一种煤矿巷道防爆密闭气囊的制作方法

本发明涉及井下防爆安全设备技术领域，更具体的说，涉及一种煤矿巷道防爆密闭气囊。

背景技术：

我国煤矿井下生产条件复杂，地质条件多变，目前2.6万多处煤矿中，50％左右是高瓦斯矿井，60％至70％是在复杂和极复杂的构造条件下进行开采，随着开采深度的加深和扩展，经常受到水、火、瓦斯、煤尘、顶板等灾害的威胁，且灾害后果较为严重，安全形势非常严峻。尤其是瓦斯爆炸事故，在造成巨额经济损失的同时，更带来了严重的人员伤亡，给许许多多矿工家庭带来不幸。据2002—2003年全国煤矿事故统计，瓦斯事故占事故总数的1/6，死亡人数占到了1/3。瓦斯爆炸事故已经严重制约着煤炭行业向安全高效技术密集行业发展，提出和建立有效的瓦斯爆炸防治技术，已经成为煤炭科技工作者迫在眉睫且需要解决的问题。

传统的密闭方式，如砖石密闭墙、沙石混凝土密闭墙、沙袋密闭墙等。砖石、沙石混凝土密闭墙厚度达到一定值时可以抵抗爆炸冲万方数据击波，但组成密闭墙的砖石、沙石的重量和数量都很大，对于处在地下可达几百米的矿井来说，运输非常困难，耗费大量人力，施工时间长(当巷道断面为5—6岔，如果建6-7m的密闭墙，时间最快需要4—5h；当巷道断面为10m2以上，如果建12—13m的密闭墙，时间最快需要8一10h)，严重威胁着施工人员的生命安全。另一方面，砖石和沙石混凝土属于刚性材料，当顶板发生运动时，刚性墙体没有缓冲的能力容易造成密闭墙体的破坏。沙袋垒成的密闭墙相对于前两种密闭形式，具有更好的抵抗爆炸冲击波的能力。同时由于沙袋是柔性的，不会由于顶板的运动而破坏。但沙袋密闭墙同样具有材料需求量大，施工时间长等不足之处。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种煤矿巷道防爆密闭气囊，该气囊结构结合现有技术中防爆设备优点，安装时间较传统密闭防爆设备更短，而且可以起到较好的防爆密闭效果，保障井下施工的安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤矿巷道防爆密闭气囊，包括从前到后依次设置的水凝胶凝结袋，圆弧形受力板、第一密闭气囊、圆盘形挡板、第二密闭气囊和圆盘形挡板，所述的圆弧形受力板、第一密闭气囊、圆盘形挡板、第二密闭气囊和圆盘形挡板内部中心位置处均通过贯通的复合管路连接在一起且所述的复合管路前方与水凝胶凝结袋连通固定，所述的圆盘形挡板竖向布置且四周设有呈正三角形状分布的三个支撑伸缩杆，所述的复合管路后端通过v形支架支撑套装在过渡管套内部，所述的复合管路内部包括位于中心位置处的水凝胶材料管以及位于周边位置处的第一密闭气囊进气管和放气管、第二密闭气囊进气管和放气管，所述的水凝胶材料管、第一密闭气囊进气管和放气管和第二密闭气囊进气管和放气管均过渡管套延伸到后方，其中水凝胶材料管与后方的溶液泵输出端连通，所述的溶液泵输入端连接到下方的溶液存放箱体内部，其中第一密闭气囊进气管和第二密闭气囊进气管的进气端均连通到下方的气体发生装置内部，其中第一密闭气囊放气管和第二密闭气囊放气管均延伸到过渡管套后方外部，所述的水凝胶材料管通过溶液泵向水凝胶凝结袋内部通入灌装在溶液存放箱体内部的水凝胶填充材料。

进一步，所述的水凝胶凝结袋与圆弧形受力板之间设有若干个绑带。

进一步，所述的支撑伸缩杆非伸缩段设有锁紧螺纹柱。

进一步，所述的溶液存放箱体外侧设有溶液泵控制面板，所述的气体发生装置外部也设有控制面板，所述的控制面板上至少包括溶液泵和气体发生装置启停按钮以及溶液泵转速和气体发生装置喷气量调节按钮，所述的溶液泵和气体发生装置均外接井下施工电源。

进一步，所述的圆盘形挡板位于前方的一个活动套装在复合管路上，位于后方的一个与复合管路粘结固定。

与已有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明中通过水凝胶凝结袋灌入水凝胶填充材料后凝结呈的具有良好弹性和强度的固溶体，形成防爆密闭墙结构，应对来自爆炸的首轮冲击波，通过后方两个密闭气囊结构，一方面起到对后续冲击波的缓冲作用，另一方面可以填充满巷道，提供良好的密闭性，避免瓦斯进一步泄露；其中水凝胶凝结袋为灌入操作且凝结时间较短配合充气气囊，较传统密闭设备，可以更加迅速的形成防爆密闭组合件，节约了布置和成型的时间，解决了传统筑墙方式运输困难，耗费人力多和施工时间长的问题；本发明中防爆密闭部件并不与巷道顶板刚性接触，不会造成密闭墙体的严重破坏，安全性更好。

附图说明

图1为本发明整体结构侧方示意图；

图2为本发明整体结构后方示意图；

图3为本发明复合管路内部结构示意图；

图中：1、水凝胶凝结袋；2、圆弧形受力板；3、第一密闭气囊；4、绑带；5、圆盘形挡板；6、第二密闭气囊；7、支撑伸缩杆；8、锁紧螺纹柱；9、复合管路；10、过渡管套；11、放气管；12、进气管；13、水凝胶材料管；14、溶液泵；15、v形支架；16、气体发生装置；17、溶液存放箱体；18、控制面板。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1到图3所示，一种煤矿巷道防爆密闭气囊，包括从前到后依次设置的水凝胶凝结袋1，圆弧形受力板2、第一密闭气囊3、圆盘形挡板5、第二密闭气囊6和圆盘形挡板5，圆弧形受力板2、第一密闭气囊3、圆盘形挡板5、第二密闭气囊6和圆盘形挡板5内部中心位置处均通过贯通的复合管路9连接在一起且复合管路9前方与水凝胶凝结袋1连通固定，圆盘形挡板5竖向布置且四周设有呈正三角形状分布的三个支撑伸缩杆7，复合管路9后端通过v形支架15支撑套装在过渡管套10内部，复合管路9内部包括位于中心位置处的水凝胶材料管13以及位于周边位置处的第一密闭气囊进气管12和放气管11、第二密闭气囊进气管12和放气管11，水凝胶材料管13、第一密闭气囊进气管12和放气管11和第二密闭气囊进气管12和放气管11均过渡管套10延伸到后方，其中水凝胶材料管13与后方的溶液泵14输出端连通，溶液泵14输入端连接到下方的溶液存放箱体17内部，其中第一密闭气囊进气管12和第二密闭气囊进气管12的进气端均连通到下方的气体发生装置16内部，其中第一密闭气囊放气管11和第二密闭气囊放气管11均延伸到过渡管套10后方外部，水凝胶材料管13通过溶液泵14向水凝胶凝结袋1内部通入灌装在溶液存放箱体17内部的水凝胶填充材料，水凝胶凝结袋1与圆弧形受力板2之间设有若干个绑带4，支撑伸缩杆7非伸缩段设有锁紧螺纹柱8，溶液存放箱体17外侧设有溶液泵14控制面板18，气体发生装置16外部也设有控制面板18，控制面板18上至少包括溶液泵14和气体发生装置16启停按钮以及溶液泵转速和气体发生装置喷气量调节按钮，溶液泵14和气体发生装置16均外接井下施工电源，圆盘形挡板5位于前方的一个活动套装在复合管路9上，位于后方的一个与复合管路9粘结固定。

其中水凝胶填充材料包括吸水性单体、交联剂、促凝剂、引发剂等组成，其中吸水性单体为丙烯酰胺，水凝胶填充材料的配置方法采用双溶液混合法，将吸水性单体、交联剂、促凝剂配制成溶液一；而将引发剂配制成溶液二，之后两种溶液混合形成凝胶，水凝胶材料的成胶过程分为两步：第一步高吸水性材料的合成；第二步为合成的高吸水性材料吸水溶胀，水凝胶填充材料的合成反应实质上就是一种自由基聚合反应，通过聚合反应，具有亲水性的单体可以直接合成高吸水性树脂，水凝胶密闭填充材料成胶过程的第二步实际上就是具有紧凑三维网状结构的聚合物的吸水膨胀。这种三维网状结构虽不溶于水，但其中的亲水基团却能与周围的水分子发生作用，吸收大量的水而膨胀；同时，网状结构引起的阻止扩张作用又限制了水分子的自由逃逸，起到了约束作用，在这双重作用下形成了饱含水且具有很好弹性的水凝胶材料，凝胶交联结点间的大分子链在外力作用下通过单键的内旋发生构象改变，沿作用力方向伸展，凝胶发生变形，这时网链构象熵减少，内能升高，产生了弹性力；在外力解除后，网链借助这种弹性力回复原构象，凝胶变形消失，水凝胶密闭填充材料就是通过形变来吸收爆炸冲击波的能量，同时又能保持本身结构的稳定性，达到抵抗瓦斯爆炸的目的。

实际使用上述水凝胶固溶体时，需要结合圆弧形受力板2将固溶体后续受到的冲击力传递到后方的第一密闭气囊3和第二密闭气囊6配合圆盘形挡板进行缓冲消能，另外，第一密闭气囊3和第二密闭气囊6充气后，可以实现水凝胶固溶体无法达到的密闭效果，避免瓦斯向内的进一步泄露，实际布置时，通过两个圆盘形挡板5四周的支撑伸缩杆7将该密闭气囊和相关组件布置在井下巷道内部，连接井下施工电源，通过控制面板18，同时启动溶液泵14灌入溶液材料和气体发生装置16充气，密封放气管11，一方面向水凝胶凝结袋1内部通入水凝胶填充材料，形成固溶体，另一方面使得第一密闭气囊3和第二密闭气囊6充气膨胀，向前推动水凝胶凝结袋1并将巷道密封，过程中第一密闭气囊3和第二密闭气囊6会充满该处巷道，充气和灌入完成后，密封复合管路9，拆下溶液泵14、气体发生装置16和溶液存放箱体17，撤出施工人员和施工辅助设备，当巷道密闭内侧发生瓦斯爆炸时，首轮较强的气体冲击波会先与固溶体接触，固溶体通过形变来吸收爆炸冲击波的能量，接着固溶体会向后移动推动圆弧形受力板2，后续的冲击力会持续对第一密闭气囊3和第二密闭气囊6进行压缩做功，从而被消耗，最后方的圆盘形挡板5起到进一步的限位效果，达到巷道防爆密封的目的，当瓦斯爆炸结束后，通过打开密封的放气管11对第一密闭气囊3和第二密闭气囊6进行放气操作，接着依次拆除上述所有部件，清理该处巷道现场。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。