煤矿用立井防爆门,井口防爆门,立井防爆门的结构及参数

关键词： 斜井 设置 防爆 煤矿

煤矿用立井防爆门,井口防爆门,立井防爆门的结构及参数（精选2篇）

篇1：煤矿用立井防爆门,井口防爆门,立井防爆门的结构及参数

煤矿用立井防爆门，井口防爆门，立井防爆门的结构及参数

——山东中兖矿业——

立井防爆门概述

立井防爆门用于立风井井口，当风机停止运转时，防爆门能够自动升起。当矿井发生灾害时，防爆门可自动打开，释放能量，保护主要风机不受损害。

产品详情：

立井防爆门产品介绍

立井防爆门用于立风井井口，当风机停止运转时，防爆门能够自动升起。当矿井发生灾害时，防爆门可自动打开，释放能量，保护主要风机不受损害。

立井防爆门结构

组成为防爆盖、反风装置、重锤装置等部件组成。

1、防爆盖采用锥形结构分四个部分联接而成，每部分由钢板、角钢组焊成型

2、返风装置为压板式

3、重锤装置由重锤架、滑轮、配重组成4、密封方式采用钢板组焊外圈板固定δ15橡胶

立井防爆门参数

多是根据井筒直径选型，其适应风机负压能力各不相同。按风机负压分为不大于350mm水柱和不大于450mm水柱两大类；按井口直径分有3个规格：最大风机负压为4.413KPa.立井防爆门注意事项

1、选择风机负压最大值范围内的立风井防爆门以避免发生超值负压危险状况

2、可根据实际需要增减重锤以保证风机停止运转时自动升起防爆门定期检查

3、密封介质的选择也可采用机油或油水混和物，在不结冰的地区可使用水密封

立井防爆门实物图

注：此图片来源于山东中兖矿业

篇2：煤矿立风井防爆门发展现状分析

煤矿风井防爆门是用于保护主通风机的重要安全设施。当井下发生爆炸事故时, 防爆门受爆炸冲击自动打开, 起到泄爆和保护主通风机的作用。爆炸后, 防爆门若不能快速复位或修复, 则可导致风流短路或反风措施难以实施, 进而造成事故扩大化。

自本世纪以来, 在国内外发生的煤矿重大爆炸事故中, 因防爆门造成事故扩大化的问题频有发生。2004年11月28日, 在陕西铜川陈家山矿特大瓦斯爆炸事故中, 风井防爆门被摧毁, 风机受损严重, 修复风机和防爆门耗费20多小时, 事故造成166人遇难。类似问题在此后的新疆神龙煤矿、山西屯兰煤矿等爆炸事故中又多次发生。2010年11月19日, 在新西兰派克河煤矿瓦斯爆炸事故中, 由于防爆门泄爆面积严重不足等原因, 造成地面风机被摧毁, 事故造成29人遇难[1]。上述代表性事故引起国内外对风井防爆门关注和重视, 尤其在国内, 近年来煤矿风井防爆门发展迅速。

1 发展现状

1.1 法规与标准

世界多数产煤国家对其设计、安装和使用制订有强制性规定。我国《煤矿安全规程》规定“装有主要通风机的出风井口应安装防爆门”[2]。美国《地下煤矿强制性安全标准》规定:“主通风机应装设至少一道防爆门或防爆墙, 其安装位置和可能的爆炸冲击应在一直线上”。该法规还规定防爆门和防爆墙的截面积应不小于井口的截面积[3]。美国阿拉巴马州要求风井应装设自动关闭式防爆门[4]。加拿大《煤矿职业健康与安全规程》 (SOR/90-97) 规定:“主通风机房应装设泄压门或其它容易被爆炸力开启的泄爆装置”[5]。南非、澳大利亚等国规定应采取有效措施保护主通风机免遭爆炸损毁[6,7]。比较而言, 美国法规对风井防爆门的规定明确具体, 对我国相关法规的修订有借鉴意义。

目前, 国内外尚无煤矿风井防爆门的专门规范和标准。国外在煤矿风井防爆门设计中, 广泛地采用美国消防协会制定的《爆燃泄放防爆标准 (NF-PA68-2007) 》[8]。2010年新西兰派克河煤矿爆炸事故之后, NFPA 68标准在风井防爆设计中适用性受到关注和置疑[9]。相关标准还有德国工程师协会制定的《粉尘爆炸泄压 (VDI 3673-2002) 》、国家标准《粉尘爆炸泄压指南 (GB/T 15605-2008) 》等, 均不能直接用于风井防爆门设计。目前, 我国已启动煤矿风井防爆门行业标准的研制工作。

1.2 现有风井防爆门

煤矿风井防爆门伴随机械通风的出现而产生, 已有上百年的发展。据粗略统计, 国内外在用和在研的立风井防爆门有数十种。根据其外形和结构特点, 大致可分为窗式、盖式、门式等3类。

矿井主通风机有两种常见布置方式, 如图1所示[9,10], 分别适用不同类型的防爆门。国外多采用图1 (a) 所示布置方式, 防爆门一般为窗式防爆门;国内普遍采用图1 (b) 所示方式, 防爆门可选盖式或门式。由于主通风机布置方式的差异, 使得国内外风井防爆门发展有着不同的技术路线。

1.2.1 窗式防爆门

窗型防爆门通常为矩形板状结构, 也可称为防爆板、防爆窗等。

文献[9]介绍4种典型的窗式防爆门, 分别为“三明治”式防爆门、金属铰链防爆门、金属膜片防爆门和纺织物防爆门, 见图2。图3为派克河矿地面备用风井照片, 图中深色部分为防爆门。这类防爆门被爆炸波冲开或冲破后, 多数无法自行复位, 需人工修复或替换, 难以实现快速恢复通风。此外, 在井口上部进行修复、替换等抢险作业存在多重危险。针对这些问题, 国外通常采用临时封盖、整体更换弯头等应急措施[9]。

1.2.2 盖式防爆门

盖式防爆门一般为圆形盖状结构, 也称为防爆盖、防爆井盖、防爆帽等。

国内普遍使用的MFBL系列防爆门就是典型的盖式防爆门。该防爆门最早由前苏联引进, 其设计由原武汉煤矿设计院于上世纪60和70年代编制和修订, 经原煤炭部审订作为标准设计, 编入《煤炭专用设备图册》, 沿用至今。

MFBL系列防爆门由门体、密封油槽、滑轮架、重锤、反风锁扣等构成, 见图4。发生爆炸时, 门体受爆炸冲击自动打开, 泄放爆炸压力, 而后在配重钢丝绳牵引下下落复位, 重新盖严井口。实践表明, 该防爆门存在严重缺陷和安全隐患, 突出表现为:无缓冲和限位装置, 爆炸威力强大时, 门体可能被冲飞而远离井口, 致使防爆门长时间无法复位;无可靠的导向机构, 门体在上升和下落过程中, 可能发生偏移、偏转, 使得门体难以准确复位, 导致大量漏风, 甚至风流短路。

针对MFBL系列防爆门的缺陷, 国内樊铁山、邹国华、孙玉宁等人提出了多种新型盖式防爆门设计。其设计思路大体相同, 即通过加装导向、缓冲、限位等装置, 来增强防爆能力和复位可靠性。

樊铁山等人提出的防爆门结构如图5所示, 保留现有风井防爆门门体、密封槽等设施, 增加了导向装置、限位减压装置等。导向装置由导向立杆、导向环等组成, 多组均布于门体四周, 约束门体沿竖直方向移动。限位减压装置有纵向、横向两种, 通过压簧、拉簧部件拦阻和限位防爆门。当门体受到爆炸冲击后, 沿导向上升, 撞击限位减压装置后, 再沿导向下落复位[11]。该防爆门导向装置可能存在卡别问题。

1-门体;2-密封油槽;3-滑轮架;4-重锤;5-反风锁扣

1-防爆盖;2-密封槽;3-井壁;4-导向立杆;5-配重装置立杆;6-配重架;100-导向装置;200-限位装置;300-自动闭合装置

邹国华等提出的防爆门的主要特点是:在现有防爆门门体上设置4组天窗, 用于先行释放爆炸压力;设置双向同步运动的4组升降液压缸, 用于推拉门体沿缸筒轨道升降。发生爆炸时, 设置在立风井中传感器将爆炸信息传递到地面监控处理系统, 电控、液控系统相继动作, 升降液压缸活塞杆快速缩回, 带动门体开启, 泄放爆炸压力;同时天窗被爆炸气流冲开, 实现急速先导泄压[12]。该防爆门系统相对复杂, 可靠性保障难度较大。

孙玉宁等人提出了两种盖式防爆门:立风井导向缓冲防爆门和立风井刚柔混合导向缓冲防爆门。

立风井导向缓冲防爆门主要由外框架、内框架、缓冲伞、中央导向柱4等组成, 见图6。主要特点是:通过长导向来降低卡别风险;采用大型缓冲件来吸收冲击能量和保护门体。发生爆炸时, 爆炸冲击波将门体冲起, 门体在导向框架和中央导向柱的约束下, 竖直向上运行, 最终撞击缓冲伞, 将能量耗散和转移;爆炸过后, 自动下落复位[13]。

立风井刚柔混合导向缓冲防爆门主要由门体、导向架、柔性导向绳、导向框、缓冲伞等组成, 见图7。主要特点是:通过刚性导向框和柔性导向绳的配合, 来增强导向动作的可靠性, 避免门体被卡别。

1-井口基础;2-外框架;3-内框架;4-中央导向柱;5-缓冲伞;6-配重;7-门体

1-井口基础;2-门体;3-导向架;4-导向框;5-缓冲伞;6-柔性导向绳;7-配重机构;8-导向器

上述两种防爆门安装施工对矿井正常通风影响较小, 对改造在用风井防爆门较为有利。相关试验研究正在开展。

1.2.3 门式防爆门

门式防爆门通常为双开门或单开门结构, 多用于斜风井。近年来, 国内提出了多种适用于立风井的门式防爆门设计, 部分设计已推广应用, 例如ZFFBM型自复式防爆门、KFM系列自复式防爆门等。

白宏峰等研发的ZFFBM型自复式立风井防爆门结构如图8所示。发生爆炸时, 门板在爆炸气流作用下打开, 实现泄压;门体旋开至一定角度后, 受缓冲装置作用, 速度减缓直至停止;爆炸过后, 通过电动推杆推动门板重新闭合[14]。目前, 该种防爆门已在潞安集团五阳煤矿、平舒煤业集团温家庄煤矿应用[15]。闫自强、姚贵英等提出有类似结构的防爆门设计[16,17]。这类防爆门的缓冲装置和门板之间的接触方式为点/面接触, 在爆炸冲击环境中, 缓冲限位功能的可靠性有待验证。

1-地基基座;2-方形底架;3-重锤;4-配重支架;5-三角形立板;6-门板;7-横梁;8-密封条;9-开门装置;10-闭门装置;11-缓冲装置;12-铰链;13-井道;14-钢丝绳

韩贵生等研发的多次缓冲上升防爆门主要由扇叶、缓冲座、导向柱、缓冲箱、缓冲限位缸等组成。主要特点:采用多级缓冲装置多次消耗爆炸能量, 系统整体防爆能力较强。发生爆炸时, 缓冲座的两个扇叶同步打开, 泄放爆炸压力;在冲击作用下, 缓冲座上升, 先后同缓冲箱、缓冲限位缸相撞并最终停止;爆炸过后, 缓冲座落下, 扇叶复位闭合[18]。该防爆门的定型产品KFM系列自复式防爆门, 见图9, 已在晋城等矿区推广应用。

孙玉宁等提出的立风井双门式防爆门主要由门体、缓冲框架、柔性缓冲墙、柔性门轴、变质量配重等组成, 见图10。主要特点是:采用柔性缓冲墙来吸收能量和保护门体;采用柔性门轴设计, 防止门轴部位受损;运用变质量配重, 可优化配重对门体的牵引作用。发生爆炸时, 门体在爆炸爆炸波作用下, 快速开启, 加速旋转并撞向柔性缓冲墙;爆炸冲击波过后, 门体自动下落复位[19]。

1-井口基础;2-山墙体;3-门体;4-缓冲框架;5-柔性缓冲墙;6-门轴合页;7-横梁;8-滑轮架;9-钢丝绳;10-变质量配重

1.2.4 临时性防爆门

国内也提出了一些临时性密封技术, 如备用防爆门、气囊封堵等。游浩等设计了一种具有快速复位功能的煤矿风井备用防爆门。当现有防爆门遭受爆炸冲击波破坏时, 拖移备用防爆门至井口上方, 将井口盖严[20]。董腾等借鉴汽车安全气囊工作原理, 设计了一种自动封堵装置, 通过胀起的气囊来封堵井口。李亚奇等设计有类似的充气式临时替换装置[21]。

1.3 理论和试验研究

目前, 国内在防爆门领域进行理论和试验研究, 基本上围绕某种特定的防爆门开展。范喜生等对文献[18]所述自动复位式风井防爆门进行了结构受力计算, 提出了由风扇叶片强度反算门体所受冲击载荷的方法[22]。煤炭科学研究总院、山西创奇实业有限公司通过DN500管道爆炸试验和地下巷道爆炸试验, 对多种防爆门的抗冲击性能进行了测试。杨刚采用有限元软件对文献[14]所述自复式防爆门的关键部件强度和受力情况进行了分析[23]。西山煤电有限责任公司针对文献[20]所述备用防爆门进行了数值计算和1/4比例模拟爆炸试验, 结果表明门体开启12°时, 所受到冲击载荷达到峰值, 门体在爆炸试验过程中未发生塑性变形[24]。

2 存在问题与建议

2.1 相关法规和标准的制定、修订相对滞后

我国煤矿多数属于劳动密集型企业, 井下作业人员众多, 灾后快速恢复通风尤为重要。在煤矿爆炸抢险实践中, 因防爆门导致的事故扩大化问题较国外严重而突出。我国法规对煤矿风井防爆门的规定较国外简略, 且无专门的技术标准, 既滞后于安全生产实践, 又制约了新型防爆门的发展。因此, 亟须从防爆门防爆等级、复位时间、临时应急措施等方面对相关安全法规进行补充和修订。同时, 加快煤矿风井防爆门专门标准的研究和制定工作。

2.2 理论和试验相对薄弱和滞后

国内现有理论和试验研究, 多局限于验证某种特定的防爆门, 而对各类防爆门的关键共性问题研究较少, 已滞后于技术创新实践。由于缺乏扎实可靠理论和试验研究成果支持, 不少技术创新止步于方案设计阶段。目前, 亟需系统研究的关键共性问题主要有:防爆门防爆分级、爆炸波同防爆门的相互作用特点和规律、井口泄爆流场分布规律、冲击载荷下盖式防爆门导向的稳定性和可靠性、冲击载荷下缓冲吸能件的响应特性、大型门体的材质、结构及抗冲击特性等。

2.3 新型防爆门的结构普遍更为复杂、庞大, 可靠度保障相对困难

同现有MFBL系列防爆门相比, 多数新型防爆门结构更为复杂和庞大。随着电动、液动、气动、传感等技术的引入, 进一步增加了防爆门系统的复杂程度。系统越复杂, 保障高可靠度的难度越大, 潜在的安全风险越高。重达十数吨甚至数十吨的新型防爆门一旦在防爆过程中出现故障、损坏等问题, 修复难度难以估测。解决该问题可从多方面入手:在研究前述关键共性问题的基础上, 优化防爆门结构, 重点研发结构相对简单的门式防爆门;在门体开启、滑行移动、缓冲限位等关键环节慎用电动、液动、气动、传感等技术;门体等部件可采用轻质、高强/高韧材料, 以降低修复难度。

2.4 新型防爆门推广较为困难

目前, 在新建风井中, 推广应用新型防爆门相对容易, 而在生产风井中替换现有防爆门则困难较大。主要是因为更换防爆门需要较大的资金投入, 且对正常生产有一定影响。解决这一问题, 有必要根据矿井的技术经济条件, 科学合理地制定防爆等级, 优选防爆门的结构形式, 降低防爆门购建和维护费用;同时, 从防爆门结构设计、施工设计、临时封堵措施等方面入手, 尽可能减少更换防爆门对井下生产作业的影响。

2.5 临时封盖井口技术措施及其研究亟待重视

井下爆炸类型和规模存在极大不确定性, 任何一种常规防爆门都有其防爆极限, 都有可能在爆炸中遭到损坏。在防爆门难以快速修复的紧急情形下, 有无临时封盖井口的技术措施, 对灾后救援成败有重大影响。因此, 亟须对临时封盖井口的技术措施、预案等作强制性规定, 同时重视相关技术的研发。此外, 新型防爆门设计也须考虑其配套临时措施及实施条件。

3 结语

1) 国内煤矿普遍使用的立风井防爆门存在重大缺陷和安全隐患, 由此造成事故扩大化问题异常突出。相关法规和标准亟待修订和制定。