一种采空区防灭火专用抗变形调控装置及方法与流程

本发明涉及煤矿防灭火，具体涉及一种采空区防灭火专用抗变形调控装置及方法。

背景技术：

1、瓦斯、煤尘、水、火和顶板灾害为煤矿五大灾害。其中，煤矿火灾泛指煤矿井下发生的各种火灾，包括外因火灾和内因火灾两类。外因火灾是指由外部火源引起的火灾，如电流短路、焊接、机械摩擦、违章放炮产生的火焰、瓦斯和煤尘爆炸等都可能引起该类火灾；内因火灾又称自燃火灾，它是指由于煤炭或其他易燃物自身氧化积热，发生燃烧引起的火灾。内因火灾在煤矿火灾中的发生次数较多，这与其火源相对隐蔽，人员无法有效接近有着密切的关系。例如采煤工作面回采后所形成的采空区内的丟煤，在自身具有自燃属性及一定的条件下就很可能发生自燃，并引起瓦斯爆炸及煤尘爆炸等一系列井下灾害。因此，必须采取针对性的防灭火措施。

2、当前，针对采空区防灭火技术及装备，多采用向采空区布设注氮管路的方式来进行注氮防灭火措施。在注氮方式上分为双根注氮管路交替式注氮和单根注氮管路注氮。其中，双根注氮管路交替式注氮即在第一根管路进入采空区一定距离后，开始向采空区内注氮，同时在第一根管路一定距离处布设第二根注氮管路，当第二根管路进入采空区一定距离后，停止第一根管路注氮并利用第二根管路向采空区内注氮，如此循环，直到采煤工作面回采结束；单根注氮管路注氮是只在采空区内布设一条注氮管路，并在注氮管路内设置若干分支和机械式开关，通过控制这些开关来达到改变注氮位置的目的。这两种注氮方式均存在一定的缺陷，前者的管路利用率较低，管材消耗量大，工人的管路铺设劳动量大；后者的机械式开关极易被垮落的顶板岩石挤压变形，以及分支管路被碎石或碎煤堵死，进而导致机械开关的失灵和注氮位置的不可控。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采空区防灭火专用抗变形调控装置及方法。

2、本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种采空区防灭火专用抗变形调控装置，包括连接管路、第一高压注液软管、第二高压注液软管、第三高压注液软管、第四高压注液软管、第五高压注液软管、尾端高压注液软管；

3、所述连接管路包括实端头管以及依次连续且循环往复通过法兰盘及橡胶垫连接的多根第一连接管、第一分支管、多根第二连接管、第二分支管、多根第三连接管、第三分支管、多根第四连接管、第四分支管、多根第五连接管、过渡管、虚端头管，直至连接至注氮机上的输出管路；其中，首根第一连接管与实端头管通过法兰盘及橡胶垫相连接，其他第一连接管与虚端头管通过法兰盘及橡胶垫相连接；

4、在所述实端头管、第一分支管、第二分支管、第三分支管、第四分支管和虚端头管内部分别设有实端头管膨胀胶囊组件、第一膨胀胶囊组件、第二膨胀胶囊组件、第三膨胀胶囊组件、第四膨胀胶囊组件和虚端头管膨胀胶囊组件；所述实端头管膨胀胶囊组件与实端头管内部连接管相连接，第一膨胀胶囊组件与第一内部连接管相连接，第二膨胀胶囊组件与第二内部连接管相连接，第三膨胀胶囊组件与第三内部连接管相连接，第四膨胀胶囊组件与第四内部连接管相连接，虚端头管膨胀胶囊组件与虚端头管内部连接管相连接；

5、第一分支管内部还设有第一零号软管，第二分支管内部还设有第二零号软管和第二分支管连接管，第三分支管内部还设有第三零号软管、第三分支管一号连接管和第三分支管二号连接管，第四分支管内部还设有第四零号软管、第四分支管一号连接管、第四分支管二号连接管和第四分支管三号连接管；

6、在第一连接管内设有一根第一高压注液软管，在第二连接管内设有两根第二高压注液软管，在第三连接管内设有三根第三高压注液软管，在第四连接管内设有四根第四高压注液软管，在第五连接管内设有五根第五高压注液软管；所述过渡管上安装有五根尾端高压注液软管；

7、所述实端头管内部连接管通过第一连接管内的第一高压注液软管连接至第一分支管内的第一零号软管的一端，第一零号软管的另一端通过第二连接管内的一根第二高压注液软管连接至第二分支管的第二零号软管的一端，第一内部连接管通过第二连接管内的另外一根第二高压注液软管连接至第二分支管的第二分支管连接管的一端；第二零号软管的另一端通过第三连接管内的一根第三高压注液软管连接至第三分支管的第三零号软管的一端，第二分支管连接管的另一端通过另外一根第三高压注液软管连接至第三分支管一号连接管的一端，第二内部连接管通过另外一根第三高压注液软管连接至第三分支管二号连接管的一端；第三零号软管的另一端通过第四连接管内的一根第四高压注液软管连接至第四分支管的第四零号软管的一端，第三分支管一号连接管的另一端通过另外一根第四高压注液软管连接至第四分支管一号连接管的一端，第三分支管二号连接管的另一端通过另外一根第四高压注液软管连接至第四分支管二号连接管的一端，第三内部连接管通过另外一根第四高压注液软管连接至第四分支管三号连接管的一端；

8、所述第四零号软管的另一端、第四分支管一号连接管的另一端、第四分支管二号连接管的另一端、第四分支管三号连接管的另一端分别通过第五连接管内的五根第五高压注液软管与过渡管上的五根尾端高压注液软管相连接；

9、所述虚端头管内部连接管通过第一连接管内的第一高压注液软管连接至第一分支管内的第一零号软管的一端。

10、进一步地，所述实端头管包括实端头管底座和弯头，所述实端头管底座和弯头通过螺纹连接，所述实端头管底座呈“l”型，包括实端头管横管和实端头管竖管，实端头管横管的一侧开口被封闭，另一侧开口处装有法兰盘，实端头管横管装有法兰盘的开口处设有实端头管挡板，在所述实端头管横管内部设有实端头管分隔板，实端头管分隔板上设有多个氮气通孔，实端头管分隔板与实端头管挡板相连接，将实端头管横管内部分隔为实端头管管线通道和用于氮气流通的实端头管氮气通道，实端头管挡板上设有实端头管内部连接管接口；所述实端头管膨胀胶囊组件设置在实端头管分隔板上方，所述实端头管膨胀胶囊组件包括实端头管空心立柱和实端头管膨胀胶囊，实端头管膨胀胶囊安装在实端头管空心立柱外周，实端头管空心立柱和实端头管膨胀胶囊置于实端头管竖管内部，在所述实端头管空心立柱顶端设有实端头管空心立柱出液口，所述实端头管空心立柱底端与实端头管内部连接管相连接，实端头管内部连接管另外连接至实端头管挡板上的实端头管内部连接管接口。

11、进一步地，所述虚端头管包括虚端头管底座和弯头，所述虚端头管底座和弯头通过螺纹连接，所述弯头呈“l”型，且内部为中空结构，包括竖直管和水平管，所述竖直管底端设有内螺纹，且在内螺纹上方设有内过滤网，用于阻挡碎石和碎煤，水平管的末端为注氮口，在距离水平管的注氮口向内设有外过滤网，用于阻挡碎石和碎煤；在水平管邻近注氮口处沿圆周方向平行开设多个花眼；

12、所述虚端头管底座呈倒“t”型，包括两侧开口的虚端头管中空直管和虚端头管竖管，所述虚端头管中空直管的两侧开口处分别设有法兰盘及虚端头管挡板，在所述虚端头管中空直管内部设有虚端头管分隔板，虚端头管分隔板上设有多个氮气通孔，虚端头管分隔板的两端分别与虚端头管中空直管两侧的虚端头管挡板相连接，将虚端头管中空直管内部分隔为虚端头管管线通道和用于氮气流通的虚端头管氮气通道，在右侧开口处的虚端头管挡板上设有虚端头管内部连接管接口；

13、所述虚端头管膨胀胶囊组件设置在虚端头管分隔板上方，所述虚端头管膨胀胶囊组件包括虚端头管空心立柱和虚端头管膨胀胶囊，虚端头管膨胀胶囊安装在虚端头管空心立柱外周，虚端头管空心立柱和虚端头管膨胀胶囊置于虚端头管竖管内部，在所述虚端头管空心立柱顶端设有虚端头管空心立柱出液口，所述虚端头管空心立柱底端与虚端头管内部连接管相连接，虚端头管内部连接管另外连接至虚端头管挡板上的虚端头管内部连接管接口。

14、进一步地，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管、第五连接管的结构相同，均包括连接管中空直管和连接管分隔板，连接管中空直管的两端分别设有法兰盘，所述连接管分隔板在连接管中空直管沿轴向固定，连接管分隔板的两端与连接管中空直管的两侧端面平齐，连接管分隔板将连接管中空直管内部分为连接管管线通道和连接管氮气通道。

15、进一步地，所述第一分支管包括第一底座和弯头，所述第一底座和弯头通过螺纹连接，所述弯头呈“l”型，且内部为中空结构，包括竖直管和水平管，所述竖直管底端设有内螺纹，且在内螺纹上方设有内过滤网，用于阻挡碎石和碎煤，水平管的末端为注氮口，在距离水平管的注氮口向内设有外过滤网，用于阻挡碎石和碎煤；在水平管邻近注氮口处沿圆周方向平行开设多个花眼；

16、所述第一底座呈倒“t”型，包括两侧开口的第一中空直管和第一竖管，所述第一中空直管的两侧开口处相对应位置分别设有第一前挡板和第一后挡板，且在第一中空直管的两侧分别设有法兰盘，在所述第一中空直管内部设有第一分隔板，第一分隔板上设有多个第一氮气通孔，第一分隔板的两端分别与第一前挡板和第一后挡板连接，将第一中空直管内部分为第一分支管管线通道和用于氮气流通的第一分支管氮气通道，在第一前挡板上设有第一内部连接管接口，用于与第一内部连接管相连接，在第一前挡板和第一后挡板的相应位置设有第一零号软管接口，用于与第一零号软管相连接；

17、所述第一膨胀胶囊组件设置在第一分隔板上方，所述第一膨胀胶囊组件包括第一空心立柱和第一膨胀胶囊，第一膨胀胶囊安装在第一空心立柱外周，第一空心立柱和第一膨胀胶囊置于第一竖管内部，在所述第一空心立柱顶端设有第一空心立柱出液口，所述第一空心立柱底端与第一内部连接管相连接，第一内部连接管另外连接至第一前挡板上的第一内部连接管接口。

18、进一步地，所述第二分支管包括第二底座和弯头，所述第二底座和弯头通过螺纹连接，所述弯头呈“l”型，且内部为中空结构，包括竖直管和水平管，所述竖直管底端设有内螺纹，且在内螺纹上方设有内过滤网，用于阻挡碎石和碎煤，水平管的末端为注氮口，在距离水平管的注氮口向内设有外过滤网，用于阻挡碎石和碎煤；在水平管邻近注氮口处沿圆周方向平行开设多个花眼；

19、所述第二底座呈倒“t”型，包括两侧开口的第二中空直管和第二竖管，所述第二中空直管的两侧开口处相对应位置分别设有第二前挡板和第二后挡板，且在第二中空直管的两侧分别设有法兰盘，在所述第二中空直管内部设有第二分隔板，第二分隔板上设有多个第二氮气通孔，第二分隔板的两端分别与第二前挡板和第二后挡板连接，将第二中空直管内部分为第二分支管管线通道和用于氮气流通的第二分支管氮气通道，在第二前挡板上设有第二内部连接管接口，用于与第二内部连接管相连接，在第二前挡板和第二后挡板的相应位置设有第二零号软管接口，用于与第二零号软管相连接；在第二前挡板和第二后挡板的第二零号软管接口的一侧分别设有第二分支管连接管接口，用于与第二分支管连接管相连接；

20、所述第二膨胀胶囊组件设置在第二分隔板上方，所述第二膨胀胶囊组件包括第二空心立柱和第二膨胀胶囊，第二膨胀胶囊安装在第二空心立柱外周，第二空心立柱和第二膨胀胶囊置于第二竖管内部，在所述第二空心立柱顶端设有第二空心立柱出液口，所述第二空心立柱底端与第二内部连接管相连接，第二内部连接管另外连接至第二前挡板上的第二内部连接管接口。

21、进一步地，所述第三分支管包括第三底座和弯头，所述第三底座和弯头通过螺纹连接，所述弯头呈“l”型，且内部为中空结构，包括竖直管和水平管，所述竖直管底端设有内螺纹，且在内螺纹上方设有内过滤网，用于阻挡碎石和碎煤，水平管的末端为注氮口，在距离水平管的注氮口向内设有外过滤网，用于阻挡碎石和碎煤；在水平管邻近注氮口处沿圆周方向平行开设多个花眼；

22、所述第三底座呈倒“t”型，包括两侧开口的第三中空直管和第三竖管，所述第三中空直管的两侧开口处相对应位置分别设有第三前挡板和第三后挡板，且在第三中空直管的两侧分别设有法兰盘，在所述第三中空直管内部设有第三分隔板，第三分隔板上设有多个氮气通孔，第三分隔板的两端分别与第三前挡板和第三后挡板连接，将第三中空直管内部分为第三分支管管线通道和用于氮气流通的第三分支管氮气通道，在第三前挡板上设有第三内部连接管接口，用于与第三内部连接管相连接，在第三前挡板和第三后挡板的相应位置设有第三零号软管接口，用于与第三零号软管相连接；在第三前挡板和第三后挡板的第三内部连接管接口与第三零号软管接口之间分别设有第三分支管一号连接管接口，用于与第三分支管一号连接管相连接；在第三前挡板和第三后挡板的第三内部连接管接口的另一侧分别设有第三分支管二号连接管接口，用于与第三分支管二号连接管相连接；

23、所述第三膨胀胶囊组件设置在第三分隔板上方，所述第三膨胀胶囊组件包括第三空心立柱和第三膨胀胶囊，第三膨胀胶囊安装在第三空心立柱外周，第三空心立柱和第三膨胀胶囊置于第三竖管内部，在所述第三空心立柱顶端设有第三空心立柱出液口，所述第三空心立柱底端与第三内部连接管相连接，第三内部连接管另外连接至第三前挡板上的第三内部连接管接口。

24、进一步地，所述第四分支管包括第四底座和弯头，所述第四底座和弯头通过螺纹连接，所述弯头呈“l”型，且内部为中空结构，包括竖直管和水平管，所述竖直管底端设有内螺纹，且在内螺纹上方设有内过滤网，用于阻挡碎石和碎煤，水平管的末端为注氮口，在距离水平管的注氮口向内设有外过滤网，用于阻挡碎石和碎煤；在水平管邻近注氮口处沿圆周方向平行开设多个花眼；

25、所述第四底座呈倒“t”型，包括两侧开口的第四中空直管和第四竖管，所述第四中空直管的两侧开口处相对应位置分别设有第四前挡板和第四后挡板，且在第四中空直管的两侧分别设有法兰盘，在所述第四中空直管内部设有第四分隔板，第四分隔板上设有多个氮气通孔，第四分隔板的两端分别与第四前挡板和第四后挡板连接，将第四中空直管内部分为第四分支管管线通道和用于氮气流通的第四分支管氮气通道，在第四前挡板上设有第四内部连接管接口，用于与第四内部连接管相连接，在第四前挡板和第四后挡板的相应位置设有第四零号软管接口，用于与第四零号软管相连接；在第四前挡板和第四后挡板的第四内部连接管接口与第四零号软管接口之间分别设有第四分支管一号连接管接口，用于与第四分支管一号连接管相连接；在第四前挡板和第四后挡板的第四内部连接管接口的另一侧分别依次设有第四分支管三号连接管接口和第四分支管二号连接管接口，第四分支管二号连接管接口用于与第四分支管二号连接管相连接，第四分支管三号连接管接口用于与第四分支管三号连接管相连接；

26、所述第四膨胀胶囊组件设置在第四分隔板上方，所述第四膨胀胶囊组件包括第四空心立柱和第四膨胀胶囊，第四膨胀胶囊安装在第四空心立柱外周，第四空心立柱和第四膨胀胶囊置于第四竖管内部，在所述第四空心立柱顶端设有第四空心立柱出液口，所述第四空心立柱底端与第四内部连接管相连接，第四内部连接管另外连接至第四前挡板上的第四内部连接管接口。

27、进一步地，所述过渡管包括过渡管中空直管和过渡管分隔板，过渡管中空直管的两端分别设有法兰盘，所述过渡管分隔板在过渡管中空直管沿轴向固定，过渡管分隔板的两端与过渡管中空直管的两侧端面平齐，过渡管分隔板将过渡管中空直管内部分为过渡管管线通道和过渡管氮气通道，在所述过渡管中空直管上还设有多个过渡管过线孔，用于安装尾端高压注液软管。

28、本发明同时提供一种采空区防灭火专用抗变形调控装置的调控方法，具体包括以下步骤：

29、s1，管件运输、摆放及连接；

30、根据需要注氮的采煤工作面的进风巷长度，计算和设计连接管路中各管路及第一高压注液软管、第二高压注液软管、第三高压注液软管、第四高压注液软管、第五高压注液软管、尾端高压注液软管用量，并运送至进风巷；然后沿进风巷由里向外将连接管路中的各管路进行摆放，以方便后期连接；

31、在进风巷内部靠近采煤工作面一端摆放实端头管，然后依次连续且循环往复摆放多根第一连接管、第一分支管、多根第二连接管、第二分支管、多根第三连接管、第三分支管、多根第四连接管、第四分支管、多根第五连接管、过渡管、虚端头管，直到停采线；在进风巷内部由里向外开始对各管路及管路内部的高压注液软管、尾端高压注液软管进行连接，各法兰盘之间在通过螺栓进行连接时安装橡胶垫，保证密封性，安装后的连接管路与停采线外的注氮机的输出管路相连通；

32、s2、各膨胀胶囊组件注液膨胀及连接管路密封性测试；

33、连接管路安装完成后，对实端头管及所有虚端头管、第一分支管、第二分支管、第三分支管、第四分支管内部的实端头管膨胀胶囊组件、第一膨胀胶囊组件、第二膨胀胶囊组件、第三膨胀胶囊组件、第四膨胀胶囊组件和虚端头管膨胀胶囊组件进行高压注液；注液时通过将过渡管上安装的五根尾端高压注液软管分别外接注液泵进行注液，当注液压力达到5mpa时停止注液，然后控制尾端高压注液软管保持当前注液压力，直到使实端头管膨胀胶囊组件、第一膨胀胶囊组件、第二膨胀胶囊组件、第三膨胀胶囊组件、第四膨胀胶囊组件和虚端头管膨胀胶囊组件全部膨胀；然后通过注氮机向连接管路内进行注氮，由于连接管路处于封闭状态，连接管路内的压力将会逐步升高，在连接管路上任意位置通过压力表对压力进行检测，当压力表显示逐步升高时则证明连接管路的气密性满足使用需要，若有某处存在漏气，则可以通过在漏气的法兰盘连接处涂抹泡沫的方法进行检查并进行密封处理，直到其气密性满足使用要求；

34、s3、采空区注氮及注氮位置切换；

35、根据需要选择注氮位置，通过控制与需要注氮位置相连接的实端头管或虚端头管或第一分支管或第二分支管或第三分支管或第四分支管相连接的尾端高压注液软管，对实端头管膨胀胶囊组件或第一膨胀胶囊组件或第二膨胀胶囊组件或第三膨胀胶囊组件或第四膨胀胶囊组件或虚端头管膨胀胶囊组件进行卸压，从而实现对需要注氮位置进行注氮，随着采煤工作面的不断推进，向采空区注氮的位置也在不断变换，切换注氮位置时仅需将需要注氮的位置处的膨胀胶囊组件卸压而其他膨胀胶囊组件仍保持膨胀封闭的状态即可。

36、本发明的有益效果在于：

37、本发明的采空区防灭火专用抗变形调控装置通过合理的布置连接管路以及各高压注液软管，并将各高压注液软管分别通过尾端高压注液软管连接至注液泵，进而对连接管路中的实端头管膨胀胶囊组件、第一膨胀胶囊组件、第二膨胀胶囊组件、第三膨胀胶囊组件、第四膨胀胶囊组件和虚端头管膨胀胶囊组件进行单独控制，即使实端头管及各虚端头管、第一分支管、第二分支管、第三分支管、第四分支管在采空区内受到煤岩的挤压而产生一定的变形，也能对其进行膨胀密封。

38、本发明中的实端头管、多根第一连接管、第一分支管、多根第二连接管、第二分支管、多根第三连接管、第三分支管、多根第四连接管、第四分支管、多根第五连接管、过渡管、虚端头管之间均通过法兰盘及橡胶垫可拆卸连接，橡胶垫保证管路之间的密封性，第一高压注液软管、第二高压注液软管、第三高压注液软管、第四高压注液软管、第五高压注液软管与各接口、各尾端高压注液软管之间均通过螺纹方式连接，整体可拆卸，便于施工和安装。

39、本发明的采空区防灭火专用抗变形调控装置节约管材、注氮管路布设简单，降低工人劳动量；连接管路各弯头的注氮口不易被碎石或碎煤堵塞；连接管路中的各分支管、实端头管、虚端头管即使变形也不影响膨胀胶囊组件的封堵，进而能够保证对采空区注氮位置的有效控制。