一种利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法
【专利摘要】本发明涉及利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，有效解决利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸，保证煤矿安全生产的问题，方法是，煤矿井下发生瓦斯爆炸，爆炸压力波传播到压力探测器，压力探测器将爆炸压力波信号转换成电信号，通过阻燃导线传送至控制器；控制器确认是瓦斯爆炸后，给高压电源和防爆水泵发出指令，高压电源通过高压阻燃导线使高压线圈带上高压电，防爆水泵将有压水送至细水雾喷头；喷头组喷出水雾，水雾通过高压线圈，感应上相反电荷，形成荷电细水雾，整个喷头组一起工作，形成一定范围内的多个荷电细水雾雾场区，对瓦斯爆炸进行抑制，本发明设备简单，易安装使用，方法简单，易操作控制，有效用于煤矿防瓦斯爆炸。
【专利说明】一种利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿安全生产，特别是一种利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法。
【背景技术】
[0002]在我国，煤炭依然是国民经济的主要能源，在我国经济发展中起着特别重要的作用，同时在能源消耗结构中占据着很重要的位置。但是，在煤炭工业生产开采过程中，特别是在井工矿开采过程中，随着机械化水平增加和开采深度的加深，煤矿井下瓦斯、火、顶板、粉尘和水等灾害层出不穷，其中以瓦斯的问题显得尤为突出。事故统计表明:仅瓦斯爆炸造成的重大伤亡事故就占整个煤炭行业重大伤亡事故的70%以上。探索瓦斯抑爆材料和结构已是当前煤矿安全生产的迫切需要，也顺应了安全形势发展的潮流。
[0003]瓦斯抑爆是有效减弱或控制瓦斯爆炸灾害的重要手段。目前抑制爆炸的原理有降温、惰性化、中止反应、阻隔、淬熄等；目前抑制煤矿瓦斯爆炸的技术方法有:高压水幕、岩粉棚、水袋、干粉灭火剂、隔火栅淬熄等。其中普通细水雾抑爆主要是基于雾滴群对火焰的吸热冷却、隔氧窒息、乳化作用、以及衰减热辐射。但在实际应用中，由于受到煤矿井下巷道中障碍物以及通风风流的影响，使得普通细水雾的抑爆效果大大减弱。
[0004]众所周知燃烧的本质是氧化还原反应，在氧化还原反应的过程中必然有电子的得失，由于火焰内部的不完全燃烧及离子化过程，使其充满大量自由基、阴阳离子和自由电子。正是这些自由基和中间粒子的产生、消亡，再产生、再消亡，形成了链式反应，以维持燃烧或爆炸过程的延续，直至燃烧物或爆炸物消耗完毕，反应过程中止。若能开发一种通过施加外部电场或电荷改变燃烧过程中产生的自由基分布场的方法，以阻止或抑制各种自由基的有效结合，进而提高普通细水雾灭火以及抑爆效果，这对丰富和完善现有细水雾抑制瓦斯爆炸理论与技术，提高细水雾抑爆效率、促进细水雾在煤矿现场的应用及实现矿井瓦斯安全关键技术的创新，都具有重要的理论和现实意义。
[0005]荷电细水雾即通过预先荷电技术使普通细水雾带上一定电量的电荷，从而改变细水雾的理化特性。荷电细水雾具有雾滴粒径更小，喷雾流场更加均匀且雾滴的弥散度更大等优点。在瓦斯抑爆过程中，荷电荷的雾滴在库仑力作用下能够与瓦斯爆炸火焰更加充分接触，进一步增强其与火焰中的带电粒子、自由基的充分结合，从而扰乱燃烧场中的自由基的分布，阻止和抑制各种自由基、中间产物的有效结合，中断燃烧链传递的进行，从而实现防瓦斯爆炸，保证煤矿生产安全。但如何利用荷电细水雾技术，来抑制煤矿井下瓦斯爆炸，至今未见有公开报导。
【发明内容】
[0006]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，可有效解决利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸，保证煤矿安全生产的问题。[0007]本发明解决的技术方案是，首先安装设备，所述的设备是，水箱与防爆水泵相连通，防爆水泵经PVC导管在高压线圈上方装有细水雾喷头，防爆水泵经绝缘导线与高压电源和控制器相连通，高压电源经绝缘导线与置于细水雾喷头下方的高压线圈相连通，控制器经阻燃导线与压力探测器相连，压力探测器置于距离细水雾喷头布置区100m±2m，细水雾喷头沿巷道截面间距1.5-3m布置，沿巷道走向每5-15m布置一行，共布置50-80米，然后按以下步骤进行:
(I )、煤矿井下发生瓦斯爆炸，爆炸压力波传播到压力探测器，压力探测器将爆炸压力波信号转换成电信号，通过阻燃导线传送至控制器；
(2)、控制器接收到电信号后，判断是瓦斯爆炸还是压力探测器误报:如果是误报，控制器不发出指令，控制器确认是瓦斯爆炸后，给高压电源和防爆水泵发出指令，高压电源和防爆水泵开始工作；
(3)、高压电源通过高压阻燃导线使高压线圈带上高压电，防爆水泵通过PVC管道将有压水送至细水雾喷头；
(4)、细水雾喷头可由并排的多个喷头组成喷头组，喷头组喷出水雾，水雾通过高压线圈，感应上相反电荷，从而形成荷电细水雾，整个喷头组一起工作，形成一定范围内的多个荷电细水雾雾场区，对瓦斯爆炸进行抑制，实现煤矿安全生产。
[0008]本发明设备简单，易安装使用，方法简单，易操作控制，使用效果好，有效用于煤矿防瓦斯爆炸，确保煤矿安全生产，有巨大的经济和社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明工艺设备安装框示图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0011]由图1给出，本发明在具体实施中，首先安装设备，所述的设备是，水箱6与防爆水泵5相连通，防爆水泵5经PVC导管3在高压线圈2上方装有细水雾喷头1，防爆水泵5经绝缘导线与高压电源7和控制器10相连通，高压电源7经绝缘导线与置于细水雾喷头I下方的高压线圈2相连通，控制器10经阻燃导线9与压力探测器8相连，压力探测器8置于距离细水雾喷头布置区100m±2m，细水雾喷头沿巷道截面间距1.5_3m布置，沿巷道走向每
5-15m布置一行，共布置50-80米，然后按以下步骤进行:
(I )、煤矿井下发生瓦斯爆炸，爆炸压力波传播到压力探测器8，压力探测器将爆炸压力波信号转换成电信号，通过阻燃导线9传送至控制器10 ；
(2)、控制器10接收到电信号后，判断是瓦斯爆炸还是压力探测器误报:如果是误报，控制器10不发出指令，控制器10确认是瓦斯爆炸后，给高压电源7和防爆水泵5发出指令，高压电源7和防爆水泵5开始工作；
(3)、高压电源7通过高压阻燃导线4使高压线圈2带上高压电，防爆水泵5通过PVC管道3将有压水送至细水雾喷头I ;
(4)、细水雾喷头I可由并排的多个喷头组成喷头组，喷头组喷出水雾，水雾通过高压线圈2，感应上相反电荷，从而形成荷电细水雾，整个喷头组一起工作，形成一定范围内的多个荷电细水雾雾场区，对瓦斯爆炸进行抑制，实现煤矿安全生产。
[0012]为了保证使用效果，所述的控制器可采用市售的可编程控制器、可编程时序控制器或单片机8051微控制器；所述的控制器上装有手动启动器11，以实现必要时工作人员可以手动启动控制器，实现对荷电细水雾发生设备的控制；所述的高压电源7和控制器10外部装有防爆的罩体13，构成高压电源的防爆结构和控制器的防爆结构；所述的高压线圈2外面包裹有密封绝缘线圈12，构成高压线圈的密封结构，避免产生火花引燃瓦斯，又不会影响细水雾进行荷电，确保使用安全。
[0013]由上述结构可以看出，本发明是为弥补现有防爆抑爆技术的不足而提供的一种利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，可有效解决现有普通细水雾抑制瓦斯爆炸过程中受风流和障碍物影响较大，抑爆效果较低，不能充分发挥细水雾的抑爆作用的问题。
[0014]本发明通过改装普通细水雾的发生喷头，加载一定的电压值，使喷头与加装的电极环之间形成电场区，使得普通细水雾由于感应荷电带上一定量与放电电极极性相反的正负电荷。在应用中，可以通过调节电极环与喷头的间距或者施加的电压值使电场区的场强发生改变，进而得到不同荷电量的细水雾。当井下发生瓦斯爆炸后，在瓦斯爆炸从压力探测器位置传播到喷头布置区中间的时间，荷电细水雾产生装置启动，在喷头布置区充满荷电细水雾，形成一定范围的多个荷电细水雾雾场区。当瓦斯爆炸传播到雾场区时，被荷电细水雾通过冷却降温、窒息和销毁自由基等综合作用所抑制。
[0015]本发明方法的火灾压力探测器布置在距离喷头布置区约IOOm的位置，喷头沿巷道截面间距1.5-3m布置，沿巷道走向每5-15m布置一行，共计布置50-80m。喷头布置区的喷头的个数和具体的布置方式，可以根据煤矿井下的具体条件进行相应的调整。
[0016]当煤矿井下发生瓦斯爆炸时，爆炸冲击波造成的非正常的压力波动传到压力探测器。压力探测器发出爆炸电信号，并将信号传送至控制器。控制器接收到电信号后，判断是瓦斯爆炸还是压力探测器误报。如果是其他原因导致的压力探测器的误报，控制器不发出指令。控制器确认是瓦斯爆炸后，发出指令，使荷电细水雾发生装置开始工作，荷电细水雾喷头动作，喷出荷电细水雾。喷头布置区形成多个荷电细水雾雾场区。当爆炸传播到雾场区时，由于荷电细水雾的理化作用而受到抑制，直至爆炸火焰失去传播能力。
[0017]本发明方法简单，稳定可靠，经济实用，利用荷电细水雾抑制瓦斯爆炸火焰的传播，不仅有效改善了普通细水雾易受风流和障碍物的影响，而且提高了普通细水雾的抑爆效率。同时，本方法具有自动和手动启动荷电细水雾发生装置两种模式，用水量少，节能高效环保，而且可以实现探测——抑制爆炸全自动化操作，非常适用于煤矿井下，并经实际应用取得了良好的有益技术效果，由于本发明方法对瓦斯进行了有效的控制，杜绝了多次瓦斯事故的发生，具有很强的使用价值。
[0018]总之，本发明方法简单，易于操作，稳定可靠，经济实用，可以实现自动启动荷电细水雾发生装置。同时，本方法用水量少，安全节能、高效环保，而且可以实现探测——抑制爆炸全自动化操作，能够有效地抑制煤矿井下瓦斯爆炸，非常适用于抑制煤矿井下的瓦斯爆炸，有巨大的经济和社会效益。
【权利要求】
1.一种利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，其特征在于，首先安装设备，所述的设备是，水箱(6)与防爆水泵(5)相连通，防爆水泵(5)经PVC导管(3)在高压线圈(2)上方装有细水雾喷头(1)，防爆水泵(5)经绝缘导线与高压电源(7)和控制器(10)相连通，高压电源(7)经绝缘导线与置于细水雾喷头(I)下方的高压线圈(2)相连通，控制器(10)经阻燃导线(9)与压力探测器(8)相连，压力探测器(8)置于距离细水雾喷头布置区100m± 2m，细水雾喷头沿巷道截面间距1.5_3m布置，沿巷道走向每5_15m布置一行，共布置50-80米，然后按以下步骤进行: (I )、煤矿井下发生瓦斯爆炸，爆炸压力波传播到压力探测器(8)，压力探测器将爆炸压力波信号转换成电信号，通过阻燃导线(9 )传送至控制器(10 ); (2)、控制器(10)接收到电信号后，判断是瓦斯爆炸还是压力探测器误报:如果是误报，控制器(10)不发出指令，控制器(10)确认是瓦斯爆炸后，给高压电源(7)和防爆水泵(5)发出指令，高压电源(7)和防爆水泵(5)开始工作； (3)、高压电源(7)通过高压阻燃导线(4)使高压线圈(2)带上高压电，防爆水泵(5)通过PVC管道(3)将有压水送至细水雾喷头(I)； (4)、细水雾喷头(I)可由并排的多个喷头组成喷头组，喷头组喷出水雾，水雾通过高压线圈(2)，感应上相反电荷，从而形成荷电细水雾，整个喷头组一起工作，形成一定范围内的多个荷电细水雾雾场区，对瓦斯爆炸进行抑制，实现煤矿安全生产。
2.根据权利要求1所述的利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，其特征在于，所述的控制器上装有手动启动器(11)，以实现必要时工作人员可以手动启动控制器，实现对荷电细水雾发生设备的控制。
3.根据权利要求1所述的利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，其特征在于，所述的高压电源(7)和控制器(10)外部装有防爆的罩体(13)，构成高压电源的防爆结构和控制器的防爆结构。
4.根据权利要求1所述的利用荷电细水雾抑制煤矿井下瓦斯爆炸的方法，其特征在于，所述的高压线圈(2)外面包裹有密封绝缘线圈(12)，构成高压线圈的密封结构。
【文档编号】E21F5/02GK103883346SQ201410137359
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】徐永亮, 王兰云, 王云刚, 褚廷湘, 余明高, 万少杰, 梁栋林 申请人:河南理工大学