一种基于相变喷吹的采空区注浆喷头的制作方法

1.本实用新型涉及一种采空区注浆装置，特别是涉及一种基于相变喷吹的采空区注浆喷头。


背景技术：

2.采空区注气、注浆是防治遗煤自燃最直接、有效的方法，其原理主要包括：惰性气体和浆液覆盖煤体表面，阻断煤体和氧气的反应；惰性气体由液态变为气态的相变过程会吸收热量，使采空区温度降低；注气使采空区内气体流动，缓解热量堆积。
3.目前，采空区注气、注浆通常是先根据采空区倾向确定注气、注浆位置，然后通过不同的钻孔分别将注气管和注浆管接入采空区，最后通过注气管和注浆管直接将物料注入采空区，使其在采空区内自然流动，以达到隔氧、降温的目的。这两种方法虽然都能够有效缓解煤自燃情况，但是仍然存在一些缺点：
4.1、由于浆液具有一定粘度，再加上重力作用，注入采空区的浆液往往直接以流线型向下流动，然后汇入采空区底部，再沿采空区底部由高向低流动，这导致浆液的有效覆盖范围非常有限。
5.2、由于采空区内部温度较高，且浆液在输送过程中经过管壁摩擦也会升温，温度上升后导致浆液的粘稠度会有所下降，掉落到煤体上的浆液还未充分覆盖煤体就已经流失。
6.因此，如何提高浆液覆盖采空区煤体的范围和浆液在注入采空区内对煤体的附着时间是亟需解决的技术问题之一。


技术实现要素：

7.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于相变喷吹的采空区注浆喷头，能有效提高浆液覆盖采空区煤体的范围和浆液在注入采空区内对煤体的附着时间。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于相变喷吹的采空区注浆喷头，包括液料管和注气套管；
9.所述液料管内部设有液料腔室，液料管一端内表面开设螺纹、另一端装有出浆喷嘴；液料管外表面设有螺纹；所述液料管的管壁内部设有环形真空腔室，液料管一端的管壁上装有转接头，转接头与环形真空腔室连通；环形真空腔室用于对气体腔室与液料腔室之间进行隔热；
10.所述注气套管内部设有气体腔室，注气套管一端内表面开设螺纹、另一端装有气体喷嘴；注气套管套在液料管外部，且注气套管一端与液料管外表面通过螺纹固定连接，使气体喷嘴将出浆喷嘴包裹，气体喷嘴的喷出口呈环形环绕在出浆喷嘴的喷出口周围；注气套管一端的管壁上开设进气管，进气管一端与气体腔室连通，且进气管的中轴线与液料管的中轴线平行。
11.进一步，所述转接头上装有球阀。通过设置球阀当环形真空腔室采用真空泵完成
抽真空后，关闭球阀即可保持真空腔室的真空度，无需真空泵持续连接。
12.进一步，所述液料管外表面开设环状凹槽，环状凹槽相比于液料管外表面上的螺纹更靠近出浆喷嘴，环状凹槽内安装橡胶密封圈，所述橡胶密封圈的外径略大于液料管外径，使橡胶密封圈对注气套管一端和液料管外表面之间进行密封。这样密封后能防止由于气体腔室内压力过大，导致气体从注气套管一端和液料管外表面之间逸出。
13.进一步，所述进气管的截面积大于气体喷嘴喷出口的截面积。这样设置能保证单位时间内进入气体腔室内的气体大于排出的气体量，从而保持气体腔室的气体压力，实现持续稳定的气体喷出过程。
14.进一步，所述液料管为不锈钢管。
15.进一步，所述注气套管能承受10mpa的气体压力。保证注气的顺利进行。
16.进一步，所述环形真空腔室内承受0.2mpa的负压。保证抽真空的顺利进行。
17.进一步，所述气体喷嘴喷出口的截面积大于出浆喷嘴喷出口的截面积。这样能保证浆液喷出时分散的范围。
18.进一步，所述液料管和转接头之间为一体成型。这样能保证转接头与环形真空腔室之间的连接气密性。
19.与现有技术相比，本实用新型采用液料管和注气套管相结合的方式，具有如下优点：
20.1、注浆时，浆液通过注浆管进入液料腔室并通过出浆喷嘴喷出口喷出，同时使液态气体(液氮或液态二氧化碳)经过注气管进入气体腔室，并通过气体喷嘴喷出口喷出，由于液态气体在传输过程中受热相变成气体，此时气体喷嘴会喷出相变后的气体，喷出的气体会对同时喷出的浆液喷吹，使浆液破散成液滴状，进而增加浆液喷出后在采空区内的覆盖范围；
21.2、注浆时，由于气体喷嘴将出浆喷嘴包裹，且气体喷嘴的喷出口呈环形环绕在出浆喷嘴的喷出口周围，相变后的气体会降低周围温度，从而使出浆喷嘴周围的温度降低，进而使得喷出的浆液温度降低，增加浆液的粘度，从而提高浆液在注入采空区内对煤体的附着时间。
附图说明
22.图1是本实用新型的内部结构示意图；
23.图2是本实用新型在施工现场的布设示意图。
24.图中：1-液料管，2-液料腔室，3-出浆喷嘴，4-注气套管，5-进气管，6-气体腔室，7-气体喷嘴，8-真空腔室，9-转接头，10-球阀，11-环状凹槽，12-橡胶密封圈，13-注气管，14-注浆管，15-采空区，16-回风巷，17-注气开关，18-注浆开关，19-煤柱，20-钻孔。
具体实施方式
25.下面将对本实用新型作进一步说明。
26.如图1所示，本实用新型包括液料管1和注气套管4；所述液料管1为不锈钢管；
27.所述液料管1内部设有液料腔室2，液料管1一端内表面开设螺纹、另一端装有出浆喷嘴3；液料管1外表面设有螺纹；所述液料管1的管壁内部设有环形真空腔室8，液料管1一
端的管壁上装有转接头9，转接头9与环形真空腔室8连通；所述液料管1和转接头9之间为一体成型。这样能保证转接头9与环形真空腔室8之间的连接气密性；环形真空腔室8用于对气体腔室6与液料腔室2之间进行隔热；所述转接头9上装有球阀10。通过设置球阀10当环形真空腔室8采用真空泵完成抽真空后，关闭球阀10即可保持真空腔室8的真空度，无需真空泵持续连接。
28.所述注气套管4内部设有气体腔室6，注气套管4一端内表面开设螺纹、另一端装有气体喷嘴7；注气套管4套在液料管1外部，且注气套管4一端与液料管1外表面通过螺纹固定连接，使气体喷嘴7将出浆喷嘴3包裹，气体喷嘴7的喷出口呈环形环绕在出浆喷嘴3的喷出口周围；注气套管4一端的管壁上开设进气管5，进气管5一端与气体腔室6连通，且进气管5的中轴线与液料管1的中轴线平行。所述进气管5的截面积大于气体喷嘴7喷出口的截面积。这样设置能保证单位时间内进入气体腔室6内的气体大于排出的气体量，从而保持气体腔室6的气体压力，实现持续稳定的气体喷出过程。另外注气套管4具有不同型号，可通过更换不同型号的注气套管4调整气体腔室6和气体喷嘴7喷出口的尺寸，满足不同的注浆需求。所述注气套管4能承受10mpa的气体压力，所述环形真空腔室8内承受0.2mpa的负压，保证注气和抽真空的顺利进行。
29.作为本实用新型的一种改进，所述液料管1外表面开设环状凹槽11，环状凹槽11相比于液料管1外表面上的螺纹更靠近出浆喷嘴3，环状凹槽11内安装橡胶密封圈12，所述橡胶密封圈12的外径略大于液料管外径，使橡胶密封圈12对注气套管4一端和液料管1外表面之间进行密封。这样密封后能防止由于气体腔室6内压力过大，导致气体从注气套管4一端和液料管1外表面之间逸出。
30.作为本实用新型的另一种改进，所述气体喷嘴7喷出口的截面积大于出浆喷嘴3喷出口的截面积。这样能保证浆液喷出时分散的范围。
31.上述转接头9、球阀10和橡胶密封圈12均为现有部件，能通过市场直接购买获得。
32.如图2所示，本实用新型在施工现场具体布设及使用过程如下：
33.步骤1：在工作之前，先在回风巷16内布设注气管13和注浆管14，注气管13和注浆管14上分别装有注气开关17和注浆开关18，并从煤柱19向采空区15施工钻孔20；
34.步骤2：接着打开球阀10利用真空泵对真空腔室8抽真空，抽真空完毕后关闭球阀10，然后将液料管1一端接到注浆管14末端，使注浆管14与液料腔室2连通；
35.步骤3：擦拭液料管1外表面，使其保持干净无异物，在液料管1外表面以及橡胶密封圈12涂抹少量黄油，然后将注气套管4从液料管1的出浆喷嘴3套在液料管1上，且两者通过螺纹固定连接，并将注气管13连接到进气管5另一端，使注气管13与气体腔室6连通；
36.步骤4：依次打开注气开关17和注浆开关18，此时浆液通过注浆管14进入液料腔室2并通过出浆喷嘴3喷出口喷出，同时使液态气体液氮或液态二氧化碳经过注气管13进入气体腔室6，并通过气体喷嘴7喷出口喷出，由于液态气体在传输过程中受热相变成气体，此时气体喷嘴7会喷出相变后的气体，喷出的气体会对同时喷出的浆液喷吹，使浆液破散成液滴状，进而增加浆液喷出后的覆盖范围；另外由于气体喷嘴7将出浆喷嘴3包裹，气体喷嘴7的喷出口呈环形环绕在出浆喷嘴3的喷出口周围，相变后的气体会降低周围温度，从而使出浆喷嘴3周围的温度降低，进而使得喷出的浆液温度降低，增加浆液的粘度，通过调整注气流量和注浆流量，最终使出浆喷嘴3喷出的浆液分散覆盖范围和浆液的粘度达到最佳，关闭注
气开关17和注浆开关18，完成调试过程；由于环形真空腔室8在真空状态下能对气体腔室6与液料腔室2之间进行隔热，从而保证在注浆过程中气体腔室6内的低温不会对液料腔室2内浆液的温度造成影响，仅在喷嘴处及喷出时气体和浆液进行热量交换降低浆液温度；从而保证浆液在注浆管14及液料管1内的流动性；
37.步骤5：通过钻孔20将本实用新型整体送入采空区15内，然后利用囊袋封孔器对钻孔20进行封孔；完毕后，打开注气开关17和注浆开关18，以步骤4调试确定的注气流量和注浆流量开始向采空区15注气、注浆，并通过工作面的束管监测系统监测防灭火效果。
38.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。