風(fēng)井防爆門自動(dòng)泄壓技術(shù)

潘榮錕，崔 棒，張學(xué)博，王 健

（1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作 454000；2.煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南焦作 454003）

煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐和必由之路[1]。近年來，隨著智能化技術(shù)裝備的迭代升級，智慧礦山建設(shè)已成為煤礦企業(yè)發(fā)展研究的重點(diǎn)。針對煤礦智能化及智慧礦山相關(guān)技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)探索。王國法等[2]從采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等多個(gè)方面系統(tǒng)分析了煤礦智能化存在的技術(shù)難題與關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)闡述了不同煤業(yè)集團(tuán)在煤礦智能化建設(shè)過程中取得的階段性創(chuàng)新成果；分析了我國不同煤層賦存條件實(shí)現(xiàn)智能化開采的技術(shù)路徑，提出了適用于不同煤層條件的4 種工作面智能化開采模式[3]；文獻(xiàn)［4－6］通過分析金屬礦山開采現(xiàn)狀及存在的技術(shù)難題，提出了基于新一代信息技術(shù)創(chuàng)新深部金屬礦山開采模式的技術(shù)路徑，以及提高深部金屬礦山智能化開采水平的戰(zhàn)略思路；在煤礦信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、技術(shù)協(xié)議、技術(shù)架構(gòu)、核心技術(shù)與裝備等方面，文獻(xiàn)［7－9］對智慧礦山建設(shè)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并提出了智慧礦山建設(shè)的技術(shù)架構(gòu)與管控平臺建設(shè)思路，促進(jìn)了我國智慧礦山建設(shè)的創(chuàng)新與發(fā)展。以往研究在智慧礦山開采方面取得了一定進(jìn)展。然而，煤礦智能化不僅僅體現(xiàn)在開采技術(shù)的智能化，煤礦防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)裝備的智能化同樣重要。

防爆門作為煤礦重要的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)裝備，是整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全閥，無論日常還是異常通風(fēng)狀態(tài)，其均起到保護(hù)主通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行、正常供風(fēng)的關(guān)鍵作用[10]。此外，作為保護(hù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要設(shè)施，防爆門不僅需要在礦井發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸時(shí)起到良好的泄壓作用，以此來保護(hù)風(fēng)機(jī)；而且在礦井進(jìn)行反風(fēng)操作的過程中，為了防止防爆井蓋沖開，出現(xiàn)氣流短路的狀況，需要進(jìn)行井蓋的鎖緊操作。目前國內(nèi)外學(xué)者對防爆門的相關(guān)研究多側(cè)重于它的結(jié)構(gòu)和性能，如：MENG Fanmao 等[11]采用碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）和增強(qiáng)片狀模塑料（SMC）材料，采用充模一次成型、熱模壓成型方法，制造全復(fù)合防護(hù)板，深入研究了輕質(zhì)防爆門結(jié)構(gòu)；WANG Chunyan 等[12]在研究提出一種NPR 防爆門，基于自適應(yīng)混合多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法（AHMOPSO）對新型防爆門進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)；Choi Y 等[13]通過Lagrangian 和Arbitrary Lagrangian Eulerian 法對防爆門在爆炸荷載作用下的性能進(jìn)行有限元分析，研究結(jié)果表明了防爆門在爆炸沖擊波作用下發(fā)生彎曲，并在其上形成橢圓形開口；安長河[14]利用有限元分析模型，分析了自復(fù)式防爆門在爆炸載荷作用下的應(yīng)力和應(yīng)變情況，研究結(jié)果表明防爆門在瓦斯爆炸時(shí)最大變形發(fā)生在防爆門門板中間部位；邱天等[15]利用FLUENT 模擬軟件對MFBL 型防爆門在快速開啟泄壓特性進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明防爆門開啟高度與時(shí)間呈二次多項(xiàng)式關(guān)系，開啟速度與時(shí)間呈一次多項(xiàng)式關(guān)系；LI Haitao 等[16]基于靜力分析和拓?fù)鋬?yōu)化對密封防爆門進(jìn)行了開發(fā)和優(yōu)化，并采用FEM-SPH 接觸算法對其在瓦斯爆炸荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明其得到的防爆門主要部件質(zhì)量比原防爆門輕27.4%，但沖擊性能沒有降低，與靜力分析相比，動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析得到的爆炸門的最大位移和應(yīng)力要大得多；ZHANG Boyi 等[17]通過建立地下隧道模型和避難室模型，檢驗(yàn)了煤礦移動(dòng)避難室的結(jié)構(gòu)安全性。對于防爆門鎖扣裝置方面，已先后提出了一些方案，如防爆門電（液）動(dòng)反風(fēng)裝置[18]及煤礦立風(fēng)井鎖扣裝置及方法[19]等。上述研究有利于防爆門結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)，但對于防爆門鎖扣裝置的研究尚未深入開展，從自動(dòng)化和安全角度考慮，現(xiàn)有的鎖扣裝置尚存在亟待解決的問題，如在反風(fēng)操作過程中需要大量的人力物力、自動(dòng)化程度較低、更換比較麻煩，且對防爆門的快速泄壓影響較大等。

為了解決防爆門開啟泄壓不及時(shí)和鎖扣裝置自動(dòng)化方面的不足，從力學(xué)的角度出發(fā)，對煤礦通風(fēng)機(jī)不同工作狀態(tài)下的防爆門所受到的力進(jìn)行詳細(xì)分析，在傳統(tǒng)鎖扣裝置的基礎(chǔ)上應(yīng)用新型電磁鎖扣技術(shù)，并進(jìn)一步提出防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)方案，提高防爆門的泄壓能力和自動(dòng)化操作程度。

1 不同時(shí)期下的防爆門受力分析

礦井通風(fēng)機(jī)在礦井通風(fēng)中起著重要作用，其不僅要能滿足礦井正常工作的需要，而且要在礦井需要進(jìn)行反風(fēng)時(shí)可改變風(fēng)流方向。風(fēng)機(jī)在不同工作狀態(tài)時(shí)，防爆門所受到的力也有所不同。因此，為了進(jìn)一步研究新型鎖扣技術(shù)的應(yīng)用，需對處于不同狀態(tài)下的防爆門進(jìn)行受力分析。

1.1 風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下的防爆門受力分析

進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)所選風(fēng)機(jī)和防爆門具體參數(shù)如下。風(fēng)機(jī)參數(shù)：型號AN-2660/1440，風(fēng)壓1 400～4 600 Pa。防爆門參數(shù)：第三代同步配重蓋式防爆門（CEDCW3），質(zhì)量為2 670 kg，防爆門直徑6 m，配重塊質(zhì)量m 的范圍是4 218.5～19 886.16 kg，連接防爆蓋的鋼絲繩與垂直方向的最小夾角βmin為10°，最大夾角βmax為20°；根據(jù)防爆門的各類參數(shù)以及物理學(xué)公式對處于不同工作狀態(tài)下的防爆門進(jìn)行受力分析。

礦井內(nèi)風(fēng)道示意圖如圖1。根據(jù)流體力學(xué)可知，流場中能量大處的流體必然流向能量低的位置。

通過分析在風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，礦井內(nèi)B 點(diǎn)處于負(fù)壓狀態(tài)，由于負(fù)壓作用，防爆門會受到向下的力。規(guī)定礦井通風(fēng)的設(shè)計(jì)負(fù)（正）壓不應(yīng)超過2 940 Pa[21]；在礦井設(shè)計(jì)的后期或風(fēng)量超過20 000 m3/min 時(shí)，可加大，但不宜超過3 920 Pa。此外，在新型同步配重式防爆蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)中[22]，摩擦力是防爆蓋能夠正常開啟必須考慮的因素，而摩擦力的大小受到材料、安裝情況等因素的影響。其中，正常開啟防爆門時(shí)摩擦系數(shù)應(yīng)滿足的條件為：

式中：fe為當(dāng)量摩擦系數(shù)；χ=m/M；m 為配重塊質(zhì)量，kg；M 為防爆門質(zhì)量，kg；βmax為與防爆蓋連接的鋼絲繩與垂直方向的最大夾角。

由已知的防爆門參數(shù)可計(jì)算出χ∈（1.58，7.45），且根據(jù)式（1）可得：

由計(jì)算結(jié)果可知，fe需滿足的條件為：fe≤0.2。故在配重設(shè)計(jì)過程中摩擦系數(shù)取0.2，在對防爆門受力分析時(shí)簡化防爆門模型和受力情況。由力學(xué)知識可知風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，防爆門受到自身重力、B 點(diǎn)負(fù)壓、配重拉力等。風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)防爆門受力情況如圖2。

根據(jù)圖2 的受力情況可計(jì)算出防爆門在此狀態(tài)下所受力的大?。篏 為26 166 N，f 為5 233 N，F(xiàn)N為83 084 N（重力加速度的值取9.8 N/m2，摩擦系數(shù)取0.2）。

若此時(shí)防爆門配重質(zhì)量僅與防爆門蓋重量相當(dāng)，即Fr=G=26 166 N。由于G+FN>>FT+f，這將會出現(xiàn)只有爆炸威力特別大時(shí)才會將防爆門打開的情況。

1.2 風(fēng)機(jī)反風(fēng)工作時(shí)的防爆門受力分析

生產(chǎn)礦井必須裝有完善的反風(fēng)設(shè)施。礦井反風(fēng)主要是為了井下發(fā)生瓦斯爆炸事故后防止災(zāi)害事故的擴(kuò)大和搶救人員的需要而采取的迅速倒轉(zhuǎn)風(fēng)流方向的措施。因此防爆門在礦井風(fēng)機(jī)在反風(fēng)工作時(shí)的受力情況與正常通風(fēng)時(shí)會有所不同，風(fēng)機(jī)反風(fēng)工作時(shí)防爆門受力情況如圖3。

由圖3 可以看出，與風(fēng)機(jī)在正常工作不同的是風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)由于其正壓的作用，防爆門所受的摩擦力方向向下。此時(shí)：FT+FP-f－G=77 851>0。

由上述計(jì)算結(jié)果可知若防爆門的質(zhì)量過輕，則在反風(fēng)過程中防爆門有被頂開從而出現(xiàn)漏風(fēng)的情況。為防止上述情況的發(fā)生，需在防爆門上添加反風(fēng)鎖扣。當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)，鎖緊防爆門，以免防爆門被頂開，造成氣流短路[23]。且反風(fēng)鎖扣所提供的力FL要滿足FL≥77 851 N，即滿足：FL+f+G>FT+FP，才能防止反風(fēng)過程中防爆門不被頂開而出現(xiàn)漏風(fēng)的情況。

2 防爆門智能化與自動(dòng)化泄壓設(shè)計(jì)

反風(fēng)鎖扣裝置如圖4。

現(xiàn)有的防爆門鎖扣裝置主要為電動(dòng)推桿鎖扣裝置、電（液）動(dòng)鎖扣等。然而這些鎖扣類型主要存在2方面問題：一是鎖扣密封效果不好，存在漏風(fēng)情況，這些鎖扣裝置在進(jìn)行鎖緊防爆門時(shí)難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝置同時(shí)受力均勻，以至于難以保證防爆門的完全密封狀態(tài)；二是鎖扣技術(shù)落后，嚴(yán)重浪費(fèi)人力物力。此類反風(fēng)鎖扣裝置通過扭動(dòng)幾個(gè)壓塊壓緊防爆門來進(jìn)行反風(fēng)操作。這種鎖扣裝置不僅需要手動(dòng)操作，而且由于裝置裸露在外部環(huán)境，裝置會由于雨水、風(fēng)吹等因素的影響造成裝置零件生銹，裝置零件更換和維修也比較麻煩。

現(xiàn)有的鎖扣裝置尚不足以滿足解決礦井反風(fēng)時(shí)及時(shí)鎖緊防爆門、自動(dòng)化操作、完全密封等重大現(xiàn)實(shí)需求，為了解決上述問題，采用一種新型鎖扣技術(shù)，新型電磁鎖扣裝置示意圖如圖5。

新型鎖扣采用電磁鎖扣，利用電磁鐵吸力的改變實(shí)現(xiàn)電信號控制的機(jī)械運(yùn)動(dòng)[24]；即在通電條件下產(chǎn)生磁力吸住防爆門，可進(jìn)行反風(fēng)操作；斷電磁力消失不再鎖緊防爆門，快速實(shí)現(xiàn)防爆門的開啟泄壓。新型電磁鎖扣可通過機(jī)房遠(yuǎn)程控制，避免了人工操作、惡劣天氣、夜晚照明等因素對整個(gè)操作的影響，在保證安全的前提下，大大提高了反風(fēng)效率，極大提升鎖扣自動(dòng)化操作程度。

為使防爆門能夠及時(shí)有效的開啟泄壓，基于新型電磁鎖扣技術(shù)提出防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)。首先將防爆門配重質(zhì)量增加到自然狀態(tài)下可以拉起防爆門，這種方式下為滿足防爆門在風(fēng)機(jī)正常工作及反風(fēng)時(shí)的工作要求，利用新型電磁鎖扣吸力緊鎖防爆門。為實(shí)現(xiàn)防爆門的及時(shí)泄壓，將鎖扣設(shè)備與傳感器等信號采集設(shè)備聯(lián)動(dòng)。當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)，傳感器及時(shí)將采集到的信號傳遞給電磁鎖扣進(jìn)行斷電，斷電后由于配重質(zhì)量遠(yuǎn)大于防爆門質(zhì)量，防爆門在配重的作用下開啟，即可實(shí)現(xiàn)在爆炸未傳播至防爆門之前實(shí)現(xiàn)防爆門的預(yù)先開啟動(dòng)作，并且由于配重質(zhì)量遠(yuǎn)大于防爆門質(zhì)量，因此無論爆炸威力多大，防爆門均可進(jìn)行快速開啟，避免了前面所述2 種情況的發(fā)生。此外可通過調(diào)節(jié)電磁鎖扣吸力來滿足風(fēng)機(jī)在正常工作和反風(fēng)工作下的吸力要求，與傳統(tǒng)鎖扣技術(shù)相比大量節(jié)省了人力、物力，極大程度上實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化程度。

通過利用新型電磁鎖扣技術(shù)以及防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)，將在很大程度上提高防爆門的智能化及自動(dòng)化，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦災(zāi)變通風(fēng)智能控制技術(shù)的發(fā)展。智能化煤礦風(fēng)井防爆門系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖6。

智能化煤礦風(fēng)井防爆門控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將以新型電磁鎖扣技術(shù)為基礎(chǔ)，融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、云計(jì)算等新技術(shù)，從井下危險(xiǎn)監(jiān)控、信息采集，數(shù)據(jù)的有線/無線傳輸，到地面信息處理、及時(shí)控制，多角度多方位深層次的提高了防爆門操作的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)煤礦智能化防爆門系統(tǒng)的高效融合運(yùn)行，解決了傳統(tǒng)防爆門在開啟泄壓不及時(shí)、自動(dòng)化程度低，人員操作繁瑣等方面的一系列問題。

3 防爆門自動(dòng)化泄壓技術(shù)理論

3.1 防爆門自動(dòng)泄壓技術(shù)電磁鎖扣吸力計(jì)算

由于在風(fēng)機(jī)不同工作狀態(tài)時(shí)防爆門受到的力也有所不同，因此需要計(jì)算在風(fēng)機(jī)不同工作狀態(tài)下所需電磁鎖扣的吸力。首先，風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)電磁鎖扣需要提供足夠吸力來保持防爆門的穩(wěn)定。風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下電磁鎖扣吸力情況如圖7。

由圖7 可知，G+FN+f=114 484 N。由此可知，當(dāng)電磁鎖扣提供的吸力、防爆門本身重力、摩擦力以及負(fù)壓狀態(tài)下的力等的合力大于防爆門配重拉力時(shí)，可維持防爆門的穩(wěn)定，即電磁鎖扣吸力FS需滿足：FS≥FT-G-FN-f=FT-114 484。

而配重的設(shè)置應(yīng)能平穩(wěn)拉起防爆門，即此時(shí)配重拉力FT至少應(yīng)滿足：FTmin>FN+G+f=114 484 N。

風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下電磁鎖扣吸力與配重拉力之間的函數(shù)關(guān)系如圖8。

從圖8 可以看出，電磁鎖扣吸力應(yīng)隨著配重質(zhì)量的變化而變化，且需滿足吸力的最小要求。從上述公式可以看出，當(dāng)配重拉力不大于114 484 N 時(shí)無需電磁鎖扣提供吸力來維持穩(wěn)定，而當(dāng)配重大于114 484 N 時(shí)則需要進(jìn)一步使用電磁鎖扣來保證防爆門在風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下的穩(wěn)定。而電磁鎖扣提供的吸力不僅要滿足風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下防爆門能保持穩(wěn)定，還要保證在反風(fēng)工作時(shí)防爆門的鎖緊狀態(tài)，因此，需進(jìn)一步分析風(fēng)機(jī)反風(fēng)工作時(shí)所需電磁鎖扣吸力的情況。風(fēng)機(jī)反風(fēng)工作下電磁鎖扣吸力情況如圖9。

由圖9 可知，在滿足風(fēng)機(jī)正常工作的基礎(chǔ)上，風(fēng)機(jī)進(jìn)行反風(fēng)時(shí)電磁鎖扣提供的吸力FS應(yīng)滿足：FS=FP+FT-G-f=166 169 N。即反風(fēng)時(shí)電磁鐵吸力FS要滿足：FS≥166 169 N。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，在防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)中電磁鎖扣至少要提供166 169 N 的吸力才能同時(shí)滿足在風(fēng)機(jī)正常工作和反風(fēng)工作時(shí)的要求。此外，防爆門不僅要能在發(fā)生爆炸時(shí)及時(shí)開啟泄壓，而且要盡量減少漏風(fēng)情況。為了讓防爆門受力均勻、密封性好，鎖扣在分布時(shí)要滿足中心對稱式分布，因此可采取水平（垂直）分布、正三角形分布以及其他正偶數(shù)多邊形分布的方式。鎖扣設(shè)置的分布形式以及鎖扣吸力要求見表1。

表1 鎖扣位置分布及吸力要求Table 1 Lock position distribution and suction requirements

3.2 防爆門自動(dòng)泄壓技術(shù)實(shí)施距離

在防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)中，配重質(zhì)量的大小影響著防爆門開啟的速度，開啟速度越快，防爆門泄壓越及時(shí)。而傳感器傳遞信號至電磁鎖扣斷電以進(jìn)行防爆門開啟動(dòng)作所需要的時(shí)間是能否及時(shí)實(shí)現(xiàn)防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)的重要影響因素。

高效的井下移動(dòng)通信系統(tǒng)對保障井下安全生產(chǎn)與提高生產(chǎn)效率具有重要意義[25]。信號在導(dǎo)線中的傳輸速度，并不是電子移動(dòng)的速度。在傳輸線中，有信號路徑和返回路徑，當(dāng)信號在傳輸線上傳輸，2 條導(dǎo)線上就會有電壓差，就有了電場，而電流產(chǎn)生磁場?？梢哉f，信號的傳輸速度是在傳輸線周圍電磁場建立后電磁波的傳輸速度，該速度接近于光速。

其中，光速為：

式中：v0為光速，m/s；ε0為真空介電常數(shù)，取8.854×10-12F/m；μ0為真空磁導(dǎo)率，取4π×10-7H/m。

由式（2）可推導(dǎo)電信號的傳播速度，即，電信號傳播速度[26]：

式中：v 為電信號傳播速度，m/s；εr為相對介電常數(shù)，固體介電常數(shù)一般都小于9，故εr取9；μr為相對磁導(dǎo)率，對于順磁質(zhì)μr＞1，對于抗磁質(zhì)μr＜1，但兩者的μr都與1 相差無幾，故μr在計(jì)算時(shí)取1。

計(jì)算可知信號的傳播速度大致為108m/s。而瓦斯爆炸后的氣體壓力是爆炸前氣體壓力的7～10倍，由于氣體壓力的驟然增加形成了很強(qiáng)的沖擊波，其傳播速度可達(dá)每秒幾百甚至上千米，一般來說，爆炸產(chǎn)生的沖擊波的傳播速度是聲速（340 m/s）的數(shù)量級，這個(gè)數(shù)值是不固定的，沖擊波具體的傳播速度受井下風(fēng)道結(jié)構(gòu)、障礙物以及爆炸濃度等因素的影響，在聲速的1～10 倍之間，即340～3 400 m/s范圍內(nèi)。因此在計(jì)算過程中需要根據(jù)爆炸沖擊波最大的傳播速度來確定安全的距離[27]。

根據(jù)前面計(jì)算可知，當(dāng)配重達(dá)到114 484 N 時(shí)防爆門受力達(dá)到平衡狀態(tài)。隨著配重的增加，防爆門將獲得向上運(yùn)動(dòng)的力，配重的質(zhì)量越大，防爆門受到的拉力F 也就越大。由物理學(xué)公式可以得到防爆門配重m 與防爆門開啟加速度a 之間的關(guān)系以及爆炸沖擊波傳遞防爆門處與防爆門開啟高度h 之間的關(guān)系。其中，防爆門初始速度v0為0，即：

配重與防爆門速度vt、加速度a 以及開啟高度h之間的函數(shù)關(guān)系如圖10。配重產(chǎn)生的拉力FT與開啟高度h 隨時(shí)間t 的變化關(guān)系如圖11。

FT為：

傳感器在接收到信號、將信號傳遞給電磁鎖扣及電磁鎖扣接收到信號進(jìn)行斷電這個(gè)過程都存在延遲處理時(shí)間，延遲時(shí)間受不同因素的影響而有所不同。傳感器接收和處理信號的時(shí)間嚴(yán)重影響著防爆門泄壓效果，若出現(xiàn)爆炸沖擊波傳播到防爆門時(shí)而傳感器還未將信號傳遞給電磁鎖扣進(jìn)行斷電的情況將會大大增加爆炸帶來的危害。通過分析配重與防爆門開啟加速度之間的關(guān)系以及爆炸沖擊波的傳播速度等物理關(guān)系，可計(jì)算出信號傳遞至鎖扣斷電時(shí)爆炸傳播的最大距離，即：

式中：Lmax為鎖扣斷電時(shí)爆炸傳播的最大距離，m；λ 為防爆門的安全系數(shù)，可參考壓力容器的安全系數(shù)制定，根據(jù)壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)，安全系數(shù)最低為1.6[28]；t1為從發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸開始到傳感器檢測到爆炸信號經(jīng)歷的時(shí)間，s；t2為傳感器將信號進(jìn)行處理并發(fā)射出去經(jīng)歷的時(shí)間，s；t3為信號發(fā)射到傳遞至電磁鎖扣裝置經(jīng)歷的時(shí)間，s；t4為鎖扣裝置接收信號到自動(dòng)斷電經(jīng)歷的時(shí)間，s。

由上述公式可以看出，在防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)方案中，傳感器等設(shè)備能否及時(shí)檢測到爆炸信號、傳感器能否及時(shí)處理和傳遞信號以及鎖扣裝置能否及時(shí)快速斷電等嚴(yán)重影響防爆門預(yù)先開啟泄壓時(shí)爆炸的傳播距離。若防爆門開啟泄壓時(shí)爆炸的傳播距離小于爆炸位置與防爆門之間的距離，防爆門自動(dòng)泄壓方案即可有效實(shí)施。由式（6）可大致計(jì)算出防爆門自動(dòng)泄壓方案有效實(shí)施時(shí)爆炸位置與防爆門之間的最短距離。其中，高性能傳感器的響應(yīng)和處理時(shí)間在20 ms 范圍內(nèi)[29]，由此可計(jì)算出信號傳遞至鎖扣位置時(shí)經(jīng)歷了3.26 μs。此時(shí)，Lmax≈326 m。也就是說當(dāng)爆炸發(fā)生的位置與防爆門之間的距離L 大于326 m 時(shí)可利用智能化防爆門系統(tǒng)平臺對電磁鎖扣進(jìn)行及時(shí)斷電，實(shí)現(xiàn)爆炸沖擊波未傳播至防爆門之前的防爆門預(yù)先開啟動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)防爆門及時(shí)開啟泄壓，大大降低爆炸造成的傷害。

4 結(jié) 語

1）在風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)可能出現(xiàn)只有較大爆炸威力時(shí)防爆才能打開泄壓；若防爆門的質(zhì)量過輕，在風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)可能出現(xiàn)防爆門被頂開漏風(fēng)的情況。

2）在防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)配重達(dá)到114 484 N 時(shí)；電磁鎖扣至少需要提供166 169 N 的吸力才可同時(shí)滿足防爆門在不同狀態(tài)下的穩(wěn)定。且在配重質(zhì)量允許范圍內(nèi)，電磁鎖扣的吸力應(yīng)隨著配重的變化而變化。

3）防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)有效實(shí)施的前提為爆炸位置和防爆門之間的距離L 滿足：L>Lmax=3 400×λ（t1+t2+t3+t4）；并通過理論計(jì)算得出防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)有效實(shí)施時(shí)爆炸位置與防爆門間的安全距離為326 m。

4）傳感器對信息接收和傳遞速度以及電磁鎖扣的斷電速度大大影響著防爆門自動(dòng)泄壓設(shè)計(jì)的有效實(shí)施。因此，今后研究需要解決的問題是考慮新方法、新手段、新技術(shù)來更快或者提前采集到瓦斯爆炸的信號，進(jìn)一步提高傳感器等信息傳輸設(shè)備的速度，以此來提高防爆門泄壓的響應(yīng)時(shí)間。