自动隔爆技术在采掘工作面的研究与应用

于衍达 韩长海 褚 鹏

（山东省邱集煤矿有限公司，山东 齐河 251105）

1 概况

邱集煤矿主采煤层为7煤和11煤，经鉴定煤层均属于Ⅱ类自燃煤层，煤尘爆炸指数均大于35%，具有爆炸危险性。根据邱集煤矿井下11煤巷道倾角小、顶板灰岩起伏大的情况，原有隔爆水棚安设吊挂困难，难于寻找合适空间。研究了“煤矿井下自动隔爆装置”，根据井下现场环境条件，对原装置压力表及前端防护膜处加设保护罩，根据悬挂空间及顶板平整度调整起爆杆长度，以保证在符合煤矿安全标准的情况下适应现场条件，为井下作业现场安全生产起到保障作用。如图1所示。

图1 自动隔爆装置设备图

2 工作原理

2.1 工作原理及特点

装置利用爆炸冲击波纯机械自动触发，从装置接收爆炸冲击波，到将冲击波传递到触发装置，最后到抑爆介质喷出形成有效抑爆剂云雾团等一系列动作均为纯机械动作，无任何带电元器件，不受光、波、电、磁的干扰，避免了因电器元件导致的误动作或因停电导致设备无法动作的问题。装置无电气元部件，不易损坏，产品性能更加稳定可靠，也更加适合井下潮湿、复杂的生产环境。

2.2 安装固定和工作方式

煤矿井下自动隔（抑）爆装置采用锚杆固定的方式吊挂在巷道顶板上如图2所示。当矿井发生瓦斯等爆炸时，接收盘（7）接收到冲击波信号，带动推杆（5）后移，触动主体内触发装置（序号7以后的部分），从而使主体（3）内的阻燃介质喷出，形成有效长度30m以上、浓度超过110g/m3的抑爆屏障，有效弥补隔爆水袋因冲击波（9）和火焰（10）存在时间差而造成的失效问题。通过剧烈的化学及物理反应迅速扑灭火焰，将爆炸限定在初期和一个较小的区域内，抑制了瓦斯及煤尘的次生爆炸和连锁爆炸，最大限度地减少损失。

图2 自动隔（抑）爆装置固定和工作方式示意图

3 隔爆作用效果

3.1 有效抑制有焰燃烧

作为一种链式反应，燃料分子在有焰燃烧过程产生的高温下被活化，有氧条件下产生了大量的自由基或活性基因，在具有高能量的自由基传播反应基础上，燃烧过程不间断持续进行。当超细干粉灭火剂释放后，在常压氮气驱动下，灭火剂与火焰充分混合，灭火组分迅速捕获燃烧中的自由基，使得燃烧反应产生的自由基消耗速度大于产生速度，由于缺乏燃烧所必须的活性自由基，燃烧链式反应过程即告终止，火焰迅速熄灭。

3.2 对表面燃烧强窒息作用

在井下工作面现场，超细干粉对扑灭有焰燃烧速率和效率明显，对固体物质的表面燃烧（阴燃）灭火作用更为明显。当超细干粉接触到高温燃烧物表面时，两者会发生一系列反应，在固体表面燃烧所产生的高温作用下，燃烧的固体周围会被熔融并形成一个玻璃状覆盖层，固体表面与周围空气被覆盖层隔开，将燃烧窒息（如图3）。

图3 自动隔爆试验效果说明图

3.3 有效遮隔火焰热辐射起到冷却被保护物的作用

灭火剂释放时产生的高浓度粉末与火焰相结合，火焰的部分热量被有效地分解吸收，而在分解反应过程中产生的二氧化碳、水蒸气等副产品对燃烧区的氧浓度也具有部分稀释作用。超细干粉灭火剂对大气臭氧层耗减潜能值(ODP)和温室效应潜能值(GWP)均为零，对人体皮肤和呼吸道并无副作用。灭火后残留物无毒副作用，易清理，可广泛适用于较多场所。

3.4 井上实验室模拟验证

邱集煤矿专门成立了技术试验小组，在井上实验室模拟制造封闭巷道，使用该装置进行了多次试验，试验中用钢化玻璃粘固制作曲线巷道模型（规格：矩形，长100m×宽2.0×高1.8m），模型巷道内安设自动隔爆装置，并在该装置后90m距离（曲线范围）放置铁笼，铁笼内留有2到3只家鼠，然后人为制造小范围瓦斯爆炸。现场模拟试验证明，当出现瓦斯爆炸时自动隔爆装置可起到明显的抑制效果，试验鼠均未受到伤害。

4 结论

邱集煤矿井下自动抑爆装置的投入使用，填补了利用纯机械结构抑制瓦斯、煤尘爆炸这一科技领域的空白，装置本身无任何安全隐患，最大程度保护了井下设备和人员安全。它采用纯机械控制，结构简单，安全可靠，技术易掌握，适合煤矿复杂多变的使用环境。该装置响应时间控制在毫秒级（14ms），并且隔爆介质有效悬浮时间长（6min）。井下自动隔爆装置的研制成功，改变了矿井隔爆技术装备相对滞后、产品单一的局面，解决了井下安全领域长期存在的诸多难题，为矿井阻隔爆产品的研制提供了新的思路和发展方向。