CN108005712A - 一种深冷惰气制雪防灭火方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤层火灾处理领域，具体涉及一种深冷惰气制雪防灭火方法及装置。将固态CO2颗粒分散在液氮中形成浆液，以液固二相形态输送，并注入高温区灭火；浆液输送到高温火区后，由于其压力、温度发生变化，液氮首先挥发，而干冰通常需要较长时间才能气化，使二氧化碳以“雪”的形式进入发火采空区，沉积在采空区煤体表面，可以暂时堵塞漏风通道，并降低温度与氧气浓度，从而实现快速灭火的功能。
Description
技术领域
本发明属于煤层火灾处理领域，具体涉及一种深冷惰气制雪防灭火方法及装置。
背景技术
自燃是煤的固有属性，其引发的煤火灾害遍布世界各地。我国煤层自燃火灾十分严重，据统计有72.86％的煤矿存在煤自燃现象。国内过去对煤层火灾的处理，主要采用从井下向火区注浆、凝胶和三相泡沫或者注惰性气体等技术。但是对于煤层群开采顶部采空区火灾，采用注浆注水灭火时，灭火材料容易渗漏，凝胶灭火需要掌握具体火源位置，三相泡沫及惰性气体灭火的降温速度较慢，降温效果相对较差。
向固体松散体火区内灌注深冷惰气浆液，使其中二氧化碳以固态小颗粒形式附着在高温物体表面进行降温、降氧灭火技术在美国用于处理煤矿及矸石山自燃火灾，取得了良好的灭火效果。
发明内容
为了解决现有煤层灭火技术存在的灭火材料渗透、降温效果差及在灭火时需掌握具体火源的问题，本发明提供一种深冷惰气制雪防灭火装置及方法，将固态CO2颗粒分散在液氮中形成浆液，以液固二相形态输送，并注入高温区灭火，本发明使二氧化碳以“雪”的形式进入发火采空区，从而可以用雪片充填采空区空间，覆盖高温煤体，从而快速降温、降氧，实现快速高效防治采空区火灾的目的。
本发明的技术解决方案是提供一种深冷惰气制雪防灭火方法，将液态CO2冷却转化为CO2固体颗粒，将所述CO2冷固体颗粒分散在液氮中形成浆液，注入高温区灭火。
本发明还提供一种实现上述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特殊之处在于：包括液氮储罐、液态二氧化碳储罐、第一管道、第二管道及第三管道；
上述液氮储罐与第一管道入口端连通；上述液态二氧化碳储罐与第二管道入口端连通；上述第一管道与第二管道的出口端均与第三管道的入口端连通，第二管道的出口端设置有二氧化碳分散装置，上述二氧化碳分散装置包括圆盘状挡板，上述挡板开设多个通孔，用于分散二氧化碳；上述第三管道的出口端安装有喷头。
优选地，上述第一管道及第二管道上均设有调节阀、温度计、流量计及压力表；上述第三管道设置有温度计。
优选地，本发明装置还包括混合管道，上述混合管道位于第一管道、第二管道及第三管道的连接处，将第一管道、第二管道及第三管道连通。该混合管道可以是一个三通，其三个端口分别与第一管道、第二管道及第三管道连通。
优选地，本发明装置还包括高压低温软管，上述高压低温软管位于第二管道的出口端，将第二管道与混合管道连通。
优选地，为了防止管道堵塞，上述高压低温软管出口端的管径小于入口端的管径，加大了液态二氧化碳的流速。
优选地，上述高压低温软管上设置有阀门。
优选地，上述喷头为梅花形喷头，上述混合管道为可视化管道。
优选地，上述液氮储罐为自带压力式液氮罐，不需要其他外界动力源。
优选地，上述第一管道、第二管道及第三管道均为不锈钢低温管道。
本发明的有益效果是：
1、本发明将液氮与液态二氧化碳混合注入，液氮的降温速度快，惰化作用强，气化时吸热量大，可快速冷却采空区的温度；而液态二氧化碳气化时的体积膨胀倍数大，且能够很好的吸附于煤的氧化；本发明综合运用二者的优点，使其灭火效果更好；
2、本发明装置结构简单，便于移动，使用防爆性材料制作，具有防爆型，有利于矿井等有爆炸危险的环境中紧急灭火；
3、本发明还包括高压低温软管，便于连接，以便适应实际应用中空间复杂的问题，将液态二氧化碳导入第三管道内；
4、本发明装置中的混合管道为可视化管道，能够实时观察管道内部的流动状况，当管道堵塞时，能够及时的发现；
5、本发明在液态二氧化碳的出液口缩小管道半径，加大液体的流速，防止两种溶液堵塞管道；
6、在第二管道的出口端还设置二氧化碳分散装置，使二氧化碳以颗粒的方式悬浮于液氮中，使其不会堵塞管道；
7、本发明液氮储罐为自带压力式液氮罐，不需要其他的动力，整个装置更为简洁、方便；
8、本发明装置带有管道清洁系统，当管路堵塞时，可使用气化的氮气，通过自带的压力清洁管道清洁。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是二氧化碳分散装置示意图。
图中附图标记为：
1-液氮储罐，2-液态二氧化碳储罐，3-第一管道，4-第二管道，5-第三管道，6a，6b-调节阀，7a，7b-流量计，8a，8b，8c-温度计，9a，9b-压力表，10-混合管道，11-喷头，12-高压低温软管，13-阀门。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作用进一步的描述。
从图1可以看出，本实施例主要包括自带压力式液氮储罐1、液态二氧化碳储罐2及用于液氮及二氧化碳流通的管道，各管道均为不锈钢低温管道；
为了便于描述，将管道分为第一管道3、第二管道4及第三管道5，其中第一管道3与液氮储罐1连通，第二管道4与液态二氧化碳储罐2连通，第一管道3及第二管道4的出口端与第三管道5连通，在第三管道5的出口端设置有梅花形喷头11，第二管道4的出口端设置二氧化碳分散装置。
在该实施例中，还包括混合管道10及高压低温软管12，高压低温软管12的入口端与第二管道4连通，出口端与混合管道10连通，高压低温软管12从入口端至出口端的管径逐渐减小；混合管道10类似于三通，三个端口分别与第一管道3、高压低温软管12及第三管道5连通。
第一管道3及第二管道4上均设有调节阀、流量计、温度计及压力表，在该实施例中，第一管道3上调节阀6a、流量计7a、温度计8a及压力表9a从入口端至出口端依次设置，第二管道4上调节阀6b、流量计7b、温度计8b及压力表9b从入口端至出口端依次设置，在高压低温软管12上还设置有阀门13，在第三管道5上还设置有温度计8c用于观测喷出浆液的温度。
该装置的工作原理是：
先打开调节阀6a，关闭阀门13，让液氮先通过不锈钢低温管道(第一管道3及第三管道5)，使管道内部的温度降液氮的临界温度，当液态二氧化碳进入时使其以固体的形态喷出；
其次是打开阀门13，使用调节阀6b控制液态二氧化碳的流量，使其流量变小，防止堵塞管道；
最后通过梅花型喷头11将二氧化碳和氮气的混合物质以气液固三相的方式喷出，浆液输送到高温火区后，由于其压力、温度发生变化，液氮首先挥发，而干冰通常需要较长时间才能气化，干冰沉积在采空区煤体表面，可以暂时堵塞漏风通道，并降低温度与氧气浓度，从而实现快速灭火的的功能。
Claims (10)
1.一种深冷惰气制雪防灭火方法，其特征在于：将液态CO2冷却转化为CO2冷固体颗粒，将所述CO2冷固体颗粒分散在液氮中形成浆液，注入高温区灭火。
2.一种实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：包括液氮储罐(1)、液态二氧化碳储罐(2)、第一管道(3)、第二管道(4)及第三管道(5)；
所述液氮储罐(1)与第一管道(3)入口端连通；所述液态二氧化碳储罐(2)与第二管道(4)入口端连通；所述第一管道(3)与第二管道(4)的出口端均与第三管道(5)的入口端连通，所述第三管道(5)的出口端安装有喷头(11)。
3.根据权利要求2所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：所述第一管道(3)及第二管道(4)上均设有调节阀、温度计、流量计及压力表；第二管道(4)的出口端设置有二氧化碳分散装置，所述二氧化碳分散装置包括圆盘状挡板，所述挡板开设多个通孔；所述第三管道(5)设置有温度计(8c)。
4.根据权利要求3所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：还包括混合管道(10)，所述混合管道(10)位于第一管道(3)、第二管道(4)及第三管道(5)的连接处，将第一管道(3)、第二管道(4)及第三管道(5)连通。
5.根据权利要求4所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：还包括高压低温软管(12)，所述高压低温软管(12)位于第二管道(4)的出口端，将第二管道(4)与混合管道(10)连通。
6.根据权利要求5所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：所述高压低温软管(12)出口端的管径小于入口端的管径。
7.根据权利要求6所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：所述高压低温软管(12)上设置有阀门(13)。
8.根据权利要求2-7任一所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：所述喷头(11)为梅花形喷头，所述混合管道(10)为可视化管道。
9.根据权利要求8所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：所述液氮储罐(1)为自带压力式液氮罐。
10.根据权利要求9所述的实现权利要求1所述的深冷惰气制雪防灭火方法的装置，其特征在于：所述第一管道(3)、第二管道(4)及第三管道(5)均为不锈钢低温管道。
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