一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置的确定方法与流程

本发明涉及一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置的确定方法，主要适用于具有瓦斯爆炸、矿井突水或矿井局部火灾风险的矿井。

背景技术：

根据煤安字(1995)第50号文“煤炭工业企业职工伤亡事故报告和统计规定”，将煤炭工业行业生产伤亡事故分为8类，其中瓦斯爆炸、矿井突水、火灾常常造成群死群伤；《煤矿安全规程》的第188条规定：高瓦斯矿井、突出矿井和有煤尘爆炸危险的矿井，煤巷和半煤岩巷掘进工作面应当安设隔爆设施，但没有明确隔爆设施安装的具体位置；矿井突水事故预防设备主要是水泵配备；当发生突水事故，通过水泵及时排水；消防设备设施，这些消防设施主要布置在井底车场或者井口附近。

对瓦斯爆炸、矿井突水和火灾灾害发生的特点及目前设备设施的局限性和不足之处，发明专利(申请号：201510177853.7)公开了一种矿山灾害阻隔紧急避险装置，适用于煤矿瓦斯爆炸、矿井突水和火灾的紧急避险，能有效的减小矿山灾害发生的范围，但该矿山灾害阻隔紧急避险装置只有安装在合理位置才能发挥作用，专利申请人设计了一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置的确定方法。

技术实现要素：

为了克服现有矿山紧急避险装置安装位置所存在的不足，本发明在于提供一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置的确定方法，减小矿井灾害影响范围和矿井局部灾害导致的其他次生灾害，以解决目前紧急避险装置位置不合理，灾害发生人员难以到达等缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置的确定方法，由空气冲击波和火焰传播时间、水位上向升涨时间、人员疏散时间、矿山灾害阻隔紧急避险装置启动时间确定。

①瓦斯爆炸产生的空气冲击波对人员产生的超压造成的范围：死亡空气冲击波超压值Δp为大于98KPa；重伤空气冲击波超压值Δp为49-98KPa；中等伤空气冲击波超压值Δp为29.4-49KPa；轻微空气冲击波超压值Δp为19.6-29.4KPa；空气冲击波超压值Δp对人员的安全超压临界值定为19.6KPa。

瓦斯爆炸产生的空气冲击波超压值计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}p=5\×{10}^{-4}{\left(\frac{\mathrm{\ϵ}}{L}\right)}^{1.47}{\left(\frac{L}{d_B}\right)}^{1.14}{e}^{-0.012\frac{L}{d_B}}---\left(1\right)$

式中，Δp人员所承受的空气冲击波超压值，KPa；ε一次瓦斯爆炸的巷道断面单位面积上梯恩梯炸药当量，Kg；L爆源至保护对象的距离，m；d_B巷道的水力直径，m。

根据公式(1)计算出瓦斯爆炸产生的空气冲击波超压值低于19.6KPa的安全距离L。

②瓦斯爆炸过程中火焰传播时间计算公式：

$T_b=m\frac{L}{D}+b---\left(2\right)$

式中，T_b为时间；L/D为长径比；m,b为回归曲线的特征参数，m取0.175-0.207，b取8.74-2.65。

③水位上向升涨时间计算公式：

$T_s=\frac{V}{(Q-Q_1)\·t}---\left(3\right)$

式中，T水位上向升涨时间，min；V巷道空间体积，m³；Q单位时间突水量，m³/min；Q₁单位时间疏干排水能力，m³/min；t为待求上向升涨路径上的任意位置点的漫延时间，min。

④水流下向漫延速度计算公式：

$V_s=\sqrt{\frac{8g}{\mathrm{\λ}}}\sqrt{R\frac{h_f}{l}}---\left(4\right)$

式中，g为重力加速度m/s²；λ为沿程阻力系数；h_f为沿程水头损失；l为沿程长度；R为水力半径；R＝A/X，A为过水断面面积，X为湿周。

水流下向漫延时间计算公式：

$T_s=\frac{V}{V_s}---\left(5\right)$

式中，V巷道空间体积，m³；T_s水流下向漫延时间，min；V_s水流下向漫延速度m/min。

⑤水平巷道人员疏散时间计算公式：

$T_r=\frac{L}{V}---\left(6\right)$

式中，L巷道长度，m；V人员行走速度，取1m/s。

⑥光电感应或冲击传感器和矿山灾害阻隔紧急避险装置启动时间计算公式：

T_z＝max(T_b,T_s)＜T_r (7)

一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置确定依据：人员疏散时间T_r大于光电感应或冲击传感器和矿山灾害阻隔紧急避险装置启动时间T_z；光电感应或冲击传感器和矿山灾害阻隔紧急避险装置启动时间T_z不小于瓦斯爆炸过程中火焰传播时间T_b和水位上向升涨时间T_s两者的最大值。

本发明的有益技术效果在于：①安装确定方便，距离潜在灾害发生地点近；②瓦斯爆炸诱发该紧急避险装置启动，减小灾害范围扩大，防止了爆炸产生的有害气体的扩散，阻止次生灾害发生；③能有效的将矿井突水的灾害限制在有限范围内，阻止突水水流造成淹井；④该矿山灾害阻隔紧急避险装置能有效的阻隔火灾的火焰，将火灾限制在有限范围内，阻止火焰燃烧所需的氧气，达到灭火的目的。

附图说明

图1一种矿山灾害阻隔紧急避险装置安装位置示意图

图中：1-巷道 2-矿山灾害阻隔紧急避险装置 3-光电感应传感器 4-冲击传感器 5-灾害

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

(1)瓦斯爆炸

瓦斯爆炸灾害(5)产生空气冲击波和火焰，其中空气冲击波将会破坏通风设施、电器设备和人员伤亡，矿山灾害阻隔紧急避险装置(2)安装位置的合理性对减小灾害(5)范围有重要作用。

瓦斯爆炸灾害(5)产生的空气冲击波对人员产生的超压造成的范围：死亡空气冲击波超压值Δp为大于98KPa；重伤空气冲击波超压值Δp为49-98KPa；中等伤空气冲击波超压值Δp为29.4-49KPa；轻微空气冲击波超压值Δp为19.6-29.4KPa；空气冲击波超压值Δp对人员的安全超压临界值定为19.6KPa。

瓦斯爆炸灾害(5)产生的空气冲击波超压值计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}p=5\×{10}^{-4}{\left(\frac{\mathrm{\ϵ}}{L}\right)}^{1.47}{\left(\frac{L}{d_B}\right)}^{1.14}{e}^{-0.012\frac{L}{d_B}}---\left(1\right)$

根据公式(1)计算出瓦斯爆炸灾害(5)产生的空气冲击波超压值低于19.6KPa的安全距离L。

瓦斯爆炸灾害(5)过程中火焰传播时间计算公式：

$T_b=m\frac{L}{D}+b---\left(2\right)$

巷道(1)人员疏散时间计算公式：

$T_r=\frac{L}{V}---\left(6\right)$

光电感应或冲击传感器(3、4)和矿山灾害阻隔紧急避险装置(2)启动时间计算公式：

T_z＝T_b＜T_r (7)

(2)突水事故

巷道(1)水位上向升涨时间计算公式：

$T_s=\frac{V}{(Q-Q_1)\·t}---\left(8\right)$

式中，T水位上向升涨时间，min；V巷道空间体积，m³；Q单位时间突水量，m³/min；Q₁单位时间疏干排水能力，m³/min；t为待求上向升涨路径上的任意位置点的漫延时间，min。

巷道(1)水流下向漫延速度计算公式：

$V_s=\sqrt{\frac{8g}{\mathrm{\λ}}}\sqrt{R\frac{h_f}{l}}---\left(9\right)$

巷道(1)水流下向漫延时间计算公式：

$T_s=\frac{V}{V_s}---\left(10\right)$

巷道(1)人员疏散时间计算公式：

$T_r=\frac{L}{V}---\left(11\right)$

光电感应或冲击传感器(3、4)和矿山灾害阻隔紧急避险装置(2)启动时间计算公式：

T_z＝T_s＜T_r (12)

矿山灾害阻隔紧急避险装置(2)安装位置确定依据：人员疏散时间T_r大于光电感应或冲击传感器(3、4)和矿山灾害阻隔紧急避险装置(2)启动时间T_z；光电感应或冲击传感器(3、4)和矿山灾害阻隔紧急避险装置(2)启动时间T_z不小于瓦斯爆炸过程中火焰传播时间T_b和水位上向升涨时间T_s两者的最大值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工程技术人员在本发明的技术范围内，可做一些变换，都应该作为侵犯本发明的保护范围，因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。