【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全技术与应急救援设备领域，具体是一种矿井巷道快速密闭式防火气囊系统及工作方法，旨在提供一种能够快速、有效地封闭煤矿巷道，减少空气流入，遏制火势蔓延，同时降低爆炸风险，保障作业人员生命安全的应急救援设备。
技术介绍
1、煤矿井下火灾构成重大威胁，不仅毁损宝贵设备与资源，更直接危害作业人员的生命安全，且可能进一步触发瓦斯爆炸事故，加剧灾情。目前煤矿普遍采用巷道密闭技术，作为遏制火势蔓延、通过隔绝氧气以窒息火源的关键策略，在火灾防控实践中发挥着重要作用，此技术核心在于隔离火区，切断供氧路径，迫使火源因缺氧而减弱乃至熄灭。然而，实施巷道密闭作业的同时，也伴随着显著风险，即密闭过程减少了风流，导致封闭空间内瓦斯加速积聚并且与风流中氧气混合形成易燃易爆气体，加之火源隐患未除，显著提升了瓦斯爆炸的风险系数，对现场作业人员的安全构成了严重威胁。传统密闭结构多采用砂石、混凝土等材料进行构筑，这一过程不仅物资筹备量大，还需人工堆砌墙体，耗时费力，效率低下，且现场作业人员密集，增加了管理难度。
2、针对上述问题，近年来研发的高分子速凝充填与新型无机快速硬化材料技术虽有所突破，但在工程实施中仍面临作业量大、周期长等局限性。此外，当前广泛应用的伞形、气囊式密闭装置，由于缺乏必要的抗爆能力，难以抵御密闭空间内可能发生的瓦斯爆炸冲击，因此无法全面确保矿井在密闭状态下的绝对安全。鉴于此，探索更为高效、安全且具备抗爆性能的煤矿巷道密闭装置及方法，成为提升煤矿火灾应急响应能力与保障作业人员安全的重要研究方向。
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种矿井巷道快速密闭式防火气囊系统及工作方法，能根据监测快速判断煤自燃或瓦斯爆炸风险，并采取防灭火措施尽可能防止发生瓦斯爆炸，且发生爆炸后能有效控制爆炸的影响范围。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，包括固定框架、多腔体防火气囊、数据检测装置、人员监控装置和控制中心；
3、所述固定框架装在巷道内，用于放置多腔体防火气囊，固定框架上设有安装孔，锚杆穿过安装孔将固定框架与巷道壁面固定连接；
4、所述多腔体防火气囊包括外层气囊、中间层囊体和内层气囊，外层气囊装在固定框架内，中间层囊体装在外层气囊内部、且其与外层气囊内壁固定连接；内层气囊装在中间层囊体内部、且其与中间层囊体内壁固定连接；注气装置用于为外层气囊和内层气囊提供无氧气体，注水装置用于为中间层囊体注水；外层气囊充气展开后能对所处巷道截面封堵；中间层囊体注水展开后能增加多腔体防火气囊整体的重量，提高抗冲击性能；内层气囊充气展开后能增加中间层囊体内水压保持整个多腔体防火气囊展开后的稳定性；
5、所述数据检测装置为多个检测单元组成的传感器网络，各个检测单元布设在巷道不同位置并对所处位置进行气体检测，然后将检测到的气体数据反馈给控制中心；
6、所述人员监控装置装在巷道内，用于记录巷道内工作人数并反馈给控制中心；
7、所述控制中心用于接收气体检测装置反馈的数据分析判断是否存在瓦斯爆炸风险，并根据情况通过巷道内设置的报警装置发出预警，同时根据人员监控装置反馈巷道内人员完全离开后，控制注气装置和注水装置使多腔体防火气囊展开进行巷道封堵防火。
8、进一步，还包括氧气吸收装置，氧气吸收装置包括多个带有电动开闭口的储存容器，多个储存容器均匀分布在巷道内，每个储存容器内均盛放有氧气吸收剂，当控制中心判断存在瓦斯爆炸风险时，能控制各个储存容器开口使氧气吸收剂释放，并对巷道内的氧气进行吸收。通过吸收巷道内氧气能降低煤自燃后续燃烧情况或者瓦斯爆炸的情况。
9、进一步，所述氧气吸收剂按照质量百分比由95％硫酸亚铁和5％硅胶粉末混合制成。硫酸亚铁具有显著的氧气吸收能力，能够与空气中的氧气发生化学反应，快速吸收并消耗氧气。此外，为了防止硫酸亚铁粉末在长期储存过程中可能与空气中水分反应而失效的情况发生，因此在粉末中添加了5％的硅胶粉末进行物理干燥(不适用化学干燥剂，避免硫酸亚铁反应失去吸氧能力)。硅胶粉末具有良好的吸湿性能，能够有效地吸收容器内的水分，从而避免硫酸亚铁与水分发生反应，保持其吸氧能力。
10、进一步，所述人员监控装置包括红外线扫描装置、监控定位装置和定位终端，监控定位装置布设在巷道进口及出口处，定位终端装在人员身上，当人员经过监控定位装置时通过监控定位装置和定位终端无线通信记录人员是否经过巷道进口或出口；红外线扫描装置为两个、分别装在固定框架两侧且两个红外线扫描装置的朝向相反，用于判断人员是否从固定框架经过及走向，与监控定位装置一起形成双保险监控，保证巷道人员离开后再展开多腔体防火气囊。
11、进一步，所述外层气囊的材质为芳纶纤维与玻璃纤维交织的复合布料，且其迎爆面增设一层1～1.5毫米厚的p4u智能材料布层，以及一层约0.1毫米厚的阻化剂(氢氧化镁)涂层；中间层囊体的材质为聚酯纤维或尼龙纤维，中间层囊体内壁涂有聚氨酯涂层；内层气囊的材质为芳纶纤维。
12、进一步，所述外层气囊、中间层囊体和内层气囊均装有压力传感器，用于监测各个囊体内部的压力数据。
13、进一步，所述注气装置为两个带有控制阀的硅胶增强纤维软管，两个硅胶增强纤维软管一端均与井下高压气管连通、另一端分别与外层气囊和内层气囊连通，所述注水装置为带有控制阀的钢丝编织高压橡胶软管，其一端与井下高压水管连通、另一端与中间层囊体连通，控制中心能对各个控制阀的开闭进行单独控制。硅胶增强纤维软管具有优异的耐高温、耐老化性能，以及良好的柔韧性和耐磨性，适用于食品饮料、医疗设备的物料传输，以及高温、强酸碱、有机溶剂等特殊工业场景，虽在井下使用较少，但相比矿井下常用的橡胶软管、pvc瓦斯抽放管、钢丝编织胶管优势明显。其耐温范围为60℃至250℃，耐化学腐蚀强，柔韧性佳，耐压性高，卫生安全且无毒无污染，使用寿命长，能更好适应井下复杂恶劣环境，降低成本与风险。软管内径选用25mm至50mm，壁厚考虑到压力承受和耐磨性，一般为2mm至4mm，工作压力至少能达到2mpa；钢丝编织高压橡胶软管优势显著，其耐压性强，可满足井下高压输水如深部排水等需求，普通软管望尘莫及；强度高且耐用，抗外力能力佳，使用寿命长；兼具柔韧性与良好抗弯折性，便于井下复杂空间管道铺设，输水稳定可靠。内径：选用32mm至65mm之间。壁厚：考虑到承受的压力和耐磨性，壁厚选用3mm至6mm。工作压力至少能承受4mpa的工作压力。
14、进一步，所述检测单元包括温度传感器、一氧化碳气体浓度传感器、甲烷气体浓度传感器和乙烯气体浓度传感器，用于检测所处位置的温度、一氧化碳气体浓度、甲烷气体浓度和乙烯气体浓度并反馈给控制中心。
15、进一步，还包括装在巷道出口处的紧急启动开关，人员手动控制紧急启动开关能使多腔体防火气囊膨胀展开对巷道封堵；增设这个装置确保了在设备无法正常联动时，无论是在调度室进行远程监控的工作人员，还是在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，包括固定框架、多腔体防火气囊、数据检测装置、人员监控装置和控制中心；
2.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，还包括氧气吸收装置，氧气吸收装置包括多个带有电动开闭口的储存容器，多个储存容器均匀分布在巷道内，每个储存容器内均盛放有氧气吸收剂，当控制中心判断存在瓦斯爆炸风险时，能控制各个储存容器开口使氧气吸收剂释放，并对巷道内的氧气进行吸收。
3.根据权利要求2所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述氧气吸收剂按照质量百分比由95％硫酸亚铁和5％硅胶粉末混合制成。
4.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述人员监控装置包括红外线扫描装置、监控定位装置和定位终端，监控定位装置布设在巷道进口及出口处，定位终端装在人员身上，当人员经过监控定位装置时通过监控定位装置和定位终端无线通信记录人员是否经过巷道进口或出口；红外线扫描装置为两个、分别装在固定框架两侧，用于判断人员是否从固定框架经过及走向。
5.根据权利要求1所述矿井巷道快
6.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述注气装置为两个带有控制阀的硅胶增强纤维软管，两个硅胶增强纤维软管一端均与井下高压气管连通、另一端分别与外层气囊和内层气囊连通，所述注水装置为带有控制阀的钢丝编织高压橡胶软管，其一端与井下高压水管连通、另一端与中间层囊体连通，控制中心能对各个控制阀的开闭进行单独控制。
7.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述检测单元包括温度传感器、一氧化碳气体浓度传感器、甲烷气体浓度传感器和乙烯气体浓度传感器，用于检测所处位置的温度、一氧化碳气体浓度、甲烷气体浓度和乙烯气体浓度并反馈给控制中心。
8.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，还包括装在巷道出口处的紧急启动开关，人员手动控制紧急启动开关能使多腔体防火气囊膨胀展开对巷道封堵。
9.一种根据权利要求1至8任一项所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统的工作方法，其特征在于，具体步骤为：
10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，所述注气装置注入的气体为氮气或二氧化碳气体。
...【技术特征摘要】
1.一种矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，包括固定框架、多腔体防火气囊、数据检测装置、人员监控装置和控制中心；
2.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，还包括氧气吸收装置，氧气吸收装置包括多个带有电动开闭口的储存容器，多个储存容器均匀分布在巷道内，每个储存容器内均盛放有氧气吸收剂，当控制中心判断存在瓦斯爆炸风险时，能控制各个储存容器开口使氧气吸收剂释放，并对巷道内的氧气进行吸收。
3.根据权利要求2所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述氧气吸收剂按照质量百分比由95％硫酸亚铁和5％硅胶粉末混合制成。
4.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述人员监控装置包括红外线扫描装置、监控定位装置和定位终端，监控定位装置布设在巷道进口及出口处，定位终端装在人员身上，当人员经过监控定位装置时通过监控定位装置和定位终端无线通信记录人员是否经过巷道进口或出口；红外线扫描装置为两个、分别装在固定框架两侧，用于判断人员是否从固定框架经过及走向。
5.根据权利要求1所述矿井巷道快速密闭式防火气囊系统，其特征在于，所述外层气囊的材质为芳纶纤维与玻璃纤维交织的复合布料，且其迎爆面增设一层p4u智能材料布层，以及一层阻化剂涂层；中间层囊体的材质为聚酯纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤宗情，邱浩，翟成，谢星茂，王章乘，张化娜，马明杰，谢周周，李佳睿，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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