CN103570375B - 一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备方法及装置，方法包括以下步骤：（1）、在地面或井下，制备黄泥浆；（2）、将配比好的发泡剂与黄泥浆混合，形成两相混合液；（3）、在上述两相混合液中充入空气或氮气，搅拌均匀形成泡沫；（4）、在泡沫中添加胶凝剂混合均匀，形成泡沫凝胶。本发明采用泡沫凝胶制备装置让泡沫壁上的大量液体在泡沫破灭之前形成凝胶，泡沫破裂后会形成凝胶固体，凝胶能够以泡沫为载体，在防灭火区域的扩散范围变广，大量的水会固结在凝胶体内，在煤体的表面形成凝胶层，从根本上避免泡沫破裂时，大量水析出的问题；且发泡剂可以即时添加，不需中间停顿等待泡沫形成的时间，能够实现连续作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿用泡沫制备方法及装置，具体是一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备方法及装置。
背景技术
矿井火灾是我国矿井主要灾害之一。在我国国有重点煤矿中，煤炭自燃引起的火灾约占矿井火灾总数的90％，严重阻碍了安全生产的顺利进行。为有效的防治煤炭自燃，目前普遍采用氮气、阻化剂、黄泥灌浆、凝胶和三相泡沫等防灭火技术。其中凝胶具有覆盖性能好、吸热降温能力强的优点，其缺点是扩散范围小，流动性能差；三相泡沫具有扩散范围广，灭火速度快的优点，但是其泡沫稳定性差，泡沫很快破灭，泡沫破灭后大量的水回流出火区，不能持久保持浮煤湿润，冷却抑制煤自燃。
专利名称防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法，公开号CN101265811A的中国专利，该专利公布的多相凝胶泡沫制备方法是在传统的泡沫制备时加入交联剂和稠化剂，目的是在原泡沫灭火技术的基础上增加泡沫的粘性，解决了泡沫稳定性差的问题，但其有两个方面的不足：第一，泡沫破裂后大量的水仍然会流出。第二，该专利制备凝胶泡沫的方法是把泥浆、交联剂和稠化剂放在一个容器中，搅拌器搅拌的过程中，引入氮气，形成泡沫后，再用螺杆泵将泡沫输送到火区，该方法操作复杂，制备量小，由于要等待泥浆、交联剂和稠化剂在搅拌器中混合形成泡沫的过程，因此不能实现连续泵送泡沫，难以满足煤矿采空区和煤田等大面积火灾的预防和治理。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备方法及装置，集凝胶和泡沫的防灭火优点于一体，大幅度增加泡沫防灭火的覆盖性能，又避免了泡沫破裂后大量水析出的缺点，生成的凝胶以泡沫为载体能够对采空区或煤田火区的高、中、低火源大范围全方位的覆盖，持久保持煤体湿润冷却，操作简单，能实现连续泵送泡沫。
为了实现上述目的，本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备方法，包括以下步骤：
（1）、在地面或井下，制备黄泥浆；
（2）、将配比好的发泡剂与黄泥浆混合，形成两相混合液；
（3）、在上述两相混合液中充入空气或氮气，搅拌均匀形成泡沫；
（4）、在泡沫中添加胶凝剂混合均匀，形成泡沫凝胶。
本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置，包括制浆池、泥浆泵、发泡剂储罐、添加泵、发泡成胶器、供气装置；制浆池管路通过三通分别与发泡剂储罐和发泡成胶器连接，制浆池管路、发泡剂储罐管路上分别安装泥浆泵、添加泵；供气装置与发泡成胶器相连；还包括粉状胶凝剂添加器，泡沫凝胶排出口，缓冲罐，螺旋供料器；发泡成胶器与缓冲罐所在管路连通，供气装置通过三通分别与粉状胶凝剂添加器和缓冲罐相连；螺旋供料器分别与粉状胶凝剂添加器以及缓冲罐连通；发泡成胶器出口端连接泡沫凝胶排出口。
本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置，包括制浆池、泥浆泵、发泡剂储罐、添加泵、发泡成胶器、供气装置；制浆池管路通过三通分别与发泡剂储罐和发泡成胶器连接，制浆池管路、发泡剂储罐管路上分别安装泥浆泵、添加泵；供气装置与发泡成胶器相连；还包括液体胶凝剂储罐、液体胶凝剂添加泵和泡沫凝胶排出口；液体胶凝剂储罐管路与发泡成胶器连接，液体胶凝剂储罐管路上安装液体胶凝剂添加泵，发泡成胶器出口端连接泡沫凝胶排出口。
本发明用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶防灭火方法及其制备系统把凝胶和泡沫的防灭火优点集于一身，本发明与现有技术公开号CN101265811A公开的防治煤炭自燃的多相凝胶泡沫制备方法相比的优点是：
第一，让泡沫壁上的大量液体在泡沫破灭之前形成凝胶，泡沫破裂后会形成凝胶固体，凝胶能够以泡沫为载体，在防灭火区域的扩散范围变广，能够对采空区或煤田火区的高、中、低火源全方位的覆盖，泡沫壁上大量的水变成凝胶后，大幅度增加了泡沫的稳定性，泡沫破裂后，不会有水流出，大量的水会固结在凝胶体内，在煤体的表面形成凝胶层，能够对煤体保持长久的冷却覆盖和吸热阻化，从根本上避免泡沫破裂时，大量水析出的问题。
第二，该专利是在形成泡沫之后再添加凝胶剂制备成泡沫凝胶，其中发泡剂可以即时添加，不需中间停顿等待泡沫形成的时间，能够实现连续作业。
此外，发泡成胶器的发泡过程不需外加动力，降低了工艺过程的危险性，提高了系统的安全程度和稳定性；胶凝剂的添加过程是依靠螺旋叶片的作用，能够连续均匀的将胶凝剂送至缓冲罐，且进料量可通过螺旋供料器上的无极变速器进行调节，实现了不同的施工要求，并且粉状胶凝剂添加器移动方便，易于操作。本发明中泡沫凝胶出口被输送至入采空区，产生的泡沫凝胶流动性能好，扩散范围广，可以均匀的填充采空区裂隙，有效长久的覆盖煤体和吸热阻化。本发明的部件可以分开灵活的安装，灵活方便，操作简单，适用于不同地点。
附图说明
图1为泡沫凝胶制备装置的第一实施列示意图；
图2为泡沫凝胶制备装置的第二实施列示意图；
图3为粉状胶凝剂添加器结构示意图；
图4为泡沫凝胶制备装置的第三实施列示意图；
图5为泡沫凝胶制备装置的第四实施列示意图；
图6为添加泵和液体胶凝剂添加泵的主视图；
图7为添加泵和液体胶凝剂添加泵的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备方法，包括以下步骤：
（1）、在地面或井下，制备黄泥浆；
（2）、将配比好的发泡剂与黄泥浆混合，形成两相混合液；
（3）、在上述两相混合液中充入空气或氮气，搅拌均匀形成泡沫；
（4）、在泡沫中添加胶凝剂混合均匀，形成泡沫凝胶。
如图1所示，本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置第一实施例，包括制浆池1、泥浆泵2、发泡剂储罐3、添加泵4、发泡成胶器7、供气装置9；制浆池1管路通过三通分别与发泡剂储罐3和发泡成胶器7连接，制浆池1管路、发泡剂储罐3管路上分别安装泥浆泵2、添加泵4，发泡剂储罐3布置在地面上；供气装置9与发泡成胶器7相连；还包括粉状胶凝剂添加器10，泡沫凝胶排出口11，缓冲罐12，螺旋供料器13；发泡成胶器7与缓冲罐12所在管路连通，供气装置9通过三通分别与粉状胶凝剂添加器10和缓冲罐12相连；螺旋供料器13分别与粉状胶凝剂添加器10以及缓冲罐12连通；发泡成胶器7出口端连接泡沫凝胶排出口11。
如图2所示，本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置第二实施例，其与第二实施例的区别仅在于发泡剂储罐3布置在井下，受矿区地况影响，发泡剂储罐3可根据实际情况布置在地面或井下。
第一实施例和第二实施例适用于固体粉状胶凝剂制备泡沫凝胶。
作为本发明进一步改进，螺旋供料器13内安装无级变速调节器。
如图3所示，作为本发明进一步改进，粉状胶凝剂添加器10主要由扶手14、气动马达15、上盖16、加料口17、搅拌器18、支腿20、外壳19、底盖21和出料阀22构成；搅拌器18安装在外壳19内，与气动马达15连接，气动马达15安装在上盖16上，加料口17布置在外壳19上，外壳19上设置四个支腿20；外壳19下设底盖21，底盖21设有出料阀22；外壳19上设有扶手14。
如图4所示，本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置第三实施例，包括制浆池1、泥浆泵2、发泡剂储罐3、添加泵4、发泡成胶器7、供气装置9；制浆池1管路通过三通分别与发泡剂储罐3和发泡成胶器7连接，制浆池1管路、发泡剂储罐3管路上分别安装泥浆泵2、添加泵4；供气装置9与发泡成胶器7相连；还包括液体胶凝剂储罐24、液体胶凝剂添加泵25和泡沫凝胶排出口11；液体胶凝剂储罐24管路与发泡成胶器7连接，液体胶凝剂储罐24管路上安装液体胶凝剂添加泵25，发泡成胶器7出口端连接泡沫凝胶排出口11。
如图5所示，本发明一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置第四实施例，其与第三实施例的区别仅在于发泡剂储罐3布置在井下。
第三实施例和第四实施例适用于液体胶凝剂制备泡沫凝胶。
作为本发明进一步改进，液体胶凝剂添加泵25内安装无级变速调节器。
如图6和图7所示，实施例1至4中的添加泵4，以及实施例3至4中的液体胶凝剂添加泵25主要由调节手柄26，调速丝杆27，.转速刻度标尺28，.流量刻度标尺29，指针30，变速箱32，柱塞泵33，防爆电机34构成；防爆电机34通过变速箱32连接柱塞泵33，调节手柄26通过调速丝杆27连接变速箱32，变速箱32内安装有转速刻度标尺28，.流量刻度标尺29以及指针30。使用时，手动旋转调速手柄26，带动调速丝杆27的位置移动，从而改变变速箱32的输出转速，控制柱塞泵33的流量，最终实现对液体胶凝剂流量的控制。
进一步的，实施例1至4中供气装置9为制氮机或空气压缩机。
进一步的，实施例1至4中发泡成胶器7与供气装置9连接的管口上设置有单向阀8，实施例1和2中发泡成胶器7与缓冲罐12连接的管口上设置有单向阀8。实施例3和4中发泡成胶器7与液体胶凝剂添加泵25连接的管口上设置有单向阀8。安装的单向阀8可以防止发泡成胶器7中的混合液体倒流。
工作过程：即在地面或井下通过制浆池1制备黄泥浆，在泥浆泵2的作用下压入管道，已经配比好的发泡剂由添加泵4压入管道，两个管道通过三通相连，形成两相混合液，然后进入发泡成胶器7；另一路管道与井下的供气装置9相连，通过高压经过截止阀5把气体压入发泡成胶器7，最终形成均匀的泡沫，其中通过截止阀5控制进气量。
使用第一和第二实施例装置时，首先启动螺旋供料器13，然后在供气装置的作用下使粉状胶凝剂添加器10和缓冲罐12内部均为正压状态，粉状胶凝剂在螺旋供料器13螺旋叶片的作用下连续不断地进入缓冲罐12，其中胶凝剂的添加量可受螺旋供料器13上的无极变速调节器进行调节，胶凝剂与泡沫在发泡成胶器7内部形成均匀的泡沫凝胶，由管路输送至防灭火区域。
工作参数：黄泥供应量5-25m3/h，氮气或压缩空气进气量100-900m3/h，螺旋供料转速500-1500r/min。
使用第三和第四实施例装置时，液体胶凝剂储罐24内的胶凝剂通过胶凝剂添加泵25压入发泡成胶器7中，其中液体胶凝剂的添加量可通过胶凝剂添加泵25上的无极变速调节器进行调节，胶凝剂与泡沫在发泡成胶器7内部形成均匀的泡沫凝胶，由管路输送至防灭火区域。
工作参数：黄泥供应量5-25m3/h，氮气或压缩空气进气量100-900m3/h，液体胶凝剂供应量0.5-2.5m3/h。
Claims (1)
1.一种用于煤炭自燃治理的泡沫凝胶制备装置，包括制浆池（1）、泥浆泵（2）、发泡剂储罐（3）、添加泵（4）、发泡成胶器（7）、供气装置（9）；制浆池（1）管路通过三通分别与发泡剂储罐（3）和发泡成胶器（7）连接，制浆池（1）管路、发泡剂储罐（3）管路上分别安装泥浆泵（2）、添加泵（4）；供气装置（9）与发泡成胶器（7）相连；其特征在于，还包括粉状胶凝剂添加器（10），泡沫凝胶排出口（11），缓冲罐（12）和螺旋供料器（13）；发泡成胶器（7）与缓冲罐（12）所在管路连通，供气装置（9）通过三通分别与粉状胶凝剂添加器（10）和缓冲罐（12）相连；螺旋供料器（13）分别与粉状胶凝剂添加器（10）以及缓冲罐（12）连通；发泡成胶器（7）出口端连接泡沫凝胶排出口（11）；
所述的粉状胶凝剂添加器（10）主要由扶手（14）、气动马达（15）、上盖（16）、加料口（17）、搅拌器（18）、支腿（20）、外壳（19）、底盖（21）和出料阀（22）构成；搅拌器（18）安装在外壳（19）内，与气动马达（15）连接，气动马达（15）安装在上盖（16）上，加料口（17）布置在外壳（19）上，外壳（19）上设置四个支腿（20）；外壳（19）下设底盖（21），底盖（21）设有出料阀（22）；外壳（19）上设有扶手（14）；
所述的添加泵（4）主要由调节手柄（26），调速丝杆（27），.转速刻度标尺（28），.流量刻度标尺（29），指针（30），变速箱（32），柱塞泵（33），防爆电机（34）构成；防爆电机（34）通过变速箱（32）连接柱塞泵（33），调节手柄（26）通过调速丝杆（27）连接变速箱（32），变速箱（32）内安装有转速刻度标尺（28）、流量刻度标尺（29）以及指针（30）；
所述的螺旋供料器（13）内安装无级变速调节器；
所述的发泡剂储罐（3）布置在地面或井下。
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| 矿用防灭火凝胶泡沫的研究;田兆君等;《中国矿业大学学报》;20101231;第39卷(第2期);第170页 * |
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