本发明属于煤矿灾害防治技术领域，具体涉及一种煤矿巷道防爆密闭气囊。
背景技术：
煤矿行业生产过程中，瓦斯和火灾是主要的自然灾害，给煤矿行业造成的损失不可估量。在煤矿瓦斯灾害和火灾救灾过程中，巷道密闭是十分常见的救灾技术手段。通过巷道密闭，阻隔密闭点内外的空气流动和热量交换，防止火灾或者瓦斯爆炸向矿井更大范围内蔓延，从而确保救灾工作的顺利进行，将灾害损失控制在最低值。我国现有的巷道密闭技术，主要为砂石充填防爆密闭手段，其施工工艺繁琐、施工时间过长，不利于人员的迅速撤离，与紧急撤离的理念不符。而且现有气囊密闭技术通常采用单层气囊的结构，其强度低，大多用于矿井火灾救灾过程中，阻绝有害气体的流动，而无法防爆。因此，本发明致力于研发一种煤矿巷道防爆密闭气囊，解决现有的巷道密闭技术存在的缺陷，更好的保障矿井救灾过程的顺利进行，促进煤矿行业的安全运行。
技术实现要素：
本发明公开一种煤矿巷道防爆密闭气囊，其整体形态近似为一圆柱形橡胶气囊，按照规格不同，其长度为4～6m，断面面积为8～14m3，其结构主要包括：内层气囊、外层气囊、气样采集管。
所述内层气囊位于外层气囊内部，内外两层气囊由多组橡胶隔膜连接，由此将外层气囊在长度方向上分为4～6节隔层，位于气囊迎爆面的隔层称为迎爆隔层，位于气囊充气端的隔层称为充气隔层，中部其余若干隔层称为缓冲隔层。
所述迎爆隔层、内层气囊、充气隔层外部材料由高强度丁腈橡胶制作，具有强度高、耐冲击、耐高温性能。缓冲隔层外部材料、橡胶隔膜由合成顺丁橡胶制作，具有耐磨、弹性好、阻燃的性能。
所述外层气囊相邻隔层之间安设2个间隔阀，在充气隔层尾端安装两个充气阀，分别为外层充气阀和内层充气阀，上述各阀均为单向阀。内层气囊向密闭气囊外引出一条充气导管，连接内层充气阀，用于内层气囊的充气。内层气囊和外层气囊各隔层均安装有泄气阀，内层气囊向密闭气囊外引出一条泄气导管，连接内层充气阀，用于内层气囊的泄气。
所述气样采集管为金属波纹管材质，可弯曲，且具有一定强度，该管通过绳扣附着于外层气囊外，气囊充气后，气样采集管被夹于巷道壁和气囊外表面之间，且能够保证其管路的连通性。
所述外部气囊的工作气压低于内部气囊的工作气压，有利于气囊整体的伸缩和变形，进而可以与巷道壁紧密贴实，确保密闭效果。
一种煤矿巷道防爆密闭气囊，其特征在于，主要操作步骤如下：
步骤一、准备工作
结合气囊规格、巷道断面实际情况，确定所需注入的气体体积，以及内层气囊的工作压力值P1和外层气囊的工作压力值P2。依据气态方程，计算出高压瓶装氮气规格和参数，选择合适规格的高压氮气瓶。将防爆密闭气囊、高压氮气瓶、充气管路由电机车运送至巷道设计的密闭位置，适当清理密闭地点的杂物，将气囊摊开，平铺在巷道地面。
步骤二、气囊充气
内外层气囊同时进行充气，从而可以大大节省操作时间。
外层气囊的充气操作过程为：用充气管路连接高压氮气瓶和外层充气阀，通过外层充气阀和隔层之间的间隔阀依次为外层气囊的各节隔层充气。充气后，外层气囊能够借助合成顺丁橡胶良好的弹性与巷道壁紧密贴合。
内层气囊的充气操作过程为：用充气管路连接高压氮气瓶和内层充气阀，直接由内层充气阀通过充气导管为内层气囊充气。
充气完成后，拆下高压氮气瓶和充气管路，撤出人员和辅助设备。当巷道密闭内侧发生瓦斯爆炸，爆炸气体冲击密闭气囊，压缩气囊，对其做功，从而消耗瓦斯爆炸的能量，保证巷道密闭外部的安全。当外层气囊某节隔层与巷道壁的剧烈摩擦导致破裂，其他隔层内层气囊可继续维持气密性，从而在一定程度上保持巷道的密闭性，确保密闭和防爆效果。
步骤三、气样数据监测
在密闭期间，为便于实时监测密闭内部的空气温度、瓦斯浓度、氧气浓度等参数，由工作人员定时通过气样采集管抽取气样，利用气相色谱仪分析巷道密闭内侧的空气参数，从而对密闭内部灾害危险性作出进一步的分析。
步骤四、气囊回收
在密闭结束后，对密闭区域进行启封，此时回收密闭气囊。首先启动内层气囊的泄气阀，进行内层气囊泄气，结束后，外层气囊由充气隔层向迎爆隔层方向，依次启动各隔层的泄气阀，完成泄气工作，将密闭气囊折叠回收。
本发明利用爆炸气体对气囊压缩做功的形式，使爆炸的能量消耗殆尽，确保巷道密闭外侧空间的安全。相比已有的巷道密闭技术，本发明的主要有益成果在于：该煤矿煤矿巷道防爆密闭气囊相比传统的砂石充填防爆密闭手段，工艺简便易操作，内外气囊同时充气，节省了人力和时间，有利于救灾人员尽快完成密闭施工和撤离，保障了人员的生命安全。密闭气囊结构采用内外双层气囊结构，且外层气囊划分为多个隔层，安全可靠。此外，使用密闭气囊密闭期间，可进行密闭内部的气样采集工作，有利于及时分析灾情变化情。
附图说明
下面结合附图，对本发明作进一步清楚、完整的说明：
图1为煤矿巷道防爆密闭气囊结构示意图
附图标记说明：
图中：1、迎爆隔层，2、缓冲隔层，3、充气隔层，4、外层充气阀，5、内层泄气阀，6、外层泄气阀，7、高压氮气瓶，8、间隔阀，9、橡胶隔膜，10、气样采集管，11、充气导管，12、内层充气阀，13、泄气导管，14、内层气囊
具体实施方式
本发明提供了一种煤矿巷道防爆密闭气囊，下面通过附图和实施例，以某矿2201工作面回采期间的技术应用为工程背景，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
首先对本发明所提出的密闭气囊作如下说明：
一种煤矿巷道防爆密闭气囊，其整体形态近似为一圆柱形橡胶气囊，按照规格不同，其长度为4～6m，断面面积为8～14m2，其结构主要包括：内层气囊14、外层气囊、气样采集管10。结合2201工作面顺槽实际尺寸，选用断面面积10m2，长度为6m的防爆密闭气囊。
所述内层气囊14位于外层气囊内部，内外两层气囊由多组橡胶隔膜9连接，由此将外层气囊在长度方向上分为6节隔层，位于气囊迎爆面的隔层称为迎爆隔层1，位于气囊充气端的隔层称为充气隔层3，中部其余若干隔层称为缓冲隔层2。迎爆隔层1、内层气囊14、充气隔层3外部材料由高强度丁腈橡胶制作，具有强度高、耐冲击、耐高温性能。缓冲隔层2外部材料、橡胶隔膜9由合成顺丁橡胶制作，具有耐磨、弹性好、阻燃的性能。
外层气囊相邻隔层之间安设2个间隔阀8，在充气隔层3尾端安装两个充气阀，分别为外层充气阀4和内层充气阀12，上述各阀均为单向阀。内层气囊14向密闭气囊外引出一条充气导管11，连接内层充气阀12，用于内层气囊的充气。内层气囊14和外层气囊各隔层均安装有泄气阀，内层气囊14向密闭气囊外引出一条泄气导管13，连接内层充气阀12，用于内层气囊的泄气。
所述气样采集管10为金属波纹管材质，可弯曲，且具有一定强度，该管通过绳扣附着于外层气囊外，气囊充气后，气样采集管10被夹于巷道壁和气囊外表面之间，且能够保证其管路的连通性。
所述外部气囊的工作气压低于内部气囊的工作气压，有利于气囊整体的伸缩和变形，进而可以与巷道壁紧密贴实，确保密闭效果。
某矿2201工作面回采期间，工作面瓦斯浓度严重超限，根据相关安全规程，计划对该工作面进行封闭，于工作面运输顺槽和回风顺槽各施工一道密闭，决定采用本发明提出的煤矿巷道防爆密闭气囊。技术应用过程如下：
首先结合气囊规格、巷道断面实际情况，确定内层气囊14的工作压力值0.3MPa和外层气囊的工作压力值0.12MPa。依据气态方程，计算出高压瓶装氮气规格和参数，选择合适规格的高压氮气瓶7。将防爆密闭气囊、高压氮气瓶7、充气管路由电机车运送至巷道设计的密闭位置，适当清理密闭地点的杂物，将气囊摊开，平铺在巷道地面。
内外气囊充气各由两名工作人员同时操作，外层气囊的充气操作过程为：用充气管路连接高压氮气瓶和外层充气阀，通过外层充气阀4和隔层之间的间隔阀8依次为外层气囊的各节隔层充气。充气后，外层气囊能够借助合成顺丁橡胶良好的弹性与巷道壁紧密贴合。内层气囊14的充气操作过程为：用充气管路连接高压氮气瓶和内层充气阀12，直接由内层充气阀12通过充气导管11为内层气囊14充气。
当巷道密闭内侧发生瓦斯爆炸，爆炸气体冲击密闭气囊，压缩气囊，对其做功，从而消耗瓦斯爆炸的能量，保证巷道密闭外部的安全。当外层气囊某节隔层与巷道壁的剧烈摩擦导致破裂，其他隔层内层气囊14可继续维持气密性，从而在一定程度上保持巷道的密闭性，确保密闭和防爆效果。
充气完成后，拆下高压氮气瓶7和充气管路，撤出人员和辅助设备。在密闭期间，为便于实时监测密闭内部的空气温度、瓦斯浓度、氧气浓度等参数，由工作人员于回风顺槽定时通过气样采集管10抽取气样，利用气相色谱仪分析巷道密闭内侧的空气参数，从而对密闭内部灾害危险性作出进一步的分析。
根据井下监测数据，密闭50天后，密闭空间内部瓦斯浓度和相关指标气体浓度恢复至安全水平，遂决定对密闭区域进行启封，此时回收密闭气囊。首先启动内层泄气阀5，进行内层气囊泄气，结束后，外层气囊由充气隔层3向迎爆隔层1方向，依次启动各隔层的泄气阀，完成泄气工作，将密闭气囊折叠回收。