一种复合功能型充气挡风装置材料
技术领域
本发明涉及充气挡风新型功能材料技术领域，尤其涉及一种复合功能型充气挡风装置材料。
背景技术
随着社会经济的发展和收入水平的提高，人们对于工作的要求已经从过去纯粹经济收入考量，逐步转变到对安全生产和作业环境舒适度综合考虑的阶段。而煤矿的井下环境恶劣、复杂。同时湿度大，气体中的浮游杂质如煤尘等含量较高，同时存在着大量的腐蚀性气体如CO2、NO、NO2、SO2等，因此，采用良好的矿井通风设施是保证矿区安全和舒适生产的必备条件。以美澳等发达国家为例，现在还在开采的煤矿普遍矿道截面大、通风良好，具有优良的避险避灾性能。
矿井通风设施按其作用不同主要分为风门、风墙、风桥、调节风窗等，其目的是控制井下风流的方向，使其按规定路线流动，保证采掘工作面及其它用风地点的有效风量，防止采空区和旧巷中的有害气体涌到矿井风流中，以保证矿井安全。
传统煤矿，对于矿井通风设施一般采用砖石垒砌进行构筑，施工时间长，工作量大，拆除时易产生较多建筑垃圾，构筑物拆除后大部分不能复用。使用中一旦发生变形，更换和修复难度较大，投资大、复用率低。同时功能单一，不能适应现代化生产的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种复合功能型充气挡风材料与装置。
本发明完整的技术方案包括：
一种复合功能型充气挡风装置材料，所述充气挡风装置包括气室，气室包括位于其前后方的挡风布，所述挡风布材料包括基体层和基体层表面通过热压复合形成的阻燃耐磨层，该阻燃耐磨层的组分至少包括：线性低密度聚乙烯80～100份、DOPO衍生物40～45份，Al(OH)320～30份，马来酸酐接枝高密度聚乙烯共聚物10份，碳粉12～15份，Al2O3粉15～20份；
所述基体层为聚乙烯纤维布，基体层和阻燃耐磨层之间设有用以防割防刺，且利于收卷的强化结构层，所述强化结构层包括纵向的可卷折的高弹性金属条和横向的PVC包塑钢丝，可以将挡风布进行卷折，以利于收纳运输；
所述充气挡风装置的具体结构为：包括挡风门和气室，挡风门构成整个挡风装置的外部框架，由结构性材料制成，气室包括位于其前面和后面的挡风布，以及位于侧面的连接布，所述挡风布和连接布连接构成气室结构；挡风布外部设有用于充放气的气嘴；所述气室内包括多根密排的聚氯乙烯细纤维丝，该聚氯乙烯细纤维丝连接在气室内壁上，用以对充气时使气室的外形基本保持在所期望的形状。
挡风门的高度约为气室高度的一半。
其中位于上方的连接布为扇形结构，适宜于矿道顶板不平整的表面。
挡风门的两侧分别支撑有加强充气板。
挡风门上设置有人孔。
所述挡风布中间带有通道，挡风门设于其前方。
挡风门通过牵拉环与矿道墙壁连接。
本发明相对于现有技术的优点为：本发明充气式挡风装置克服了传统通风设施的缺点，产品主要用于矿山井下风流调节、矿道密闭，实现了多功能的复合，通过挡风布的结构设计，以及多层组分的设计选择，提高了耐磨性和阻燃性。使整个装置具有耐磨、阻燃、防割、防刺等功能。提高了挡风效果和使用寿命，同时特殊情况下，也可作为隔离墙，用于隔离火灾现场，防止事故扩大。
附图说明
图1为本发明公开的一种复合功能型充气挡风装置结构图。
图2为图1另一角度视图。
图3为气室结构图。
图4a为气室内部结构示意图，图4b为气室内部实物图。
图5为强化结构层示意图。
图6为挡风布纵向截面图。
图7为复合功能型充气挡风装置安装示意图。
图8为加强结构示意图。
图9为带人孔的复合功能型充气挡风装置示意图。
图10为另一实施方式的充气挡风装置示意图。
图11为图10中的挡风门示意图。
图中：1-矿井矿道，2-挡风门，3-气室，4-气嘴，5-挡风布，6-连接布，7-气室内壁，8-聚氯乙烯细纤维丝，9-高弹性金属条；10-PVC包塑钢丝；11-加强充气板，12-人孔，13-牵拉环，14-推拉吊杆，15-推拉门，16-加强隔板。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。
本发明所公开的复合功能型充气挡风材料与装置，是为了适应煤矿井下作业的特点，对复杂环境下各种可能出现的问题进行防范，并能够良好的完成矿山井下作业的风流调节和矿道密闭工作，在特殊情况下，也可作为隔离墙，用于隔离火灾现场，防止事故扩大等作用。
下面对本发明所公开的一种复合功能型充气挡风装置的结构进行示意性说明。
如图1-3所示，本发明公开的复合功能型充气挡风装置，置于矿井的矿道1内，包括挡风门2和气室3，挡风门2构成整个挡风装置的外部框架，可由结构性材料制成，挡风门的高度约为气室3高度的一半。气室包括位于其前面和后面的挡风布5，以及位于侧面的连接布6。所述挡风布5和连接布6连接构成气室结构。挡风布外部设有用于充放气的气嘴4。其中位于上方的连接布6为扇形结构，适宜于矿道顶板不平整的表面。
位于气室3前面和后面的挡风布5的形状与矿道的截面形状相适应，为一种板式充气布。可以设计为全遮挡的，也可以设计成中间带有通道的结构。挡风布5包括基体层和基体层表面通过热压复合形成的阻燃耐磨层，中间可热压复合有防刺防割的强化结构层。该基体层由厚300聚乙烯纤维布制作，充气压力70-120千帕，抗风压0.2千牛/每平方米，在实际测试中发现，对于不同厚度的纤维布，提高到300毫米以上时，其绝热系数和抗风压的差别很小，因此为节约成本，一般采用厚300的聚乙烯纤维布制作基体层。连接布同样由厚300的聚乙烯纤维布制作，充气压力70-120千帕，抗风压0.2千牛/每平方米。
在表面阻燃耐磨层的材料选择上，由于其主要面对矿道，因此在聚乙烯材料基础上，增加了耐磨组分和阻燃剂，使其能够适应井下复杂环境中的运输、拖曳，提高了耐磨性和使用寿命。并在发生意外时能够起到一定的阻燃作用，提高安全性。该阻燃耐磨层的其组分包括：线性低密度聚乙烯80～100份、DOPO衍生物40～45份，Al(OH)320～30份，马来酸酐接枝高密度聚乙烯共聚物10份，碳粉12～15份，Al2O3粉15～20份。以上材料组分的选择，在传统聚乙烯的基础上，协同有机阻燃和无机阻燃的作用，加入了DOPO衍生物和Al(OH)3两种组分的无卤阻燃剂，在井下环境发生火灾时，能够隔离火灾现场，经过设计组分，充分发挥Al(OH)3分解反应阻燃的效果，降低了成本，同时无卤无烟、无有毒气体产生，提高了井下工人的人身安全性。同时加入了耐磨组分Al2O3粉，使其弥散分布在表面层，提高了耐磨性和使用寿命。该挡风布的加工方法采用将原料共混，在双螺杆机中挤出造粒，再水冷切粒得复合材料颗粒；通过双螺杆熔融纺丝机制备纤维线，然后制成阻燃耐磨层材料。随后与强化结构层和基体层热压复合得到。
该挡风布的主要性能如表1所示
表1挡风布性能
同时在使用过程中发现，由于气室的挡风布和连接部为非刚性结构，在充气后往往形状发生一定的变化，使气室的挡风效果降低，因此为提高井下挡风装置的安全性，在本发明一种优选方式中，该气室结构内部包括多根密排的细纤维丝8，如图4所示，该细纤维丝8连接在气室内壁7上，该细丝材质为聚氯乙烯，用以对充气时，使对气室形成一定的固定和限位作用，使气室的外形基本保持在一种期望的形状，以提高挡风效果。
同时考虑到井下操作的复杂性，在本发明还有一种优选的实施方式，其中面向风一侧的挡风布中，内侧设有用以防割防刺，且利于收卷的强化结构层。如图5-6所示，包括纵向的可卷折的高弹性金属条9和横向的PVC包塑钢丝10，在遇到外力刮擦时，可以防止挡风布被划伤。可以将挡风布进行卷折，以利于收纳运输。
按照不同使用用途，采用2个实施例对本发明公开的挡风装置进行进一步说明：
实施例1用作临时密闭墙用的挡风装置
(1)安装前准备，如图7所示，在矩形矿道截面上，两侧对称的立壁上开出深300毫米，宽290毫米的槽口；在矿道的地板上连接立面的槽口向下开出深200毫米，宽290毫米的槽口。误差正负10毫米。将附在槽口表面的尖锐物品、石块等清除掉，保证开槽的表面平整，或者用水泥抹平。开槽矿道的对角线误差不大于正负30毫米。与槽口连接的矿道上平面的高度不小于要求高度。
将挡风装置在矿道地面上预先铺好展开，由气嘴进行充气，气体穿过细纤维丝进入气室，待充气量达到60％左右时，在地布上立起挡风门2，用地布托着挡风门2放入矿道的开槽中，上下对正后将挡风门充气到70—120kPa。充足气后，观察挡风装置的气密效果，如果有漏气检查漏气的位置。挡风门2安装到位后，将挡风布密封固定在主体墙上顶，以保证挡风效果。这种挡风装置的形式是镶嵌到矿道开的槽口中，可以抵御比较大的风压。
上述开槽方式与本发明挡风装置的结构相适应，由于挡风装置的上部设置成扇形结构，所以在开槽时，将矿道的侧面和底面进行开槽，使充气后的气室能够嵌入到侧面和底面的槽中，对挡风效果有保证。而对于上方，则采用扇形结构的连接布，使得上连接布对矿道顶板不平整的表面有一定的充气膨胀余量，保证了挡风的效果，从而无需在上方矿道开槽，极大提高了井下作业的安全性。同时为保证挡风的效果，对扇形部弧长与半径比值与充气气压的关系进行了计算与实际验证，得到在不用条件下的充气压力关系如下：P＝70+620*(0.43-S)，式中P为充气压力，单位为kPa，S为扇形段的弧长与半径比值，其取值范围为0.35～0.43，620为单位换算系数。可以看出在较大的气室压力条件下，宜采用更为平缓的扇形结构，反之则适当增加扇形段的弧度角度。以提高上部的挡风效果。
对于面积比较大的充气挡风装置，还可以对挡风门的前后两侧进行加固处理，如图8所示，在挡风门的两侧分别支撑加强充气板11，这种充气板由纤维布制作，用连接扣与挡风门连接，充气后将加强底部用地脚栓固定在地面上，可以有效的保证大面积挡风门的稳定性。
另外，在一些实施方式中，还可以在挡风门上设置一个人孔12，如图9所示，工作人员通过人孔可以到对面进行作业，通过后，人孔可以用纤维布制作的充气堵塞进行充气封闭。
实施例2代替风门用的挡风装置
如图10-11所示，在本实施方式中，气室的挡风布3设计成中间带有通道的结构。挡风门2设于其前方。挡风门2的前后面的上边缘和左右侧边缘都设置有若干个牵拉环13。安装时，将挡风门竖起来后，将挡风布四周固定在井壁上。完成前后两面挡风布与矿道墙壁的固定连接之后，用拉带一端连接牵拉环13，拉带的另一端与矿道墙壁上的锚杆拉紧连接，使得挡风门牢固的竖立在矿道之中，有效的抵御风压的作用。挡风门2上通过推拉吊杆14设有推拉门15，方便到隔壁活动，推拉门两侧安装有加强隔板16。
由于地压作用，有些矿道随着深入，截面逐渐缩小，高度和宽度减小，这种充气挡风装置尤其适合，可以在一定范围内适应矿道截面的变化。在条件允许时，该结构挡风装置也可在矿道开槽进行安装，方法同实施例1，效果更佳。
以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。
