CN104863623B - 一种矿用注高水发泡材料防灭火系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用注高水发泡材料防灭火系统及工艺，该系统包括第一高水材料储料罐(1)、第二高水材料储料罐(2)、混浆罐(3)、高压储气罐(4)、发泡剂添加罐(5)、一级起泡器(6)、二级起泡器(7)、喷头(8)及相应的管路连接系统；该工艺为首先向两个高水材料储料罐(1、2)分别注入高水材料A液和B液，经混浆罐(3)混合后注入一级起泡器(6)，同时向一级起泡器(6)通入高压空气，注入发泡剂，然后向二级起泡器(7)注入发泡剂调整发泡倍数，经喷头(8)喷出并注入到采空区中。本发明结构简单，安全性高，成本低廉，产生的泡沫浆体含水量高，既能够对火区输水降温又能实现对火区的密封隔氧，防灭火效果显著。

Description

一种矿用注高水发泡材料防灭火系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种矿用注高水发泡材料防灭火系统及工艺，特别是针对易自燃放顶煤开采厚煤层采空区防灭火系统及工艺，属于煤矿防灭火技术领域。

背景技术

在我国国有重点煤矿中，有56％以上的矿井都存在自然发火的危险，由煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90％以上。采空区遗留残煤多、漏风严重，是矿井煤炭自燃的核心区域。由于具有覆盖空间大、隔氧效果好、成本低等特点，向采空区注入泡沫材料防灭火在煤矿现场得到广泛应用，如中国专利CN202851050U于2013年4月3日公开了一种煤矿井下可移动多组份泡沫灭火系统，安装了泡沫分配器，采空区煤自燃防治时泡沫浆液灌注效率高，但产生的泡沫浆液含水量少。中国专利申请CN103599607A于2014年2月26日公开了一种用于煤矿防灭火的固化泡沫流体产生装置，通过将网式充填材料预先发泡然后将泡沫与浆液混合后喷出，同样存在泡沫浆液含水量不高，降温效果不理想的问题。中国专利申请CN103964766A于2014年8月6日公开了一种防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法，将粉煤灰-水泥浆液与泡沫混合搅拌后浇注成泡沫混凝土，虽然能在一定程度上对火区密封，但是粉煤灰-水泥泡沫含水量非常少。

由此可见，现有的矿用注泡沫防灭火系统都存在泡沫浆液含水量少、降温效果不突出的问题，需开发更有效的防灭火系统及工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿用注高水发泡材料防灭火系统，结构简单，成本低廉，提高泡沫灌浆的含水率，解决井下采空区特别是易自燃放顶煤开采厚煤层采空区煤炭自燃防治问题。

本发明的另一目的是提供一种矿用注高水发泡材料防灭火工艺，起泡效果好，含水量高，降温效果显著，灭火效率高。

为实现上述目的，本发明的一种矿用注高水发泡材料防灭火系统，包括第一高水材料储料罐、第二高水材料储料罐、混浆罐、高压储气罐、发泡剂添加罐、一级起泡器、二级起泡器和喷头；所述第一高水材料储料罐和第二高水材料储料罐与所述混浆罐之间的管道上分别设置有球阀Ⅰ和球阀Ⅱ，所述混浆罐与所述一级起泡器之间的管道上设置有球阀Ⅲ，所述一级起泡器与所述二级起泡器之间的管道上设置有球阀Ⅳ，所述二级起泡器与所述喷头之间的管道上设置有球阀Ⅷ；所述高压储气罐与所述混浆罐之间的管道上依次设置有减压阀Ⅰ和压力表Ⅰ；所述高压储气罐与所述一级起泡器之间的管道上依次设置有减压阀Ⅱ和压力表Ⅱ；所述高压储气罐与所述发泡剂添加罐之间的管道上依次设置有减压阀Ⅲ和压力表Ⅲ；所述发泡剂添加罐与所述一级起泡器和所述二级起泡器之间的管道上分别设置有球阀Ⅴ和球阀Ⅵ。

进一步地，所述一级起泡器内部充满球形充填物Ⅰ，所述二级起泡器内部充满球形充填物Ⅱ，所述球形充填物Ⅰ的直径是球形充填物Ⅱ直径的1/2～3/4倍。

进一步地，所述喷头内填充球形充填物Ⅲ，所述球形充填物Ⅲ的直径是球形充填物Ⅱ直径的1.5～3倍。

进一步地，所述二级起泡器还连接独立球阀Ⅶ。

本发明的一种矿用注高水发泡材料防灭火工艺，包括以下步骤：

a.将高水材料A液注入第一高水材料储料罐中，将高水材料B液注入到第二高水材料储料罐中，之后打开球阀Ⅰ和球阀Ⅱ，同时打开减压阀Ⅰ利用0.3-0.6MPa高压空气带动混浆罐搅拌使高水材料A液和高水材料B液充分混合；

b.待高水材料混合均匀后，依次打开球阀Ⅳ、球阀Ⅶ和减压阀Ⅱ，向一级起泡器通入0.1-0.2MPa的空气，然后打开球阀Ⅲ向一级起泡器通入混合高水材料；

c.打开减压阀Ⅲ和球阀Ⅴ向一级起泡器通入发泡剂；

d.观察球阀Ⅶ流出的发泡高水材料的起泡情况，打开球阀Ⅵ向二级起泡器通入一定量的发泡剂调整起泡倍数；

e.打开球阀Ⅷ并关闭球阀Ⅶ让发泡高水材料经喷头喷出。

所述的高水材料A液由以下重量份的组分制成：发泡剂10～20、增稠剂10～20、速凝剂1～3、无机填料40～60和水40～60；

优选的，所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、皂素中的一种或几种；所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠；所述的速凝剂为氟化钠、三聚氰胺、硫酸铝中的一种或几种；所述的无机填料为水泥、熟石灰、粉煤灰中的一种或几种。

所述的高水材料B液由以下重量份的组分制成：聚丙烯酰胺20～40、羧甲基纤维素10～20、丙烯酸盐10～20、铝粉1～3、膨润土7～9和水20～30。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

a.本系统设置一级起泡器、二级起泡器和喷头的多级发泡，充分保证高水材料与泡沫均匀混合，喷出的泡沫稳定、均匀，含水率高，流动性强，凝固效果好；

b.本系统动力全部借助高压空气，高压气源可以来自井下压风管路，避免使用电力，防爆效果好，安全性高，特别适用于高瓦斯矿井；

c.本工艺产生的泡沫浆体含水量高，水分流入火区能够实现显著降温效果，同时泡沫凝固后又能对火区密封隔氧，阻燃效果突出，灭火效率高。

本发明结构简单，起泡效果好，能够克服煤矿井下采空区煤自燃区域灭火难、易复燃的难题，同时成本低，尤其适用易自燃放顶煤开采煤层采空区。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图中：1、第一高水材料储料罐；2、第二高水材料储料罐；3、混浆罐；4、高压储气罐；5、发泡剂添加罐；6、一级起泡器；7、二级起泡器；8、喷头；9-1、球阀Ⅰ；9-2、球阀Ⅱ；9-3、球阀Ⅲ；9-4、球阀Ⅳ；9-5、球阀Ⅴ；9-6、球阀Ⅵ；9-7、球阀Ⅶ；9-8、球阀Ⅷ；10-1、减压阀Ⅰ；10-2、减压阀Ⅱ；10-3、减压阀Ⅲ；11-1、压力表Ⅰ；11-2、压力表Ⅱ；11-3、压力表Ⅲ；12、球形充填物Ⅰ；13、球形充填物Ⅱ；14、球形充填物Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的作进一步描述。

如图1所示，本发明的一种矿用注高水发泡材料防灭火系统，包括第一高水材料储料罐1、第二高水材料储料罐2、混浆罐3、高压储气罐4、发泡剂添加罐5、一级起泡器6、二级起泡器7和喷头8；所述第一高水材料储料罐1和第二高水材料储料罐2与所述混浆罐3之间的管道上分别设置有球阀Ⅰ9-1和球阀Ⅱ9-2，所述混浆罐3与所述一级起泡器6之间的管道上设置有球阀Ⅲ9-3，所述一级起泡器6与所述二级起泡器7之间的管道上设置有球阀Ⅳ9-4，所述二级起泡器7与所述喷头8之间的管道上设置有球阀Ⅷ9-8；所述高压储气罐4与所述混浆罐3之间的管道上依次设置有减压阀Ⅰ10-1和压力表Ⅰ11-1，所述高压储气罐4与所述一级起泡器6之间的管道上依次设置有减压阀Ⅱ10-2和压力表Ⅱ11-2，所述高压储气罐4与所述发泡剂添加罐5之间的管道上依次设置有减压阀Ⅲ10-3和压力表Ⅲ11-3，所述发泡剂添加罐5与所述一级起泡器6和所述二级起泡器7之间的管道上分别设置有球阀Ⅴ9-5和球阀Ⅵ9-6。

为了使泡沫与浆体混合的更加均匀，在所述一级起泡器6内部充满球形充填物Ⅰ12，所述二级起泡器7内部充满球形充填物Ⅱ13，所述球形充填物Ⅰ12的直径是球形充填物Ⅱ13直径的1/2～3/4倍；

所述喷头8内部充满球形充填物Ⅲ14，所述球形充填物Ⅲ14的直径是球形充填物Ⅱ13直径的1.5～3倍；

本实施例中，球形充填物Ⅰ12的直径为20mm，球形充填物Ⅱ13的直径为40mm，球形充填物Ⅲ14的直径为60mm。

本系统设置一级起泡器、二级起泡器和喷头的多级发泡，充分保证高水材料与泡沫均匀混合，喷出的泡沫稳定、均匀，含水性高，流动性强，凝固效果好。

为了便于观察起泡器内的发泡情况，随时调整发泡倍数，所述二级起泡器7还连接独立球阀Ⅶ9-7。

一种基于上述矿用注高水发泡材料防灭火系统的防灭火工艺，包括以下步骤：

a.将高水材料A液注入第一高水材料储料罐1中，将高水材料B液注入到第二高水材料储料罐2中，之后打开球阀Ⅰ9-1和球阀Ⅱ9-2，同时打开减压阀Ⅰ10-1利用0.3-0.6MPa高压空气带动混浆罐3搅拌使高水材料A液和高水材料B液充分混合；其中，所述的高水材料A液由以下重量份的组分组成：发泡剂10～20、增稠剂10～20、速凝剂1～3、无机填料40～60和水40～60；所述的高水材料B液由以下重量份的组分组成：聚丙烯酰胺20～40、羧甲基纤维素10～20、丙烯酸盐10～20、铝粉1～3、膨润土7～9和水20～30。

b.待高水材料混合均匀后，依次打开球阀Ⅳ9-4、球阀Ⅶ9-7和减压阀Ⅱ10-2，向一级起泡器6通入0.1-0.2MPa的空气，然后打开球阀Ⅲ9-3向一级起泡器6通入流量为0.1L/min的混合高水材料。

c.打开减压阀Ⅲ10-3和球阀Ⅴ9-5，向发泡剂添加罐5通入0.2MPa的空气，将发泡剂按流量0.02L/min压入一级起泡器6。

d.观察球阀Ⅶ9-7流出的发泡高水材料的起泡情况，打开球阀Ⅵ9-6向二级起泡器7通入一定量的发泡剂调整起泡倍数至3倍。

e.打开球阀Ⅷ9-8并关闭球阀Ⅶ9-7，让发泡高水材料经喷头11喷出。

所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、皂素中的一种或几种；所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠；所述的速凝剂为氟化钠、三聚氰胺、硫酸铝中的一种或几种；所述的无机填料为水泥、熟石灰、粉煤灰中的一种或几种。

本实施例中，所述高水材料A液由以下重量份的组分组成：十二烷基硫酸钠10、羧甲基纤维素钠10、硫酸铝2、熟石灰50、水泥50、水50；所述高水材料B液由以下重量份的组分组成：聚丙烯酰胺30、羧甲基纤维素15、丙烯酸盐10、铝粉2、膨润土8、水30。

本工艺中动力全部借助高压空气，高压气源可以来自井下压风管路，避免使用电力，防爆效果好，安全性高，特别适用于高瓦斯矿井。

本工艺产生的泡沫浆体含水量高，水分流入火区能够实现显著降温效果，同时泡沫凝固后又能对火区密封隔氧，阻燃效果突出，灭火效率高。

本发明结构简单，工艺独特，起泡效果好，产生的泡沫浆体既能够对火区输水降温又能实现对火区的密封隔氧，能够克服煤矿井下采空区煤自燃区域灭火难、易复燃的难题，同时成本低，尤其适用易自燃放顶煤开采煤层采空区。

Claims (6)

1.一种矿用注高水发泡材料防灭火系统，其特征在于，包括第一高水材料储料罐(1)、第二高水材料储料罐(2)、混浆罐(3)、高压储气罐(4)、发泡剂添加罐(5)、一级起泡器(6)、二级起泡器(7)和喷头(8)；所述第一高水材料储料罐(1)和第二高水材料储料罐(2)与所述混浆罐(3)之间的管道上分别设置有球阀Ⅰ(9-1)和球阀Ⅱ(9-2)，所述混浆罐(3)与所述一级起泡器(6)之间的管道上设置有球阀Ⅲ(9-3)，所述一级起泡器(6)与所述二级起泡器(7)之间的管道上设置有球阀Ⅳ(9-4)，所述二级起泡器(7)与所述喷头(8)之间的管道上设置有球阀Ⅷ(9-8)；所述高压储气罐(4)与所述混浆罐(3)之间的管道上依次设置有减压阀Ⅰ(10-1)和压力表Ⅰ(11-1)；所述高压储气罐(4)与所述一级起泡器(6)之间的管道上依次设置有减压阀Ⅱ(10-2)和压力表Ⅱ(11-2)；所述高压储气罐(4)与所述发泡剂添加罐(5)之间的管道上依次设置有减压阀Ⅲ(10-3)和压力表Ⅲ(11-3)；所述发泡剂添加罐(5)与所述一级起泡器(6)和所述二级起泡器(7)之间的管道上分别设置有球阀Ⅴ(9-5)和球阀Ⅵ(9-6)。

2.根据权利要求1所述的矿用注高水发泡材料防灭火系统，其特征在于，所述一级起泡器内部充满球形充填物Ⅰ(12)，所述二级起泡器内部充满球形充填物Ⅱ(13)，所述球形充填物Ⅰ(12)的直径是球形充填物Ⅱ(13)直径的1/2～3/4倍。

3.根据权利要求2所述的矿用注高水发泡材料防灭火系统，其特征在于，所述喷头(8)内部充满有球形充填物Ⅲ(14)，所述球形充填物Ⅲ(14)的直径是球形充填物Ⅱ(13)直径的1.5～3倍。

4.根据权利要求1至3任一项所述的矿用注高水发泡材料防灭火系统，其特征在于，所述二级起泡器(7)还连接独立球阀Ⅶ(9-7)。

5.一种矿用注高水发泡材料防灭火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.将高水材料A液注入第一高水材料储料罐(1)中，将高水材料B液注入到第二高水材料储料罐(2)中，之后打开球阀Ⅰ(9-1)和球阀Ⅱ(9-2)，同时打开减压阀Ⅰ(10-1)利用0.3-0.6MPa高压空气带动混浆罐(3)搅拌使高水材料A液和高水材料B液充分混合；其中，所述的高水材料A液由以下重量份的 组分组成：发泡剂10～20、增稠剂10～20、速凝剂1～3、无机填料40～60和水40～60；所述的高水材料B液由以下重量份的组分组成：聚丙烯酰胺20～40、羧甲基纤维素10～20、丙烯酸盐10～20、铝粉1～3、膨润土7～9和水20～30；

b.待高水材料混合均匀后，依次打开球阀Ⅳ(9-4)、球阀Ⅶ(9-7)和减压阀Ⅱ(10-2)，向一级起泡器(6)通入0.1-0.2Mpa的空气，然后打开球阀Ⅲ(9-3)向一级起泡器(6)通入混合高水材料；

c.打开减压阀Ⅲ(10-3)和球阀Ⅴ(9-5)向一级起泡器(6)通入发泡剂；

d.观察球阀Ⅶ(9-7)流出的发泡高水材料的起泡情况，打开球阀Ⅵ(9-6)向二级起泡器(7)通入一定量的发泡剂调整起泡倍数；

e.打开球阀Ⅷ(9-8)并关闭球阀Ⅶ(9-7)让发泡高水材料经喷头(8)喷出。

6.根据权利要求5所述的矿用注高水发泡材料防灭火工艺，其特征在于，所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、皂素中的一种或几种；所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠；所述的速凝剂为氟化钠、三聚氰胺、硫酸铝中的一种或几种；所述的无机填料为水泥、熟石灰、粉煤灰中的一种或几种。