一種采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)及噴灑方法
【專利摘要】一種采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)及噴灑方法，屬于煤礦井下自燃災(zāi)害防治【技術(shù)領(lǐng)域】。系統(tǒng)包括阻化泵站及輸?shù)苈?；?chǔ)液箱與阻化泵的輸入端相連，第一阻化泵的輸出端經(jīng)第一過濾器與霧化器的輸入端相連，霧化器的輸出端與三通的第一端口相連，三通的第二端口與輸?shù)苈废噙B，在三通的第三端口上設(shè)置有第一壓力表；第二阻化泵的輸出端經(jīng)第二過濾器后分別與設(shè)置在液壓支架后部的噴頭相連；在第一過濾器與霧化器之間的管路上設(shè)置有第一高壓球閥，在第二過濾器與噴頭之間的管路上設(shè)置有第二壓力表和第二高壓球閥，在輸?shù)苈飞显O(shè)置有第三壓力表。方法：以高壓氮?dú)鉃檩d體送入霧化阻化劑與工作面支架后部多點(diǎn)自動(dòng)噴灑相結(jié)合的方式。
【專利說明】一種采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)及噴灑方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦井下自燃災(zāi)害防治【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種采空區(qū)阻化劑高效 噴灑系統(tǒng)及噴灑方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭的自然發(fā)火現(xiàn)象是煤礦開采最主要的威脅之一。在我國重點(diǎn)煤礦中，大約有 50%的礦井存在煤炭自然發(fā)火危險(xiǎn)，礦井火災(zāi)總次數(shù)的94%為煤炭自然發(fā)火，其中采空區(qū) 煤炭自然發(fā)火約占60%。煤炭自然發(fā)火已經(jīng)造成約42億噸優(yōu)質(zhì)煤炭的損失，目前仍以每 年3000萬噸的損失量增加。同時(shí)，采空區(qū)煤炭自燃容易產(chǎn)生許多有毒有害氣體，這些氣體 隨著風(fēng)流擴(kuò)散進(jìn)入工作面或巷道中，經(jīng)常造成煤礦工作人員中毒甚至死亡。
[0003] 國外一些國家如日本、美國、原蘇聯(lián)等在60年代開始使用阻化劑進(jìn)行采空區(qū)防滅 火，其作用機(jī)理是：（1)增加煤在低溫時(shí)的化學(xué)惰性，或提高煤氧化的活能；（2)形成液膜包 圍煤塊和煤的表面裂隙面；(3)充填煤柱內(nèi)部裂隙；(4)增加煤體的蓄水能力；（5)水分蒸 發(fā)吸熱降溫。實(shí)質(zhì)是降低煤在低溫時(shí)的氧化速度，延長(zhǎng)煤的自然發(fā)火期。我國目前采用阻 化率和阻化壽命作為衡量阻化劑的兩個(gè)重要指標(biāo)。阻化壽命即阻化劑噴灑至煤體表面后， 從開始生效至失效所經(jīng)過的時(shí)間；阻化壽命時(shí)間內(nèi)阻化率越大，說明阻化劑對(duì)煤氧化的阻 止作用越大。目前煤礦最常用的阻化劑多為：氯化鎂、氯化鈣、氯化銨等無機(jī)鹽類阻化劑。
[0004] 傳統(tǒng)的礦井阻化劑噴灑方法：表面噴灑、用鉆孔向煤體壓注以及利用專用設(shè)備向 采空區(qū)送入霧化阻化劑等。向采空區(qū)內(nèi)噴灑阻化劑時(shí)，多采用表面噴灑或送入霧化阻化劑。 進(jìn)行表面噴灑，一般由井下作業(yè)人員手持噴槍或在液壓支架后部安裝噴頭，每當(dāng)工作面推 進(jìn)一段距離，向采空區(qū)噴灑阻化劑。表面噴灑僅限為液壓支架后部幾米范圍內(nèi)，無法向采空 區(qū)深部遺煤提供二次噴灑以提高其阻化壽命，當(dāng)工作面推進(jìn)速度較慢時(shí)，容易使采空區(qū)深 部遺煤?jiǎn)适ё杌Ч?，造成自燃隱患。而利用專用設(shè)備向采空區(qū)送入霧化阻化劑時(shí)，霧化阻 化劑雖然可隨漏風(fēng)向采空區(qū)深入一段距離，但漏風(fēng)風(fēng)壓較小，阻化劑進(jìn)入采空區(qū)深部存在 困難。由上述分析可知：傳統(tǒng)的阻化劑噴灑方法，可在一定程度上起到阻化效果，但仍存在 一些問題有待改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有礦井阻化劑噴灑工藝存在的問題，本發(fā)明提供一種采空區(qū)阻化劑高效噴 灑系統(tǒng)及噴灑方法。其采用以高壓氮?dú)鉃檩d體送入霧化阻化劑與工作面支架后部多點(diǎn)自動(dòng) 噴灑相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)支架后部采空區(qū)遺煤全面高效噴灑及深部采空區(qū)遺煤二次噴灑， 并達(dá)到阻化、惰化多重效果。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)， 包括設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷靠近下隅角處的第一阻化泵站、設(shè)置在回風(fēng)巷靠近上隅角處的第二阻化 泵站及設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷的輸?shù)苈?；第一阻化泵站由第一?chǔ)液箱、第一阻化泵、第一過濾器及 第一高壓球閥組成，第一儲(chǔ)液箱與第一阻化泵的輸入端相連通，第一阻化泵的輸出端經(jīng)第 一過濾器與霧化器的輸入端相連通，霧化器的輸出端與三通的第一端口相連通，三通的第 二端口與輸?shù)苈废噙B通，在三通的第三端口上設(shè)置有第一壓力表；第二阻化泵站由第二 儲(chǔ)液箱、第二阻化泵、第二過濾器及第二高壓球閥組成，第二儲(chǔ)液箱與第二阻化泵的輸入端 相連通，第二阻化泵的輸出端經(jīng)第二過濾器后分別與設(shè)置在液壓支架后部的噴頭相連通； 在第一過濾器與霧化器之間的管路上設(shè)置有第一高壓球閥，在第二過濾器與噴頭之間的管 路上設(shè)置有第二壓力表和第二高壓球閥，在輸?shù)苈飞显O(shè)置有第三壓力表。
[0007] 所述三通的第二端口氣霧阻化劑的輸送方向與輸?shù)苈返牡獨(dú)獾妮斔头较蛑g 的夾角小于30°。
[0008] 所述輸?shù)苈返墓苈丰尫趴诎聪蛏?5°傾角高于底板1?2m設(shè)置，并在管路釋放 口打Im花眼。
[0009] 所述第一阻化泵站和第二阻化泵站均安裝在平板軌道車上。
[0010] 所述第一阻化泵站的各元件通過第一高壓膠管相連接，所述第二阻化泵站的各元 件通過第二高壓膠管相連接，第二高壓膠管與設(shè)置在液壓支架上的工作面高壓膠管相連 通，工作面高壓膠管通過支膠管與噴頭相連通。
[0011] 采用所述的采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)的噴灑方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟一：開啟采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)之前，先確定采煤工作面每推進(jìn)一個(gè)循 環(huán)第一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用量以及輸?shù)苈废虿煽諈^(qū)注氮流量；
[0013] 步驟二：向第二儲(chǔ)液箱內(nèi)添加阻化劑與水，充分?jǐn)嚢韬?，開啟第二阻化泵站和第二 高壓球閥，攪勻后的阻化劑與水經(jīng)第二阻化泵加壓及第二過濾器過濾后，通過液壓支架后 部的噴頭向采空區(qū)自動(dòng)噴灑；采煤工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)，進(jìn)行一次阻化劑噴灑；
[0014] 步驟三：通過輸?shù)苈废虿煽諈^(qū)內(nèi)注氮，并測(cè)試輸?shù)苈穬?nèi)氮?dú)鈮毫Γ幌虻谝粌?chǔ) 液箱內(nèi)添加阻化劑與水，充分?jǐn)嚢韬?，開啟第一阻化泵站和第一高壓球閥，調(diào)整第一阻化泵 壓力，使霧化后的阻化劑壓力與輸?shù)苈穬?nèi)氮?dú)鈮毫ο嗤混F化后的阻化劑進(jìn)入輸?shù)苈罚?以氮?dú)鉃檩d體，向采空區(qū)深部飄散。
[0015] 步驟一中所述的采煤工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)第一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用 量，由下式確定：
[0016] V = KrLShA
[0017] 式中：V-采煤工作面全長(zhǎng)噴灑阻化劑用量，t ;
[0018] K-易自燃部位阻化劑溶液噴灑富裕系數(shù)；
[0019] r-采空區(qū)遺煤容重，t/m3 ;
[0020] L-工作面全長(zhǎng)，m ;
[0021] S--次噴灑寬度，m;
[0022] h_遺煤厚度，m;
[0023] A-遺煤吸阻化劑量，t/t煤。
[0024] 步驟一中所述的輸?shù)苈废虿煽諈^(qū)注氮流量，由下式確定：
【權(quán)利要求】
1. 一種采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)，其特征在于包括設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷靠近下隅角處的第 一阻化泵站、設(shè)置在回風(fēng)巷靠近上隅角處的第二阻化泵站及設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷的輸?shù)苈罚坏?一阻化泵站由第一儲(chǔ)液箱、第一阻化泵、第一過濾器及第一高壓球閥組成，第一儲(chǔ)液箱與第 一阻化泵的輸入端相連通，第一阻化泵的輸出端經(jīng)第一過濾器與霧化器的輸入端相連通， 霧化器的輸出端與三通的第一端口相連通，三通的第二端口與輸?shù)苈废噙B通，在三通的 第三端口上設(shè)置有第一壓力表；第二阻化泵站由第二儲(chǔ)液箱、第二阻化泵、第二過濾器及第 二高壓球閥組成，第二儲(chǔ)液箱與第二阻化泵的輸入端相連通，第二阻化泵的輸出端經(jīng)第二 過濾器后分別與設(shè)置在液壓支架后部的噴頭相連通；在第一過濾器與霧化器之間的管路上 設(shè)置有第一高壓球閥，在第二過濾器與噴頭之間的管路上設(shè)置有第二壓力表和第二高壓球 閥，在輸?shù)苈飞显O(shè)置有第三壓力表。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)，其特征在于所述三通的第二端 口氣霧阻化劑的輸送方向與輸?shù)苈返牡獨(dú)獾妮斔头较蛑g的夾角小于30°。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)，其特征在于所述輸?shù)苈返墓?路釋放口按向上45°傾角高于底板1?2m設(shè)置，并在管路釋放口打Im花眼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)，其特征在于所述第一阻化泵站 和第二阻化泵站均安裝在平板軌道車上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)，其特征在于所述第一阻化泵 站的各元件通過第一高壓膠管相連接，所述第二阻化泵站的各元件通過第二高壓膠管相連 接，第二高壓膠管與設(shè)置在液壓支架上的工作面高壓膠管相連通，工作面高壓膠管通過支 膠管與噴頭相連通。
6. 采用權(quán)利要求1所述的采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)的噴灑方法，其特征在于，包括 如下步驟： 步驟一：開啟采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)之前，先確定采煤工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)第 一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用量以及輸?shù)苈废虿煽諈^(qū)注氮流量； 步驟二：向第二儲(chǔ)液箱內(nèi)添加阻化劑與水，充分?jǐn)嚢韬?，開啟第二阻化泵站和第二高壓 球閥，攪勻后的阻化劑與水經(jīng)第二阻化泵加壓及第二過濾器過濾后，通過液壓支架后部的 噴頭向采空區(qū)自動(dòng)噴灑；采煤工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)，進(jìn)行一次阻化劑噴灑； 步驟三：通過輸?shù)苈废虿煽諈^(qū)內(nèi)注氮，并測(cè)試輸?shù)苈穬?nèi)氮?dú)鈮毫?；向第一?chǔ)液箱 內(nèi)添加阻化劑與水，充分?jǐn)嚢韬?，開啟第一阻化泵站和第一高壓球閥，調(diào)整第一阻化泵壓 力，使霧化后的阻化劑壓力與輸?shù)苈穬?nèi)氮?dú)鈮毫ο嗤?；霧化后的阻化劑進(jìn)入輸?shù)苈罚?氮?dú)鉃檩d體，向采空區(qū)深部飄散。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)的噴灑方法，其特征在于步 驟一中所述的采煤工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)第一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用量，由下式確 定： V = KrLShA 式中：V-采煤工作面全長(zhǎng)噴灑阻化劑用量，t ; K-易自燃部位阻化劑溶液噴灑富裕系數(shù)； r-采空區(qū)遺煤容重，t/m3 ; L-工作面全長(zhǎng)，m ; S--次噴灑寬度，m; h_遺煤厚度，m ; A-遺煤吸阻化劑量，t/t煤。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)的噴灑方法，其特征在于步 驟一中所述的輸?shù)苈废虿煽諈^(qū)注氮流量，由下式確定：
式中：QN-注氮流量，m3/h ; Q〇-采空區(qū)氧化帶漏風(fēng)量，m3/min ; C1-采空區(qū)氧化帶內(nèi)平均氧濃度，％; C2-采空區(qū)惰化防火指標(biāo)，％; Cn-注入采空區(qū)中的氮?dú)饧兌龋? k_備用系數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用采空區(qū)阻化劑高效噴灑系統(tǒng)的噴灑方法，其特征在于沿 下隅角向采空區(qū)埋設(shè)一條輸?shù)Ч?，所述輸?shù)Ч芘c輸?shù)苈废噙B通，當(dāng)輸?shù)Ч艿墓苈?釋放口隨工作面推進(jìn)至采空區(qū)氧化帶后，開始注氮?dú)夂蜌忪F阻化劑，同時(shí)埋設(shè)第二條輸?shù)?支管，當(dāng)?shù)诙l輸?shù)Ч艿墓苈丰尫趴谕七M(jìn)至采空區(qū)氧化帶后，斷開第一條輸?shù)Ч?，使?二條輸?shù)Ч芘c輸?shù)苈废噙B通，以此類推，直至工作面開采結(jié)束。
【文檔編號(hào)】E21F5/00GK104329109SQ201410436895
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】張勛, 鄧存寶, 王繼仁, 金智新, 王雪峰, 戴鳳威, 高飛 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)