一种防治煤矿井下采空火区的装置的制作方法

本发明涉及煤矿安全技术，尤其涉及一种防治煤矿井下采空火区的装置。

背景技术：

矿井火灾是煤矿开采过程中的主要灾害之一，大部分的矿井火灾是由矿井中的煤自燃发火导致的。由于我国煤田地质类型多样，自燃与易自燃煤层矿区分布比较广泛，使得矿井煤炭自燃发火现象较多，从而时刻威胁着煤矿安全生产与井下矿工的人身安全。近些年来，我国煤矿安全形式有了很大的改善，但仍然发生了一些重大煤矿火灾事故，如：杏花煤矿“11.20”重大火灾事故、龙山十井“9.22”重大火灾事故等，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。世界上其他主要产煤国家矿井火灾事故也十分突出，在印度和印尼，煤矿自燃火灾问题十分严重；波兰在最近50年内，共计发生煤矿自燃火灾近8000次；澳大利亚昆士兰地区发生了多起严重煤矿自燃火灾事故，造成41人死亡，导致多座矿井永久封闭。

目前，为了防止煤矿火灾事故，国内外广泛地采用灌浆、惰气、阻化剂、胶体、三相泡沫、两相泡沫等防灭火材料与技术。其中，灌浆技术无法处理高位火源，容易跑浆和溃浆；惰气防灭火技术容易受到漏风影响，灭火周期长；胶体技术成本高，流动性差，还会产生有毒气体。与灌浆、惰气、阻化剂、胶体相比，三相泡沫具有流量大，扩散堆积性好的优点，是扑灭大空间隐蔽火源的最优选择，其中，泡沫发生装置是两相泡沫防灭火的关键技术。

目前技术采用的一种煤矿除尘用泡沫发生装置，由筒体、文丘里管、扰流器、障碍板等组成。泡沫液经发泡器前端管路流入发泡器，气体经发泡器筒体侧面布设的文丘里管扩散段的小孔均匀流入，经过扰流器和多个障碍板进行气液混合，生成两相泡沫。该煤矿除尘用泡沫发生装置具有结构简单，使用方便，不易堵塞的优点。但是，由于煤矿除尘用泡沫发生装置采用多重障碍板发泡的形式，泡沫液通过时阻力较大且容易在障碍板附近形成涡流，造成较大的动力损失，使得发泡倍数较低、泡沫量较少，导致灭火效果不佳。

为了有效提升发泡倍数，改进的泡沫发生装置主要结构包括：喷嘴、圆锥形筒体、锥形筛和障碍板等。该泡沫发生装置以压力水为动力，泡沫液通过时与压力水混合后，通过锥形筛进行发泡，具有结构简单，适应性强的特点。但在装置中，由于喷嘴距离锥形筛的距离较远，使得泡沫液中途动力损失还是较大，发泡倍数以及泡沫量虽有所提升，但发泡倍数还是较低、泡沫量较少；此外，装置中的障碍板与水平面成45°角放置，在进行发泡时，泡沫液滴因自身重力落在障碍板下部，导致发泡不充分，出口泡沫不均匀。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种防治煤矿井下采空火区的装置，能够提升灭火效果，以解决现有的防治煤矿井下采空火区的方法中，发泡倍数较低导致的灭火效果不佳的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种防治煤矿井下采空火区的装置，包括：泡沫出口、涡式外壳、第一压风入口、内抛式叶网以及旋转离心筒，其中，

涡式外壳上分别开设有泡沫出口以及第一压风入口；

第一压风入口与煤矿井下压风通道相连接；

内抛式叶网以及旋转离心筒容置在涡式外壳内；

旋转离心筒前端开设有注入防治煤矿井下采空火区的泡沫预混液的入口；

内抛式叶网固定在旋转离心筒上，内抛式叶网在来自第一压风入口的压风作用下，可在涡式外壳内转动。

结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述装置还包括：

第二压风入口，设置于涡式外壳上，第二压风入口的轴线与第一压风入口的轴线相交。

结合第一方面，在第一方面的第二种实施方式中，所述第一压风入口的轴线与第二压风入口的轴线相交的角度为135度。

结合第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，所述泡沫出口与第一压风入口或第二压风入口垂直分布。

结合第一方面、第一方面的第一种至第三种中任一种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，所述旋转离心筒包括：推力凹面第一滚子轴承、离心筒体以及推力凹面第二滚子轴承，其中，

推力凹面第一滚子轴承固定在离心筒体一端的外侧；

推力凹面第二滚子轴承固定在离心筒体另一端的内侧；

内抛式叶网固定在离心筒体上；

位于推力凹面第一滚子轴承与推力凹面第二滚子轴承之间的离心筒体上开设有用于将泡沫液滴甩出的类椭圆形小孔。

结合第一方面的第四种实施方式，在第一方面的第五种实施方式中，所述类椭圆形小孔在离心筒体轴向方向上成行并不等距排布，在周向方向上均匀分布。

结合第一方面的第四种或第五种实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，沿推力凹面第一滚子轴承至推力凹面第二滚子轴承的方向，相邻类椭圆形小孔间距的比值为一大于1的常数。

结合第一方面、第一方面的第一种至第六种中任一种实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，所述内抛式叶网的叶片为内凹的抛物面形，内凹的抛物面形叶片上开有均匀分布的圆形小孔。

结合第一方面、第一方面的第一种至第三种中任一种实施方式，在第一方面的第八种实施方式中，所述装置放置在井下工作面回风巷或进风巷内，靠近工作面隅角处，沿着水平方向埋管铺设泡沫输射管路，从端头处注入泡沫，或者通过泡沫输送管路穿过工作面支架将泡沫注入采空区。

结合第一方面、第一方面的第一种至第八种中任一种实施方式，在第一方面的第九种实施方式中，所述装置放置在工作面上下侧巷道(即底板巷或高位巷)中，通过施工打钻方式，将泡沫注入采空区，泡沫注入采空区之后，在多孔采空区内扩散堆积，覆盖窒息隐蔽火源。

本发明实施例提供的一种防治煤矿井下采空火区的装置，包括：泡沫出口、涡式外壳、第一压风入口、内抛式叶网以及旋转离心筒，其中，涡式外壳上分别开设有泡沫出口以及第一压风入口；第一压风入口与煤矿井下压风通道相连接；内抛式叶网以及旋转离心筒容置在涡式外壳内；旋转离心筒前端开设有注入防治煤矿井下采空火区的泡沫预混液的入口；内抛式叶网固定在旋转离心筒上，内抛式叶网在来自第一压风入口的压风作用下，可在涡式外壳内转动，能够提升灭火效果，以解决现有的防治煤矿井下采空火区的方法中，发泡倍数较低导致的灭火效果不佳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的实施例一防治煤矿井下采空火区的装置结构示意图；

图2为本发明的实施例二防治煤矿井下采空火区的装置结构示意图；

图3为本发明的实施例一或实施例二中旋转离心筒结构示意图；

图4为本发明的实施例一或实施例二中内抛式叶网结构示意图；

图5为本发明的实施例防治煤矿井下采空火区的装置第一布置示意图；

图6为本发明的实施例防治煤矿井下采空火区的装置第二布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本实施例的防治煤矿井下采空火区的装置为矿用内抛叶网式泡沫发生装置，包括：泡沫出口11、涡式外壳12、第一压风入口13、内抛式叶网15以及旋转离心筒16，其中，

涡式外壳12上分别开设有泡沫出口11以及第一压风入口13；

第一压风入口13与煤矿井下压风通道相连接；

内抛式叶网15以及旋转离心筒16容置在涡式外壳12内；

旋转离心筒16前端开设有注入防治煤矿井下采空火区的泡沫预混液的入口；

内抛式叶网15固定在旋转离心筒16上，内抛式叶网15在来自第一压风入口13的压风作用下，可在涡式外壳12内转动。

本实施例中，作为一可选实施例，内抛式叶网15的叶片为内凹的抛物面形，内凹的抛物面形叶片上开有均匀分布的圆形小孔，小孔直径为1.5～3mm，在叶网上等三角形对称，开孔率为0.05～0.1。这样，当泡沫液滴撞击在旋转的内抛式叶网15上时，液滴通过圆形小孔进行充分发泡，产生的泡沫经泡沫出口11输送至作业区域。

本实施例中，作为一可选实施例，在可排孔面积内开孔率为0.6～0.8，孔径2～4mm。

本实施例中，作为一可选实施例，利用下式设置内凹的抛物面形叶片：

参看图2，本实施例中，作为一可选实施例，该装置还包括：

第二压风入口14，设置于与第一压风入口13相交的涡式外壳12上。

本实施例中，第一压风入口13与第二压风入口14在涡式外壳12上呈相交分布，具体的，第二压风入口的轴线与第一压风入口的轴线相交。

本实施例中，作为一可选实施例，第一压风入口13的轴线与第二压风入口14的轴线相交的角度为135度。

本实施例中，作为一可选实施例，泡沫出口11与第一压风入口13或第二压风入口14垂直分布，泡沫出口11的出口端与作业区域管路连接。

本实施例中，作为一可选实施例，第一压风入口13与第二压风入口14孔径设置较小，例如，设置为10～30mm，这样，有利于提高压风压力，保证主动力源可以更好地满足发泡需要。

本实施例中，作为一可选实施例，旋转离心筒16包括：推力凹面第一滚子轴承161、离心筒体162以及推力凹面第二滚子轴承163，其中，

推力凹面第一滚子轴承161固定在离心筒体162一端的外侧；

推力凹面第二滚子轴承163固定在离心筒体162另一端的内侧；

内抛式叶网15固定在离心筒体162上；

位于推力凹面第一滚子轴承161与推力凹面第二滚子轴承163之间的离心筒体162上开设有用于将泡沫液滴甩出的类椭圆形小孔164。所述类椭圆形小孔即类似椭圆形的小孔，应当理解的是，所述类椭圆形小孔164也可用椭圆形小孔替换。

本实施例中，在离心筒体162的前端与后端分别设置推力凹面滚子轴承，离心筒体162入口处与泡沫预混液管路连接，即通过推力凹面滚子轴承，将内部离心筒体162与外部静止泡沫预混液供液管有机连接。所述推力凹面第一滚子轴承161和推力凹面第二滚子轴承163也可采用推力滚子轴承或推力滚柱轴承。

本实施例中，作为一可选实施例，旋转离心筒16前端为固定推力凹面第一滚子轴承161的离心筒体162一端。

本实施例中，作为一可选实施例，设置在离心筒体162上的类椭圆形小孔164在离心筒体162轴向方向上成行并不等距排布，在周向方向上均匀分布。

本实施例中，作为一可选实施例，沿推力凹面第一滚子轴承161至推力凹面第二滚子轴承163的方向，相邻类椭圆形小孔164间距的比值为一大于1的常数，例如1.5～3。比值v＝l3/l2＝l2/l1＝......，即沿泡沫液入口方向，轴向方向的类椭圆形小孔的孔间距逐渐减小。使得这样的设计可以充分考虑到泡沫预混液进入离心筒体162时的运动状态，有利于帮助泡沫液滴均匀甩出。

本实施例中，作为一可选实施例，推力凹面第一滚子轴承161和推力凹面第二滚子轴承163采用tn工程塑料制造，该材料质量较轻且耐磨性较好，该类型轴承在开模后可以大量制造，制造成本低廉。

本实施例中，煤矿井下压风通道与第一压风入口13和第二压风入口14连接，煤矿井下压风由第一压风入口13和第二压风入口14进入矿用内抛叶网式泡沫发生装置并作为矿用内抛叶网式泡沫发生装置的主动力，内抛式叶网15固定在旋转离心筒16上，压风带动内抛式叶网15旋转，旋转离心筒16内抛式叶网15带动下也开始转动，泡沫预混液从旋转离心筒16前端开设的入口进入矿用内抛叶网式泡沫发生装置，产生的泡沫由泡沫出口11输送至工作区域。即：压风分别从第一压风入口13、第二压风入口14进入泡沫发生装置，驱动内抛式叶网15旋转，同时，与内抛式叶网15固定连接的旋转离心筒16开始旋转。泡沫预混液从旋转离心筒16的入口端进入泡沫发生装置，在旋转离心力的作用下，泡沫液滴从旋转离心筒的离心筒体162上预先开好的类椭圆形小孔164上均匀甩出至高速旋转的内抛式叶网15上，旋转的内抛式叶网上设置有均匀分布的圆形小孔，液滴在小孔处进行发泡变为泡沫，产生的泡沫经由泡沫出口输送至工作区域。

作为一可选实施例，本实施例以井下压风为主动力，采用两个压风入口同时进风的动力供给方式，第一压风入口13与第二压风入口14均固定在发生装置的涡式外壳12上，两个入口135°分布，这样有助于提高压风主动力的稳定性；同时，泡沫液滴在两处压风入口的内抛式叶网上的圆形小孔进行二重发泡，极大的提高了泡沫发泡倍数，有效增加泡沫产生量。

本实施例中，旋转离心筒16上固定有内抛式叶网15，在内抛式叶网15的旋转带动作用下，通过前后两端连接的两个推力凹面滚子轴承，离心筒体162进行旋转；泡沫预混液由旋转离心筒16入口处进入离心筒体162，受到筒体旋转离心力的作用，泡沫液滴通过离心筒体162上的类椭圆形小孔164沿切线方向甩出并撞击在内抛式叶网15上，在内抛式叶网15上均匀分布的圆形小孔处进行二次发泡。

本实施例中，类椭圆形小孔164的小孔形状为类椭圆形状，这种小孔形状可以保证泡沫液滴从小孔处甩出时，在孔口处形成厚度一致的叶膜，有利于提高泡沫的均匀性；另外，相较于一般的圆形小孔，泡沫液滴通过类椭圆形小孔时的薄膜应力较小，减少了泡沫液滴的动能损失。同时，类椭圆形小孔164在离心筒体162上不等距排布，可以充分考虑到泡沫预混液进入离心筒体162时的运动状态，有利于帮助泡沫液滴均匀甩出。

本发明实施例提供的矿用内抛叶网式泡沫发生装置，采用两个压风入口提供主动力，内抛式叶网高速旋转进行二重发泡的发泡形式，具有泡沫分布均匀、发泡倍数高(＞200倍)；旋转离心筒上开有类椭圆形小孔，利于泡沫液滴沿切线方向均匀甩出，减少了发泡阻力；离心筒体使用tn工程塑料制成的推力凹面滚子轴承，具有质量轻、耐磨强度高、成本低；矿用内抛叶网式泡沫发生装置易操作、拆装维护方便等特点，可以提升灭火效果，能够有效满足煤矿井下火灾防治与安全生产的需要。

图，5为本发明的实施例四防治煤矿井下采空火区的装置第一布置示意图。参见图5，本实施例中，作为一可选实施例，矿用内抛叶网式泡沫发生装置放置在井下工作面回风巷或进风巷内，靠近工作面隅角处，通过直接埋管及插管形式，将泡沫灌注到采空区内。例如，沿着水平方向埋管铺设泡沫输射管路，从端头处注入泡沫，或者通过泡沫输送管路穿过工作面支架将泡沫注入采空区。

图6为本发明的实施例五防治煤矿井下采空火区的装置第二布置示意图。参见图6，本实施例中，作为另一可选实施例，矿用内抛叶网式泡沫发生装置放置在工作面上下侧巷道(即底板巷或高位巷)中，通过施工打钻方式，将泡沫注入采空区，泡沫注入采空区之后，在多孔采空区内扩散堆积，覆盖窒息隐蔽火源，达到快速、高效的灭火效果。

本实施例中，为防止泡沫出口被堵塞，可以在泡沫灌注管路出口处安装花管，花管小孔孔径为5～10mm。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。