性的工程。抑爆器装置的使用在矿山开采中是非常有用的，抑爆装置能够有效地抑制减少管道内部气体的传播，防止爆炸时火焰的进一步蔓延，防止爆炸气体的蔓延，对瓦斯管道以及发电机组几乎没有影响，有效地起到了抑爆器装置的作用。

[1]田丹青,胡双启,周温等．ZYBG型瓦斯输送管道主动抑爆装置技术研究[J]．煤炭技术,2015,34(2):154-156．

[2]贾丑伟．ZYBG型矿用管道抑爆装置安全分析[J]．科技创业家,2013,(22):127-127．

[3]周温,荣佳,雷武等．新型清洁气体式主动抑爆装置研制及抑爆性能研究[J]．煤矿现代化,2014,(6):68-70．

[4]魏春荣．多孔材料对瓦斯爆炸抑制作用研究[D]．哈尔滨工业大学,2012．