CN102009448A - 反应型泡沫注料系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应型泡沫注料系统，通过增压泵输送反应型泡沫AB组分进入注入装置，且两个出料口以一定角度相对，使增压后的反应型AB组份在注入装置内发生高压对撞混合，并形成湍流，使反应型泡沫AB组分能够迅速混合均匀，保证发泡质量，从而保证膨胀和固化质量；尽量排除人工主观参与，能够自动控制封孔材料的流量，避免出现材料过量或不足的现象，提高施工效率和降低施工成本；如果用于封孔，利用增压泵和注入枪结构，能够避免手工封孔造成的材料浪费现象，可以控制封孔具有足够深度，使得空气不易从煤层微裂隙中渗入负压区域，保证封孔质量，提高瓦斯抽采效率和抽采浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种施工供料系统，特别涉及一种利用两种物质混合后能够反应、发泡、膨胀和固化特性进行封孔施工的供料系统。
背景技术
反应型泡沫是指两种材料组分混合后发生反应并发泡膨胀，后期固化达到预定指标的一类泡沫材料，通常应用于密封、加固等领域；比如在煤矿瓦斯抽采过程中所进行的封孔作业，反应型泡沫就起到了较大的作用。
煤矿瓦斯抽采封孔作业中，普遍采用反应型泡沫，利用反应型A组分和反应型B组分混合发泡并固化且混合发泡固化具有一定的时间差的原理进行封孔。由于反应型泡沫有固化速度快（一般为2~5分钟）、膨胀倍率高，与煤壁粘附力强、强度与韧性相对较高等优点，在瓦斯抽采领域得到了较为广泛的推广应用。
现有技术中，以封孔为例，反应型泡沫一般采用手工搅拌混合反应型AB组分，搅拌后利用棉布进行吸附并包裹在瓦斯抽采管道上，随瓦斯抽放管道一并插入抽采孔。这种封孔方法有以下四个重要缺点：（1）对于粘度较大的B组分而言，人工搅拌的分散与混合效果太差，这不仅会造成原材料浪费，还直接影响后续发泡与固化效果；（2）由于从AB组分开始混合到发泡的间隔时间仅几十秒（通常小于30秒），因而通常在瓦斯抽采管在抽采孔内推进过程中反应型已经开发发泡，此时棉布与煤壁之间的摩擦会使得发泡初期的泡孔大量破裂和并孔，这将大幅度降低反应型泡沫密封效果；（3）由于AB组分开始发泡后粘度迅速上升，因此，手工封孔的封孔深度往往较低（随工人熟练程度而异，通常低于3米），这不利于避开煤层裂隙带；（4）手工封孔过程反应型属于自由发泡，泡孔强度较差，容易随着时间延长产生收缩，从而失去密封能力。而反应型泡沫在其它应用领域，同样存在上述问题。
为解决以上问题，出现一种手摇式供料装置，即通过类似于千斤顶的手摇增压装置，将反应型泡沫的AB两组分挤入“Y”字形汇流管，汇流后通过一根塑料管进行注入。这种设备用于封孔，虽然在一定程度上解决了手工反应型泡沫封孔的问题，但其仍然存在以下问题：（1）“Y”形汇流管只能实现反应型AB组分的“V”形汇流混合，且汇流速度较低，因而难以保证混合的均匀性；（2）手摇式增压装置的液体输送速度较慢且输送速度受制于操作工人的体力和熟练程度，在泡沫发泡速度一定的情况下，难以保证封孔或其它应用过程中质量的均一性；（3）无法控制流量，因而容易造成泡沫填充量不足而封孔质量不佳或者填充过量而堵塞瓦斯抽采管前端孔口等现象；（4）对于“Y”形汇流管每封完一个孔都必须用大量清洗液清洗汇流管，成本较高且费时费力；（5）由于流速较慢，这种方法的应用受限，比如封孔深度通常不能达到8米以上，一般小于5米，无法避开煤层裂隙带宽度。由此可见，只要具有两种组分混合反应发泡、膨胀和固化特性的物质，存在同样的应用局限性，特别是将其注入有限空间进行应用，上述问题尤为明显。
重要的是，以上反应型泡沫材料的应用方式均为人工主观参与，材料用量多少只能根据经验控制，导致应用后出现质量问题和材料的没必要浪费。
因此，需要一种用于反应型泡沫输送注料装置，使反应型AB组分能够迅速混合均匀，快速注入有限空间，保证发泡质量，从而保证膨胀和固化质量；尽量排除人工主观参与，能够自动控制封孔材料的流量，保证封孔的均一性和稳定性，避免出现材料过量或不足的现象，提高施工效率和降低施工成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种反应型泡沫注料系统，使反应型AB材料能够迅速混合均匀，快速注入有限空间，保证发泡质量，从而保证封孔质量，避免因为材料不足导致的封孔质量不佳或者填充过量的现象；能够保证封孔深度大于煤层裂隙带宽度，从而使得空气不易从煤层微裂隙中渗入，保证封孔质量，瓦斯抽采工作得以顺利进行；提高施工效率，节约抽采能耗，降低施工成本。
本发明的一种反应型泡沫注料系统，包括封孔供料装置和封孔注入装置；
所述封孔供料装置包括反应型泡沫A组分供料装置和反应型泡沫B组分供料装置；所述反应型泡沫A组分供料装置包括A组分储料槽和A组分增压泵，所述A组分增压泵吸入口连通于A组分储料槽，反应型B组分供料装置包括B组分储料槽和B组分增压泵，所述B组分增压泵吸入口连通于B组分储料槽；所述A组分增压泵出口和B组分增压泵出口分别连通于注入装置。
进一步，所述注入装置设有注入流道和与注入流道连通的A入料口和B入料口，A组分增压泵出口连通于注入装置的A入料口，B组分增压泵出口连通于注入装置的B入料口；所述A入料口的出料方向和B入料口的出料方向位于注入流道的同一径向截面上；
进一步，还包括封孔自动化控制系统，所述封孔自动化控制系统包括：
用于采集进入注入装置的反应型泡沫A组分流量的A组分流量采集器；
用于采集进入注入装置的反应型泡沫B组分流量的B组分流量采集器；
中央控制器，用于接收A组分流量采集器、B组分流量采集器、A组分储料槽料位计和B组分储料槽料位计信号并发出命令信号，该命令信号用于提醒或者直接控制供料装置的启停；
反应型泡沫A组分储料槽料位计，用于采集A组分储料槽的料位信号并发送至中央控制器；
反应型泡沫B组分储料槽料位计，用于采集B组分储料槽的料位信号并发送至中央控制器；
报警装置，用于接收中央控制器发出的命令信号并发出报警信号；
所述A组分流量采集器为用于采集A组分的流量信号或者A组分增压泵行程信号并将信号输送至中心控制器的A流量传感器、A接近开关或者A位移传感器，B组分流量采集器为用于采集B组分的流量信号或者B组分增压泵行程信号并将信号输送至中心控制器的B流量传感器、B接近开关或者B位移传感器。
进一步，所述A入料口的出料方向与B入料口的出料方向之间的夹角大于等于120°；
进一步，A组分增压泵和B组分增压泵均为柱塞泵并共用同一驱动气缸驱动，A组分增压泵的柱塞和B组分增压泵的柱塞平行设置且分别与驱动气缸的柱塞固定连接形成同步驱动结构；所述A组分储料槽和B组分储料槽均为通有压力空气的封闭结构；
进一步，所述注入装置为具有喷涂枪结构的自清洁式喷枪；
进一步，所述A组分流量采集器为用于采集A组分的流量信号或者A组分增压泵行程信号并将信号输送至中央控制器的A流量传感器、A接近开关或者A位移传感器，B组分流量采集器为用于采集B组分的流量信号或者B组分增压泵行程信号并将信号输送至中央控制器的B流量传感器、B接近开关或者B位移传感器；
进一步，所述A组分储料槽和B组分储料槽均为通有压力空气的封闭结构；
进一步，所述驱动气缸为气动增压气缸，所述驱动气缸压力气管路设置连通于A组分储料槽和B组分储料槽的压力空气支路，还设置连通于自清洁式喷枪用于驱动自清洁式喷枪的压力空气支路；所述中央控制器和报警装置设置在注入装置上；
进一步，所述自清洁式喷枪的喷嘴设置快装接头。
本发明的有益效果在于：本发明结构的反应型泡沫注料系统，通过增压泵使反应型AB组分能够迅速混合均匀，快速注入有限空间，保证发泡质量，从而保证膨胀和固化质量；尽量排除人工主观参与，能够自动控制封孔材料的流量，避免出现材料过量或不足的现象，提高封孔均一性和稳定性，提高施工效率和降低施工成本；如果用于封孔，从源头上避免因为材料不足导致的封孔质量不佳或者填充过量的现象；由于具有较高的压力和流速，直接通过灌注管将混合均匀的混合液注入指定深处，而后利用反应型泡沫自身的发泡膨胀充填所需密闭的空间，可控制封孔具有足够的深度，可避开煤层裂隙带，实现高质量封孔，使得空气不易从煤层微裂隙中渗入，保证瓦斯抽采工作的顺利进行，节约抽采能耗，保证产品质量；利用增压泵和注入枪结构，提高施工效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明注入装置流道示意图；
图3为图2沿A-A向剖视图。
具体实施方式
图1为本发明结构示意图，图2为本发明注入装置流道示意图；图3为图2沿A-A向剖视图，如图所示：本实施例的反应型泡沫注料系统，包括封孔供料装置和封孔注入装置5；
所述供料装置包括反应型A泡沫组分供料装置和反应型泡沫B组分供料装置；所述反应型泡沫A组分供料装置包括A组分储料槽1和A组分增压泵9，所述A组分增压泵9吸入口连通于A组分储料槽1，反应型泡沫B组分供料装置包括B组分储料槽2和B组分增压泵10，所述B组分增压泵10吸入口连通于反应型B组分储料槽2；所述A组分增压泵出口和B组分增压泵出口分别连通于注入装置5；
反应型泡沫A组分和反应型泡沫B组分可以是任意两种混合后能够发生反应并发泡膨胀固化的物质，比如聚孚AB型封孔泡沫等，当然，包括混合后能够反应、发泡、膨胀和固化的任意两种物质；本实施例采用聚孚泡沫。
本实施例中，所本实施例中，所述注入装置5设有注入流道5c和与注入流道连通的A入料口5a和B入料口5a，A组分增压泵9出口连通于注入装置5的A入料口5a，如图所示，通过A软管7进行连通；B组分增压泵10出口连通于注入装置5的B入料口5b，通过B软管8进行连通；所述A入料口5a的出料方向和B入料口5b的出料方向位于注入流道的同一径向截面上；本结构使A入料口5a的出料方向和B入料口5b的出料方向正对注入流道5c壁的内表面，不但实现相对对撞，还能与注入流道壁发生对撞，在注入流道内产生湍流，进一步保证混合均匀；本实施例中，所述注入装置5的A入料口5a的出料方向和B入料口5b的出料方向均沿注入流道5c的径向；A入料口5a的出料方向和B入料口5b的出料方向正对注入流道5c壁的内表面，不但实现相对对撞，还能与注入流道壁发生对撞，在注入流道内产生湍流，进一步保证混合均匀。
本实施例中，还包括封孔自动化控制系统，所述封孔自动化控制系统包括：
用于采集进入注入装置5的反应型泡沫A组分流量的A组分流量采集器13；
用于采集进入注入装置5的反应型泡沫B组分流量的B组分流量采集器12；
A组分储料槽料位计15，用于采集A组分储料槽1的料位信号；
B组分储料槽料位计16，用于采集B组分储料槽2的料位信号；
中央控制器11，用于接收反应型A组分流量采集器13、反应型B组分流量采集器12、A组分储料槽料位计15和B组分储料槽料位计16信号并发出命令信号，该命令信号用于提醒或者直接控制A组分增压泵9及A组分增压泵10的驱动装置发送控制命令；提醒是指提醒操作者，并通过操作者通过合适的手段（比如关闭注入装置，使整个系统由于压力平衡停止输出）对A组分增压泵9及A组分增压泵10进行控制，或者，直接控制A组分增压泵9及A组分增压泵10的驱动装置，实现全部自动化的目的；
报警装置14，用于接收中央控制器11发出的命令信号并发出报警信号；当流量达到设定值时，中央控制器11向报警装置14发出命令信号，报警装置报警；操作人员关闭注入装置，柱塞泵出口憋压，当压力达到与驱动气缸气压相当时，驱动气缸停止动作；
料位计可采用雷达料位计或者其它料位传感器，均能实现目的；报警装置可采用显示屏、蜂鸣器和灯光报警，均能实现发明目的；
料位计用于采集A组分储料槽1和B组分储料槽2的料位，当料位为零时停止增压泵的运行，避免造成时间上和设备能源上的浪费，并可及时加料，提高施工效率；
所述A组分流量采集器13为用于采集A组分增压泵9行程信号并将信号输送至中央控制器的A接近开关或者A位移传感器，B组分流量采集器12为用于采集B组分增压泵行程信号并将信号输送至中央控制器的B接近开关或者B位移传感器；
采用自动化控制系统，尽量排除经验判断封孔所需反应型泡沫AB组分的用量和储料槽剩余料位，根据自动控制系统设定流量和报警液位，自动控制增压泵的启闭和运行时间以控制封孔材料的流量，避免因为材料不足导致的封孔质量不佳或者填充过量造成瓦斯抽采管管口堵塞的现象，同时在储料槽剩余料位到达报警液位时予以报警，以保证供料和封孔操作的连续性。
本实施例中，中央控制器11和报警装置14设置在注入装置5上，利于操作者观察并及时停止操作。
所述A入料口5a的出料方向与B入料口5b的出料方向之间的夹角大于等于120°；使A入料口的出料和B入料口的出料发生斜向对撞，使之以较大的力撞击注入流道壁，产生较大的湍流，进一步混合均匀。
本实施例中，A组分增压泵9和B组分增压泵10均为柱塞泵并共用同一驱动气缸驱动3，A组分增压泵9的柱塞9a和B组分增压泵10的柱塞10a平行设置且分别与驱动气缸3的柱塞3a固定连接形成同步驱动结构；所述A组分储料槽1和B组分储料槽2均为通有压力空气的封闭结构；如图所示， A组分增压泵9的柱塞9a和A组分增压泵10的柱塞10a平行设置且分别与驱动气缸3的柱塞3a固定连接形成叉形连接结构，保证A组分增压泵9的柱塞9a和B组分增压泵10的柱塞10a运行的同步性，通过设定增压泵的参数，达到较稳定的反应型泡沫A组分和反应型泡沫B组分的混合比例，不需要调整，从而提高施工效率，降低封孔施工难度；所述A组分储料槽1和B组分储料槽2均为通有压力空气的封闭结构，利于驱动具有一定粘度的反应型材料组分，防止柱塞泵抽空；并利于柱塞泵提高出口压力，节约驱动能源。
本实施例中，所述注入装置5为具有喷涂枪结构的自清洁式喷枪（利用高压气体自清洗或机械式自清洗，本实施例为机械式自清洗），自清洁式喷枪通过喷嘴5d用于连通于灌注管；实现了枪内反应型泡沫残渣自动清洗，这对于封孔施工单次灌注量小，停枪频率高的操作而言，操作效率可获得大幅度提高，且免去了洗枪液的成本和清洗时间。如图所示，所述驱动气缸3压力空气管路设置连通于A组分储料槽1和B组分储料槽2的压力空气支路（图中分别为支管1a和支管2a），同时还设置连通于自清洁式喷枪的压力空气支路4；结构简单紧凑，易于布置。由于采用气缸结构，可以在关闭自清洁式喷枪后，使压力平衡于驱动压力，自动停止驱动。
本实施例中，所述注入装置5自清洁式喷枪的喷嘴5d设置用于连通灌注管的快装接头6，采用现有技术中的高压快装接头结构；节约装配时间，提高抽采施工效率。
本发明在使用时，以封孔为例，启动驱动气缸3，通过聚孚泡沫A组分增压泵9和聚孚泡沫B组分增压泵10增压（压力大于4MPa）并输送聚孚泡沫A组分和聚孚泡沫B组分在注入装置5（自清洁式喷枪）内对撞混合，由于雾状发散高速对撞而混合均匀后由封孔材料注入枪5注入封孔的密封段，中央控制器11设定的所需封孔材料流量、流速和压力，当流量达到设定标准，警报装置发出警报，操作人员关闭注入装置5（自清洁式喷枪），则驱动气缸气压平衡后停止驱动，控制增压泵的启闭和运行状态，达到控制进入密封段的封孔材料流量的目的；整个过程不需人工参与，提高精度且大大提高瓦斯抽采封孔的施工效率，由以上操作方法可知，本发明能够大大提高瓦斯抽采封孔的施工效率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种反应型泡沫注料系统，其特征在于：包括封孔供料装置和封孔注入装置；
所述封孔供料装置包括反应型泡沫A组分供料装置和反应型泡沫B组分供料装置；所述反应型泡沫A组分供料装置包括A组分储料槽和A组分增压泵，所述A组分增压泵吸入口连通于A组分储料槽，反应型B组分供料装置包括B组分储料槽和B组分增压泵，所述B组分增压泵吸入口连通于B组分储料槽；所述A组分增压泵出口和B组分增压泵出口分别连通于注入装置。
2.根据权利要求1所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述注入装置设有注入流道和与注入流道连通的A入料口和B入料口，A组分增压泵出口连通于注入装置的A入料口，B组分增压泵出口连通于注入装置的B入料口；所述A入料口的出料方向和B入料口的出料方向位于注入流道的同一径向截面上。
3.根据权利要求2所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：还包括封孔自动化控制系统，所述封孔自动化控制系统包括：
用于采集进入注入装置的反应型泡沫A组分流量的A组分流量采集器；
用于采集进入注入装置的反应型泡沫B组分流量的B组分流量采集器；
中央控制器，用于接收A组分流量采集器、B组分流量采集器、A组分储料槽料位计和B组分储料槽料位计信号并发出命令信号，该命令信号用于提醒或者直接控制供料装置的启停；
反应型泡沫A组分储料槽料位计，用于采集A组分储料槽的料位信号并发送至中央控制器；
反应型泡沫B组分储料槽料位计，用于采集B组分储料槽的料位信号并发送至中央控制器；
报警装置，用于接收中央控制器发出的命令信号并发出报警信号；
所述A组分流量采集器为用于采集A组分的流量信号或者A组分增压泵行程信号并将信号输送至中心控制器的A流量传感器、A接近开关或者A位移传感器，B组分流量采集器为用于采集B组分的流量信号或者B组分增压泵行程信号并将信号输送至中心控制器的B流量传感器、B接近开关或者B位移传感器。
4.根据权利要求3所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述A入料口的出料方向与B入料口的出料方向之间的夹角大于等于120°。
5.根据权利要求4所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：A组分增压泵和B组分增压泵均为柱塞泵并共用同一驱动气缸驱动，A组分增压泵的柱塞和B组分增压泵的柱塞平行设置且分别与驱动气缸的柱塞固定连接形成同步驱动结构；所述A组分储料槽和B组分储料槽均为通有压力空气的封闭结构。
6.根据权利要求5所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述注入装置为具有喷涂枪结构的自清洁式喷枪。
7.根据权利要求6所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述A组分流量采集器为用于采集A组分的流量信号或者A组分增压泵行程信号并将信号输送至中央控制器的A流量传感器、A接近开关或者A位移传感器，B组分流量采集器为用于采集B组分的流量信号或者B组分增压泵行程信号并将信号输送至中央控制器的B流量传感器、B接近开关或者B位移传感器。
8.根据权利要求7所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述A组分储料槽和B组分储料槽均为通有压力空气的封闭结构。
9.根据权利要求8所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述驱动气缸为气动增压气缸，所述驱动气缸压力气管路设置连通于A组分储料槽和B组分储料槽的压力空气支路，还设置连通于自清洁式喷枪用于驱动自清洁式喷枪的压力空气支路；所述中央控制器和报警装置设置在注入装置上。
10.根据权利要求9所述的反应型泡沫注料系统，其特征在于：所述自清洁式喷枪的喷嘴设置快装接头。
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