专利名称：一种煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，尤其适用于煤田空洞区及松散区的煤火的快速灭火降温。
背景技术：
煤炭是我国经济发展的主要能源之一，在一次能源生产和消费结构中占70%左右。我国煤炭资源主要分布在西北和华北地区，其中新疆、内蒙、山西、陕西、宁夏、甘肃等六省区探明煤炭储量约占全国80%左右。然而在这些区域目前存在大量的煤田火区，如新疆目前煤田火区面积达992万m2，宁夏现有煤田火区394. 56万m2等。煤田火不仅烧毁大量的煤炭资源，同时还间接造成数十倍的呆滞资源不能开采。此外，煤田火还造成土壤沙化、 植被死亡、地面塌陷，大量CO、CO2等有毒有害气体排入大气中,严重破坏环境。煤田火区的治理已受到社会的广泛关注。目前煤田火区的治理主要采取通过地表或钻孔向火区灌注水、浆来灭火降温。该方法能有效的消除煤田火区中与水浆接触的高温区，但由于煤田火的高温区多分布于煤岩的空洞和松散区域，这些区域空间大、空隙多、煤岩破碎、裂隙结构丰富，且多与先前煤层开采后产生的采空区沟通；注入的水浆会很快沿着高温区内固定的煤岩裂隙通道流向低洼处或与之联通的采空区，使得水浆在煤田火煤岩空洞及松散区的治理过程中与火区的接触面有限，不能对火区中的煤岩空洞和松散区域的高温区(特别是对这些区域的中上部高温区)形成有效覆盖，造成大量的水浆起不到吸热降温的作用而白白流失、治理效率低。此外，煤田火区与一般的井下煤炭自燃相比燃烧面积大、分布范围广，治理过程中施工治理钻孔多，需要经常变换灌注孔和治理区域，而常规的注水、注浆的防灭火装置及其输送系统多为固定的焊接铁管法兰连接，拆卸安装复杂、费时费力；加之，我国煤田火多分布于山区和人烟稀少的野外，这些区域电极不方便；这些都制约了煤田火区的快速有效治理。为减少煤田火区治理过程中水浆的流失，将治理用水雾化或发泡，分别在煤火空洞区的高温区注入细水雾，在松散区灌注泡沫，利用雾化后细水雾的强扩散特性和发泡后泡沫的高堆积特性，可大幅增加水浆与煤岩高温区的接触面，充分利用水的吸热降温优势，来提高煤田火区的治理效率，将会是一种有效的治理方法。但是目前细水雾与泡沫在煤田火区治理中还未开展应用，更没有配套的治理系统。
发明内容技术问题本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种结构简单、拆卸安装容易、省时省力、效果好的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统。技术方案本实用新型的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，包括进水管、比例混合器、储液罐、泡沫发生器、细水雾发生器、地面钻孔用灭火介质灌注装置和空压机，所述比例混合器的入口管路上设有进水管调节阀和I压力表，比例混合器与储液罐连接的吸液管上设有I止回阀；所述进水管调节阀的进口管与比例混合器的出口管上设有旁通管，旁通管上设有调节阀；比例混合器与旁通管的出口管与泡沫发生器和细水雾发生器的进口管连接，泡沫发生器和细水雾发生器并联，泡沫发生器的进液管路上设有I闸阀和II压力表，泡沫发生器的进气口管路与细水雾发生器的进气口管路相连，相连的管路上经进气管与空压机连接；泡沫发生器的进气口管路上依次设有II止回阀、IV压力表和I气体控制阀，泡沫发生器的出口管路上设有III闸阀；细水雾发生器的进液口管路上设有II闸阀和III压力表，细水雾发生器的进气口管路上依次设有III止回阀、V压力表和II气体控制阀，细水雾发生器的出口管路上设有IV闸阀；泡沫发生器和细水雾发生器的出口汇合通过柔性耐高压软管连接有分流器，分流器的进口处设有观察孔，观察孔上设有球阀，分流器的出口管路上设有与地面钻孔用灭火介质灌注装置相连的柔性耐高压软管，柔性耐高压软管上依次设有V闸阀、安全泄压阀和VI压力表。所述的分流器为进口小出口大的扇形弧面空腔结构，扇形弧面上布有2-6个出口 ；所述的空压机为通过胶轮运输方式运输的柴油空压机；所述的柔性耐高压软管上设有快速接头或连接卡箍。有益效果本实用新型的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，适用于煤 田火区煤岩空洞及松散区域高温区的快速灭火降温。通过比例混合器将储液罐中的阻化液或发泡剂定量添加到进水管路中，与进水管中的治理用水形成的混合液在细水雾发生器或泡沫发生器中和空压机提供的气体混合，将混合液变成阻燃细水雾或泡沫；再通过分流器分流至地面钻孔用灭火介质灌注装置，将阻燃细水雾或泡沫分别输送至煤田火区中的煤岩空洞区与松散区的高温区；利用细水雾弥散性好和泡沫的扩散与堆积性好的特点，注入空洞高温区后的水雾能很快扩散至整个空洞高温区的各个位置，注入松散区高温区的泡沫能在松散区内有效扩散堆积，从而将治理用水带到了之前常规注水治理过程中水所不能达到的高温区，解决了注水治理不能对煤田火区中煤岩空洞和松散区域的高温区、特别是对这些区域的中上部高温区形成有效覆盖的难点，大幅增加了水与高温区的接触面，减少了水的流失，提高了治理效果和进度。同时，治理用水被雾化和发泡后流量大幅增大，大流量的阻燃细水雾和泡沫采用分流器和以快速接头或卡箍方式连接的柔性耐高压软管相结合的输送方式可同时输送至多个治理钻孔，达到多区域同时治理，且较常规以焊接铁管法兰连接的固定式灌注系统易拆卸、好移动。此外，系统采用胶轮运输式柴油空压机供气，不仅供气过程中不需要外界电源，而且胶轮运输方式也使整个系统运输使用更便捷。能够大幅提高治理用水的利用率和煤田火区煤岩空洞及松散区的降温速度，整套系统无需任何外界电源。其结构简单、拆卸安装容易、省时省力、拆卸方便、移动便捷，操作方便、安全可靠，在煤田火区治理过程中具有广泛的实用性。
图I是本实用新型的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统示意图。图中1-进水管，2-进水管调节阀，3- I压力表，4-比例混合器，5- I止回阀，8-调节阀，6-吸液管，7-储液罐，9-旁通管，10- I闸阀，11- II闸阀，12- II压力表，13-III压力表，14-泡沫发生器，15-细水雾发生器，16- II止回阀，17- III止回阀，18- IV压力表，19- V压力表，20- I气体控制阀，21- II气体控制阀，22-进气管，23-空压机，24-III闸阀，25- IV闸阀，26-观察孔，27-球阀，28-柔性耐高压软管，29-分流器，32- VI压力表，30- V闸阀，31-安全泄压阀，33-地面钻孔用灭火介质灌注装置。具体实施方法
以下结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步描述实用新型的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，主要由进水管I、比例混合器4、储液罐7、泡沫发生器14、细水雾发生器15、分流器29、地面钻孔用灭火介质灌注装置33和空压机23组成，其中比例混合器4连接在进水管I上，比例混合器4的入口管路上设有进水管调节阀2和I压力表3，比例混合器4与储液罐7连接的吸液管6上设有I止回阀5 ;所述进水管调节阀2的进口管与比例混合器4的出口管上设有旁通管9，旁通管上设有调节阀8 ;比例混合器4与旁通管9的出口管与泡沫发生器14和细水雾发生器15的进口管连接，泡沫发生器14和细水雾发生器15并联，泡沫发生器14的进液管路上设有I闸阀10和II压力表12，泡沫发生器14的进气口管路与细水雾发生器15的进气口管路相连，相连的管路上经进气管22与空压机23连接，所述的空压机23为通过胶轮运输方式运输的柴油空压机。泡沫发生器14的进气口管路上依次设有II止回阀16、IV压力表18和I气体控制阀20，泡沫发生器14的出口管路上设有III闸阀24 ;细水雾发生器15的进液口管路上设·有II闸阀11和III压力表13，细水雾发生器15的进气口管路上依次设有III止回阀17、V压力表19和II气体控制阀21，细水雾发生器15的出口管路上设有IV闸阀25 ;泡沫发生器14和细水雾发生器15的出口汇合通过柔性耐高压软管28连接有分流器29，分流器29为进口小出口大的扇形弧面空腔结构，扇形弧面上布有2 6个出口，图I中所示为4个出口。分流器29的进口处设有观察孔26，观察孔26上设有球阀27，分流器29的出口管路上设有与地面钻孔用灭火介质灌注装置33相连的柔性耐高压软管28，柔性耐高压软管28上依次设有V闸阀30、安全泄压阀31和VI压力表32 ;柔性耐高压软管28上设有快速接头或连接卡箍。通过柔性耐高压软管28与地面钻孔用灭火介质灌注装置33相连；通过地面钻孔用灭火介质灌注装置33将产生的阻燃细水雾或泡沫输送至煤田火区中煤岩空洞和松散区域的高温区进行灭火降温；当煤岩空洞和煤岩松散区域的高温区充填满阻燃细水雾或泡沫后输送管路压力升高至泄压值后安全泄压阀31泄压，停止灌注，可避免常规灌注系统灌注治理期间因压力过高发生的管路爆裂事故；通过地面钻孔用灭火介质灌注装置33的观察孔对治理区间的温度和气体进行观测，若还存在高温则待灌注区压力下降后继续灌注，直至治理完成。所述的分流器29进口和出口之间通过扇形空腔连接，四个出口均匀布置在扇形空腔的顶端；所述的空压机23为柴油空压机，通过胶轮运输方式运输；所述的柔性耐高压软管28以快速接头或卡箍方式连接；所述的地面钻孔用灭火介质灌注装置33设有观察孔，利用观察孔对治理区域的温度和气体进行测试。工作原理在煤田火区煤岩空洞或松散区域高温区治理过程中，通过调节进水管I上的调节阀2和旁通管9上的调节阀8来控制水量与压力，将储液罐7中的阻化液或发泡剂通过比例混合器定量4添加到进水管I中，阻化液或发泡剂与进水管I中的水形成的混合液经气雾发生器15雾化或泡沫发生器14发泡产生阻燃细水雾或泡沫，再通过柔性耐高压软管28与分流器29将阻燃细水雾或泡沫同时分配至四个地面钻孔用灭火介质灌注装置33，阻燃细水雾或泡沫经地面钻孔用灭火介质灌注装置33输送至煤田火区中煤岩空洞和松散区域的高温区进行灭火降温。具体工作过程如下煤田火区中煤岩空洞区域高温区治理时，向储液罐7中加入阻化液，关闭泡沫发生器的进口 I闸阀10、出口III闸阀24和I气体控制阀20以及分流器出口的V闸阀30，打开细水雾发生器15的进口 II闸阀11、出口IV闸阀25以及观察孔的球阀27，调节进水管调节阀2和旁通管调节阀8，将储液罐7中的阻化液通过比例混合器4定量添加到进水管I中，含有阻化液的混合液流进细水雾发生器15后打开II气体控制阀21和空压机23，含有阻化液的混合液与空压机23提供的气源在细水雾发生器15内混合雾化，通过气体控制阀21和闸阀11调节混合液与气体的压力和流量，并通过观察孔26观察雾化效果，当水全部转变成水雾后打开分流器29与地面钻孔用灭火介质灌注装置33之间的V闸阀30并关闭观察孔的球阀27，通过四个地面钻孔用灭火介质灌注装置33同时向煤田火区煤岩空洞区的高温区灌注阻燃细水雾。当空洞区域的高温区充填满细水雾后输送管压力升高达到泄压定值后安全泄压阀31泄压，停止灌注；并通过地面钻孔用灭火介质灌注装置33的观察孔对治理区间的温度和气体进行观测，若还存在高温则待灌注区压力下降后继续灌注，直至治理完成。煤田火区中煤岩松散区域高温区治理时，向储液罐7中加入发泡剂，关闭细水雾发生器的进口 II闸阀11、出口 IV闸阀25和II气体控制阀21以及分流器出口的V阀门30，打开泡沫发生器14的进口 I闸阀10和出口III闸阀24以及观察孔的球阀27，调节进水管调节阀2和旁通管的调节阀8，将储液罐7中的发泡剂通过比例混合器4定量添加到进水管I中，含有发泡剂的混合液流进泡沫发生器14后打开I气体控制阀20和空压机23，含有发泡剂的 混合液与空压机23提供的气源在泡沫发生器14内混合发泡，通过I气体控制阀20和I闸阀10调节混合液与气体的压力和流量，并通过观察孔26观察发泡效果，当水全部转变成泡沫后打开V闸阀30并关闭观察孔的球阀27，通过四个地面钻孔用灭火介质灌注装置33同时向煤田火区煤岩松散区的高温区灌注泡沫。当松散区域的高温区灌满泡沫后输送管压力升高达到泄压定值后安全泄压阀31泄压，停止灌注；并通过地面钻孔用灭火介质灌注装置
33的观察孔对治理区间的温度和气体进行观测，若还存在高温则待灌注区压力下降后继续灌注，直至治理完成。
权利要求1.一种煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，包括进水管(I)、比例混合器(4)、储液罐(7)、泡沫发生器(14)、细水雾发生器(15)、地面钻孔用灭火介质灌注装置(33)和空压机(23)，其特征在于所述比例混合器(4)的入口管路上设有进水管调节阀(2)和I压力表(3)，比例混合器(4)与储液罐(7)连接的吸液管(6)上设有I止回阀(5);所述进水管调节阀(2)的进口管与比例混合器(4)的出口管上设有旁通管(9)，旁通管上设有调节阀(8);比例混合器(4)与旁通管(9)的出口管与泡沫发生器(14)和细水雾发生器(15)的进口管连接，泡沫发生器(14)和细水雾发生器(15)并联，泡沫发生器(14)的进液管路上设有I闸阀(10)和II压力表(12)，泡沫发生器(14)的进气口管路与细水雾发生器(15)的进气口管路相连，相连的管路上经进气管(22)与空压机(23)连接；泡沫发生器(14)的进气口管路上依次设有II止回阀(16)、IV压力表(18)和I气体控制阀(20)，泡沫发生器(14)的出口管路上设有III闸阀(24);细水雾发生器(15)的进液口管路上设有II闸阀(11)和III压力表(13)，细水雾发生器(15)的进气口管路上依次设有III止回阀(17)、V压力表(19)和II气体控制阀(21)，细水雾发生器(15)的出口管路上设有IV闸阀(25);泡沫发生器(14)和细水雾发生器(15 )的出口汇合通过柔性耐高压软管(28 )连接有分流器(29 )，分流器(29 )的进口处设有观察孔(26)，观察孔(26)上设有球阀(27)，分流器(29)的出口管路上设有与地面钻孔用灭火介质灌注装置(33)相连的柔性耐高压软管(28)，柔性耐高压软管(28)上依次设有V闸阀(30)、安全泄压阀(31)和VI压力表(32)。
2.根据权利要求I所述的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，其特征在于所述的分流器(29)为进口小出口大的扇形弧面空腔结构，扇形弧面上布有2-6个出口。
3.根据权利要求I所述的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，其特征在于所述的空压机(23)为通过胶轮运输方式运输的柴油空压机。
4.根据权利要求I所述的煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，其特征在于所述的柔性耐高压软管(28)上设有快速接头或连接卡箍。
专利摘要一种煤田火区中煤岩空洞及松散区灭火降温系统，包括进水管、储液罐、比例混合器、泡沫发生器、细水雾发生器、分流器、地面钻孔用灭火介质灌注装置和空压机；通过比例混合器将储液罐中的阻化液或发泡剂与水定量混合后与空压机提供的气体在细水雾发生器或泡沫发生器中混合形成阻燃细水雾或泡沫，再通过分流器分流至地面钻孔用灭火介质灌注装置，对煤田火区中的煤岩空洞区灌注阻燃细水雾、对煤田火区中的煤岩松散区灌注泡沫灭火降温。该系统可将水转变成阻燃细水雾或泡沫，提高水与煤田火区中煤岩空洞和松散区煤岩的接触面，加快治理速度，且无需任何外界电源、操作简单、拆卸移动便捷，在煤田火区治理过程中具有广泛的实用性。
文档编号E21F5/08GK202578751SQ201220141268
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者仲晓星, 王德明, 杨亚杰, 陈云, 高亚达, 王雁鸣, 邵振鲁 申请人:中国矿业大学