煤礦風井防爆裝置自動復位技術及標準研究

樊鐵山

（山西煤礦安全監察局呂梁監察分局，山西呂梁 033000）

煤礦風井防爆裝置自動復位技術及標準研究

樊鐵山

（山西煤礦安全監察局呂梁監察分局，山西呂梁 033000）

從一起特別重大煤礦事故的慘痛教訓入手，分析煤礦現使用的回風井防爆裝置存在的技術缺陷，介紹在煤礦回風井防爆裝置自動復位技術方面的研究成果，著重對防爆裝置自動復位技術的導向、限位和復位的關鍵技術點進行分析，提出技術標準的基本要求。

煤礦；防爆裝置；自動復位技術；標準

2009年2月22日2 :23，山西西山煤電集團屯蘭煤礦南2采區發生特別重大瓦斯爆炸事故，造成78人死亡，114人受傷。事故發生以后，事故采區回風井的防爆蓋被爆炸沖擊波打開，沒有及時閉合，事故采區的回風立井變為進風井，導致事故采區產生的有害氣體流入其他采區，釀成其他采區無辜工人中毒的事故擴大的悲劇。這起事故充分暴露出我國煤礦現使用的防爆裝置技術規范存在不合理、不完善之處，已經引起國內許多專家和工程技術人員的高度重視。

1 研究情況

2009年3月15日，在屯蘭煤礦事故后不到一個月的時間，筆者和他人向國家知識產權局專利局遞交了《煤礦防爆蓋、門被爆炸沖擊波打開后的自動閉合裝置》實用新型和《煤礦防爆蓋、門被爆炸沖擊波打開后自動閉合的方法》發明2項專利申請，其中實用新型申請號為200920008461.8，發明專利申請號為200910127573.X，均已授權。

通過可行性論證，進一步改進了技術方案。2010年4月25日，筆者和他人向國家知識產權局專利局遞交了《煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動閉合的裝置》實用新型和《煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動閉合的裝置》發明2項專利申請，其中實用新型申請號為201020185506.1，發明專利申請號為201010169366.3，均已授權。

改進的技術方案，增大了防爆蓋的限位裝置的抗沖擊強度；徹底改變了原方案提出的在井筒內增加自動閉合裝置的方式；提出了增加甩配重質量的自動閉合裝置的方案。新的技術方案更容易實施。

2013年5月15日，山西同輝重工有限責任公司與專利權人簽訂了《專利實施許可合同》，并在國家知識產權局備案，獲得專利許可使用權。2014年，山西省科技廳批準山西同輝重工有限責任公司該項目為山西省科技創新項目計劃，項目編號為201410101，項目名稱為“煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動閉合的裝置研究及應用”。目前，該新型自動復位防爆蓋在山西呂梁離石西山晉邦德煤業有限公司進行了應用。

2 關鍵技術

煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動閉合的裝置采取的技術方案是：包括現有風井防爆蓋、密封槽和反風裝置等附屬設施基本不改變的結構及功能，增加防爆蓋的由直線軸承或滾珠導套配合的導向裝置、防爆蓋的帶減壓裝置的限位裝置，防爆蓋的甩配重的自動閉合裝置［1］，見圖1。基礎上基本滿足上述①②條件；為滿足條件③，需要增加特別條款予以明確。目前立井防爆蓋沒有導向裝置，對于上述3個條件必須予以明確。

圖1 防爆蓋甩配重自動閉合的裝置立面圖

立項的技術方案提出的導向裝置：在井口井壁上，沿底圈圓周，均勻垂直設置4根導向立桿與4根配重裝置立桿；導向環自然套在導向立桿或配重裝置立桿上，由直線軸承或滾珠導套配合，使防爆蓋只能在垂直方向上開啟或閉合。導向立桿，結構為實體圓形，釋壓高度為至少在立井凈圓斷面直徑的2/3以上，使爆炸沖擊波得到足夠釋放；配重裝置立桿，改變下半部分結構為導向立桿的結構，上半部分可拆卸，并能與防爆蓋帶減壓裝置的限位裝置匹配安裝。在標準制訂時，至少對導向立桿的有效長度、導向立桿或配重裝置立桿與直線軸承或滾珠導套之間的摩擦系數、導向裝置的強度作出明確的規定，見圖2。

圖2 導向裝置配合立面圖

3 技術標準

我國關于煤礦防爆裝置自動閉合的規定正準備修訂到煤礦安全質量標準化的瓦斯專業標準。

煤礦回風井防爆裝置主要有2種，一種是回風立井使用的防爆蓋；另一種是回風斜井使用的防爆門。標準制定的原則是：保證標準的適用性；保持標準的先進性；注意標準的統一性和協調性；注意標準的經濟性和社會效益；結合我國國情積極采用國際標準和國外先進標準；在確定標準項目時首先要注意標準的適用范圍，既不要讓標準所涵蓋的領域過寬，使編制的標準沒有實際技術內容，也不要讓標準所涵蓋的領域過窄，造成對標準的肢解，無謂地增加標準項目［2］。煤礦回風井防爆裝置自動復位技術標準必須從以下幾個技術角度予以考慮。

3.1 導向

由于在受到爆炸沖擊波時，目前的防爆裝置尤其是立井的防爆裝置，處于一種自由運動的狀態。也就是說在增加復位技術裝置時，首先保證防爆裝置的運動是一種可逆的運動狀態。因此，導向裝置應保證：①防爆裝置有足夠的運動距離，以保證防爆裝置打開后沖擊波可以充分地釋放；②防爆裝置受到沖擊波作用打開時能順利地打開，自動閉合時能順利地閉合；③導向裝置在受到爆炸沖擊波時不受損壞。

目前斜井防爆門的導向裝置為門軸，在將其加固的

3.2 限位

在滿足沖擊波壓力釋放要求的情況下，防爆裝置不能無限制地打開而是達到自動復位極限位置必須停留下來，即到達極限位置應該限位。因此，限位裝置應保證：①防爆裝置有足夠的強度，以保證防爆裝置在到達限位位置后不被損壞；②限位裝置具有緩沖功能，以保證防爆裝置到達極限位置過程中不受損壞；③限位裝置具有一定的強度，在防爆裝置與限位裝置沖撞時不受損壞。

目前斜井防爆門的限位裝置為井壁，基本滿足上述條件①；為滿足②③條件，需要增加特別條款予以明確。目前立井防爆蓋沒有限位裝置，對于上述3個條件必須予以明確。

立項的技術方案提出的限位裝置：由橫向限位減壓裝置和縱向限位減壓裝置組成，根據防爆蓋的高度和所受設計最大減壓沖擊速度，選擇縱向限位減壓裝置的固定套、減壓彈簧和滑動套的長度。橫向限位減壓裝置固定在導向立桿和配重裝置立桿的一個水平面上，為防爆蓋上升的終止限位裝置。縱向限位減壓裝置，在導向立桿和配重裝置立桿上，在橫向限位減壓裝置下面，為防爆蓋到達終止位置前的減壓裝置。在標準制訂時，至少對防爆蓋的強度、橫向限位減壓裝置和縱向限位減壓裝置的緩沖參數和強度參數作出明確的規定，見圖3、4。

圖3 橫向限位減壓裝置平面圖

圖4 縱向限位減壓裝置立剖面圖

3.3 復位

在沖擊波壓力釋放后，防爆裝置在外力或自重作用下自動復位，最后實現自動閉合。因此，復位裝置應該保證：①復位裝置具有打破原防爆裝置的配重、負壓和防爆本身質量之間的平衡的能力；②在到達極限位置且爆炸沖擊波釋放后，防爆裝置受到的作用力足以使其自動閉合復位；③復位裝置具有一定的強度，在礦井發生爆炸時不受損壞，鼓勵使用機械自動復位技術。

目前不管是斜井防爆門還是立井防爆蓋都沒有自動復位裝置，對于上述3個條件必須予以明確。

立項的技術方案提出的甩配重質量的自動閉合裝置，由配重總成、平衡限位彈簧機構、甩銷機構三部分組成。配重的一種狀態是防爆蓋未受爆炸沖擊時的正常配重，配重的另一種狀態是防爆蓋受沖擊波沖擊后經過甩配重時的非正常配重。平衡限位彈簧機構保證：當風機停止運轉，因風機負壓消失，配重總成質量大于防爆蓋，防爆蓋被打開，進行自然通風；當防爆蓋受爆炸沖擊后，配重總成中的配重被甩掉，在爆炸沖擊波釋放后，防爆蓋在自身重力的作用下自動閉合。在配重總成和平衡限位彈簧機構之間，安裝直線軸承，保證配重總成上升或下降不發生卡滑現象。在標準制訂時，至少對復位裝置技術原理、復位時防爆裝置的受力狀態、復位裝置不受沖擊波損壞的措施作出明確的規定，見圖5。

圖5 內彈簧式甩配重裝置立剖面圖

4 結語

屯蘭煤礦特別重大瓦斯爆炸事故由于回風井的防爆蓋沒有及時閉合，事故采區的回風立井災后變為進風井，事故采區的有害氣體流入其他采區，造成重大人員傷亡。慘痛教訓警示目前使用的防爆裝置技術標準的修訂迫在眉睫。

研究表明，煤礦防爆蓋、門被爆炸沖擊波打開后的自動閉合裝置的技術方案，煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動閉合的裝置的技術方案，已經取得初步技術成果，但這些技術成果也迫切需要國家安全標準或行業標準加以規范。

從煤礦回風立井防爆蓋的研究成果入手，主要對煤礦回風井防爆裝置自動復位技術的導向、限位和復位的關鍵技術點進行了分析，提出技術標準的基本要求。但這距離國家安全標準或行業標準的正式出臺或者回風井防爆裝置自動復位技術的規范應用，還有很長的路要走，還需要廣大工程技術人員長時間的不懈努力。

［1］樊鐵山，李咸華，賀志宏，等.煤礦防爆蓋被爆炸沖擊波打開后甩配重自動閉合的裝置：中國，ZL2010101693663［P］.2010-04-25.

［2］DB11/T1001-2009.企業標準制定原則和程序［S］.

Study on the Automatic Reset Technology and Standard Applied in Explosion-proof Device for Coal Mine Air Shaft

Fan Tieshan

（Shanxi Coal Mine Safety Supervision Bureau Lvliang Branch，Lvliang Shanxi 033000）

This paper analyzed technical defects of coal mine air shaft explosion-proof device used at present from the painful lessons together with a special major coal mine accident,introduced the research achievements in the au?tomatic reset technology of coal mine return air shaft explosion-proof device,analyzed the key technology points of the oriented,limit and reset of automatic reset technology of the explosion-proof device,proposed the basic require?ments of technical standards.

coal mine；explosion-proof device；automatic reset technology；standard

TD723

A

1003-5168（2017）02-0091-03

2017-01-23

樊鐵山（1968-），男，碩士，副局長，研究方向：煤礦安全。