煤矿新型密闭的研究

煤矿新型密闭的研究

张敏

国家能源集团神东煤炭寸草塔二矿  内蒙古自治区鄂尔多斯市  017010

摘要：随着各行各业的不断发展，煤矿企业的不断扩大，然而人们对快速密闭也越来越关注。因此，我国煤矿井生产条件复杂，瓦斯爆炸、火灾尤为严重，煤矿发生瓦斯爆炸和火灾时，如果不能直接灭火，通常采用封闭形式。现有的封闭方法都需要大量的人力、物力，并且需要很长时间才能密封，抗暴性也较差，常常造成次生灾害的发生，延误灾情。提出和建立有效的快速密闭形式，已经成为煤炭科技工作者迫在眉睫需要解决的问题。

关键词：煤矿；快速密闭；策略

引言:

我国煤矿井生产条件复杂，瓦斯爆炸、火灾尤为严重，煤矿发生瓦斯爆炸和火灾时，如果不能直接灭火，通常采用封闭形式。现有的封闭方法都需要大量的人力、物力，并且需要很长时间才能密封，抗暴性也较差，常常造成次生灾害的发生，延误灾情。提出和建立有效的快速密闭形式，已经成为煤炭科技工作者迫在眉睫需要解决的问题。

1快速密闭系统设计

该系统由密闭装置、控制系统、灾害环境监测系统和大流量惰气治灾系统组成，兼具电控气动、气动和手动三种控制方式，能够实现远程联动控制快速密闭，并配合灾害环境监测和大流量惰气治灾系统，起到快速防治灾害的作用。密闭装置由可拆卸门框、门扇、锁紧结构、手动控制结构、气缸执行结构、电控箱、气控箱等组成；密闭形式有带式输送机巷、单轨吊和轨道巷三种密闭形式。（1）快速密闭装置结构设计密闭装置采用Q345材质制作，门框采用分体形式，便于运输和安装。门体采用三层复合结构，最外面一层为抗冲击层，中间层为隔温层，内部为支撑基板。整体结构具有良好的抗冲击性能。密闭门板结构如图1所示。为适应多装备巷道，该密闭系统采用不同的密闭形式及结构形式：①跨皮带机密闭装置设计。切断预设位置的皮带机横梁并与密闭墙连接，密闭装置采用上下闭合密封形式，下面支撑基座固定，通过上面密闭装置板的运动实现皮带密闭装置的开闭。②跨单轨吊密闭装置设计。在快速密闭装置的上方加装一套单轨吊密闭装置，快速密闭装置上横梁采用断开形式，与单轨吊门框通过螺栓结构连接。过单轨吊密闭装置横梁设置为异形横梁，两钢丝绳中间位置向下延伸，与钢丝绳下沿保持水平。过单轨吊密闭装置采用双扇水平旋转密封形式。两扇门体的合缝顶部、中部设计有凹口，分别使钢丝绳和吊轨从凹口中通过，凹口周边选用半柔性密闭橡胶进行边沿口密封包装，确保装置的密封性。③跨轨道巷密闭装置设计。通过预设一段提升轨道，当井下突发灾害需要关闭密闭装置时，把轨道提升到指定位置后，再进行关闭密闭装置指令。（2）快速密闭装置控制系统设计密闭装置控制系统兼具电控系统、气控系统、手动控制三种控制方式，可通过地面指挥中心远程控制机巷A、风巷B两套密闭装置实现联动开闭，也可在井下控制中心就地控制密闭装置开闭，更加安全、可靠。

2传统密闭墙存在的问题

在面对瓦斯等有害气体泄漏、火灾等矿井灾害时，建立密闭墙对其进行隔离是比较有效的解决策略，能够在一定程度上避免矿井遭受更大的损失。早在上世纪中期，国内外各大研究机构就开始对快速密闭技术进行了深入研究。当前的几种传统密闭方式能够实现对危险区域快速密闭的效果，但是在救援实践中往往存在设备笨重、施工条件要求较高等问题，无法满足抗险救灾紧迫性、复杂性的要求。传统的混凝土密闭法能够承受较高的温度，在密闭维持时间、漏风率方面也具备良好的性能表现，但其密闭时间较长，在密闭过程中很容易出现二次事故。粉煤灰加高水凝胶材料也具备同样的特点，在高温限制方面与混凝土还存在一定的差距。与这两者相比，降落伞式密闭与气囊式密闭能够在10min之内直接完成对巷道的密闭，能够减少灾区发生二次危害的概率，与气囊式封闭相比，降落伞式密闭由于结构复杂、对于密封地形要求较高的特点，在漏风率方面存在一些劣势。此外，还有采用防爆外袋和水凝胶内填充材料共同组成矿用快速密闭墙技术。该技术具备特殊材料制作而成的外袋，能够满足辅助水凝胶填充材料成型的需求，此外，防爆外袋的外形可以根据矿井需求的不同而设计出不同的型号，具备较强的适用性，相关单位在实践中可以由操作人员向模袋内灌注水凝胶，这种材料可以在十分钟内快速成型，成为一种具备一定强度的固溶体，能够起到防止火灾扩散、抵抗爆炸冲击波的作用，但是其成本较高，在救援过程中并不多见。因此，为了满足新形势下的矿井轻质密闭的需求，以气囊式快速密闭技术为主，其他技术辅助参与的方式能够有效避免灾害扩大，进而保障施工人员生命健康及经济安全。

3新型快速密闭形式密闭门

基于以上密闭形式的弊端，设计一种密闭门，提前布置在有安全隐患的巷道中，密闭门由分体门框、门体、锁紧机构和控制机构组成，通过电控气动和手动控制两种方式控制，当有瓦斯突出或火灾发生时，待人员全部逃离后，可以通过远程控制立刻关闭密闭门，实现迅速封堵。密闭门具有良好的冲击性能和密封性。在门体上布置注氮孔和取样孔，用于注氮灭火和观测灾区情况，可有效控灾、治灾，同时也为启封提供科学依据，且不需要人员靠近灾区，保障了人员的安全。密闭门门框采用分体形式，便于运输;门体采用Q345钢材为材料，门体结构采用3层设计，由弧形抗冲击层、加强筋和平面支撑板组成。经过验证，弧形门板抗冲击能力远高于平面门板，门框和门体采用密封胶条密封保障门的密封性;通过设置在门板中部的大、小齿轮传动机构牵引两套连杆机构实现密闭门的锁紧。锁紧块采用6个楔形模块，左右各3个，在门框上设置6个对应的锁紧点;控制方式采用电控气动和手动两种控制方式，电控气动可以实现远程控制，无须人员接近灾区，保障人员安全，手动控制主要用于人员的自救逃生，当门关闭后，若发现有人员未逃离，该人员可以通过手轮自救逃生。

4快速密闭救灾过程的应用

某矿矿井副斜井井底发生电缆着火事故，导致木棚支架着火，火势难以控制，大量烟雾溢出井口，井下救援工作无法进行。救灾过程中发现3#煤层被引燃，并使局部巷道发生冒顶，风门着火。火区的主要特点是火区波及范围很大、温度高、供氧充分，并且火区发展速度快。因此，需要对灾区进行快速临时封闭，防止灾害扩大;抑制火区并防止瓦斯爆炸，为火区的进一步治理创造安全条件;采用快速密闭对火区封闭进行封闭，堵住漏风，防止火灾蔓延。在副斜井设置临时密闭，停止向火区供风，堵绝漏风供氧，对控制火情发展起到决定性作用。以最短的时间，全部救出遇难矿工，取得了良好的效果。

结语:

目前，煤矿普遍采用的密闭形式存在很多不足，轻质密闭虽然能够实现快速密闭，但是没有抵抗冲击的能力。传统的密闭形式又要耗费大量人力、物力，且施工时间很长，不能快速封堵。快速密闭门能够很好地解决以上问题，具有快速、远距离操作等优点，保障了人员的安全，配合大流量氮气治灾，能够很好地解决煤矿瓦斯突出、瓦斯爆炸和火灾等问题，具有很好地应用推广前景。

参考文献:

［1］王明德．矿井火灾学［M］．徐州:中国矿业大学出版社，2021．

［2］朱晓明．晋城矿区井下综合利用粉煤灰的研究与探索［J］．粉煤灰，2020，(1):28－30．

［3］陈文彬，等．快速密闭在防止漏风恢复生产中的应用［J］．煤矿安全，2121，(4):2－23．

［4］金龙哲，等．矿井安全作业采用的填充密闭材料———泡沫树脂及其应用技术［J］．中国安全科学学报，2121，(5):32－36．