一种煤矿风井防爆门预先主动泄爆系统及其工作方法

本发明涉及煤矿安全领域，尤其涉及一种煤矿风井防爆门预先主动泄爆系统及其工作方法。

背景技术：

1、煤矿风井防爆门是保护矿井主通风机的重要泄爆设施，从泄爆方式和机理来看，目前我国煤矿普遍使用的防爆门属于被动泄爆装置，即其开启泄爆过程是在爆炸波冲击作用下被动实现的，这种被动泄爆方式存在两方面问题，一是防爆门自身容易被爆炸波冲毁，进而影响灾后矿井通风恢复，造成事故扩大化；二是在爆炸波同防爆门相互作用过程中，通常会产生较为强烈的反射冲击波，由井口折返并进入风硐后，会对主通风机造成第二次冲击。

2、针对被动泄爆方式存在的问题，随着煤矿信息化、智能化进程的推进，人们开始探索防爆门主动泄爆的可行性和必要性。所谓主动泄爆即在爆炸波到达井口之前，防爆门预先主动开启，使爆炸波能从井口自由泄出。在主动泄爆方式下，防爆门几乎不受爆炸冲击，也不会引发有危害的反射冲击波，故而能消除传统被动泄爆方式的缺陷。显然，要实现主动泄爆，防爆门需要爆炸波传播至风井口前的短暂时间窗口（数秒钟）内开启。对于重达数百公斤甚至数吨的防爆门，使其在这么短的时间窗口内打开，在技术上是比较困难的。要实现防爆门快速主动开启，人们自然会想到电动推杆、电机直驱、电机牵引、电磁吸引或排斥等便于自动控制的技术方法。但对于防爆门快速开启这一特殊应用，尚需进行专门的设计和研发，技术可行性存在不确定性，研发投入也较大。此外，防爆门快速开启是一个瞬时能量输出问题，采用上述基于电磁原理的技术，要提供足以使防爆门在数秒内完全开启的巨大能量，通常需要配备能够快速放电的大型储能装置，或由高电压、大电流电源供电，这也都需要较大的资金投入；风井防爆门是一种长期处于“备战待机”状态的安全装置，安全效益隐蔽性强，投入大量资金进行改造升级，对于大多数煤矿企业是难以接受的。因此，亟待提出一种技术上、经济上更为合理的防爆门主动泄爆系统和方法，来实现防爆门主动泄爆以提升矿井的安全保障性能。

技术实现思路

1、本发明目的是针对上述问题，提供一种结构简单、安全高效的煤矿风井防爆门预先主动泄爆系统及其工作方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种煤矿风井防爆门预先主动泄爆系统，包括防爆门、控制机构，防爆门设置在风井口外侧，控制机构与防爆门相连接并通过控制机构带动防爆门进行启闭动作，以对风井口的启闭状态进行控制；所述控制机构包括动力组件，动力组件包括对称设置在风井口两侧的山墙体、对称设置在风井口另外两侧的缓冲聚能座、位于山墙体外侧且伸入山墙体内的开门空气炮、位于缓冲聚能座外侧且伸入缓冲聚能座内的关门空气炮；所述防爆门有两扇，两扇防爆门分别位于两个缓冲聚能座与风井口之间，两扇防爆门均横跨两个山墙体设置且分别位于两个山墙体的两侧，防爆门在关闭状态时呈倾斜状抵靠在山墙体上，防爆门在开启状态时呈倾斜状抵靠在缓冲聚能座上。

4、进一步的，所述山墙体呈三角形板状，山墙体底端固定连接在风井口外侧，防爆门底端与山墙体两侧底端或山墙体两侧的风井口外侧位置铰接；当防爆门处于关闭状态时，防爆门靠近风井口的一端端面抵接在两个山墙体的三角形斜边上以令两个山墙体、两扇防爆门之间形成密闭状态并对风井口进行封堵。

5、进一步的，所述两个山墙体之间设置有支撑横梁且支撑横梁固定连接在两个山墙体顶端；当防爆门处于关闭状态时，两扇防爆门顶端均与支撑横梁相抵接以令两个山墙体、两扇防爆门、支撑横梁之间形成密闭状态并对风井口进行封堵。

6、进一步的，所述缓冲聚能座底端与风井口外侧位置固定连接并形成一侧开口的密闭腔体，缓冲聚能座靠近密闭腔体开口端的一侧设置为斜面开口结构；当防爆门处于开启状态时，防爆门远离风井口的一端端面抵接在缓冲聚能座的斜面开口结构上以令缓冲聚能座内部形成一个密闭腔体。

7、进一步的，所述缓冲聚能座的斜面开口结构边缘位置、山墙体的三角形斜边边缘位置均固定连接有缓冲密封垫以防止防爆门的开启、关闭过程对缓冲聚能座、山墙体造成损坏。

8、进一步的，所述开门空气炮、关门空气炮的一端均通过供气管路与储气罐相连通，开门空气炮、关门空气炮的另一端均设置有喷管；开门空气炮的喷管穿入山墙体内部后朝向该开门空气炮所对应防爆门关闭状态时靠近风井口的一端端面弯曲设置；关门空气炮的喷管穿入缓冲聚能座内部后朝向该关门空气炮所对应防爆门开启状态时远离风井口的一端端面弯曲设置。

9、进一步的，所述煤矿风井防爆门预先主动泄爆系统还包括监测组件，监测组件与动力组件相连接并对动力组件的工作状态进行控制；所述监测组件包括泄爆控制器、开启状态开关、闭合状态开关、开启组接触器、开启组电磁阀、关闭组接触器、关闭组接触器，开启状态开关设置在缓冲聚能座上，闭合状态开关设置在山墙体上，开启状态开关、闭合状态开关均与泄爆控制器的信号端线路连接，开启组接触器、关闭组接触器的一端分别与泄爆控制器的控制端线路连接，开启组接触器的另一端通过开启组电磁阀与开门空气炮的启动开关线路连接，关闭组接触器的另一端通过关闭组电磁阀与关门空气炮的启动开关线路连接。

10、进一步的，所述监测组件还包括手动控制开关组、近场爆炸侦测传感器组、报警器；近场爆炸侦测传感器组包括若干个设置在风井口附近位置的第一压力传感器且该第一压力传感器、手动控制开关组、报警器均与泄爆控制器线路连接。

11、进一步的，所述监测组件还包括监控计算机、远场爆炸侦测站、通风机控制器、风流状态监测站、数据中心；所述远场爆炸侦测站包括若干个第二压力传感器、若干个温度传感器、若干个火焰传感器，若干个第二压力传感器、若干个温度传感器、若干个火焰传感器均匀设置在矿井内部的不同位置且若干个第二压力传感器、若干个温度传感器、若干个火焰传感器均与远场爆炸侦测站线路连接，远场爆炸侦测站、数据中心均通过矿井以太环网与监控计算机无线通信连接，通风机控制器、风流状态监测站均设置在矿井内部且通风机控制器、风流状态监测站、泄爆控制器均与监控计算机线路连接。

12、一种煤矿风井防爆门预先主动泄爆系统的工作方法，包括以下步骤：

13、s1、正常情况下，远场爆炸侦测站按设定的长周期向监控计算机发送第二压力传感器、温度传感器、火焰传感器的监测数据；近场爆炸侦测传感器组实时将第一压力传感器的监测数据发送给泄爆控制器，泄爆控制器将第一压力传感器的监测数据处理后，按长周期将该监测数据转发给监控计算机；监控计算机按长周期从通风机控制器和风流状态监测站获取风机的转速信息、风流的风速信息、风流的风压信息，监控计算机收到监测数据以及风机、风流的各项信息后对井下工作环境是否处于正常状态进行判断；

14、s2、当爆炸灾变发生时，远场爆炸侦测站快速切换至短周期传输模式，将第二压力传感器、温度传感器、火焰传感器的监测数据发送到监控计算机，监控计算机综合分析后，确认爆炸灾变事件发生，即向泄爆控制器发出防爆门开启指令；泄爆控制器向开启组接触器输出闭合信号，开启组接触器闭合，开启组电磁阀通电，开门空气炮通过喷管向防爆门方向喷爆气流，防爆门快速开启，同时泄爆控制器控制报警器发出持续警报；当爆炸瞬时摧毁了矿井以太环网或者爆炸信号没有被远场爆炸侦测站监测到，则泄爆控制器根据近场爆炸侦测传感器组发送来的监测数据直接确认爆炸灾变事件发生，并执行上述防爆门开启程序，同时将爆炸灾变事件及灾变信息上报给监控计算机；当监控计算机确认爆炸灾变事件发生后，监控计算机向通风机控制器发出减速应灾指令，并向数据中心上报爆炸灾变事件及风井应灾处置信息；

15、s3、当爆炸灾变结束后，监控计算机根据风流状态监测站中风流信息的波动特征，判定爆炸波已从风井口泄出，监控计算机向泄爆控制器发出开启组电磁阀复位指令，泄爆控制器向开启组接触器发出断开信号，开启组接触器断开，开启组电磁阀失电后复位；储气罐开始向开门空气炮充气，以备下次喷爆使用；等待数分钟后，监控计算机向泄爆控制器发出防爆门闭合指令，泄爆控制器向闭合组接触器输出闭合信号，闭合组接触器闭合，闭合组电磁阀通电，关门空气炮通过喷管向防爆门方向喷爆气流，防爆门快速关闭复位；防爆门闭合后，闭合状态开关闭合，泄爆控制器将防爆门已闭合的状态信息发送给监控计算机，监控计算机向通风机控制器发出风机转速恢复指令；关门空气炮喷爆结束后，在泄爆控制器控制下，闭合组电磁阀关闭，储气罐向关门空气炮充气，以备下次喷爆使用；同时，泄爆控制器控制报警器关闭；在防爆门执行动作前的等待时间内，可通过手动控制开关组对泄爆控制器进行手动控制；

16、s4、当风机故障停止送风时，监控计算机根据通风机控制器传来的风机转速信息判断风机已停止，并通过泄爆控制器打开报警器；等待数分钟后，监控计算机向泄爆控制器发出防爆门开启指令，泄爆控制器控制开门空气炮打开防爆门来实现自然通风；在等待时间内，若风机重新启动，则监控计算机不再向泄爆控制器发出防爆门开启指令；当风机恢复正常运转时，监控计算机根据通风机控制器传来的风机转速信息判断风机已正常工作，监控计算机向泄爆控制器发出防爆门闭合指令，泄爆控制器控制关门空气炮关闭防爆门，矿井内部通风恢复正常；

17、s5、当矿井开展通风演习时，通过监控计算机或手动控制开关组对泄爆控制器进行控制，以测试防爆门的开启程序和关闭程序是否正常。

18、与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

19、1、本发明中的主动泄爆系统可利用爆炸波传播至风井口前的短暂时间窗口，运用空气炮内可控的压缩空气喷爆作用，在不损坏防爆门的前提下，实现了防爆门预先主动泄爆操作，消除了防爆门被动泄爆会引发较强烈反射波的缺陷，一并解决了风机和防爆门两类关键设备的安全防护问题，提升了矿井的整体安全水平；

20、2、本发明中的主动泄爆系统采用存储的压缩空气作为防爆门快速开启所需的能量，对供电环境依赖性低，即使在矿井大范围停电的情况下，仍能在不间断电源支持下实现主动泄爆功能，同电能驱动防爆门开启的方法相比，本发明具有技术可行性高、研发和实施费用低等优势；

21、3、本发明中的主动泄爆系统可以与煤矿风井现有的监控系统集成在一起，除具备主动泄爆的基本功能外，还可实现风机和防爆门联动、关键信息共享等功能，从而提升了矿井通风操作的智能化控制水平。