[發明專利]一種CO2/N2快速抑爆的礦井熱動力災害應急處置裝置及方法

在審

• 申請號: 201811569723.8
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109630186A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 李珍寶;王鳳雙;周文海;梁瑞;余建平;姜峰;陳金林;包娟;何貞君;尚芳蘭
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: E21F5/00
• 分類號: E21F5/00;E21F17/18;E21F17/103
• 代理公司: 西安匯恩知識產權代理事務所(普通合伙) 61244
• 代理人: 張偉花

1.一種CO₂/N₂快速抑爆的礦井熱動力災害應急處置裝置，其特征在于，包括氣體供給系統、區域隔離系統、環境監測系統、爆炸危險性判定系統和控制系統；

所述氣體供給系統包括設置在地面上的CO₂氣化裝置、設置在井下的制氮機組(8)和輸氣管道(6)，所述CO₂氣化裝置包括依次連接的液態CO₂儲罐(1)和液態CO₂氣化爐(2)，所述輸氣管道(6)的一端連通所述CO₂氣化裝置和制氮機組(8)，輸氣管道(6)的另一端布設在工作面巷道(11)內，所述工作面巷道(11)包括采煤工作面(24)和掘進工作面(25)，所述輸氣管道(6)多個末端出氣口處設置有多個電動閘閥(10)；

所述區域隔離系統包括均勻安裝在工作面巷道(11)內的輸氣管道(6)上的多個在額定工作壓力差值下自啟動的單向閥(15)和多個三通電磁閥(20)，所述三通電磁閥(20)通過風管(22)連接風幕機(16)；

所述環境監測系統包括多個均勻布設在工作面巷道(11)內的用于檢測CO、CO₂、O₂、CH₄、N₂、C₂H₄和C₂H₆六種氣體的氣體濃度的多參數氣體傳感器(13)，所述多參數氣體傳感器(13)安裝在單向閥(15)正上方的巷道頂板(18)的中間位置；

所述爆炸危險性判定系統包括利用多參數氣體傳感器(13)傳輸的氣體濃度信息判定井下巷道密閉區域不同區段多元混合氣體爆炸危險性的的爆炸三角形判定儀，所述爆炸三角形判定儀與多參數氣體傳感器(13)遠程無線連接；

所述控制系統包括分別與電動閘閥(10)、三通電磁閥(20)和爆炸三角形判定儀遠程無線連接的計算機控制系統。

2.根據權利要求1所述的一種CO₂/N₂快速抑爆的礦井熱動力災害應急處置裝置，其特征在于，所述區域隔離系統中的單向閥(15)通過管道三通(14)固定連接在輸氣管道(6)上，兩個所述三通電磁閥(20)等距布置在一個單向閥(15)兩側的輸氣管道(6)上，所述風幕機(16)垂直輸氣管道(6)橫向固定在工作面巷道頂板(18)上，所述風管(22)的一端連通三通電磁閥(20)，風管(22)的另一端連通風幕機(16)，所述風管(22)通過多個固定卡扣(21)固定在工作面巷道側壁上。

3.根據權利要求1所述的一種CO₂/N₂快速抑爆的礦井熱動力災害應急處置裝置，其特征在于，所述輸氣管道(6)上位于液態CO₂氣化爐(2)的出口位置沿輸氣方向依次安裝有氣體增壓泵(3)、閥門(4)和壓力表(5)，所述輸氣管道(6)上位于制氮機組(8)氣體出口處安裝有閥門(4)。

4.根據權利要求1、2或3所述的一種CO₂/N₂快速抑爆的礦井熱動力災害應急處置裝置，其特征在于，所述電動閘閥(10)和三通電磁閥(20)均為防爆型。

5.一種利用權利要求1所述的CO₂/N₂快速抑爆的礦井熱動力災害應急處置裝置對礦井熱動力災害區域進行應急處置，其特征在于，該應急處置的方法包括以下步驟：

第一步、在礦井采煤工作面(24)或者掘進工作面(25)發生瓦斯爆炸后，井下作業人員撤離并啟用密閉墻(9)封閉工作面巷道(11)，通過計算機控制系統遠程啟動輸氣管道(6)上的電動閘閥(10)，封堵輸氣管道(6)；

第二步、當井下的制氮機組(8)處于安全區域時，人工在井下手動啟動制氮機組(8)，此時輸氣管道(6)中輸送的氣體是N₂；當井下的制氮機組(8)處于危險區域時，井下人員全部撤離地下，此時開啟地面CO₂汽化裝置向井下通過輸氣管道(6)輸送氣體，此時輸氣管道(6)中輸送的氣體是CO₂；

第三步、CO₂或N₂進入密閉區域輸氣管道(6)后，輸氣管道(6)內壓力升高，管道內外壓差達到額定值時，單向閥(15)啟動，向密閉區域釋放CO₂或N₂；

第四步、氣體釋放過程中，多參數氣體傳感器(13)持續采集密閉區域內不同位置處的CO、CO₂、O₂、CH₄、N₂、C₂H₄、C₂H₆的氣體濃度參數，將數據傳輸至爆炸三角形判定儀，判定密閉區域不同位置的爆炸危險性；

第五步、如果判定密閉區域混合氣體仍在爆炸范圍內，繼續向密閉區域釋放CO₂或N₂，直到判定結果不在爆炸范圍時，通過計算機控制系統遠程控制三通電磁閥(20)和風幕機(16)啟動，從風幕機(16)中吹出CO₂或N_2，，形成隔離氣幕(17)，此時單向閥(15)持續處于開啟狀態，實現爆炸災害危險區域隔離，然后應急人員啟封密閉進入災害區域，快速處置災害。