CN108412536B - 一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，包括液氮储罐、液态CO2储罐、液氮输送管道、液态CO2输送管道、三通调节阀和软管，液氮输送管道的两端分别与液氮储罐和三通调节阀的第一个口连通，液态CO2输送管道的两端分别与液态CO2储罐和三通调节阀的第二个口连通，三通调节阀的第三个口与软管一端连通，软管另一端连接有喷筒；液氮输送管道上安装有第一球阀、第一压力传感器、第一负压泵和第一流量计，液态CO2输送管道上安装有第二球阀、第二压力传感器、第二负压泵和第二流量计。本发明还提供了一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置的使用方法。本发明设计合理、结构简单、灭火效果好和灭火周期短。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全技术领域，具体是涉及一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置及使用方法。
背景技术
矿井火灾给煤矿安全生产造成很大威胁，为防治矿井火灾，目前，国内外广泛采用惰气防灭火技术。将惰性气体氮气或二氧化碳气体注入煤矿采空区，在氮气或二氧化碳自身扩散及漏风压力的共同作用下，惰性气体分子弥散在破碎煤体周围，减少煤体周围氧气含量，延长煤体氧化周期，从而起到稀释氧气，惰化煤体，抑制燃烧的作用。然而惰气容易逸散，常温惰气虽能抑制火灾，但降温效果有限，灭火周期长。向煤自然发火的采空区内灌注深冷三相惰化浆液，除具备惰气防灭火技术的优点外，因固态CO2小颗粒(干冰)附着在高温物体表面，干冰气化吸热降温，且完全气化需要一定的时间，这就大大增强了惰气防灭火的效果。为此，设计一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其设计合理、结构简单、灭火效果好，有效解决了现有技术中存在的惰气容易逸散、降温效果有限和灭火周期长的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：包括液氮储罐、液态CO2储罐、液氮输送管道、液态CO2输送管道、三通调节阀和软管，所述液氮输送管道的一端与液氮储罐连通，所述液氮输送管道的另一端与三通调节阀的第一个口连通，所述液态CO2输送管道的一端与液态CO2储罐连通，所述液氮输送管道的另一端与三通调节阀的第二个口连通，所述三通调节阀的第三个口与软管的一端连通，所述软管的另一端连接有喷筒；所述液氮输送管道上从液氮储罐至三通调节阀依次安装有第一球阀、第一压力传感器、第一负压泵和第一流量计，所述液态CO2输送管道上从液态CO2储罐至三通调节阀依次安装有第二球阀、第二压力传感器、第二负压泵和第二流量计。
上述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：所述第一流量计与三通调节阀之间的液氮输送管道上安装有第三压力传感器。
上述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：所述第二流量计与三通调节阀之间的液态CO2输送管道上安装有第四压力传感器。
上述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：还包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器均相接，所述PLC控制器的输出端与第一球阀、第一负压泵、第二球阀和第二负压泵均相接。
上述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：所述PLC控制器为矿用隔爆兼本质安全型PLC控制器。
上述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：所述喷筒的小端与软管的另一端连接。
上述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：所述喷筒为喇叭状耐低温304不锈钢喷筒或喇叭状塑料喷管。
另外，本发明还提供了一种步骤简单、实现方便、加强了惰性气体灭火效果的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、首先将第一球阀和第二球阀均打开，然后将第一负压泵和第二负压泵均打开，则液氮储罐中的液氮、液态CO2储罐中的液态CO2分别通过液氮输送管道和液态CO2输送管道进入三通调节阀；
步骤二、步骤一中的液氮和液态CO2进入三通调节阀后在三通调节阀中混合，因液氮的温度低于液态CO2的温度，所以液氮对液态CO2进行深冷作用，使得部分液态CO2转变为固态CO2颗粒；通过三通调节阀后，此时外界压力变小，部分液氮与液态CO2开始气化，从而形成了由固态CO2颗粒、气态氮气、气态CO2、液氮和液态CO2混合组成的深冷三相惰化浆液；
步骤三、步骤二中的深冷三相惰化浆液经过软管后，由喷筒喷入煤自燃区域。
上述的一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置的使用方法，其特征在于，步骤三中所述喷筒将深冷三相惰化浆液喷入煤自燃区域的过程中，由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器实时监测管道内压力并将所检测的压力信号传递给PLC控制器，当所检测的压力值超过PLC控制器的设定值，液氮输送管道、液态CO2输送管道、三通调节阀发生堵塞时，由PLC控制器控制第一球阀、第一负压泵、第二球阀和第二负压泵均关闭。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用液氮和液态CO2降温速度快、惰化作用强、气化时吸热量大和液态CO2气化时的体积膨胀倍数大，且能够很好的吸附于煤的表面的特点，加强了惰性气体灭火的效果。
2、本发明将液态CO2用液氮冻成干冰，将气、液、固三相混合物注入采空区煤自燃高温区防灭火，干冰气化吸热降温，且需要一段时间才能气化完全，比起单纯的惰性气体或液氮/液态CO2，防灭火效果大大增强。
3、本发明采取液氮和液态CO2管道分离，两者在三通调节阀中混合的方式进行深冷处理，有效减小了管道堵塞的可能性。
4、本发明通过在液氮输送管道、液态CO2输送管道分别设置第一负压泵和第二负压泵，保证了注液过程中液体压力的稳定。
5、本发明通过设置三通调节阀，能有效、精确地调节混合物比率，以适应不同的防灭火需求。
6、本发明通过设置喇叭状喷筒，避免了三相混合浆液堵塞喷头的可能性。
7、本发明结构简单，便于移动，采用矿用本安元件，保证了矿井复杂条件中的使用安全。
8、本发明通过设置多个传感器和PLC控制器，当压力过大时自动关闭球阀和负压泵，避免了因管道堵塞产生的不安全因素。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电路原理图。
附图标记说明:
1—液氮储罐； 2—液态CO2储罐； 3—液氮输送管道；
4—液态CO2输送管道；5—三通调节阀； 6—软管；
7—喷筒； 8—PLC控制器； 9—第一球阀；
10—第一压力传感器； 11—第一负压泵； 12—第二球阀；
13—第二压力传感器； 14—第二负压泵； 15—第一流量计；
16—第二流量计； 17—第三压力传感器；18—第四压力传感器。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，包括液氮储罐1、液态CO2储罐2、液氮输送管道3、液态CO2输送管道4、三通调节阀5和软管6，所述液氮输送管道3的一端与液氮储罐1连通，所述液氮输送管道3的另一端与三通调节阀5的第一个口连通，所述液态CO2输送管道4的一端与液态CO2储罐2连通，所述液氮输送管道3的另一端与三通调节阀5的第二个口连通，所述三通调节阀5的第三个口与软管6的一端连通，所述软管6的另一端连接有喷筒7；所述液氮输送管道3上从液氮储罐1至三通调节阀5依次安装有第一球阀9、第一压力传感器10、第一负压泵11和第一流量计15，所述液态CO2输送管道4上从液态CO2储罐2至三通调节阀5依次安装有第二球阀12、第二压力传感器13、第二负压泵14和第二流量计16。
本发明防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，利用液氮的低温特性将液态CO2冷却转化为固体颗粒，再将液氮、固体CO2颗粒、液态CO2、气态氮气和气态CO2的三相惰化浆液注入采空区煤自燃高温区进行灭火。其中，第一球阀9和第二球阀12分别用于控制液氮输送管道3、液态CO2输送管道4的开启和闭合，第一负压泵11用于将液氮储罐1内的液氮吸入液氮输送管道3中，第二负压泵14用于将液态CO2储罐2内的液态CO2吸入液态CO2输送管道4中；三通调节阀5用于调节液氮和液态CO2的流量，以根据需要控制生成固态CO2的效果。软管6选择耐低温软管。
如图1和图2所示，所述第一流量计15与三通调节阀5之间的液氮输送管道3上安装有第三压力传感器17；所述第二流量计16与三通调节阀5之间的液态CO2输送管道4上安装有第四压力传感器18。
如图1和图2所示，还包括PLC控制器8，所述PLC控制器8的输入端与第一压力传感器10、第二压力传感器13、第三压力传感器17和第四压力传感器18均相接，所述PLC控制器8的输出端与第一球阀9、第一负压泵11、第二球阀12和第二负压泵14均相接；当管道中压力过高时，PLC控制器8控制第一球阀9、第一负压泵11、第二球阀12和第二负压泵14均关闭，以防止管道堵塞及堵塞后及时终止工作。
本实施例中，所述PLC控制器8为矿用隔爆兼本质安全型PLC控制器。
本实施例中，所述喷筒7的小端与软管6的另一端连接。
本实施例中，所述喷筒7为喇叭状耐低温304不锈钢喷筒或喇叭状塑料喷管。
结合图1和图2，本发明的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置的使用方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、首先将第一球阀9和第二球阀12均打开，然后将第一负压泵11和第二负压泵14均打开，则液氮储罐1中的液氮、液态CO2储罐2中的液态CO2分别通过液氮输送管道3和液态CO2输送管道4进入三通调节阀5；
步骤二、步骤一中的液氮和液态CO2进入三通调节阀5后在三通调节阀5中混合，因液氮的温度低于液态CO2的温度，所以液氮对液态CO2进行深冷作用，使得部分液态CO2转变为固态CO2颗粒；通过三通调节阀5后，此时外界压力变小，部分液氮与液态CO2开始气化，从而形成了由固态CO2颗粒、气态氮气、气态CO2、液氮和液态CO2混合组成的深冷三相惰化浆液；
步骤三、步骤二中的深冷三相惰化浆液经过软管6后，由喷筒7喷入煤自燃区域；
所述喷筒7将深冷三相惰化浆液喷入煤自燃区域的过程中，由第一压力传感器10、第二压力传感器13、第三压力传感器17和第四压力传感器18实时监测管道内压力并将所检测的压力信号传递给PLC控制器8，当所检测的压力值超过PLC控制器8的设定值，液氮输送管道3、液态CO2输送管道4、三通调节阀5发生堵塞时，由PLC控制器8控制第一球阀9、第一负压泵11、第二球阀12和第二负压泵14均关闭。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：包括液氮储罐(1)、液态CO2储罐(2)、液氮输送管道(3)、液态CO2输送管道(4)、三通调节阀(5)和软管(6)，所述液氮输送管道(3)的一端与液氮储罐(1)连通，所述液氮输送管道(3)的另一端与三通调节阀(5)的第一个口连通，所述液态CO2输送管道(4)的一端与液态CO2储罐(2)连通，所述液氮输送管道(3)的另一端与三通调节阀(5)的第二个口连通，所述三通调节阀(5)的第三个口与软管(6)的一端连通，所述软管(6)的另一端连接有喷筒(7)；所述液氮输送管道(3)上从液氮储罐(1)至三通调节阀(5)依次安装有第一球阀(9)、第一压力传感器(10)、第一负压泵(11)和第一流量计(15)，所述液态CO2输送管道(4)上从液态CO2储罐(2)至三通调节阀(5)依次安装有第二球阀(12)、第二压力传感器(13)、第二负压泵(14)和第二流量计(16)；
所述三通调节阀(5)用于调节液氮和液态CO2的流量；
所述第一流量计(15)与三通调节阀(5)之间的液氮输送管道(3)上安装有第三压力传感器(17)；
所述第二流量计(16)与三通调节阀(5)之间的液态CO2输送管道(4)上安装有第四压力传感器(18)；
所述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置还包括PLC控制器(8)，所述PLC控制器(8)的输入端与第一压力传感器(10)、第二压力传感器(13)、第三压力传感器(17)和第四压力传感器(18)均相接，所述PLC控制器(8)的输出端与第一球阀(9)、第一负压泵(11)、第二球阀(12)和第二负压泵(14)均相接；
所述喷筒(7)的小端与软管(6)的另一端连接；
所述喷筒(7)为喇叭状耐低温304不锈钢喷筒或喇叭状塑料喷管。
2.按照权利要求1所述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置，其特征在于：所述PLC控制器(8)为矿用隔爆兼本质安全型PLC控制器。
3.一种如权利要求1所述的防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、首先将第一球阀(9)和第二球阀(12)均打开，然后将第一负压泵(11)和第二负压泵(14)均打开，则液氮储罐(1)中的液氮、液态CO2储罐(2)中的液态CO2分别通过液氮输送管道(3)和液态CO2输送管道(4)进入三通调节阀(5)；
步骤二、步骤一中的液氮和液态CO2进入三通调节阀(5)后在三通调节阀(5)中混合，因液氮的温度低于液态CO2的温度，所以液氮对液态CO2进行深冷作用，使得部分液态CO2转变为固态CO2颗粒；通过三通调节阀(5)后，此时外界压力变小，部分液氮与液态CO2开始气化，从而形成了由固态CO2颗粒、气态氮气、气态CO2、液氮和液态CO2混合组成的深冷三相惰化浆液；
步骤三、步骤二中的深冷三相惰化浆液经过软管(6)后，由喷筒(7)喷入煤自燃区域。
4.按照权利要求3所述的一种防治煤自燃的深冷三相惰化浆液产生装置的使用方法，其特征在于，步骤三中所述喷筒(7)将深冷三相惰化浆液喷入煤自燃区域的过程中，由第一压力传感器(10)、第二压力传感器(13)、第三压力传感器(17)和第四压力传感器(18)实时监测管道内压力并将所检测的压力信号传递给PLC控制器(8)，当所检测的压力值超过PLC控制器(8)的设定值，液氮输送管道(3)、液态CO2输送管道(4)、三通调节阀(5)发生堵塞时，由PLC控制器(8)控制第一球阀(9)、第一负压泵(11)、第二球阀(12)和第二负压泵(14)均关闭。
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