封闭式井下救生环境控制系统

1.一种封闭式井下救生环境控制系统，其特征在于，包括人工换气单元及环境气体净化单元；
所述人工换气单元包括伸缩式工作气囊（301）及伸缩顶推机构（401）；所述伸缩式工作气囊（301）的底部与伸缩顶推机构（401）的工作端相接，以实现伸缩式工作气囊（301）的垂直伸缩；
所述伸缩式工作气囊（301）的端部设有换气吸气口（601）及换气排气口（701）；在所述换气吸气口（601）及换气排气口（701）处依次设有单向阀；所述伸缩式工作气囊（301）的换气排气口（701）与舱体进气管（12）相通；
所述环境气体净化单元包括净化罐（801）；所述净化罐（801）的吸气端口（1001）与舱体吸气管（9）相通，其排气端口（1101）与伸缩式工作气囊（301）的换气吸气口（601）相通。
2.根据权利要求1所述的封闭式井下救生环境控制系统，其特征在于：所述伸缩顶推机构（401）包括凸轮（4011）、中轴（4012）及驱动机构（4013）；所述驱动机构（4013）的工作端与中轴（4012）的端部相接；所述凸轮（4011）与中轴固定套接；所述凸轮（4011）的工作端与伸缩式工作气囊（301）的底部工作端滑动相接。
3.根据权利要求2所述的封闭式井下救生环境控制系统，其特征在于：还设有辅助伸缩式工作气囊（302）及辅助净化罐（802）；在所述中轴（4012）上固定套接辅助凸轮（4021）；
所述辅助凸轮（4021）的工作端与辅助伸缩式工作气囊（302）的底部工作端滑动相接；所述辅助伸缩式工作气囊（302）的端部设有辅助换气吸气口（602）及辅助换气排气口（702）；在所述辅助换气吸气口（602）及辅助换气排气口（702）处依次设有单向阀；所述辅助伸缩式工作气囊（302）的辅助换气排气口（702）与舱体进气管（12）相通；所述辅助净化罐（802）的吸气端口（1001）与舱体吸气管（9）相通，其辅助排气端口（1102）与辅助伸缩式工作气囊（302）的辅助换气吸气口（602）相通。
4.根据权利要求3所述的封闭式井下救生环境控制系统，其特征在于：在所述凸轮（4011）的两个工作面上对称设有椭圆形凹槽；配接于伸缩式工作气囊（301）底部工作端上的轴承（28）与所述椭圆形凹槽滑动相接。

封闭式井下救生环境控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明属地下采矿业避难救生设备领域，尤其涉及一种封闭式井下救生环境控制系统。\n背景技术\n[0002] 矿用应急避难舱是一种用于井下紧急避险等待救援的自救逃生装置。应急避难舱放置于采掘工作面附近，当煤矿井下突发瓦斯突出、煤突出、坍塌或火灾等事故，在矿井通道堵塞或动力电源断电时井下遇险人员不能立即升井逃生脱险的紧急情况下，可快速进入避难舱内等待救援。\n[0003] 由于上述事故存在破坏力大、事故原因复杂和易引起继发性事故等特点，矿难发生后外界无法及时展开救援。而井下由于事故所带来的中毒、窒息、溺水等构成了“头号杀手”，绝大多数人员伤亡都是由于遇险矿工不能及时找到安全的避难场所造成的。因此将遇险矿工由“被动待援”转化为“主动自救与外部救援相结合”，在矿山井下作业面放置具备抗压、防毒、隔热并能提供必要生存条件的矿用应急避难舱成为必然。\n[0004] 目前，国内尚无容纳多人，连续供氧72小时以上，舱体内待救人员无需佩戴面罩，生存环境良好且安全可靠的专用矿井避难环境控制系统。\n发明内容\n[0005] 本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种操作简单，安全可靠，舱体内待救人员无需佩戴面罩，生存环境良好，在发生矿难时能有效隔绝矿难发生区域的外部环境的封闭式井下救生环境控制系统。\n[0006] 为达到上述目的，本发明是这样实现的：一种封闭式井下救生环境控制系统，它包括人工换气单元及环境气体净化单元；所述人工换气单元包括伸缩式工作气囊及伸缩顶推机构；所述伸缩式工作气囊的底部与伸缩顶推机构的工作端相接，以实现伸缩式工作气囊的垂直伸缩；所述伸缩式工作气囊的端部设有换气吸气口及换气排气口；在所述换气吸气口及换气排气口处依次设有单向阀；所述伸缩式工作气囊的换气排气口与舱体进气管相通；所述环境气体净化单元包括净化罐；所述净化罐的吸气端口与舱体吸气管相通，其排气端口与伸缩式工作气囊的换气吸气口相通。\n[0007] 作为一种优选方案，本发明所述伸缩顶推机构包括凸轮、中轴及驱动机构；所述驱动机构的工作端与中轴的端部相接；所述凸轮与中轴固定套接；所述凸轮的工作端与伸缩式工作气囊的底部工作端滑动相接。\n[0008] 作为另一种优选方案，本发明还设有辅助伸缩式工作气囊及辅助净化罐；在所述中轴上固定套接辅助凸轮；所述辅助凸轮的工作端与辅助伸缩式工作气囊的底部工作端滑动相接；所述辅助伸缩式工作气囊的端部设有辅助换气吸气口及辅助换气排气口；在所述辅助换气吸气口及辅助换气排气口处依次设有单向阀；所述辅助伸缩式工作气囊的辅助换气排气口与舱体进气管相通；所述辅助净化罐的吸气端口与舱体吸气管相通，其辅助排气端口与辅助伸缩式工作气囊的辅助换气吸气口相通。\n[0009] 进一步地，本发明在所述凸轮的两个工作面上对称设有椭圆形凹槽；配接于伸缩式工作气囊底部工作端上的轴承与所述椭圆形凹槽滑动相接。\n[0010] 本发明操作简单，安全可靠，舱体内待救人员无需佩戴面罩，生存环境良好，在发生矿难时能有效隔绝矿难发生区域的外部环境。本发明在正常情况下可集成于避难系统的设备舱空间内，一旦发生紧急情况，可迅速开启设备舱舱门，同时滞留舱被自动撑起，整个系统瞬间即可进入工作状态。本发明环境控制系统通过人工换气单元，在未设置制冷模式情况下，舱内气体经环境气体净化单元实现舱体循环净化；在设置制冷模式情况下，舱内气体经环境气体净化单元及热交换系统完成舱体循环净化及温度控制。整个施救过程中，舱内人员无需佩戴面罩，有效地降低了系统的操作难度。\n附图说明\n[0011] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。\n[0012] 图1为本发明封闭式井下救生环境控制系统整体结构示意图。\n[0013] 图2为本发明环境气体净化单元俯视图。\n[0014] 图3为本发明人工换气单元中伸缩式工作气囊结构示意图。\n[0015] 图中， 301、伸缩式工作气囊；401、伸缩顶推机构；4011、凸轮；4012、中轴；4013、驱动机构；601、换气吸气口；701、换气排气口；801、净化罐；9、舱体吸气管；1001、吸气端口；1101、排气端口；302、辅助伸缩式工作气囊；802、辅助净化罐；4021、辅助凸轮；602、辅助换气吸气口；702、辅助换气排气口；12、舱体进气管；1102、辅助排气端口；25、单向阀；\n26、气体分配管；27、吸气支管；28、轴承。\n具体实施方式\n[0016] 如图所示，封闭式井下救生环境控制系统，它包括人工换气单元及环境气体净化单元。\n[0017] 参见图1，本发明所述人工换气单元包括伸缩式工作气囊301及伸缩顶推机构\n401；所述伸缩式工作气囊301的底部与伸缩顶推机构401的工作端相接，以实现伸缩式工作气囊301的垂直伸缩。\n[0018] 所述伸缩式工作气囊301的端部设有换气吸气口601及换气排气口701；在所述换气吸气口601及换气排气口701处依次设有单向阀25；所述伸缩式工作气囊301的换气排气口701与舱体进气管12相通；过滤后的舱内气体经舱体进气管12送回舱体内。\n[0019] 参见图1，本发明所述环境气体净化单元包括净化罐801；所述净化罐801的吸气端口1001与舱体吸气管9相通，其排气端口1101与伸缩式工作气囊301的换气吸气口601相通。来自舱内的待过滤气体经净化罐801过滤后从伸缩式工作气囊301中的换气吸气口\n601进入伸缩式工作气囊301腔体内，伸缩式工作气囊301在收缩过程中，将过滤后的气体通过舱体进气管12重新送回到舱体内。\n[0020] 本发明还设有辅助伸缩式工作气囊302及辅助净化罐802；在所述中轴4012上固定套接辅助凸轮4021；所述辅助凸轮4021的工作端与辅助伸缩式工作气囊302的底部工作端滑动相接；所述辅助伸缩式工作气囊302的端部设有辅助换气吸气口602及辅助换气排气口702；在所述辅助换气吸气口602及辅助换气排气口702处依次设有单向阀；所述辅助伸缩式工作气囊302的辅助换气排气口702与舱体进气管12相通；所述辅助净化罐802的吸气端口1001与舱体吸气管9相通，其辅助排气端口1102与辅助伸缩式工作气囊302的辅助换气吸气口602相通。\n[0021] 参见图1及图2，本发明环境气体净化单元可采用过滤组合单元，其可包括8个并联的净化罐。净化罐的上部端口通过吸气支管27与气体分配管26相通；所述气体分配管\n26与舱体吸气管9相通。舱体吸气管9采集舱内气体，经气体分配管26分配至吸气支管\n27，最后进入过滤组合单元中的8个净化罐进行净化过滤处理。与上述8个并联的净化罐相对应，本发明可设有4个伸缩式工作气囊，4个伸缩式工作气囊交替作用，从而完成两组4个净化罐并行工作的目的。\n[0022] 本发明所述伸缩式工作气囊的换气排气口分别与舱体进气管12相通；伸缩式工作气囊的换气吸气口依次分别与8个并联的净化罐的排气端口相通。伸缩式工作气囊在收缩过程中，将过滤后的气体一并通过舱体进气管12重新送回到舱体内。\n[0023] 参见图1及图3，本发明所述伸缩顶推机构401包括凸轮4011、中轴4012及驱动机构4013；所述驱动机构4013的工作端与中轴4012的端部相接；所述凸轮4011与中轴固定套接；所述凸轮4011的工作端与伸缩式工作气囊301的底部工作端滑动相接。在具体装配时，在伸缩式工作气囊301的底部工作端经轴承28与凸轮4011上的椭圆形滑道滑动配接。这样，当凸轮4011转动时，配接于伸缩式工作气囊301底部的轴承28即可沿凸轮4011上的椭圆形滑道带动伸缩式工作气囊301进行往复式伸缩。驱动机构4013采用拉杆式转动结构，当然，也可采用手摇式结构。操作人员在推拉作业时，将弧线运动转换成中轴4012的圆周运动，从而实现对伸缩式工作气囊301的动力驱动。\n[0024] 本发明在所述凸轮4011的两个工作面上对称设有椭圆形凹槽；配接于伸缩式工作气囊301底部工作端上的轴承28与所述椭圆形凹槽滑动相接。\n[0025] 本发明使用时，现场避难人员开启启动开关使避难舱中的滞留舱在自身储存能量的作用下逐渐展开，同时可伸缩底板拉开。液压拉伸机构顶推边柱至合适位置；开启设备舱舱门，避难人员随即进入舱体，启动气动负压过滤系统，负压舱体吸气管送入的气体在滤材层的作用下从滤出气体出口排出。这样，舱内CO浓度于20分钟内，即可由400ppm降到\n24ppm。\n[0026] 人工推动伸缩式工作气囊，在系统未设置制冷模式状态下，工作气囊扩张时进行吸气作业，此时，舱内吸气管9从舱内采集舱内气体，经空气分配管26及吸气支管27进入过滤组合单元（净化罐801、802），进行过滤；工作气囊收缩时，进行排气作业，此时，工作气囊换气吸气口601的单向阀关闭，工作气囊换气排气口701的单向阀打开，工作气囊在外力的作用下将过滤后的舱内气体经舱体进气管12推回舱内。\n[0027] 在系统设置制冷模式状态下，工作气囊扩张时进行吸气作业，此时，舱内吸气管\n9从舱内采集舱内气体，经空气分配管26及吸气支管27进入过滤组合单元（净化罐801、\n802），进行过滤，工作气囊收缩时，进行排气作业，此时，工作气囊换气吸气口601的单向阀关闭，工作气囊换气排气口701的单向阀打开，工作气囊在外力的作用下将过滤后的舱内气体经舱体进气管12推入冰介质储藏箱内进行热交换。经过冷却的气体经空气流量计进入舱室，从而完成一次循环。冰介质储藏箱采用空压机制冷模式，冰介质储藏箱内，于热交换盘管外，充满冰介质，为便于盘管内除湿，可在盘管的底管下设置漏斗状除湿器。\n[0028] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。