CN110566278A - 一种矿井灾变区域快速密闭装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井灾变区域快速密闭装置及方法，该装置包括灾变信息采集模块和多个组合气囊机构；该方法包括步骤：一、确定组合气囊机构的尺寸；二、安装矿井灾变区域快速密闭装置；三、数据采集；四、组合气囊机构的充气；五、组合气囊机构的补气；六、组合气囊机构的回收。本发明通过设置多组组合气囊机构对灾变区域巷道进行密闭，组合气囊机内的微控制器接收灾变信息采集模块和气压检测模块的数据以控制主气囊和副气囊迅速充气实现对巷道的快速密封，及时切断灾变事故的链式反应，在最大程度上保证人员和财产的安全，同时舍去传统液压支柱支撑的方式，使用连接扣固定支撑组合气囊机构，极大的节省了使用成本，具有极高的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于矿井灾变区域快速密闭技术领域，具体涉及一种矿井灾变区域快速密闭装置及方法。
背景技术
近些年来，随着国家煤炭的整合，综合机械化也在井下大规模应用，井下发生事故的可能性和破坏性也在不同程度的加深，在煤矿井下发生火灾、***、毒气泄漏及透水等突发性灾害事故时，可以利用填充气囊密闭的方法来阻隔事故链式反应。但较以往技术，在灾变区域的恶劣环境下气囊密闭抗冲击性太弱，密闭效果差，且对于气囊的支柱多用液压支柱，液压支柱成本高，重量大，在突发灾难时，很难快速对气囊进行支撑。目前井下对于气囊的充气，都是外接充气管道，利用高压气瓶充气，线路布置复杂且易受环境影响，容易发生充气管道漏气现象；此外气囊在充满气也会因某些部件气密性差或恶劣环境的影响造成气囊中的气体泄漏，从而影响到其密闭性，不能很好地保障井下人员的安全和财产安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井灾变区域快速密闭装置，其设计新颖合理，通过设置多组组合气囊机构对灾变区域巷道进行密闭，组合气囊机内的微控制器接收灾变信息采集模块和气压检测模块的数据以控制主气囊和副气囊迅速充气实现对巷道的快速密封，及时切断灾变事故的链式反应，在最大程度上保证人员和财产的安全，同时舍去传统液压支柱支撑的方式，使用连接扣固定支撑组合气囊机构，极大的节省了使用成本，具有极高的实用价值，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：包括用于采集矿井灾变信息的灾变信息采集模块和多个沿巷道长度方向依次设置在巷道内用于快速隔离矿井灾变区域的组合气囊机构，所述组合气囊机构通过安装机构固定在巷道内；所述组合气囊机构包括主气囊和两个均与主气囊连接的副气囊，主气囊内设置有造气机构，主气囊上设置有补气机构，所述主气囊与副气囊的连接处设置有逆止阀片，所述主气囊和副气囊上均设置有连接扣和气压检测模块，副气囊上设置有泄气阀；
所述造气机构包括保护壳、设置在保护壳内的气体反应机构和微控制器，气压检测模块和灾变信息采集模块均通过主无线通信模块与所述微控制器通信；
所述补气机构包括补气气囊和设置在补气气囊上且为中空结构的永磁铁，补气气囊和主气囊通过中空结构且与永磁铁配合的电磁铁连通，电磁铁通过交流电源供电，电磁铁靠近主气囊的一端设置有向主气囊送气的第一补气逆止阀，所述永磁铁远离补气气囊的一端设置有第二补气逆止阀；所述安装机构包括设置在巷道底部的固定杆和多条限位绳。
上述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述气体反应机构包括M个反应腔，M个反应腔通过M+1个隔热挡板分割保护壳而成，反应腔的底部设置有隔热底板，反应腔的顶部设置有密封盖，隔热底板上设置有依次贯穿M个隔热挡板的点火管，点火管位于相邻两个隔热挡板之间的管段上均设置有电子点火器，电子点火器上依次设置有引火药剂、叠氮化钠和网布，密封盖上设置有逆止阀，所述电子点火器由微控制器控制，其中，M为正整数。
上述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述限位绳包括第一限位绳、第二限位绳和第三限位绳，所述组合气囊机构上相邻的两个连接扣均通过第一限位绳连接，相邻的两个所述组合气囊机构通过第一限位绳连接，多个连接扣中位于端部上侧的连接扣均通过第二限位绳与巷道锚杆连接，多个连接扣中位于端部下侧的连接扣均通过第三限位绳与固定杆连接；所述主气囊和副气囊均为球形气囊，两个副气囊外壁相互连接，所述第一限位绳的长度为0.8d～d，其中，d为所述主气囊或副气囊直径，且d的单位为cm，a为巷道的宽度，h为巷道的高度。
上述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述气压检测模块包括第一辅控制器以及均与第一辅控制器连接的气压传感器和用于与主无线通信模块通信的第一辅无线通信模块；所述灾变信息采集模块包括第二辅控制器以及均与所述第二辅控制器连接的一氧化碳传感器、瓦斯浓度传感器、硫化氢传感器、粉尘浓度传感器、温度传感器、水位传感器和负压传感器，所述第二辅控制器上还连接有与主无线通信模块通信的第二辅无线通信模块。
上述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述交流电源给电磁铁的供电回路中串联有交流电源开关，所述交流电源开关由微控制器控制。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理的矿井灾变区域快速密闭的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、确定组合气囊机构的尺寸：根据公式确定主气囊和副气囊的直径，其中，a为巷道的宽度，h为巷道的高度，d为主气囊或副气囊的直径；
步骤二、安装矿井灾变区域快速密闭装置：
步骤201、在矿井灾变区域快速密闭装置指定位置对应的巷道底部安装两个固定杆；
步骤202、将多个组合气囊机构放入巷道内组合气囊机构各自的预设位置，利用多条限位绳将多个组合气囊机构安装在巷道内，所述限位绳包括第一限位绳、第二限位绳和第三限位绳，步骤如下：
步骤2031、使用第一限位绳将组合气囊机构上相邻的两个连接扣连接；
步骤2032、使用第一限位绳将相邻的两个组合气囊机构上相互接触的两个气囊上的限位扣连接；
步骤2033、使用第二限位绳将连接后的多个连接扣中位于端部上侧的连接扣与巷道锚杆连接，使用第三限位绳将连接后的多个连接扣中位于端部下侧的连接扣与固定杆连接；
步骤204、在巷道内安装灾变信息采集模块，灾变信息采集模块通过无线通信方式与微控制器通信；
步骤三、数据采集：利用灾变信息采集模块采集巷道内灾变信号，当灾变信息采集模块采集到灾变信号时，执行步骤四；
步骤四、组合气囊机构的充气：在微控制器中预存第一气囊压力阈值和第二气囊压力阈值，所述第二气囊压力阈值大于第一气囊压力阈值，微控制器通过气压检测模块检测主气囊和副气囊内的当前气压值，当任一气压检测模块采集的气压值小于第一气囊压力阈值时，启动所述造气机构，所述造气机构包括保护壳、设置在保护壳内的气体反应机构和微控制器，所述气体反应机构包括M个反应腔，M个反应腔通过M+1个隔热挡板分割保护壳而成，反应腔的底部设置有隔热底板，反应腔的顶部设置有密封盖，隔热底板上设置有贯穿M个隔热挡板的点火管，点火管位于相邻两个隔热挡板之间的管段上均设置有电子点火器，电子点火器上依次设置有引火药剂、叠氮化钠和网布，密封盖上设置有逆止阀，所述电子点火器由微控制器控制，其中，M为正整数；造气机构的工作过程如下：
微控制器首先启动一个电子点火器，电子点火器通过引燃引火药剂使反应腔内的叠氮化钠发生反应，继而快速释放大量氮气，所述氮气通过逆止阀进入主气囊中，主气囊中的气压达到逆止阀片可承受达最大压力时，氮气冲出逆止阀片进入两个副气囊中，微控制器持续通过气压检测模块检测主气囊和副气囊内的当前气压值，当任一气压检测模块采集的气压值小于第一气囊压力阈值时，主气囊持续为副气囊充气，直至任一气压检测模块采集的气压值不小于第一气囊压力阈值，当任一气压检测模块采集的气压值不小于第一气囊压力阈值时，微控制器停止对电子点火器的控制，执行步骤五；
步骤五、组合气囊机构的补气：启动所述补气机构，所述补气机构内的电磁铁通过交流电源供电，所述交流电源给电磁铁的供电回路中串联有交流电源开关，所述交流电源开关由微控制器控制；所述补气机构的工作过程如下：
微控制器控制交流电源开关打开使交流电源向电磁铁供电，使电磁铁产生周期性变化且磁感线流向相反的第一磁场和第二磁场，第一磁场情况下的电磁铁两端极性与第二磁场情况下的电磁铁两端极性相反，第一磁场情况下的电磁铁靠近补气气囊的一端为S极，另一端为N极；第二磁场情况下的电磁铁靠近补气气囊的一端为N极，另一端为S极；所述永磁铁靠近补气气囊的一端为S极；
第一磁场下，电磁铁靠近补气气囊一端的S极与所述永磁铁磁力互斥，电磁铁将永磁铁推向远离主气囊的方向，此时补气气囊内部真空，补气气囊外部的空气通过第二补气逆止阀进入补气气囊中；因为磁场的周期性变化，第一磁场变为第二磁场，第二磁场使电磁铁靠近补气气囊的一端变为N极，另一端变为S极，电磁铁靠近补气气囊一端的N极与所述永磁铁磁力相吸，电磁铁将永磁铁向靠近主气囊的方向吸引，此时补气气囊中的空气因为第二补气逆止阀的限制只能从第一补气逆止阀通入到主气囊中向主气囊补气，主气囊中的气压达到逆止阀片可承受达最大压力时，氮气冲出逆止阀片进入副气囊中向副气囊补气；所述交流电源频率为0.5Hz，第一磁场和第二磁场的一个周期变换即可完成一次补气循环，一次所述补气循环需要2s，如此反复作业即可达到对主气囊和副气囊的及时补气；当任一气压检测模块采集的气压值不小于第二气囊压力阈值时，微控制器控制交流电源开关关闭，结束补气机构的工作；
步骤六、组合气囊机构的回收：
当巷道需要取消临时密闭或巷道内灾变已经受到控制或消失时，人工手动打开泄气阀，使组合气囊机构快速泄气，拆下所述限位绳，完成对组合气囊机构的回收。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用的装置设计新颖合理，安装简便，响应迅速，自动化程度高，能根据现有巷道内的灾变信息采集模块的探测数据控制主气囊和副气囊迅速充气实现对巷道的快速密封，及时切断灾变事故的链式反应，在最大程度上保证人员和财产的安全，具有极高的实用价值。
2、本发明采用的装置利用多组组合气囊机构对灾变区域巷道进行密闭，同时舍去传统液压支柱支撑的方式，使用组合气囊机构上设置的连接扣固定支撑，限位绳通过连接扣将组合气囊机构固定在巷道内，主气囊向副气囊通过逆止阀片充气，避免了传统的液压支柱的使用，大大节省成本。
3、本发明采用的装置通过在主气囊内设置造气机构，并通过补气机构向主气囊内部补充气体，响应迅速，密闭性好，从根本上解决了传统气囊通过外部供气管道充气时线路布设复杂成本高昂且易发生漏气的问题，提高了装置使用时的安全性。
4、本发明采用的装置通过设置补气机构，使电磁铁和永磁铁呈周期性的互斥和相吸，实现对补气气囊的往复挤压形成负压，补气气囊通过第二补气逆止阀吸入巷道内的空气对组合气囊进行补气，避免了因为气囊和所需气量较小时也同样启动造气机构引燃引火药剂使叠氮化钠产生过量氮气造成的浪费，节省成本；
5、本发明采用的装置通过设置微控制器，微控制器通过主无线通信模块接收灾变信息采集模块和气压检测模块产生的信号并依此分别控制电子点火器和交流电源开关，响应速度快，无需人工操作，安全性高。
6、本发明方法步骤简单，根据巷道尺寸确定组合气囊机构的尺寸，满足实际需要，在矿井灾变区域快速密闭装置指定位置安装矿井灾变区域快速密闭装置，部件少，安装快捷，利用灾变信息采集模块感应巷道内灾变信号，灾变信息采集模块包含的传感器种类多，数据采集全面，当灾变信息采集模块采集到灾变信号时，通过组合气囊机构充气粗调的方式快速对矿井灾变区域预密闭，再通过组合气囊机构补气细调的方式实现对矿井灾变区域完全密闭，使用效果好，另外，组合气囊机构内的叠氮化钠未使用完时，可通过泄气阀使组合气囊机构快速泄气，拆下限位绳，完成对组合气囊机构的回收，以备下次使用，投入成本低。
综上所述，本发明设计新颖合理，通过设置多组组合气囊机构对灾变区域巷道进行密闭，组合气囊机内的微控制器接收灾变信息采集模块和气压检测模块的数据以控制主气囊和副气囊迅速充气实现对巷道的快速密封，及时切断灾变事故的链式反应，在最大程度上保证人员和财产的安全，同时舍去传统液压支柱支撑的方式，使用连接扣固定支撑组合气囊机构，极大的节省了使用成本，具有极高的实用价值，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的装置的结构示意图。
图2为本发明采用的装置中组合气囊机构充气后的结构示意图。
图3为本发明采用的装置中造气机构的结构示意图。
图4为本发明采用的装置中主气囊和补气机构的连接结构示意图。
图5为本发明中气囊与巷道的尺寸关系示意图。
图6为本发明采用的装置中补气机构在第一磁场下的工作状态示意图。
图7为本发明采用的装置中补气机构在第二磁场下的工作状态示意图。
图8为本发明采用的装置的电路原理框图。
图9为本发明方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—主气囊； 2—副气囊； 3—连接扣；
4—逆止阀片； 5—气压检测模块； 6—泄气阀；
7—保护壳； 8—隔热挡板； 9—点火管；
10—反应腔； 11—密封盖； 12—逆止阀；
13—微控制器； 14—电子点火器； 15—引火药剂；
16—叠氮化钠； 17—网布； 18—隔热底板；
19—锚杆； 20—固定杆； 21-1—第一限位绳；
21-2—第二限位绳； 21-3—第三限位绳； 22—巷道；
23—灾变信息采集模块； 24—交流电源；
25—交流电源开关； 26—电磁铁； 27—补气气囊；
28—第一补气逆止阀； 29—第二补气逆止阀； 30—永磁铁；
31—主无线通信模块。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图8所示，本发明所述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，包括用于采集矿井灾变信息的灾变信息采集模块23和多个沿巷道22长度方向依次设置在巷道22内用于快速隔离矿井灾变区域的组合气囊机构，所述组合气囊机构通过安装机构固定在巷道22内；所述组合气囊机构包括主气囊1和两个均与主气囊1连接的副气囊2，主气囊1内设置有造气机构，主气囊1上设置有补气机构，所述主气囊1与副气囊2的连接处设置有逆止阀片4，所述主气囊1和副气囊2上均设置有连接扣3和气压检测模块5，副气囊2上设置有泄气阀6；
所述造气机构包括保护壳7、设置在保护壳7内的气体反应机构和微控制器13，气压检测模块5和灾变信息采集模块23均通过主无线通信模块31与所述微控制器13通信；
所述补气机构包括补气气囊27和设置在补气气囊27上且为中空结构的永磁铁30，补气气囊27和主气囊1通过中空结构且与永磁铁30配合的电磁铁26连通，电磁铁26通过交流电源24供电，电磁铁26靠近主气囊1的一端设置有向主气囊1送气的第一补气逆止阀28，所述永磁铁30远离补气气囊27的一端设置有第二补气逆止阀29；所述安装机构包括设置在巷道22底部的固定杆20和多条限位绳。
需要说明的是，所述气压检测模块5包括第一辅控制器以及均与第一辅控制器连接的气压传感器和用于与主无线通信模块31通信的第一辅无线通信模块；所述交流电源24频率为0.5Hz；所述主气囊1和副气囊2均由凯夫拉纤维布上热熔层压PVC薄膜制成，凯夫拉纤维布具有防火阻燃的效果，能承受300℃～500℃的高温，能充分保证组合气囊机构在井下灾变区恶劣环境中的安全性，防止组合气囊机构***，补气气囊27由高分子橡胶材料制成，高分子橡胶质量较轻，不会对组合气囊机构主体的气囊造成影响，有一定的伸缩性，可实现重复多次的挤压，适用于本装置；设置多组组合气囊机构对灾变区域巷道22进行密闭，同时舍去传统液压支柱支撑的方式，使用组合气囊机构上设置的连接扣3固定支撑，限位绳通过连接扣3将组合气囊机构固定在巷道内，主气囊1向副气囊2通过逆止阀片4充气，避免了传统的液压支柱的使用，大大节省成本；通过在主气囊1内设置造气机构，并通过补气机构向主气囊1内部补充气体，响应迅速，密闭性好，从根本上解决了传统气囊通过外部供气管道充气时线路布设复杂成本高昂且易发生漏气的问题，提高了装置使用时的安全性；通过设置补气机构，使电磁铁26和永磁铁30呈周期性的互斥和相吸，实现对补气气囊27的往复挤压形成负压，补气气囊27通过第二补气逆止阀29吸入巷道内的空气对组合气囊进行补气，避免了因为气囊和所需气量较小时也同样启动造气机构引燃引火药剂15使叠氮化钠16产生过量氮气造成的浪费，节省成本；通过设置微控制器13，微控制器13通过主无线通信模块31接收灾变信息采集模块23和气压检测模块5产生的信号并依此分别控制电子点火器14和交流电源开关25，响应速度快，无需人工操作，安全性高；所述永磁铁30靠近补气气囊27的一端为S极，远离补气气囊27的一端为N极；所述微控制器13和第一辅控制器均优选STM32F103C8T6微控制器，所述主无线通信模块31和第一辅无线通信模块均优选SV610无线通信模块。
本实施例中，所述气体反应机构包括M个反应腔10，M个反应腔10通过M+1个隔热挡板8分割保护壳7而成，反应腔10的底部设置有隔热底板18，反应腔10的顶部设置有密封盖11，隔热底板18上设置有依次贯穿M个隔热挡板8的点火管9，点火管9位于相邻两个隔热挡板8之间的管段上均设置有电子点火器14，电子点火器14上依次设置有引火药剂15、叠氮化钠16和网布17，密封盖11上设置有逆止阀12，所述电子点火器14由微控制器13控制，其中，M为正整数。
需要说明的是，每个反应腔10内叠氮化钠16的体积占反应腔10体积的0.4倍～0.6倍，在反应腔10内留够叠氮化钠16反应所需的空间，设置隔热挡板8和隔热底板18是为了防止叠氮化钠16在反应时产生的大量热对相邻反应腔10内叠氮化钠16的影响，使每个反应腔10内的叠氮化钠16反应可控，提高了装置的可控性和智能性；设置所述逆止阀12可以使反应腔10内产生的氮气单向通入主气囊1内，同时可以防止补气机构通入主气囊1内的空气与反应腔10内的叠氮化钠16接触，导致发生反应产生***，提高了装置使用时的安全性；优选的，1≤M≤6。
本实施例中，如图5所示，所述限位绳包括第一限位绳21-1、第二限位绳21-2和第三限位绳21-3，所述组合气囊机构上相邻的两个连接扣3均通过第一限位绳21-1连接，相邻的两个所述组合气囊机构通过第一限位绳21-1连接，多个连接扣3中位于端部上侧的连接扣3均通过第二限位绳21-2与巷道锚杆19连接，多个连接扣3中位于端部下侧的连接扣3均通过第三限位绳21-3与固定杆20连接；所述主气囊1和副气囊2均为球形气囊，两个副气囊2外壁相互连接，所述第一限位绳21-1的长度为0.8d～d，其中，d为所述主气囊1或副气囊2直径，且d的单位为cm，a为巷道22的宽度，h为巷道22的高度。
需要说明的是，主气囊1与两个副气囊2连接，两个副气囊2外壁相互连接，使所述组合气囊机构在充满气后形成三角形稳固结构，充气后可以更好的稳固在灾变区域的巷道22内，防止气囊充气后因为结构不稳定跑飞，降低密封效果。
本实施例中，所述灾变信息采集模块23包括第二辅控制器以及均与所述第二辅控制器连接的一氧化碳传感器、瓦斯浓度传感器、硫化氢传感器、粉尘浓度传感器、温度传感器、水位传感器和负压传感器，所述第二辅控制器上还连接有与主无线通信模块31通信的第二辅无线通信模块。
需要说明的是，所述第二辅控制器优选STM32F103C8T6微控制器，第二辅无线通信模块优选SV610无线通信模块，一氧化碳传感器优选GTH500(B)型一氧化碳传感器，瓦斯浓度传感器优选KGJ16B瓦斯浓度传感器，硫化氢传感器优选GLH200硫化氢传感器，粉尘浓度传感器优选ZMKJ005粉尘浓度传感器，温度传感器优选KG3007A温度传感器，水位传感器优选WH311水位传感器，负压传感器优选KG3033负压传感器。
本实施例中，所述交流电源24给电磁铁26的供电回路中串联有交流电源开关25，所述交流电源开关25由微控制器13控制。
如图6、图7和图9所示的一种方法，包括以下步骤：
步骤一、确定组合气囊机构的尺寸：根据公式确定主气囊1和副气囊2的直径，其中，a为巷道22的宽度，h为巷道22的高度，d为主气囊1或副气囊2的直径；
步骤二、安装矿井灾变区域快速密闭装置：
步骤201、在矿井灾变区域快速密闭装置指定位置对应的巷道22底部安装两个固定杆20；
步骤202、将多个组合气囊机构放入巷道22内组合气囊机构各自的预设位置，利用多条限位绳将多个组合气囊机构安装在巷道22内，所述限位绳包括第一限位绳21-1、第二限位绳21-2和第三限位绳21-3，步骤如下：
步骤2031、使用第一限位绳21-1将组合气囊机构上相邻的两个连接扣3连接；
步骤2032、使用第一限位绳21-1将相邻的两个组合气囊机构上相互接触的两个气囊上的限位扣3连接；
步骤2033、使用第二限位绳21-2将连接后的多个连接扣3中位于端部上侧的连接扣3与巷道锚杆19连接，使用第三限位绳21-3将连接后的多个连接扣3中位于端部下侧的连接扣3与固定杆20连接；
步骤204、在巷道内安装灾变信息采集模块23，灾变信息采集模块23通过无线通信方式与微控制器13通信；
步骤三、数据采集：利用灾变信息采集模块23采集巷道22内灾变信号，当灾变信息采集模块23采集到灾变信号时，执行步骤四；
步骤四、组合气囊机构的充气：在微控制器13中预存第一气囊压力阈值和第二气囊压力阈值，所述第二气囊压力阈值大于第一气囊压力阈值，微控制器13通过气压检测模块5检测主气囊1和副气囊2内的当前气压值，当任一气压检测模块5采集的气压值小于第一气囊压力阈值时，启动所述造气机构，所述造气机构包括保护壳7、设置在保护壳7内的气体反应机构和微控制器13，所述气体反应机构包括M个反应腔10，M个反应腔10通过M+1个隔热挡板8分割保护壳7而成，反应腔10的底部设置有隔热底板18，反应腔10的顶部设置有密封盖11，隔热底板18上设置有贯穿M个隔热挡板8的点火管9，点火管9位于相邻两个隔热挡板8之间的管段上均设置有电子点火器14，电子点火器14上依次设置有引火药剂15、叠氮化钠16和网布17，密封盖11上设置有逆止阀12，所述电子点火器14由微控制器13控制，其中，M为正整数；造气机构的工作过程如下：
微控制器13首先启动一个电子点火器14，电子点火器14通过引燃引火药剂15使反应腔10内的叠氮化钠16发生反应，继而快速释放大量氮气，所述氮气通过逆止阀12进入主气囊1中，主气囊1中的气压达到逆止阀片4可承受达最大压力时，氮气冲出逆止阀片4进入两个副气囊2中，微控制器13持续通过气压检测模块5检测主气囊1和副气囊2内的当前气压值，当任一气压检测模块5采集的气压值小于第一气囊压力阈值时，主气囊1持续为副气囊2充气，直至任一气压检测模块5采集的气压值不小于第一气囊压力阈值，当任一气压检测模块5采集的气压值不小于第一气囊压力阈值时，微控制器13停止对电子点火器14的控制，执行步骤五；
需要说明的是，当一个反应腔10内的叠氮化钠16发生反应后释放的氮气不足以填充两个副气囊2时，微控制器13再次启动另一个电子点火器14，电子点火器14通过引燃对应的引火药剂15使新工作的反应腔10内的叠氮化钠16发生反应，快速释放大量氮气，为副气囊2充气。
步骤五、组合气囊机构的补气：启动所述补气机构，所述补气机构内的电磁铁26通过交流电源24供电，所述交流电源24给电磁铁26的供电回路中串联有交流电源开关25，所述交流电源开关25由微控制器13控制；所述补气机构的工作过程如下：
微控制器13控制交流电源开关25打开使交流电源24向电磁铁26供电，使电磁铁26产生周期性变化且磁感线流向相反的第一磁场和第二磁场，第一磁场情况下的电磁铁26两端极性与第二磁场情况下的电磁铁26两端极性相反，第一磁场情况下的电磁铁26靠近补气气囊27的一端为S极，另一端为N极；第二磁场情况下的电磁铁26靠近补气气囊27的一端为N极，另一端为S极；所述永磁铁30靠近补气气囊27的一端为S极；
第一磁场下，电磁铁26靠近补气气囊27一端的S极与所述永磁铁30磁力互斥，电磁铁26将永磁铁30推向远离主气囊1的方向，此时补气气囊27内部真空，补气气囊27外部的空气通过第二补气逆止阀29进入补气气囊27中；因为磁场的周期性变化，第一磁场变为第二磁场，第二磁场使电磁铁26靠近补气气囊27的一端变为N极，另一端变为S极，电磁铁26靠近补气气囊27一端的N极与所述永磁铁30磁力相吸，电磁铁26将永磁铁30向靠近主气囊1的方向吸引，此时补气气囊27中的空气因为第二补气逆止阀29的限制只能从第一补气逆止阀28通入到主气囊1中向主气囊1补气，主气囊1中的气压达到逆止阀片4可承受达最大压力时，氮气冲出逆止阀片4进入副气囊2中向副气囊2补气；所述交流电源24频率为0.5Hz，第一磁场和第二磁场的一个周期变换即可完成一次补气循环，一次所述补气循环需要2s，如此反复作业即可达到对主气囊1和副气囊2的及时补气；当任一气压检测模块5采集的气压值不小于第二气囊压力阈值时，微控制器13控制交流电源开关25关闭，结束补气机构的工作；
步骤六、组合气囊机构的回收：
当巷道22需要取消临时密闭或巷道22内灾变已经受到控制或消失时，人工手动打开泄气阀6，使组合气囊机构快速泄气，拆下所述限位绳，完成对组合气囊机构的回收。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：包括用于采集矿井灾变信息的灾变信息采集模块(23)和多个沿巷道(22)长度方向依次设置在巷道(22)内用于快速隔离矿井灾变区域的组合气囊机构，所述组合气囊机构通过安装机构固定在巷道(22)内；所述组合气囊机构包括主气囊(1)和两个均与主气囊(1)连接的副气囊(2)，主气囊(1)内设置有造气机构，主气囊(1)上设置有补气机构，所述主气囊(1)与副气囊(2)的连接处设置有逆止阀片(4)，所述主气囊(1)和副气囊(2)上均设置有连接扣(3)和气压检测模块(5)，副气囊(2)上设置有泄气阀(6)；
所述造气机构包括保护壳(7)、设置在保护壳(7)内的气体反应机构和微控制器(13)，气压检测模块(5)和灾变信息采集模块(23)均通过主无线通信模块(31)与所述微控制器(13)通信；
所述补气机构包括补气气囊(27)和设置在补气气囊(27)上且为中空结构的永磁铁(30)，补气气囊(27)和主气囊(1)通过中空结构且与永磁铁(30)配合的电磁铁(26)连通，电磁铁(26)通过交流电源(24)供电，电磁铁(26)靠近主气囊(1)的一端设置有向主气囊(1)送气的第一补气逆止阀(28)，所述永磁铁(30)远离补气气囊(27)的一端设置有第二补气逆止阀(29)；所述安装机构包括设置在巷道(22)底部的固定杆(20)和多条限位绳。
2.按照权利要求1所述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述气体反应机构包括M个反应腔(10)，M个反应腔(10)通过M+1个隔热挡板(8)分割保护壳(7)而成，反应腔(10)的底部设置有隔热底板(18)，反应腔(10)的顶部设置有密封盖(11)，隔热底板(18)上设置有依次贯穿M个隔热挡板(8)的点火管(9)，点火管(9)位于各反应腔(10)内的管段上均设置有电子点火器(14)，电子点火器(14)上依次设置有引火药剂(15)、叠氮化钠(16)和网布(17)，密封盖(11)上设置有逆止阀(12)，所述电子点火器(14)由微控制器(13)控制，其中，M为正整数。
3.按照权利要求1所述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述限位绳包括第一限位绳(21-1)、第二限位绳(21-2)和第三限位绳(21-3)，所述组合气囊机构上相邻的两个连接扣(3)均通过第一限位绳(21-1)连接，相邻的两个所述组合气囊机构通过第一限位绳(21-1)连接，多个连接扣(3)中位于端部上侧的连接扣(3)均通过第二限位绳(21-2)与巷道锚杆(19)连接，多个连接扣(3)中位于端部下侧的连接扣(3)均通过第三限位绳(21-3)与固定杆(20)连接；所述主气囊(1)和副气囊(2)均为球形气囊，两个副气囊(2)外壁相互连接，所述第一限位绳(21-1)的长度为0.8d～d，其中，d为所述主气囊(1)或副气囊(2)的直径，且d的单位为cm，a为巷道(22)的宽度，h为巷道(22)的高度。
4.按照权利要求1所述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述气压检测模块(5)包括第一辅控制器以及均与第一辅控制器连接的气压传感器和用于与主无线通信模块(31)通信的第一辅无线通信模块；所述灾变信息采集模块(23)包括第二辅控制器以及均与所述第二辅控制器连接的一氧化碳传感器、瓦斯浓度传感器、硫化氢传感器、粉尘浓度传感器、温度传感器、水位传感器和负压传感器，所述第二辅控制器上还连接有与主无线通信模块(31)通信的第二辅无线通信模块。
5.按照权利要求1所述的一种矿井灾变区域快速密闭装置，其特征在于：所述交流电源(24)给电磁铁(26)的供电回路中串联有交流电源开关(25)，所述交流电源开关(25)由微控制器(13)控制。
6.一种利用如权利要求1所述装置进行矿井灾变区域快速密闭的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、确定组合气囊机构的尺寸：根据公式确定主气囊(1)和副气囊(2)的直径，其中，a为巷道(22)的宽度，h为巷道(22)的高度，d为主气囊(1)或副气囊(2)的直径；
步骤二、安装矿井灾变区域快速密闭装置：
步骤201、在矿井灾变区域快速密闭装置指定位置对应的巷道(22)底部安装两个固定杆(20)；
步骤202、将多个组合气囊机构放入巷道(22)内组合气囊机构各自的预设位置，利用多条限位绳将多个组合气囊机构安装在巷道(22)内，所述限位绳包括第一限位绳(21-1)、第二限位绳(21-2)和第三限位绳(21-3)，步骤如下：
步骤2031、使用第一限位绳(21-1)将组合气囊机构上相邻的两个连接扣(3)连接；
步骤2032、使用第一限位绳(21-1)将相邻的两个组合气囊机构上相互接触的两个气囊上的限位扣(3)连接；
步骤2033、使用第二限位绳(21-2)将连接后的多个连接扣(3)中位于端部上侧的连接扣(3)与巷道锚杆(19)连接，使用第三限位绳(21-3)将连接后的多个连接扣(3)中位于端部下侧的连接扣(3)与固定杆(20)连接；
步骤204、在巷道内安装灾变信息采集模块(23)，灾变信息采集模块(23)通过无线通信方式与微控制器(13)通信；
步骤三、数据采集：利用灾变信息采集模块(23)采集巷道(22)内灾变信号，当灾变信息采集模块(23)采集到灾变信号时，执行步骤四；
步骤四、组合气囊机构的充气：在微控制器(13)中预存第一气囊压力阈值和第二气囊压力阈值，所述第二气囊压力阈值大于第一气囊压力阈值，微控制器(13)通过气压检测模块(5)检测主气囊(1)和副气囊(2)内的当前气压值，当任一气压检测模块(5)采集的气压值小于第一气囊压力阈值时，启动所述造气机构，所述造气机构包括保护壳(7)、设置在保护壳(7)内的气体反应机构和微控制器(13)，所述气体反应机构包括M个反应腔(10)，M个反应腔(10)通过M+1个隔热挡板(8)分割保护壳(7)而成，反应腔(10)的底部设置有隔热底板(18)，反应腔(10)的顶部设置有密封盖(11)，隔热底板(18)上设置有贯穿M个隔热挡板(8)的点火管(9)，点火管(9)位于相邻两个隔热挡板(8)之间的管段上均设置有电子点火器(14)，电子点火器(14)上依次设置有引火药剂(15)、叠氮化钠(16)和网布(17)，密封盖(11)上设置有逆止阀(12)，所述电子点火器(14)由微控制器(13)控制，其中，M为正整数；造气机构的工作过程如下：
微控制器(13)首先启动一个电子点火器(14)，电子点火器(14)通过引燃引火药剂(15)使反应腔(10)内的叠氮化钠(16)发生反应，继而快速释放大量氮气，所述氮气通过逆止阀(12)进入主气囊(1)中，主气囊(1)中的气压达到逆止阀片(4)可承受达最大压力时，氮气冲出逆止阀片(4)进入两个副气囊(2)中，微控制器(13)持续通过气压检测模块(5)检测主气囊(1)和副气囊(2)内的当前气压值，当任一气压检测模块(5)采集的气压值小于第一气囊压力阈值时，主气囊(1)持续为副气囊(2)充气，直至任一气压检测模块(5)采集的气压值不小于第一气囊压力阈值，当任一气压检测模块(5)采集的气压值不小于第一气囊压力阈值时，微控制器(13)停止对电子点火器(14)的控制，执行步骤五；
步骤五、组合气囊机构的补气：启动补气机构，所述补气机构内的电磁铁(26)通过交流电源(24)供电，所述交流电源(24)给电磁铁(26)的供电回路中串联有交流电源开关(25)，所述交流电源开关(25)由微控制器(13)控制；所述补气机构的工作过程如下：
微控制器(13)控制交流电源开关(25)打开使交流电源(24)向电磁铁(26)供电，使电磁铁(26)产生周期性变化且磁感线流向相反的第一磁场和第二磁场，第一磁场情况下的电磁铁(26)两端极性与第二磁场情况下的电磁铁(26)两端极性相反，第一磁场情况下的电磁铁(26)靠近补气气囊(27)的一端为S极，另一端为N极；第二磁场情况下的电磁铁(26)靠近补气气囊(27)的一端为N极，另一端为S极；所述永磁铁(30)靠近补气气囊(27)的一端为S极；
第一磁场下，电磁铁(26)靠近补气气囊(27)一端的S极与所述永磁铁(30)磁力互斥，电磁铁(26)将永磁铁(30)推向远离主气囊(1)的方向，此时补气气囊(27)内部真空，补气气囊(27)外部的空气通过第二补气逆止阀(29)进入补气气囊(27)中；因为磁场的周期性变化，第一磁场变为第二磁场，第二磁场使电磁铁(26)靠近补气气囊(27)的一端变为N极，另一端变为S极，电磁铁(26)靠近补气气囊(27)一端的N极与所述永磁铁(30)磁力相吸，电磁铁(26)将永磁铁(30)向靠近主气囊(1)的方向吸引，此时补气气囊(27)中的空气因为第二补气逆止阀(29)的限制只能从第一补气逆止阀(28)通入到主气囊(1)中向主气囊(1)补气，主气囊(1)中的气压达到逆止阀片(4)可承受达最大压力时，氮气冲出逆止阀片(4)进入副气囊(2)中向副气囊(2)补气；所述交流电源(24)频率为0.5Hz，第一磁场和第二磁场的一个周期变换即可完成一次补气循环，一次所述补气循环需要2s，如此反复作业即可达到对主气囊(1)和副气囊(2)的及时补气；当任一气压检测模块(5)采集的气压值不小于第二气囊压力阈值时，微控制器(13)控制交流电源开关(25)关闭，结束补气机构的工作；
步骤六、组合气囊机构的回收：
当巷道(22)需要取消临时密闭或巷道(22)内灾变已经受到控制或消失时，人工手动打开泄气阀(6)，使组合气囊机构快速泄气，拆下所述限位绳，完成对组合气囊机构的回收。
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