一种用于煤矿风井导风硐的自动喷淋消波系统

本发明涉及煤矿安全技术领域，特别是一种煤矿风井导风硐的自动喷淋消波系统，用于减小煤矿地面主通风机所遭受的爆炸冲击。

背景技术：

煤矿地面主通风机担负着向井下输送新鲜空气、排出有毒有害气体的重任，其连续、安全、可靠运行关乎整个矿井的安全。为保护主通风机免遭井下爆炸冲击波损毁，主通风机通常应布置于风井井口的被称为导风硐的分支巷道中，且在风井井口安设用于泄爆的防爆门。这种布置方式的防爆原理是：当井下发生爆炸时，爆炸冲击波冲开防爆门，爆炸能量主要通过井口泄放到大气中，使得位于导风硐末端的主通风机免遭破坏性冲击。然而，当爆炸威力巨大时，例如煤尘爆炸，进入导风硐中的相对较弱的冲击波也足以对主通风机造成破坏性冲击。

为进一步保护主通风机安全，人们提出在导风硐中安设防爆闸门的技术设想，以期在爆炸冲击波到达之前，放下防爆闸门，封闭导风硐，将主通风机隔离在爆炸冲击范围之外。然而，这种设想在技术上是难以实现的，且会带来新的问题。这种防爆闸门必然质量较大，难以在侦测到爆炸信号后实现快速闭合。假定防爆闸门能够实现预先闭合，但当其遭受爆炸冲击后，自身可能发生变形破坏而难以再次开启，会严重迟误矿井灾后快速恢复通风等救援工作。能否找到一种既能快速动作又不影响矿井灾后抢险工作的安全防护技术措施，尚须进一步创新。

技术实现要素：

本发明目的是针对煤矿主通风机安全防护技术措施不健全的问题，提出一种用于煤矿风井导风硐的自动喷淋消波系统及使用方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种用于煤矿风井导风硐的自动喷淋消波系统，包括空气炮、给水泵、喷淋箱、炮泵连接管、给水管、注水管、充气管、注水阀、充气阀、电磁阀、触发开关、不间断电源，空气炮和给水泵安装在风井井口附近的地面上，触发开关布置风井井筒的中下部或回风大巷中，喷淋箱安装在地下的导风硐中，所述给水泵的一端通过炮泵连接件与空气炮的输出端相连、另一端通过给水管与喷淋箱相连接，所述给水泵的主体为圆形管道结构，所述给水泵的内部设有活塞体和限位环，所述活塞体将给水泵的内部分成水腔和气腔，所述限位环为两个、均固定在主体的内壁上，用于限定活塞体的运动位置，所述给水泵的壁面上设置有连通于主体的注水孔和排气孔，所述注水孔与水腔连通，用于向水腔内供水，所述排气孔与气腔连通，用于释放气腔内的空气，所述给水泵的底部设有若干支座用于安装固定，所述喷淋箱的顶部设置有若干喷淋头，所述注水管的一端安装在给水泵的注水孔中、另一端接自来水管，所述充气管的一端连接空气炮、另一端接压缩空气源，所述电磁阀安装于空气炮上，所述触发开关布置在风井井筒的中下部或回风大巷中、且与电磁阀和不间断电源电连接；

进一步的，所述喷淋箱包括箱体、支撑板、中间隔板、盖板、溢流阀、喷淋孔，所述箱体为无盖的长方体金属壳状结构，箱体侧表面上设置有至少一个给水孔，支撑板为设有过水孔的金属板，多个支撑板均匀地焊接在箱体的内部，用于增强箱体的抗压能力，所述中间隔板为设有多个溢流孔的金属板，多个溢流孔均匀分布，所述溢流孔内安装溢流阀，中间隔板紧贴支撑板上沿焊接在箱体内部，并将箱体分为上下两层，所述盖板通过螺钉固定在箱体的上部，所述喷淋孔布满盖板；

进一步的，所述溢流阀由橡胶阀塞和弹性条组成，通过铆钉或粘接的方式安装在溢流孔内；

进一步的，所述触发开关包括壳体、静触头、动触头、承压胶片、压环、限位块、接线柱，所述壳体为绝缘体，所述静触头、限位块、接线柱均通过螺钉安装固定在壳体的底部；

进一步的，所述静触头、接线柱均设两组，每组连接一根电缆，动触头粘接在承压胶片上，整体通过压环安装在壳体上部，压环使用螺钉固定在壳体上；

进一步的，所述喷淋头为金属弯管结构，所述喷淋头的一端设有外螺纹，通过螺纹连接的方式安装在喷淋孔中；

进一步的，所述炮泵连接管为金属管，所述炮泵连接管的两端分别通过法兰盘与给水泵和空气炮相连接；

进一步的，所述给水管上设置有注水阀，所述充气管上设置有充气阀；

进一步的，所述注水阀和电磁阀均为截止阀，所述充气阀为单向截止阀。

本发明提出的辅助防爆门的技术原理为：

（1）正常工况。空气炮充气至工作压力，给水泵注水至最大储水量，给水管及喷淋箱下层均储满水；注水阀置于接近关闭状态，可少量进水，若系统有少量漏水，可及时补充。由于水压较小，喷淋箱中溢流阀不动作，喷淋箱下层水不会进入上层而泄漏。触发开关处于常开状态。

（2）爆炸工况。当井下发生爆炸时，爆炸冲击波通过触发开关安装位置时，压合触发开关，电磁阀工作电路导通，电磁阀动作，空气喷爆，喷爆气流进入给水泵气腔，推动活塞挤压水腔内水体，同给水泵连通的喷淋箱底层水压成倍上升，中间隔板上溢流阀打开，高压水进入喷淋箱上层，并通过喷淋头向外喷射，在导风硐中形成水幕段。当爆炸冲击波进入水幕段后，同水幕中水珠颗粒相互作用，相当一部分热量和动能传递给水珠颗粒，冲击波强度得以消弱。冲击波同水幕相互作用后，冲击波将裹挟大量水珠颗粒继续沿导风硐传播，在其同导风硐壁面相互作用过程中，又有相当一部分高速运动的水珠颗粒粘结在壁面上，使得爆炸气流能量再次衰减，从而使得最终到达主通风机的冲击波得到显著消弱。

（3）灾后复位。空气炮喷爆后，会自动充气至额定喷爆气压。给水泵气腔内的高压气体会从排气孔中逐渐释放到大气中，使气腔内气压逐渐恢复至常压。打开注水阀向给水泵水腔中注水，注水压力推动活塞体向气腔方向移动，待到最大注水位置，再将注水阀置于接近关闭位置。如果触发开关及线路没有被损坏时，系统可恢复至正常状态。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明能够预先侦测爆炸冲击波，在导风硐中自动形成喷淋水幕，通过爆炸冲击波及其波后气流和水幕中水珠颗粒的相互作用，有效吸收和耗散爆炸冲击波的能量，实现对爆炸冲击波的消弱，从而增强对主通风机的保护。

安装和使用对矿井正常通风及灾后恢复通风均无显著影响，规避了防爆闸门可能产生的各种问题和隐患。喷淋箱及给水管等结构嵌埋在导风硐壁面中，仅喷淋头外露，所引起的通风阻力可以忽略。到达主通风机的水珠已充分雾化，也不会危害主通风机。

本发明在完成一次喷淋消波作业后，能够快速恢复至正常工况。当遇到连续爆炸事故时，可多次发挥消波作用。

本发明建安成本较少，日常维护检修工作也较少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的给水泵俯视图；

图3为图2中a-a的剖面图；

图4为本发明的喷淋箱俯视图；

图5为图4中b-b的剖面图；

图6为图4中c-c的剖面图；

图7为本发明触发开关的立体图；

图8为图7中d-d的剖面图；

图9为本发明的安装布置示意图；

图10为本发明触发开关的电路简图；

图中，1-空气炮、2-给水泵、3-喷淋箱、4-炮泵连接管、5-给水管、6-注水管、8-充气管、7-注水阀、9-充气阀、10-电磁阀、11-触发开关、12-不间断电源、13-电缆、14-风井、15-导风硐、16-防爆门、201-法兰盘、202-活塞体、203-限位环、204-注水孔、205-排气孔、206-水腔、207-气腔、208-支座、301-箱体、302-支撑板、303-中间隔板、304-盖板、305-溢流阀、3051-橡胶阀塞、3052-弹性条、306-喷淋头、111-壳体、112-静触头、113-动触头、114-承压胶片、115-压环、116-限位块、117-接线柱。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1-10所示一种用于煤矿风井导风硐的自动喷淋消波系统，安装于导风硐中，参考图1，包括空气炮1、给水泵2、喷淋箱3、炮泵连接管4、给水管5、注水管6、充气管8、注水阀7、充气阀9、电磁阀10、触发开关11、不间断电源12，空气炮1和给水泵2安装在风井14井口附近的地面上，触发开关11布置风井12井筒中下部或回风大巷中，喷淋箱3安装在地下导风硐15中，地上和地下部分通过给水管5相连接，空气炮1为工业清堵器，利用压缩空气突然释放形成的喷爆气流推动给水泵2工作，所述给水泵2的一端通过炮泵连接件4与空气炮1的输出端相连、另一端通过给水管5与喷淋箱3相连接。

参考图2和图3，在本实施例中，所述给水泵2的主体为圆形管道结构，所述给水泵2的内部设有活塞体202和限位环203，所述活塞体202将给水泵2的内部分成水腔206和气腔207，所述限位环203为两个、均固定在给水泵2的内壁上，用于限定活塞体203的运动位置，活塞体202在两组限位环203之间移动，使水腔206、气腔207体积发生相应变化，所述给水泵体的壁面上设置有连通于主体的注水孔204和排气孔205，所述注水孔204与水腔206连通，用于向水腔206内供水，所述排气孔205与气腔207连通，用于释放气腔207内的空气，所述给水泵2的底部设有若干支座208用于安装固定，所述喷淋箱3的顶部设置有若干喷淋头306，所述注水管6的一端安装在给水泵2的注水孔204中、另一端接自来水管，所述充气管8的一端连接空气炮1、另一端接压缩空气源，所述电磁阀10安装于空气炮1上，所述触发开关11布置在风井井筒的中下部或回风大巷中以便能超前发现爆炸冲击波，触发开关11可设两组或多组，间隔一定距离安设，各自通过独立的线路引出到地面，并联后连接电磁阀10和不间断电源12，任意一组触发开关11动作，都可使电路导通，触发电磁阀10动作，不间断电源12为通用产品，由电网供电，用于保障系统连续稳定供电，电缆为矿用照明电缆。

参考图4-6，在本实施例中，所述喷淋箱3包括箱体301、支撑板302、中间隔板303、盖板304、溢流阀305、喷淋孔310，喷淋箱3可按一定间距在导风硐15中安设多组，所述箱体3为无盖的长方体金属壳状结构，箱体3侧表面上设置有至少一个给水孔307，支撑板302为设有过水孔的金属板，多个支撑板302均匀地焊接在箱体301的内部，用于增强箱体301的抗压能力，所述中间隔板303为设有多个溢流孔308的金属板，多个溢流孔308均匀分布，所述溢流孔308内安装溢流阀305，中间隔板303紧贴支撑板302上沿焊接在箱体1内部，并将箱体3分为上下两层，下层储水，上层仅在喷淋时存水，所述盖板304通过螺钉固定在箱体301的上部，所述喷淋孔310布满盖板304；

在本实施例中，所述溢流阀305由橡胶阀塞3051和弹性条3052组成，通过铆钉或粘接的方式安装在溢流孔308内；，所述喷淋头306为金属弯管结构，所述喷淋头306的一端设有外螺纹，通过螺纹连接的方式安装在喷淋孔310中；调整喷淋头306的朝向，可设定喷淋范围。系统执行喷淋动作时，喷淋箱3下层水压成倍上升，鼓开溢流阀305，高压水进入上层空间，通过喷淋头306向外喷射。喷射水流应迎向爆炸冲击波。喷射水流及其遇到壁面的反射流共同形成消波水幕。

参考图7和图8，在本实施例中，所述触发开关11包括壳体111、静触头112、动触头113、承压胶片114、压环115、限位块116、接线柱117，所述壳体111为绝缘体，所述静触头112、限位块116、接线柱117均通过螺钉安装固定在壳体111的底部；所述静触头112、接线柱117均设两组，每组连接一根电缆，动触头粘接在承压胶片114上，整体通过压环115安装在壳体111上部，压环115使用螺钉固定在壳体111上；承压胶皮114受到外部冲击波挤压作用时，带动动触头113向壳体底部方向移动，同两组静触头112接触后，电路导通，电磁阀10动作，触发喷淋系统动作。限位块116为硬质绝缘体，用于避免静触头被压毁。电缆13采用矿用照明电缆。

在本实施例中，所述炮泵连接管4为金属管，所述炮泵连接管4的两端分别通过法兰盘201与给水泵2和空气炮1相连接；

在本实施例中，所述给水管5上设置有注水阀7，所述充气管8上设置有充气阀9；所述注水阀7和电磁阀10均为截止阀，所述充气阀9为单向截止阀，充气阀9除开关功能外，还带有单向逆止功能，以防止气源出现故障时空气炮1向外回气，电磁阀10是空气炮1的电动起爆装置，安装空气炮1上。电磁阀10通电开启，储有压缩空气的空气炮即开始喷爆。

本实施例的安装施工方法：

根据喷淋箱3、给水管5尺寸，在导风硐15中靠近风井井筒14一端底板开挖安装所需的孔、槽，并在相应位置施工通往地面的钻孔。安装喷淋箱3和给水管5，保证除喷淋头306外，其他部分不露出导风硐15壁面，使用地锚固定牢固，安装间隙使用水泥浆充填。依次连接给水泵2、空气炮1，并用地锚固定。连接注水管6、注水阀7、充气管8、充气阀9。在空气炮1上安装电磁阀10。在井下安装触发开关11，连接电磁阀10和不间断电源12，构成电路。打开注水阀7向系统注水，待喷淋箱3、给水管5、给水泵2都注满水后，将注水阀7调整至接近关闭位置，停止注水。打开充气阀9向空气炮1充气，充气至空气炮1额定工作压力。井下手动按压触发开关11，对系统进行模拟测试。待通过测试后，将系统置于正常工作状态。系统地面部分可采取必要措施，防止雨淋、闲人触碰等。

本发明提出的自动喷淋消波系统的技术原理为：

在正常工况下，空气炮1充气至工作压力，给水泵2注水至最大储水量，给水管5及喷淋箱3下层均储满水；注水阀7置于接近关闭状态，可少量进水，若系统有少量漏水，可及时补充。由于水压较小，喷淋箱3中溢流阀不动作，喷淋箱3下层水不会进入上层而泄漏。充气阀9处于常开状态，当空气炮1压力下降后可随时不气。电磁阀10处于常闭状态。触发开关11处于常开状态。

当井下发生爆炸时，爆炸冲击波通过触发开关11安装位置时，压合触发开关11，电磁阀10工作电路导通，电磁阀10动作，空气炮1喷爆，喷爆气流进入给水泵2气腔207，推动活塞挤压水腔206内水体，同给水泵2连通的喷淋箱3底层水压成倍上升，中间隔板303上溢流阀305打开，高压水进入喷淋箱3上层，并通过喷淋头306向外喷射，在导风硐15中形成水幕段；当爆炸冲击波进入水幕段后，同水幕中水珠颗粒相互作用，相当一部分热量和动能传递给水珠颗粒，冲击波强度得以消弱。冲击波同水幕相互作用后，冲击波将裹挟大量水珠颗粒继续沿导风硐15传播，在其同导风硐15壁面相互作用过程中，又有相当一部分高速运动的水珠颗粒粘结在壁面上，使得爆炸气流能量再次衰减，从而使得最终到达主通风机的冲击波得到显著消弱。

当爆炸过后，空气炮1会自动充气至额定气压，给水泵2气腔207内的高压气体会从排气孔205中逐渐释放到大气中，使气腔207内气压逐渐恢复至常压，打开注水阀7向给水泵2水腔206中注水，注水压力推动活塞体向气腔207方向移动，待到最大注水位置，再将注水阀7置于接近关闭位置。如果触发开关11及线路13没有被损坏时，系统可恢复至正常状态。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。