可调节两相阻化细水雾喷洒装置的制作方法

本实用新型涉及一种喷头，具体是一种可调节两相阻化细水雾喷洒装置，属于煤矿采空区自燃防治领域。

背景技术：

随着我国东部及部分中部地区进入深地开采，高地温矿井越来越普遍，高地温矿井具有较高的地温梯度(＞3℃/100m)，煤体蓄热条件较好，其综放工作面顶煤放出率往往小于80％，且遗煤堆积高度一般大于0.4m，综放工作面上下端头因为悬顶问题漏风严重，使得采空区遗煤处于高氧环境。若高地温矿井的综放工作面推进速度较慢，遗煤暴露时间大于煤层自燃发火期，采空区遗煤有自燃隐患，一旦综放工作面采空区发生火灾，会影响矿井正常生产甚至造成人身伤害。

针对高地温矿井的综放工作面采空区遗煤自燃问题，目前的解决思路主要有以下两种：①切断采空区遗煤的高氧供应，使得氧浓度尽可能小于15％；②延长煤体自燃发火期，以减小煤的氧化速度和氧化生热。

对于思路②，主要是通过物理或化学方法减小煤的氧化速度，主要的方式包括将浆体、惰气或阻化剂等“喷”或“注”入采空区，如关于采空区注惰气，专利CN201610291025.0、CN201610845053.2等对采空区注氮系统进行了介绍；关于采空区喷阻化剂，专利CN201810338742.3一种矿用气雾阻化剂喷洒方法，专利CN201710181047.6介绍了一种防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法及系统。

上述思路②的解决方案中，喷洒的采用细水雾喷头结构复杂、制作装配工程量大，且喷雾无法自由调节、雾化效果难以真正发挥该项技术的优势。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单、制作装配工程量小，能够根据需要自由调节喷雾以达到较好的雾化效果，能够减小煤的氧化速度，可以对采空区遗煤自燃起到防治作用的可调节两相阻化细水雾喷洒装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可调节两相阻化细水雾喷洒装置，包括阻化细水雾喷头，阻化细水雾喷头包括喷出部件，所述喷出部件内沿其长度方向贯通设有一液路通道，所述喷出部件内部环绕液路通道设有多个气路通道，每个气路通道的一端与液路通道连通，另一端连通至喷出部件表面与各气路通道对应设置的气动接头，所述气动接头通过气路软管向外连接至一注气泵，且液路通道的后端通过一液路胶管连接至阻化水储罐，液路胶管上设有注液泵。

优选的，为了方便固定安装，所述喷出部件配合卡接在一喷头底座上，所述喷头底座上下表面贯通设有通孔，所述通孔与液路通道连通，所述喷头底座底部设有空心螺栓，所述空心螺栓配合旋入一内螺纹套管的一端，内螺纹套管的另一端连接液路胶管的一端，液路胶管的另一端通过注液泵连接至阻化水储罐。使用时可将内螺纹套管固定在采空区中设置的固定支架上，由于喷头底座通过空心螺栓紧固在内螺纹套管上，可以保证固定稳固，不会受矿井下地质环境的影响。

安装过程中喷头底座底部的空心螺栓旋转过程中会带动喷出部件一起旋转，此时气动接头连接的气路软管会跟随缠绕在喷出部件上影响正常运行，因此可在喷出部件底部与底表面平行设一圆形卡盘，所述圆形卡盘安装在喷头底座表面的限位长槽中，两块封板分别从两端插入限位长槽中并配合顶住圆形卡盘的周向边缘，可用螺钉穿过封板侧边的螺纹孔Ⅰ和喷头底座侧边的螺纹孔Ⅱ将封板固定在限位长槽一端，通过这样的设置喷出部件可相对喷头底座旋转，不会因喷头底座安装过程中的旋转导致气路软管发生缠绕。

更优选的，上述圆形卡盘环绕周向边缘设有滚珠，当旋转喷头底座时，限位长槽相对圆形卡盘转动，滚珠可减小圆形卡盘与封板之间的摩擦力，使调整过程更顺滑。

优选的，所述喷出部件包括沿喷出方向同轴设置的喷出体和喷出腔，所述喷出体为圆柱形，所述喷出腔包括筒形腔体壁板和从一侧封住筒形腔体壁板的封底板，所述喷出体沿喷出腔中轴线方向配合坐设在喷出腔内的封底板上，且喷出体露出喷出腔的一端环绕周向设有连接凸缘，环绕喷出体端面周向均布的多个紧固螺栓穿过连接凸缘并旋入喷出腔的筒形腔体壁板的端面将喷出体与喷出腔固定在一起；所述喷出体露出喷出腔的一端设有一气液混合室，所述气液混合室表面设有喷出孔，液路通道包括沿喷出方向设在喷出体内的第一液路和贯通设在封底板上的第二液路，第一液路和第二液路连通。喷出部件由分体的多个部件组成，方便组装和维护，如果出现堵塞等故障可以快速拆卸并针对性更换某一部件，不需要整体更换、节约了成本；方便了对喷出部件的清洗；且各个部件可单独加工，降低了整体制造的难度。气液混合室可对气液进行充分混合，经过气液混合室混合后经喷出孔可向端面采空区的遗煤上喷出所需雾径的细水雾。

更优选的，所述第一液路朝向封底板的一端与第二液路通过螺纹配合在一起，且第一液路与第二液路相接的部位设有密封垫圈。通过螺纹配合连接更紧密，由于密封垫圈有一定的厚度，在紧固后紧固螺栓可以提供预紧力保证气体或液体不会泄漏到喷出体与喷出腔之间的部位。

进一步的，所述筒形腔体壁板环绕其内壁设有一圈定位环槽，所述定位环槽与筒形腔体壁板端面之间的筒形腔体壁板的内壁表面设有若干定位竖槽，所述定位竖槽与定位环槽连通，且所述喷出体周向表面与定位竖槽位置对应设有若干定位块。安装时定位块分别对准定位竖槽，定位块顺着定位竖槽进入定位环槽中从而使喷出体沿喷出腔中轴线方向配合坐设在喷出腔内的封底板上，再旋转喷出体使定位块在定位环槽中移动从而将喷出体与喷出腔连接固定在一起。

优选的，所述多个气路通道环绕液路通道分布设置，且各气路通道与液路通道之间的夹角不等。

操作时，可将阻化细水雾喷头安装在采空区，并使阻化细水雾喷头的喷出方向朝向采空区的遗煤，根据所需的气体压力设置需要使用的气路通道数量，将对应的气动接头接到注气泵上，通过注气泵向气路通道中注气，同时打开注液泵将阻化水储罐中的阻化水注入液路通道，此时气体和液体在液路通道中汇合并从阻化细水雾喷头的前端喷出阻化水雾，由于阻化细水雾喷头的喷出方向朝向采空区的遗煤，喷出的阻化水雾汽会直接与遗煤接触并减小煤的氧化速度和氧化生热，延长煤体的自燃发火期，从而降低采空区遗煤自燃隐患。

本实用新型和其他专利相比具有下列有益效果：

①本实用新型的两相阻化细水雾喷头结构和操作简单，不仅可以喷气、水两相的阻化水，底部可旋转的结构方便安装气路、避免气路软管的缠绕，各个部件可拆卸，若阻化水中的氯化物堵塞通道也方便拆卸清洗。

②通过选用不同数量和角度的气路通道可以设置气体压力，从而得到所需要的最优雾化效果，向采空区遗煤喷洒的阻化水雾汽减小了煤的氧化速度和氧化生热，延长了煤体的自燃发火期，降低了采空区遗煤自燃隐患，避免了综放工作面采空区火灾的发生以及对人身的伤害，保证了矿井的正常生产。并且多条气路的设计在科研上为研究气路水路单角度或多角度同时作用对于细水雾雾径的影响提供了方便。

附图说明

图1是本实用新型的阻化细水雾喷头内部结构图；

图2是本实用新型中的喷头底座的结构示意图；

图3是本实用新型中的封板的结构示意图；

图4是本实用新型中的喷出腔结构示意图；

图5是本实用新型中的喷出体结构示意图；

图6是图1的A向视图；

图7是喷出体内部布置不同角度的气路通道的说明图；

图8是阻化细水雾喷头的外部连接示意图；

图9是本实用新型与高度自适应防漏风气囊配合安装到采空区端头遗煤附近的具体示意图；

图10是高度自适应防漏风气囊的结构示意图；

图11是图10中最底层的折叠气囊体的结构图；

图中，1.顶板，2.底板，21.固定桩，3.遗煤，11.阻化水储罐，12.注液泵，13.液路胶管，14.压力传感器，

100.阻化细水雾喷头，101.液路通道，101a.第一液路，101b.第二液路，101c.密封垫圈，102.气路通道，102-1.气动接头，102-2.气路软管，103.圆形卡盘，104.滚珠，

110.喷出体，111.连接凸缘，112.紧固螺栓，113.定位块，

120.喷出腔，121.筒形腔体壁板，121-1.定位环槽，121-2.定位竖槽，122.封底板，

130.喷头底座，130-1.螺纹孔Ⅱ，131.空心螺栓，132.限位长槽，133.封板，133-1.螺纹孔Ⅰ，

140.气液混合室，141.喷出孔，

200.高度自适应防漏风气囊，201.插件，202.触顶海绵，203.触顶感应膜片，210.折叠气囊体，211.充气孔，212.内螺纹套管，213.压力感应膜片，220.自破裂弹性膜，230.注气管线，240.单向阀，250.注气泵，260.卸压阀，270.控制单元，280.控制台，300.单体支柱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图8所示，一种可调节两相阻化细水雾喷洒装置，包括阻化细水雾喷头100，阻化细水雾喷头100包括喷出部件，所述喷出部件内沿其长度方向贯通设有一液路通道101，所述喷出部件内部环绕液路通道101设有多个气路通道102，每个气路通道102的一端与液路通道101连通，另一端连通至喷出部件表面与各气路通道102对应设置的气动接头102-1，所述气动接头102-1通过气路软管102-2向外连接至一注气泵250，且液路通道101的后端通过一液路胶管13连接至阻化水储罐11，液路胶管13上设有注液泵12。

操作时，可将阻化细水雾喷头100安装在采空区，并使阻化细水雾喷头100的喷出方向朝向采空区的遗煤3，根据所需的气体压力设置需要使用的气路通道102数量，将对应的气动接头102-1接到注气泵250上，通过注气泵250向气路通道102中注气，同时打开注液泵12将阻化水储罐11中的阻化水注入液路通道101，此时气体和液体在液路通道101中汇合并从阻化细水雾喷头100的前端喷出阻化水雾，由于阻化细水雾喷头100的喷出方向朝向采空区的遗煤3，喷出的阻化水雾汽会直接与遗煤3接触并减小煤的氧化速度和氧化生热，延长煤体的自燃发火期，从而降低采空区遗煤自燃隐患。

优选的，为了方便固定安装，所述喷出部件配合卡接在一喷头底座130上，所述喷头底座130上下表面贯通设有通孔，所述通孔与液路通道101连通，所述喷头底座130底部设有空心螺栓131，所述空心螺栓131配合旋入一内螺纹套管212的一端，内螺纹套管212的另一端连接液路胶管13的一端，液路胶管13的另一端通过注液泵12连接至阻化水储罐11。使用时可将内螺纹套管212固定在采空区中设置的固定支架上，由于喷头底座130通过空心螺栓131紧固在内螺纹套管212上，可以保证固定稳固，不会受矿井下地质环境的影响。

安装过程中喷头底座130底部的空心螺栓131旋转过程中会带动喷出部件一起旋转，此时气动接头102-1连接的气路软管102-2会跟随缠绕在喷出部件上影响正常运行，因此可在喷出部件底部与底表面平行设一圆形卡盘103，所述圆形卡盘103安装在喷头底座130表面的限位长槽132中，两块封板133分别从两端插入限位长槽132中并配合顶住圆形卡盘103的周向边缘，可用螺钉穿过封板133侧边的螺纹孔Ⅰ133-1和喷头底座130侧边的螺纹孔Ⅱ130-1将封板133固定在限位长槽132一端，通过这样的设置喷出部件可相对喷头底座130旋转，不会因喷头底座130安装过程中的旋转导致气路软管102-2发生缠绕。

更优选的，上述圆形卡盘103环绕周向边缘设有滚珠104，当旋转喷头底座130时，限位长槽132相对圆形卡盘103转动，滚珠104可减小圆形卡盘103与封板133之间的摩擦力，使调整过程更顺滑。

优选的，所述喷出部件包括沿喷出方向同轴设置的喷出体110和喷出腔120，所述喷出体110为圆柱形，所述喷出腔120包括筒形腔体壁板121和从一侧封住筒形腔体壁板121的封底板122，所述喷出体110沿喷出腔120中轴线方向配合坐设在喷出腔120内的封底板122上，且喷出体110露出喷出腔120的一端环绕周向设有连接凸缘111，环绕喷出体110端面周向均布的多个紧固螺栓112穿过连接凸缘111并旋入喷出腔120的筒形腔体壁板121的端面将喷出体110与喷出腔120固定在一起；所述喷出体110露出喷出腔120的一端设有一气液混合室140，所述气液混合室140表面设有喷出孔141，液路通道101包括沿喷出方向设在喷出体110内的第一液路101a和贯通设在封底板122上的第二液路101b，第一液路101a和第二液路101b连通。喷出部件由分体的多个部件组成，方便组装和维护，如果出现堵塞等故障可以快速拆卸并针对性更换某一部件，不需要整体更换、节约了成本；方便了对喷出部件的清洗；且各个部件可单独加工，降低了整体制造的难度。气液混合室140可对气液进行充分混合，经过气液混合室140混合后经喷出孔141可向端面采空区的遗煤3上喷出所需雾径的细水雾。

更优选的，所述第一液路101a朝向封底板122的一端与第二液路101b通过螺纹配合在一起，且第一液路101a与第二液路101b相接的部位设有密封垫圈101c。通过螺纹配合连接更紧密，由于密封垫圈101c有一定的厚度，在紧固后紧固螺栓112可以提供预紧力保证气体或液体不会泄漏到喷出体110与喷出腔120之间的部位。

进一步的，所述筒形腔体壁板121环绕其内壁设有一圈定位环槽121-1，所述定位环槽121-1与筒形腔体壁板121端面之间的筒形腔体壁板121的内壁表面设有若干定位竖槽121-2，所述定位竖槽121-2与定位环槽121-1连通，且所述喷出体110周向表面与定位竖槽121-2位置对应设有若干定位块113。安装时定位块113分别对准定位竖槽121-2，定位块113顺着定位竖槽121-2进入定位环槽121-1中从而使喷出体110沿喷出腔120中轴线方向配合坐设在喷出腔120内的封底板122上，再旋转喷出体110使定位块113在定位环槽121-1中移动从而将喷出体110与喷出腔120连接固定在一起。

优选的，所述多个气路通道102环绕液路通道101分布设置，且各气路通道102与液路通道101之间的夹角不等。如图7所示，可以分别保证气路通道102与液路通道101之间的夹角α为30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°，各气动接头102-1设在垂直于喷出部件中轴线的同一个平面内，各气路通道102与液路通道101的连接点在液路通道101的同一横截面上。上述设置可以保证注入气体的起点在垂直于喷出部件中轴线的同一平面上，气体与液体的混合位置在液路通道101上的同一位置点，有利于研究不同气路通道102角度与气体压力以及喷出细水雾流速之间的关系。

本实用新型的液路胶管13上可设有压力传感器14，可以实时监测注入水的压力。

下面以一个实际的实施例说明本实用新型的工作过程。如图9所示，在高地温巷道综放工作面采空区可设如图10和11所示的高度自适应防漏风气囊200，高度自适应防漏风气囊200底部通过插件201与底板2表面的固定桩21配合插接在一起从而将高度自适应防漏风气囊200固定在底板2上，在高度自适应防漏风气囊200前后各打一排单体支柱300，在高度自适应防漏风气囊200的中部侧面设置内螺纹套管212，将本实用新型的喷出部件安装在内螺纹套管212的一端，内螺纹套管212的另一端通过液路胶管13、注液泵12连接至阻化水储罐11。上述高度自适应防漏风气囊200包括上下层叠布置的多个折叠气囊体210，且相邻的折叠气囊体210之间设有自破裂弹性膜220，最底层的折叠气囊体210表面设有充气孔211，所述充气孔211通过注气管线230与注气泵250连接，注气管线230上设有单向阀240。

操作时，打开注气泵250向高度自适应防漏风气囊200中充气，自破裂弹性膜220本质是各折叠气囊体210之间较薄弱的部分，当下一层的折叠气囊体210中充气压力达到P1(P0＜P1＜P2，P0为每层折叠气囊体内自然状态下的气压，P2是折叠气囊体的最大耐压)自破裂弹性膜220会破裂，气体进入上一层折叠气囊体(210)，充气过程继续进行对上一层折叠气囊体210充气；按照上述方式依次充气从而使各层折叠气囊体210从下至上充满气体直至高度自适应防漏风气囊200的顶部表面与顶板1接触。根据所需的气体压力设置需要使用的气路通道102数量，将对应的气动接头102-1接到注气泵250上，通过注气泵250向气路通道102中注气，同时打开注液泵12将阻化水储罐11中的阻化水注入液路通道101，此时气体和液体在液路通道101中汇合，经过气液混合室140混合后经喷出孔141向端面采空区的遗煤3内喷出所需雾径的细水雾。实际操作时可根据需要调整喷出方向。随着工作面的推进，在两巷内每隔一段距离设置固定桩21，撤掉单体支柱300，高度自适应防漏风气囊200放气后，在下一个地点安装气囊和单体支柱300，重复上述充气和喷雾的步骤即可。

上述的整体方案中，高度自适应防漏风气囊200可以在综放工作面采空区上下端头堵漏风、解决综放面采空区端面漏风问题，切断了采空区遗煤的高氧供应，使得氧浓度尽可能小于15％，高度自适应防漏风气囊通过设计的自破裂弹性膜220等结构，使气囊高度可以适应性调节，气囊折叠结构更简单方便、易携带；通过配套设计的阻化细水雾喷头100向采空区遗煤喷洒阻化水雾汽，减小了煤的氧化速度和氧化生热，延长了煤体的自燃发火期，降低了采空区遗煤自燃隐患，避免了综放工作面采空区火灾的发生以及对人身的伤害，保证了矿井的正常生产。上述阻化水储罐11内部的液体为由一定配比的阻化剂和水配制成的阻化水，其中阻化剂一般选用氯化物或水玻璃等，阻化水喷洒到煤体上后可以减小煤的氧化速度和氧化生热。

在上述实施案例中，如图10所示，最上层的折叠气囊体210表面可铺设一层触顶海绵202。触顶海绵202的作用有两个，一是保护气囊顶层，二是充分填充气囊顶表面和顶板1之间的空隙。

作为高度自适应防漏风气囊200的优选设计，每个折叠气囊体210内部设有压力感应膜片213，所述压力感应膜片213分别电连接至高度自适应防漏风气囊200外部的控制单元270，所述控制单元270的输出端连接至控制台280，所述控制台280上设有显示仪。所述的压力感应膜片213可以反馈每层折叠气囊体210的内部压力，压力信号通过控制单元270传入控制台280上的显示仪内，显示仪绿灯亮表示压力状态正常，显示仪红灯亮表示气囊压力状态异常。其显示机理为：当所有压力感应膜片213反馈压力为P0或P3(P3为每层折叠气囊体在充气条件下的标准压力)时，说明折叠气囊体210压力正常，当有压力感应膜片213反馈压力最终显示为其他值时，说明折叠气囊体210有漏气或其他异常的状态，显示仪显示红灯。

进一步的，最上层的折叠气囊体210顶部设有触顶感应膜片203，所述触顶感应膜片203与控制单元270电连接，控制单元270的另一个输出端连接至注气泵250。当最上层的折叠气囊体210触顶后，触顶感应膜片203能将压力信号反馈到控制单元270，控制单元270检测到压力大于预设值、控制注气泵250停止注气，当触顶压力没达到设定值时，充气过程持续，这个设计使得气囊具有高度的自适应性，应对矿井复杂的顶煤工况条件。

进一步的，所述充气孔211与单向阀240之间的注气管线230上设有一卸压阀260，所述卸压阀260与控制单元270电连接。高度自适应防漏风气囊200充气完成正常使用时，当压力感应膜片213、触顶感应膜片203实时检测到折叠气囊体210内的压力过载或高度自适应防漏风气囊200顶部触顶时，控制单元270接收到信号，并控制卸压阀260打开卸压，保证气囊充气后高度与顶板1平齐。