一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置及其安装方法与流程

本发明属于预防煤矿瓦斯爆炸领域，具体涉及一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置及其安装方法。

背景技术：

瓦斯爆炸是煤矿重大灾害之一，在瓦斯爆炸发生时，爆炸冲击波会破坏巷道设施设备，爆炸产生的有毒有害气体也会对人员造成严重伤害，冲击波会将巷道内煤尘扬起，有可能造成煤尘爆炸等更严重的灾害。

瓦斯爆炸灾害的防治，一方面要加强主动管理，尽量避免其发生，另一方面要在瓦斯爆炸发生时，尽量降低爆炸的破坏作用，将灾害的损失降到最低，保证设施设备不被破坏，人员不出现重大伤亡。因此，降低瓦斯爆炸冲击波的能量，降低爆炸后产生的有毒有害气体浓度，对开展瓦斯爆炸灾害的应急工作具有重要意义。

技术实现要素：

为解决上述问题本发明提出一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置及装置的安装方法，所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置具有吸收热能和催化转化有毒有害气体等优点，解决了在煤矿发生瓦斯爆炸时，冲击波以及有毒有害气体对设施设备和人员的破坏及伤害等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置，包括扩张减压室、机械阻隔模块和运动阻尼模块；

所述机械阻隔模块设置于所述扩张减压室内；所述运动阻尼模块设置于所述扩张减压室内壁并与所述机械阻隔模块连接。

进一步地，所述机械阻隔模块包括阻隔面板、热能吸收单元和催化转化单元；

所述热能吸收单元和所述催化转化单元附着安装在所述阻隔面板表面。

进一步地，所述热能吸收单元包括导热网、相变导热介质和储热块；所述导热网由中空的导热管路编织而成，所述相变导热介质设置在所述中空的导热管路内部，所述导热网与所述储热块连接。

进一步地，所述导热网直接与高温气体接触，内部的所述相变导热介质吸收热量发生相变并运移至所述储热块，与所述储热块进行热交换，所述储热块将所述相变导热介质释放的热能存储。

进一步地，所述导热网由导热管道编织而成，使所述导热网具有很大的表面积。

进一步地，所述导热管由高热导率材料制成，具有良好韧性及强度，有一定抗冲击能力，相变导热介质密封在导热管中，遇热可迅速发生相变，通过微对流形式将热能传导至储热块。

进一步地，所述催化转化单元包括碳化硅陶瓷和催化剂；所述催化剂附着在所述碳化硅陶瓷上。

进一步地，所述碳化硅陶瓷为一种多孔材料；所述催化剂附着在多孔所述碳化硅陶瓷的孔洞及表面，形成所述催化转化模块，催化转化结构由多块附着催化剂的碳化硅陶瓷组成。

进一步地，所述扩张减压室修筑于易发生瓦斯爆炸的巷道，其断面大于巷道断面，在瓦斯爆炸发生时，起到扩张减压的作用，初步降低冲击波的能量。

进一步地，所述扩张减压室的断面大于或等于所述巷道断面的两倍。

进一步地，所述阻隔面板为一块或两块以上；所述阻隔面板为两块以上时，每个所述阻隔面板等距或不等距设置于所述扩张减压室内壁上；

所述阻隔面板为多网孔结构，具有强度高，重量轻的特点，每个阻隔面板在巷道轴向方向开孔并与巷道断面等大，阻隔面板之间通过框架进行连接；多组阻隔面板逐级对减压的冲击波进行阻挡，消耗冲击波的能量。

进一步地，所述阻隔面板为抗冲击高强轻质合金材质。

进一步地，所述运动阻尼模块包括多组两级液压缓冲阻尼单元和导轨；所述两级液压缓冲阻尼单元与所述导轨及所述机械阻隔机构连接。

进一步地，所述两级液压缓冲阻尼单元包括多个可调液压缓冲阻尼器。

进一步地，所述两级液压缓冲阻尼单元与所述导轨和所述机械阻隔模块铰接。

进一步地，所述导轨成对设置，为一对或两对以上。

进一步地，所述导轨与所述机械阻隔模块相互垂直。

进一步地，所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置还包括作为基础外部框架。

一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的安装方法，包括以下步骤：

（1）确定扩张减压室的断面尺寸：测量预安装所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的巷道断面的尺寸，令所述扩张减压室的断面大于或等于所述巷道断面的两倍。

（2）组装所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的基础外部框架：根据所述扩张减压室的断面尺寸，将所述基础外部框架刚性固定成形，形成机械阻隔模块和运动阻尼模块的安装基础。

（3）组装所述机械阻隔模块：热能吸收单元和催化转化单元组装成所述机械阻隔模块，并确保所述机械阻隔模块的稳定可靠。

（4）安装所述机械阻隔模块：将所述机械阻隔模块安装在所述扩张减压室内，并与导轨连接。

（5）安装所述运动阻尼模块：导轨与两级液压缓冲阻尼单元通过铰接形式相连接，其中导轨的静态部分固定在所述基础外部框架上，而导轨的运动部分与所述机械阻隔模块的外部框架相连，导轨的静态部分与运动部分通过所述两级液压缓冲阻尼单元连接；所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置组装完成；

（6）将（5）步组装完成的所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置安装至（1）步中所述巷道的断面，所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置安装完成。

进一步地，（1）中所述巷道为矿井中瓦斯爆炸危险性较高的巷道。

进一步地，所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置需定期进行检查与维护，确保所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置中各个模块及其单元保持良好状态。

本发明的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的使用过程具体如下：

当发生瓦斯爆炸，冲击波传播至所述扩张减压室时，所述扩张减压室的断面瞬间扩大，导致高压的所述冲击波在所述扩张减压室的断面突变处的压力迅速降低，此时所述扩张减压室对所述冲击波完成初级降压；所述冲击波继续向前传播，所述机械阻隔模块对所述冲击波进行阻挡，所述机械阻隔模块由于所述冲击波的冲击产生动能，所述动能通过所述导轨传递至所述两级液压缓冲阻尼单元，多组所述两级液压缓冲阻尼单元将所述动能消耗殆尽，在消耗大量所述动能的同时，所述机械阻隔模块中所述阻隔面板的多孔结构扰乱所述冲击波阵面以降低所述冲击波的能量。此外，所述机械阻隔模块中的所述热能吸收单元在接触高温的所述冲击波时能将大量热能传导至所述储热块，迅速降低了所述冲击波气体的温度，所述催化转化单元中的催化剂将所述冲击波内因爆炸产生的有毒有害气体转化为低毒无害的气体。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置结构简单，布置方便，本质安全，作为半永久性被动安全系统，可广泛应用于具有高瓦斯爆炸可能性的巷道中。

（2）本发明的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置在瓦斯爆炸情况发生时，不仅对爆炸的冲击波进行多级阻挡削弱，减小冲击波的威力，保护巷道内的设施设备不被破坏，并且可对爆炸冲击波产生的高温气体进行疏导冷却，避免高温引发次生灾害。

（3）本发明的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置具有催化转化单元，可将爆炸产生的有毒有害气体转化为无毒害性的气体，避免人员受到伤害，为人员的逃生赢得时间。

附图说明

图1为本发明实施例的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置俯视结构示意图。

图1a为图1中a处的局部放大示意图。

图2为本发明实施例的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置左视结构示意图。

图2b为图2中b处的局部放大示意图。

附图标记说明：1-扩张减压室，2-机械阻隔模块，201-热能吸收单元，201-催化转化单元，3-运动阻尼模块，301-导轨，302-两级液压缓冲阻尼单元，4-系统外部框架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

本实施例提供一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置，包括扩张减压室、机械阻隔模块和运动阻尼模块；

所述机械阻隔模块设置于所述扩张减压室内；所述运动阻尼模块设置于所述扩张减压室内壁并与所述机械阻隔模块连接。

所述机械阻隔模块包括阻隔面板、热能吸收单元和催化转化单元；

所述热能吸收单元和所述催化转化单元附着安装在所述阻隔面板表面。

所述热能吸收单元包括导热网、相变导热介质和储热块；

所述热能吸收单元包括导热网、相变导热介质和储热块；

所述导热网由中空的导热管路编织而成，所述相变导热介质设置在所述中空的导热管路内部，所述导热网与所述储热块连接。

所述导热网直接与高温气体接触，内部的所述相变导热介质吸收热量发生相变并运移至所述储热块，与所述储热块进行热交换，所述储热块将所述相变导热介质释放的热能存储。

所述导热网由导热管道编织而成，具有表面积很大的特点。

所述导热管由高热导率材料制成，具有良好韧性及强度，有一定抗冲击能力，相变导热介质密封在导热管中，遇热可迅速发生相变，通过微对流形式将热能传导至储热块。

所述催化转化单元包括碳化硅陶瓷和催化剂；所述催化剂附着在所述碳化硅陶瓷上。

所述碳化硅陶瓷为一种多孔材料；所述催化剂附着在多孔所述碳化硅陶瓷的孔洞及表面，形成所述催化转化模块，催化转化结构由多块附着催化剂的碳化硅陶瓷组成。

所述扩张减压室修筑于易发生瓦斯爆炸的巷道，其断面大于巷道断面，在瓦斯爆炸发生时，起到扩张减压的作用，初步降低冲击波的能量。

所述扩张减压室的断面大于或等于所述巷道断面的两倍。

所述阻隔面板为一块或两块以上；所述阻隔面板为两块以上时，每个所述阻隔面板等距或不等距设置于所述扩张减压室内壁上；

所述阻隔面板为多网孔结构，具有强度高，重量轻的特点，每个阻隔面板在巷道轴向方向开孔并与巷道断面等大，阻隔面板之间通过框架进行连接；多组阻隔面板逐级对减压的冲击波进行阻挡，消耗冲击波的能量。

所述阻隔面板为抗冲击高强轻质合金材质。

所述运动阻尼模块包括多组两级液压缓冲阻尼单元和导轨；所述两级液压缓冲阻尼单元与所述导轨及所述机械阻隔机构连接。

所述两级液压缓冲阻尼单元包括多个可调液压缓冲阻尼器。

所述两级液压缓冲阻尼单元与所述导轨和所述机械阻隔模块铰接。

所述导轨成对设置，为两对。

所述导轨与所述机械阻隔模块相互垂直。

所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置还包括作为基础外部框架。

一种煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的安装方法，包括以下步骤：

（1）确定扩张减压室的断面尺寸：测量预安装所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的巷道断面的尺寸，令所述扩张减压室的断面大于或等于所述巷道断面的两倍。

（2）组装所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的基础外部框架：根据所述扩张减压室的断面尺寸，将所述基础外部框架刚性固定成形，形成机械阻隔模块和运动阻尼模块的安装基础。

（3）组装所述机械阻隔模块：热能吸收单元和催化转化单元组装成所述机械阻隔模块，并确保所述机械阻隔模块的稳定可靠。

（4）安装所述机械阻隔模块：将所述机械阻隔模块安装在所述扩张减压室内，并与导轨连接。

（5）安装所述运动阻尼模块：导轨与两级液压缓冲阻尼单元通过铰接形式相连接，其中导轨的静态部分固定在所述基础外部框架上，而导轨的运动部分与所述机械阻隔模块的外部框架相连，导轨的静态部分与运动部分通过所述两级液压缓冲阻尼单元连接；所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置组装完成；

（6）将（5）步组装完成的所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置安装至（1）步中所述巷道的断面，所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置安装完成。

（1）中所述巷道为矿井中瓦斯爆炸危险性较高的巷道。

所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置需定期进行检查与维护，确保所述煤矿瓦斯爆炸缓冲装置中各个模块及其单元保持良好状态。

本发明的煤矿瓦斯爆炸缓冲装置的使用过程具体如下：

当发生瓦斯爆炸，冲击波传播至所述扩张减压室时，所述扩张减压室的断面瞬间扩大，导致高压的所述冲击波在所述扩张减压室的断面突变处的压力迅速降低，此时所述扩张减压室对所述冲击波完成初级降压；所述冲击波继续向前传播，所述机械阻隔模块对所述冲击波进行阻挡，所述机械阻隔模块由于所述冲击波的冲击产生动能，所述动能通过所述导轨传递至所述两级液压缓冲阻尼单元，多组所述两级液压缓冲阻尼单元将所述动能消耗殆尽，在消耗大量所述动能的同时，所述机械阻隔模块中所述阻隔面板的多孔结构扰乱所述冲击波阵面以降低所述冲击波的能量。此外，所述机械阻隔模块中的所述热能吸收单元在接触高温的所述冲击波时能将大量热能传导至所述储热块，迅速降低了所述冲击波气体的温度，所述催化转化单元中的催化剂将所述冲击波内因爆炸产生的有毒有害气体转化为低毒无害的气体。