CN105114114A - 防灭火注浆系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防灭火注浆系统及方法，该系统包括：多个液压支架、多个三通接头、多个注浆管和多个连接管；每个三通接头固定设置在对应的一个液压支架上；每个三通接头的一个接口与一个注浆管的第一端固定连接，每个三通接头的另两个接口用于分别与相邻的两个连接管相接；注浆管的第二端用于向采空区注浆。本发明提供的防灭火注浆系统及方法通过设置多个液压支架、三通接头、注浆管和连接管，三通接头分别与注浆管和相邻的两个连接管固定连接，并将三通接头固定设置在液压支架上，使三通接头带着注浆管跟随液压支架的前移而移动，实现了准确、均匀、定点定量的注浆，使浆液均匀覆盖采空区浮煤，达到了防灭火的目的，同时大大降低了注浆成本。

Description

防灭火注浆系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿防灭火技术领域，具体涉及一种防灭火注浆系统及方法。

背景技术

煤层开采过程中，采空区浮煤、煤柱暴露在空气中氧化升温，会导致煤层自然发火的潜在安全隐患。为确保安全生产，国家要求各煤矿必须建立健全完善的以防灭火注浆为主、注氮、均压通风、喷洒阻化剂等其他预防灭火技术为辅的综合防灭火系统。

图1是现有技术中防灭火注浆系统示意图，如图1所示，现有技术中防灭火注浆系统包括主管阀门1′、注浆主管2′，主管阀门1′设置在注浆主管2′上。现有技术中通过将一根注浆主管2′敷设在上隅角并延伸至采空区氧化带3′内，通过主管阀门1′控制，向采空区注浆的方法，来降低煤矿工作面一氧化碳、乙烷等有害气体的浓度，以达到防灭火的目的。

现有技术中防灭火注浆方法存在着以下缺点和不足：

(1)现有技术中的防灭火注浆方法，利用了浆液自身重力，浆液通过自重自上而下流向采空区各处，以覆盖采空区浮煤。该方法利用了浆液的流体特性，依靠重力自行流动。而浆液在采空区的流动是不以人的意志而改变，不能有效地覆盖全部采空区，进而起不到预防灭火的效果。

(2)现有技术中的防灭火注浆方法在煤层倾角3°～10°的情况下，注浆效果较好，当煤层倾角小于3°时，浆液在采空区内流动很慢，浆液可以充分沉淀和覆盖采空区浮煤，注浆量大大增加，导致注浆成本大幅提高；若工作面倾角大于10°时，浆液又以很快的速度沿着阻力较小的通道迅速下泄，使得采空区浮煤得不到充分覆盖，大量积水从下隅角涌出，恶化生产环境，甚至可能导致溃浆事故。

(3)在回采有断层、褶曲等地质构造的综采工作面时，断层、褶曲等地质构造阻碍浆液的流动，导致浆液极易在这些地质构造处泄掉或大量积存，导致不能对采空区浮煤充分覆盖，达不到与防灭火的效果。

(4)在回采沿倾向上行或下行回采的工作面时，现有技术中的防灭火注浆方法无法达到防灭火的效果。在沿倾向上行回采的工作面注浆时，现有技术中的防灭火注浆方法只能覆盖注浆管方向及向采空区延伸的一段，并且大量浆液涌入采空区窒息区内，而大部分处于氧化带内的浮煤完全没有得到应有的覆盖，注浆效果极差；在沿倾向下行回采的工作面注浆时，大量浆液从注浆管出口沿着注浆管流向冷却带内，进而进入工作面，导致工作面生产环境恶化，而大部分处于氧化带内的浮煤完全没有得到应有的覆盖，防灭火效果极差。

(5)现有技术中的防灭火注浆方法敷设管路有两种方法，一种是埋管注浆，一种是托管注浆。埋管注浆方法将大量的管材埋入采空区，管材不能重复利用，大大增加了注浆成本，对煤矿安全生产、经营造成了很大压力。而托管注浆需要辅助拖、拽设备，增加了人力成本，而且安全风险也明显提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种防灭火注浆系统及方法，以解决现有技术中的不足，提高防灭火效率，降低安全隐患。

本发明提供了一种防灭火注浆系统，其中，包括：多个液压支架、多个三通接头、多个注浆管和多个连接管；

每个三通接头固定设置在对应的一个液压支架上；

每个三通接头的一个接口与一个注浆管的第一端固定连接，每个三通接头的另两个接口分别与相邻的两个连接管相接；

所述注浆管的第二端用于伸入至采空区以向采空区注浆。

如上所述的防灭火注浆系统，其中，优选的是，所述注浆管上设置有阀门。

如上所述的防灭火注浆系统，其中，优选的是，所述注浆管的第二端设置有喷嘴，所述喷嘴为鸭嘴形。

如上所述的防灭火注浆系统，其中，优选的是，所述注浆管为金属管。

如上所述的防灭火注浆系统，其中，优选的是，所述连接管为胶管。

本发明还提供了一种防灭火注浆方法，其中，包括如下步骤：

步骤A、向第一个液压支架上的三通接头内通入浆液；

步骤B、所述通入的浆液的一部分流入注浆管，并通过注浆管的第二端向采空区注浆；

步骤C、所述浆液的另一部分通过连接管依次进入其他液压支架上的三通接头，并通过其他液压支架上的三通接头所连接的注浆管的第二端向采空区依次注浆。

如上所述的防灭火注浆方法，其中，优选的是，所述步骤A之前，还包括：

步骤A0、打开设置在注浆管上的阀门。

如上所述的防灭火注浆方法，其中，优选的是，所述步骤C具体包括：

步骤C1、打开第一组液压支架的注浆管上的阀门，关闭其他组液压支架的注浆管上的阀门，所述浆液通过连接管依次进入第一组液压支架上的三通接头；

步骤C2、通过第一组液压支架上的三通接头所连接的注浆管的第二端向采空区依次注浆；

步骤C3、打开第二组液压支架的注浆管上的阀门，关闭其他组液压支架的注浆管上的阀门；

步骤C4、通过第二组液压支架的注浆管进行注浆；

步骤C5、打开第N组液压支架的注浆管上的阀门，关闭其他组液压支架的注浆管上的阀门；

步骤C6、通过第N组液压支架的注浆管进行注浆；N≥3。

如上所述的防灭火注浆方法，其特征在于，所述步骤C之后，还包括：

步骤D、关闭所有阀门，向工作面方向移动液压支架，向采空区注浆。

如上所述的防灭火注浆方法，其中，优选的是，每组液压支架包括五架液压支架。

本发明提供的一种防灭火注浆系统及方法通过设置多个液压支架、多个三通接头、多个注浆管和多个连接管，三通接头分别与注浆管和相邻的两个连接管固定连接，并将三通接头固定设置在液压支架上，使三通接头带着注浆管跟随液压支架的前移而移动，实现了准确、均匀、定点定量的注浆，使浆液均匀覆盖采空区浮煤，达到了防灭火的目的，同时大大降低了注浆成本。

附图说明

图1是现有技术中防灭火注浆系统示意图；

图2是本发明实施例提供的防灭火注浆系统结构示意图；

图3是本发明实施例提供的防灭火注浆系统的单个注浆管连接示意图；

图4是本发明实施例提供的防灭火注浆系统的连接管安装在液压支架上的示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。

图2是本发明实施例提供的防灭火注浆系统结构示意图，图3是本发明实施例提供的防灭火注浆系统的单个注浆管连接示意图，如图2和图3所示，本发明实施例提供了一种防灭火注浆系统，其中，包括：多个液压支架3、多个三通接头4、多个注浆管7和多个连接管2；每个三通接头4固定设置在对应的一个液压支架3上；每个三通接头4的一个接口与一个注浆管7的第一端10固定连接，每个三通接头4的另两个接口分别与相邻的两个连接管2相接；所述注浆管7的第二端11用于伸入至采空区以向采空区注浆。

安装时，每个液压支架3上固定一个三通接头4，液压支架3的数量由工作面的长度和液压支架3的宽度决定，使得三通接头4均匀分布在采空区即可，也可以每隔一个液压支架3上固定一个三通接头4，三通接头4的具体数量能够使得从注浆管7喷出的浆液充分均匀覆盖采空区浮煤，达到防灭火效果即可。相邻三通接头4通过连接管2连接，每个三通接头4靠近采空区一侧的一个接口与一个注浆管7的第一端10固定连接，注浆管7的第二端11用于向采空区注浆。连接完成之后，打开注浆泵14，即可往采空区注浆。

图4是本发明实施例提供的防灭火注浆系统的连接管安装在液压支架上的示意图，请同时参照图3和图4，在本实施例中，三通接头4安装在液压支架3上，每个三通接头4安装在每个液压支架3后立柱12从下往上0.6m处，三通接头4通过抱箍固定在液压支架3上，也可以采用其他的固定方式，三通接头4能固定在液压支架3上即可。液压支架3随着工作面的前移而移动，从而带动注浆管7移动，与现有技术相比，无需人工根据回采进度拖、拽，每个液压支架3上安装一个注浆管7，可以定点、定向、定量向采空区喷洒浆液，从而使浆液均匀覆盖采空区浮煤，达到防灭火的效果。

进一步地，所述注浆管7上设置有阀门5，阀门5用于连接三通接头4和注浆管7的第一端10，可以通过阀门5控制喷出的浆液的时间和流量，以便更好的覆盖采空区浮煤，达到防灭火的目的。

在本实施例中，还可以设置有注浆主管13、主阀门1、区域控制阀门8和清洗阀门9，主阀门1设置在注浆主管13上，控制整个注浆系统，防止因为个人疏忽导致某个注浆管7上的阀门5没有关紧引起的浆液的浪费，最大限度的控制注浆成本。区域控制阀门8设置在相邻连接管2的连接处，如果将五架液压支架3作为一组进行分组，则该区域控制阀门8可以设置在注浆组与注浆组之间。分组设置主要考虑到注浆泵14的限制，每个注浆组可以根据注浆泵14的扬程来设置液压支架3的数量，能保证浆液充分覆盖采空区浮煤即可。

如图2所示，区域控制阀门8设置在注浆组之间，第一组区域注浆阀门8安装在第五架液压支架3和第六架液压支架3之间，第二组区域注浆阀门8安装在第十架液压支架3和第十一架液压支架3之间，依次设置。在某一组注浆管7进行注浆时，通过设置区域控制阀门8可以防止浆液流入该注浆组以后的注浆组中，保证了该注浆组的注浆压力，使浆液喷洒的距离更长，更好的覆盖采空区浮煤，以达到防灭火的目的，同时，区域控制阀门8还可以防止浆液直接进入该注浆组以后的连接管2中，未及时注入采空区而在连接管2中沉淀，导致连接管2堵塞。

另外，为了保证注浆压力，可以将主阀门1设置为变径阀门，变径阀门可以增大浆液喷出压力，使浆液喷的更远。在本实施例中，该变径阀门设置在注浆主管13的末端，该变径阀门为直径3寸变直径38±1mm的阀门，连接管2和三通接头4的直径均为38±1mm，然后变径阀门通过连接管2连接到液压支架3上的三通接头4。

清洗阀门9安装在注浆系统最后一个连接管2的末端，用于注浆完成之后，清洗管路，防止浆液在管路中凝结，堵塞管路，提高注浆系统的使用寿命，节约注浆成本。具体地，注浆结束后，打开清洗阀门9，清洗注浆系统，直至清洗阀门9流出清水，方可认为注浆系统清洗干净，停止清洗，关闭清洗阀门9。

进一步地，所述注浆管7的第二端11设置有喷嘴6，所述喷嘴6为鸭嘴形。

注浆管7的喷嘴6设置为鸭嘴形，喷嘴6可以与注浆管7一体成型后，加工而成，也可以单独将喷嘴6加工完成后，固定在注浆管7上。鸭嘴形的喷嘴6使得喷出的浆液成“八”字形状，覆盖面积更广，覆盖效果更好，更有利于达到防灭火的效果。

优选的是，所述注浆管7为金属管，金属管有一定的刚度，能够稳定地伸到采空区中，使得喷出的浆液更好的覆盖采空区浮煤，达到防灭火的效果。

在本实施例中，在每个三通接头4靠近采空区一侧的一个接口处连接一根注浆管7，注浆管7的长度为5m，直径为2寸。注浆管7太短，喷出的浆液容易流入液压支架3的后部，影响安全生产；注浆管7太长，容易受到采空区浮矸挤压而被拉断，因此注浆管7的具体长度可以根据工作面的特征确定。

进一步地，所述连接管2为胶管。

每个液压支架3上的三通接头4上都带有连接管2，液压支架3在移动过程中，胶管不会因为受到挤压而变形，提高了注浆系统的适应性。连接管2也可以采用其他韧性比较好的材料。

在本实施例中，连接管2采用高压胶管，高压胶管每根长2m，直径为38±1mm，高压胶管能够承受一定的压力和温度，适用于井下使用。

本发明实施例还提供了一种防灭火注浆方法，其中，包括如下步骤：

步骤A、向第一个液压支架3上的三通接头4内通入浆液。

注浆系统中优选地在注浆管7上连有阀门5，在步骤A之前，该方法还可以包括：

步骤A0、打开设置在注浆管7上的阀门5。

在本实施例中，还设置有主阀门1和区域控制阀门8，在步骤A0中，还可以具体包括关闭第一组区域控制阀门8，打开主阀门1，然后依次打开第一架液压支架3上注浆管7上的阀门5、第二架液压支架3上注浆管7上的阀门5，直至打开第五架液压支架3上注浆管7上的阀门5。

步骤B、所述通入的浆液的一部分流入注浆管7，并通过注浆管7的第二端11向采空区注浆。

通入的浆液首先通过第一个三通接头4进入第一架液压支架3上的注浆管7，浆液从注浆管7的第二端11上的喷嘴6向采空区进行喷浆。

步骤C、所述浆液的另一部分通过连接管2依次进入其他液压支架3上的三通接头4，并通过其他液压支架3上的三通接头4所连接的注浆管7的第二端11的喷嘴6向采空区依次注浆。

本实施例中，以五架液压支架3为一组进行分组，那么所述步骤C可以具体包括如下步骤：

步骤C1、打开第一组液压支架3的注浆管7上的阀门5，关闭其他组液压支架3的注浆管7上的阀门5，所述浆液通过连接管2依次进入第一组液压支架3上的三通接头4。

具体地，依次打开第一组液压支架3中的第二至第五架液压支架3的注浆管7上的阀门5，关闭第一组区域控制阀门8和其他组液压支架3的注浆管7上的阀门5，所述浆液通过连接管2依次进入第一组液压支架3上的三通接头4。

步骤C2、通过第一组液压支架3上的三通接头4所连接的注浆管7的第二端11向采空区依次注浆。

步骤C3、打开第二组液压支架3的注浆管7上的阀门5，关闭其他组液压支架3的注浆管7上的阀门5。

具体地，可以关闭第一组液压支架3的第一至第五架液压支架3的注浆管7上的阀门5，关闭第二组区域控制阀门8，打开第一组区域控制阀门8，依次打开第二组液压支架3上的阀门5；

步骤C4、通过第二组液压支架3的注浆管7进行注浆。

步骤C5、打开第N组液压支架3的注浆管7上的阀门5，关闭其他组液压支架3的注浆管7上的阀门5。

具体地，关闭第N-1组液压支架3的注浆管7上的阀门5，关闭第N-1组区域控制阀门8，打开第N组液压支架3的注浆管7上的阀门5，如果第N组为最后一组，关闭清洗阀门9即可。

步骤C6、通过第N组液压支架3的注浆管7进行注浆；N≥3。

在上述步骤结束后，还可以包括清洗的步骤，即：

注浆结束后，打开清洗阀门9，对注浆系统进行清洗。

在上述实施例的基础上，所述步骤C之后，还包括：

步骤D、关闭所有阀门5，向工作面方向移动液压支架3，向采空区注浆，从而使整个注浆系统随着工作面进行移动，向采空区的下一区域注浆，与现有技术相比，可以方便的改变注浆位置，应用更灵活。

本发明实施例提供的一种防灭火注浆系统具有以下优点：

(1)该系统打破了现有技术中的一根注浆管设在上隅角并延伸至采空区氧化带内的注浆方法，提出了利用综采工作面液压支架后立柱固定注浆管并均匀的向采空区敷设注浆管，随着液压支架前移而对注浆系统进行移动的新方法，使得采空区防灭火注浆实现了多管路、定向、定点注浆。

(2)该系统克服了现有技术中的防灭火注浆系统完全利用浆液流体特性和浆液的自重自上而下覆盖采空区浮煤，而浆液在采空区的流动是不会以人的意志而改变，因此不能有效地覆盖全部采空区，而且注浆量大、注浆时间长，注浆成本高，而该系统根据综采工作面日回采进度，通过计算，可从上往下逐架打开阀门定量注浆，节省时间、节约材料、浆液覆盖均匀，为具有煤层自燃倾向性的煤矿综采工作面采空区防灭火注浆提供了科学依据和理论指导。

(3)该系统可以适应各类条件的综采工作面，如大倾角倾向、走向回采工作面，水平回采工作面，即使遇见断层等复杂地质构造的综采工作面，注浆效果也非常好，不会发生溃浆或泄浆、阻浆事故。该系统注浆准确度、采空区覆盖率非常高。

(4)该系统是将注浆系统随着工作面液压支架前移而移动，不会将注浆系统埋入采空区而导致对注浆材料的浪费。

以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防灭火注浆系统，其特征在于，包括：多个液压支架、多个三通接头、多个注浆管和多个连接管；

每个三通接头固定设置在对应的一个液压支架上；

每个三通接头的一个接口与一个注浆管的第一端固定连接，每个三通接头的另两个接口分别与相邻的两个连接管相接；

所述注浆管的第二端用于伸入至采空区以向采空区注浆。

2.如权利要求1所述的防灭火注浆系统，其特征在于，所述注浆管上设置有阀门。

3.如权利要求1所述的防灭火注浆系统，其特征在于，所述注浆管的第二端设置有喷嘴，所述喷嘴为鸭嘴形。

4.如权利要求1-3任一所述的防灭火注浆系统，其特征在于，所述注浆管为金属管。

5.如权利要求1-3任一所述的防灭火注浆系统，其特征在于，所述连接管为胶管。

6.一种防灭火注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A、向第一个液压支架上的三通接头内通入浆液；

步骤B、所述通入的浆液的一部分流入注浆管，并通过注浆管的第二端向采空区注浆；

步骤C、所述浆液的另一部分通过连接管依次进入其他液压支架上的三通接头，并通过其他液压支架上的三通接头所连接的注浆管的第二端向采空区依次注浆。

7.如权利要求6所述的防灭火注浆方法，其特征在于，所述步骤A之前，还包括：

步骤A0、打开设置在注浆管上的阀门。

8.如权利要求7所述的防灭火注浆方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

步骤C1、打开第一组液压支架的注浆管上的阀门，关闭其他组液压支架的注浆管上的阀门，所述浆液通过连接管依次进入第一组液压支架上的三通接头；

步骤C2、通过第一组液压支架上的三通接头所连接的注浆管的第二端向采空区依次注浆；

步骤C3、打开第二组液压支架的注浆管上的阀门，关闭其他组液压支架的注浆管上的阀门；

步骤C4、通过第二组液压支架的注浆管进行注浆；

步骤C5、打开第N组液压支架的注浆管上的阀门，关闭其他组液压支架的注浆管上的阀门；

步骤C6、通过第N组液压支架的注浆管进行注浆；N≥3。

9.如权利要求8所述的防灭火注浆方法，其特征在于，所述步骤C之后，还包括：

步骤D、关闭所有阀门，向工作面方向移动液压支架，向采空区注浆。

10.如权利要求8或9所述的防灭火注浆方法，其特征在于，每组液压支架包括五架液压支架。