[发明专利]一种CO2/N2快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置及方法

权利要求书

1.一种CO₂/N₂快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，包括气体供给系统、区域隔离系统、环境监测系统、爆炸危险性判定系统和控制系统；

所述气体供给系统包括设置在地面上的CO₂气化装置、设置在井下的制氮机组(8)和输气管道(6)，所述CO₂气化装置包括依次连接的液态CO₂储罐(1)和液态CO₂气化炉(2)，所述输气管道(6)的一端连通所述CO₂气化装置和制氮机组(8)，输气管道(6)的另一端布设在工作面巷道(11)内，所述工作面巷道(11)包括采煤工作面(24)和掘进工作面(25)，所述输气管道(6)多个末端出气口处设置有多个电动闸阀(10)；

所述区域隔离系统包括均匀安装在工作面巷道(11)内的输气管道(6)上的多个在额定工作压力差值下自启动的单向阀(15)和多个三通电磁阀(20)，所述三通电磁阀(20)通过风管(22)连接风幕机(16)；

所述环境监测系统包括多个均匀布设在工作面巷道(11)内的用于检测CO、CO₂、O₂、CH₄、N₂、C₂H₄和C₂H₆六种气体的气体浓度的多参数气体传感器(13)，所述多参数气体传感器(13)安装在单向阀(15)正上方的巷道顶板(18)的中间位置；

所述爆炸危险性判定系统包括利用多参数气体传感器(13)传输的气体浓度信息判定井下巷道密闭区域不同区段多元混合气体爆炸危险性的的爆炸三角形判定仪，所述爆炸三角形判定仪与多参数气体传感器(13)远程无线连接；

所述控制系统包括分别与电动闸阀(10)、三通电磁阀(20)和爆炸三角形判定仪远程无线连接的计算机控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种CO₂/N₂快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，所述区域隔离系统中的单向阀(15)通过管道三通(14)固定连接在输气管道(6)上，两个所述三通电磁阀(20)等距布置在一个单向阀(15)两侧的输气管道(6)上，所述风幕机(16)垂直输气管道(6)横向固定在工作面巷道顶板(18)上，所述风管(22)的一端连通三通电磁阀(20)，风管(22)的另一端连通风幕机(16)，所述风管(22)通过多个固定卡扣(21)固定在工作面巷道侧壁上。

3.根据权利要求1所述的一种CO₂/N₂快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，所述输气管道(6)上位于液态CO₂气化炉(2)的出口位置沿输气方向依次安装有气体增压泵(3)、阀门(4)和压力表(5)，所述输气管道(6)上位于制氮机组(8)气体出口处安装有阀门(4)。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种CO₂/N₂快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置，其特征在于，所述电动闸阀(10)和三通电磁阀(20)均为防爆型。

5.一种利用权利要求1所述的CO₂/N₂快速抑爆的矿井热动力灾害应急处置装置对矿井热动力灾害区域进行应急处置，其特征在于，该应急处置的方法包括以下步骤：

第一步、在矿井采煤工作面(24)或者掘进工作面(25)发生瓦斯爆炸后，井下作业人员撤离并启用密闭墙(9)封闭工作面巷道(11)，通过计算机控制系统远程启动输气管道(6)上的电动闸阀(10)，封堵输气管道(6)；

第二步、当井下的制氮机组(8)处于安全区域时，人工在井下手动启动制氮机组(8)，此时输气管道(6)中输送的气体是N₂；当井下的制氮机组(8)处于危险区域时，井下人员全部撤离地下，此时开启地面CO₂汽化装置向井下通过输气管道(6)输送气体，此时输气管道(6)中输送的气体是CO₂；

第三步、CO₂或N₂进入密闭区域输气管道(6)后，输气管道(6)内压力升高，管道内外压差达到额定值时，单向阀(15)启动，向密闭区域释放CO₂或N₂；

第四步、气体释放过程中，多参数气体传感器(13)持续采集密闭区域内不同位置处的CO、CO₂、O₂、CH₄、N₂、C₂H₄、C₂H₆的气体浓度参数，将数据传输至爆炸三角形判定仪，判定密闭区域不同位置的爆炸危险性；

第五步、如果判定密闭区域混合气体仍在爆炸范围内，继续向密闭区域释放CO₂或N₂，直到判定结果不在爆炸范围时，通过计算机控制系统远程控制三通电磁阀(20)和风幕机(16)启动，从风幕机(16)中吹出CO₂或N_2，，形成隔离气幕(17)，此时单向阀(15)持续处于开启状态，实现爆炸灾害危险区域隔离，然后应急人员启封密闭进入灾害区域，快速处置灾害。