CN109736873B - 一种用于煤火治理的智能测温注水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于煤火治理的智能测温注水装置及方法,该装置包括注水装置和测温装置,注水装置包括进水管Ⅰ11,一端与水泵相连,另一端与注水弯头8连接,注水弯头另一端与进水管Ⅱ12相连,注水弯头上设有测温孔13;进水管Ⅰ上按进水方向依次设有比例电磁阀1和涡轮流量计3;测温装置包括测温线5,一端缠绕在卷线盘6上,另一端穿过测温孔深入进水管Ⅱ中;卷线盘套在电机4轴上;比例电磁阀、涡轮流量计、电机、测温线、水泵分别与控制器2连接。该方法包括高效测温作业流程和智能注水降温作业流程,根据钻孔温度智能调节注水时间,使用时多台装置为一组,通过确定优先装置实现区域联调。本发明实现了煤火治理注水作业的高效智能节水和快速降温。
Description
技术领域
本发明属于煤田火区治理技术领域,具体涉及一种用于煤火治理的智能测温注水装置及方法。
背景技术
煤炭作为国家的主体能源,其开采、运输和储藏的安全问题关乎国家经济的命脉。目前,我国的很多煤炭资源饱受自燃发火的威胁,长时间的自燃引起了严重的地上和地下煤火,有的地下煤火甚至持续燃烧了上千年而不灭。每年数以亿计的珍贵煤炭资源因煤火燃烧而损失,煤炭在燃烧过程中会释放大量的CO2、CH4等温室气体,以及CO、SO2、NO、NO2等有毒有害气体,对生态系统造成了巨大的破坏,也对人民的生命健康带来了严重的威胁。另外,由于煤火区的长时间燃烧,地表温度升高,大量地表植物迫于恶劣的环境逐渐死亡,导致严重的水土流失和地质塌陷。因此,煤火治理迫在眉睫。
传统的煤火治理方法有浅层剥离火区、钻孔、注水、灌浆。由于火区探测技术的技术限制和地下复杂的地质环境,火区燃烧区域尚不能精确定位,注水作业工程量巨大且效果低效。目前,火区的注水作业和钻孔测温完全依靠现场工人的经验进行,这样的作业方式势必会造成人力物力的巨额浪费,导致大量水资源的流失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于煤火治理的智能测温注水装置及方法,该系统及方法不仅能够检测煤层温度,且能精准对煤层进行智能调控注水降温,可有效节约大量水资源。
为实现上述目的,本发明提供了一种用于煤火治理的智能测温注水装置,包括注水装置和测温装置,所述注水装置包括位于煤层上的进水管Ⅰ,进水管Ⅰ的一端与水泵相连,另一端与注水弯头连接,注水弯头的另一端与垂直设置在煤层面地下钻孔内的进水管Ⅱ相连,注水弯头垂直于进水管Ⅰ的方向上设置有测温孔;所述进水管Ⅰ上按进水方向依次设置有比例电磁阀和涡轮流量计;所述测温装置包括测温线,测温线的一端缠绕在卷线盘上,另一端穿过测温孔深入进水管Ⅱ中;所述卷线盘套在电机的轴上;所述比例电磁阀、涡轮流量计、电机、测温线、水泵分别与控制器连接。
进一步地,所述注水装置还包括设置在进水管Ⅱ内的起旋器中空圆管和多个起旋器旋片,起旋器旋片均匀对称设置在旋器中空圆管的外壁上。
进一步地,所述起旋器中空圆管的上端垂直焊接于注水弯头的测温孔处,起旋器旋片与中空圆管的轴向夹角为40~45°。
进一步地,所述注水装置还包括套在测温线上的整直器,所述测温线为K型热电偶测温线,测温线的另一端依次穿过整直器、测温孔和起旋器中空圆管深入进水管Ⅱ中,测温线的测温范围为距煤层面0~100m。
进一步地,所述控制器通过支撑架固定安装在进水管Ⅰ上,控制器外壳为防水防腐壳体,控制器与终端控制器无线信号连接,终端控制器与远程控制面板连接。
进一步地,所述注水装置还包括设置在进水管Ⅰ上方的固定架,电机固定设置在固定架上方。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,该方法采用一台用于煤火治理的智能测温注水装置,该方法包括高效测温作业流程A和智能注水降温作业流程B,具体步骤如下:a.进入高效测温作业流程A,控制器控制电机启动,电机带动卷线盘顺时针旋转,从而使测温线下降到煤层钻孔内进行测温得到钻孔温度T,测温时长为1~60min;若钻孔温度T低于80℃,控制器再次控制电机启动,电机带动卷线盘逆时针旋转,当测温线上升至煤层上时,移动该测温注水装置至另一个钻孔处进行测量,直至找到钻孔温度T高于80℃的钻孔;
b. 当钻孔温度T超过80℃时,该测温注水装置则进入智能注水降温作业流程B,控制器接收到测温线的信号后,控制比例电磁阀打开,控制器根据涡轮流量计显示的注水流量来控制比例电磁阀的开度,控制器根据测温线检测到的钻孔温度T以及下述公式来确定装置注水规定时长:
式中:f(x)为装置注水规定时长,min;T为钻孔温度,℃;
同时,测温线将实时检测到的钻孔温度信号发送至控制器,当控制器检测到的钻孔温度T低于80℃时,控制比例电磁阀关闭,停止注水;控制电机启动,电机带动卷线盘逆时针旋转,当测温线上升至煤层上时,移动该测温注水装置至另一个钻孔处;
c.重复步骤a和步骤b。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,该方法采用多台用于煤火治理的智能测温注水装置,多台用于煤火治理的智能测温注水装置运行时采用区域联调。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,该方法采用四台用于煤火治理的智能测温注水装置,四台用于煤火治理的智能测温注水装置运行时采用区域联调;所述四台用于煤火治理的智能测温注水装置的进水管Ⅰ一端均与同一台水泵相连。
进一步地,所述区域联调方法如下:
沿煤层呈“田”字式均匀设置有多个钻孔,将四台测温注水装置呈“口”字式分别放置在四个钻孔处,执行高效测温作业流程A,若检测到其中一个钻孔温度低于80℃,则将四台测温注水装置水平移动或垂直移动到相邻的四个钻孔处,以此类推,直至找到四个钻孔的钻孔温度均高于80℃时,控制器控制水泵启动和比例电磁阀打开,控制器根据涡轮流量计显示的注水流量来控制比例电磁阀的开度,控制器根据测温线检测到的钻孔温度T以及下述公式来确定注水时长:
式中:f(x)为装置注水规定时长,min;T为钻孔温度,oC;
设定四台测温注水装置中装置注水规定时长f(x)为最大值的作为优先装置,当控制器检测到优先装置所处的钻孔温度T低于80℃时,控制优先装置的比例电磁阀关闭,停止注水,进入高效测温作业流程A;同时,在优先装置测温期间,控制另外三台测温注水装置中至少一台处于智能注水降温作业流程B,直至四个钻孔温度均低于80℃时,控制器控制水泵停止作业,同时,控制比例电磁阀关闭,停止注水;控制电机启动,电机带动卷线盘逆时针旋转,当测温线上升至煤层上时,移动四台测温注水装置至另外四个钻孔处。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)高效节约用水。该装置的智能注水降温作业流程和高效测温作业流程循环往复工作,注水强度根据测得钻孔温度实时调整,大大提升了注水降温的效率,避免因经验控制注水时间造成的水资源浪费;
(2)远程控制,安全可靠。控制器与终端控制器无线信号连接,该装置的运行情况实时显示在远离火区的控制中心的终端控制器显示屏上,该装置的运行远程操控,降低了现场工作的安全隐患,有效避免了现场施工带来的安全问题;
(3)结构简单,循环使用。整个装置部件少,结构简单轻便,便于运输,安装检修轻松便捷,在钻孔结束注水作业后,能够很快的转移装置至其他钻孔,设备使用寿命长、功耗低,能够多次循环使用;
(4)智能控制,区域联调。该装置现场运转时,采取区域联调的方式,区域内装置设置优先级,根据优先级高低智能控制装置的工作,保证注水降温效果;
(5)交互性强,调控便捷。远程控制面板设备全面反映现场设备的运行状态,操作界面交互性强,操作简单,易于上手。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图中:1、比例电磁阀,2、控制器,3、涡轮流量计,4、电机,5、测温线,6、卷线盘,7、整直器,8、注水弯头,9、起旋器中空圆管,10、起旋器旋片,11、进水管Ⅰ,12、进水管Ⅱ,13、测温孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种用于煤火治理的智能测温注水装置,包括注水装置和测温装置,所述注水装置包括位于煤层上的进水管Ⅰ11,进水管Ⅰ11的一端与水泵相连,另一端与注水弯头8连接,注水弯头8的另一端与垂直设置在煤层面地下钻孔内的进水管Ⅱ12相连,注水弯头8垂直于进水管Ⅰ11的方向上设置有测温孔13;所述进水管Ⅰ11上按进水方向依次设置有比例电磁阀1和涡轮流量计3;所述测温装置包括测温线5,测温线5的一端缠绕在卷线盘6上,另一端穿过测温孔13深入进水管Ⅱ12中;所述卷线盘6套在电机4的轴上;高效测温作业流程A进行时,可通过电机4和卷线盘6改变钻孔测温点深度,多余的测温线5绕在卷线盘6上;所述比例电磁阀1、涡轮流量计3、电机4、测温线5、水泵分别与控制器2连接。
为了提升本发明的注水降温灭火效率,该装置还包括设置在进水管Ⅱ12内的起旋器中空圆管9和多个起旋器旋片10,起旋器旋片10均匀对称设置在起旋器中空圆管9的外壁上;所述起旋器中空圆管9的上端垂直焊接于注水弯头8的测温孔13处,起旋器旋片10与中空圆管9的轴向夹角为40~45°;起旋器中空圆管9和多个起旋器旋片10能够改变水流流动状态,将水流转变为紧贴管壁的螺旋流,大幅提升注水降温灭火的效率。
为了使测温线5垂直落入钻孔中,且防止测温线5打结,该装置还包括套在测温线5上的整直器7,所述测温线5为K型热电偶测温线,测温线5的另一端依次穿过整直器7、测温孔13和起旋器中空圆管9深入进水管Ⅱ12中,测温线5的测温范围为距煤层面0~100m。
为了方便移动该装置,且使该装置的占地面积较小,所述控制器2通过支撑架固定安装在进水管Ⅰ11上;为了防止控制器2被损坏,控制器2外壳为防水防腐壳体;为了使该装置的运行情况实时显示在远离火区的控制中心的终端控制器显示屏上,从而降低现场工作的安全隐患,有效避免现场施工带来的安全问题,控制器2与终端控制器无线信号连接,终端控制器与远程控制面板连接。
为了方便移动该装置,且使该装置的占地面积较小,该装置还包括设置在进水管Ⅰ11上方的固定架,电机4固定设置在固定架上方。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,该方法采用一台用于煤火治理的智能测温注水装置,该方法包括高效测温作业流程A和智能注水降温作业流程B,具体步骤如下:
a.进入高效测温作业流程A,控制器2控制电机4启动,电机4带动卷线盘6顺时针旋转,从而使测温线5下降到煤层钻孔内进行测温得到钻孔温度T,测温时长为1~60min;若钻孔温度T低于80℃,控制器2再次控制电机4启动,电机4带动卷线盘6逆时针旋转,当测温线5上升至煤层上时,移动该测温注水装置至另一个钻孔处进行测量,直至找到钻孔温度T高于80℃的钻孔;
b. 当钻孔温度T超过80℃时,该测温注水装置则进入智能注水降温作业流程B,控制器2接收到测温线5的信号后,控制比例电磁阀1打开,控制器2根据涡轮流量计3显示的注水流量来控制比例电磁阀1的开度,控制器2根据测温线5检测到的钻孔温度T以及下述公式来确定装置注水规定时长:
式中:f(x)为装置注水规定时长,min;T为钻孔温度,℃;
同时,测温线5将实时检测到的钻孔温度信号发送至控制器2,当控制器2检测到的钻孔温度T低于80℃时,控制比例电磁阀1关闭,停止注水;控制电机4启动,电机4带动卷线盘6逆时针旋转,当测温线5上升至煤层上时,移动该测温注水装置至另一个钻孔处;
c.重复步骤a和步骤b。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,该方法采用多台用于煤火治理的智能测温注水装置,多台用于煤火治理的智能测温注水装置运行时采用区域联调。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,该方法采用四台用于煤火治理的智能测温注水装置,四台用于煤火治理的智能测温注水装置运行时采用区域联调;所述四台用于煤火治理的智能测温注水装置的进水管Ⅰ11一端均与同一台水泵相连。
一种用于煤火治理的智能测温注水方法,所述区域联调方法如下:
沿煤层呈“田”字式均匀设置有多个钻孔,将四台测温注水装置呈“口”字式分别放置在四个钻孔处,执行高效测温作业流程A,若检测到其中一个钻孔温度低于80℃,则将四台测温注水装置水平移动或垂直移动到相邻的四个钻孔处,以此类推,直至找到四个钻孔的钻孔温度均高于80℃时,控制器2控制水泵启动和比例电磁阀1打开,控制器2根据涡轮流量计3显示的注水流量来控制比例电磁阀1的开度,控制器2根据测温线5检测到的钻孔温度T以及下述公式来确定注水时长:
式中:f(x)为装置注水规定时长,min;T为钻孔温度,oC;
设定四台测温注水装置中装置注水规定时长f(x)为最大值的作为优先装置,当控制器2检测到优先装置所处的钻孔温度T低于80℃时,控制优先装置的比例电磁阀1关闭,停止注水,进入高效测温作业流程A;同时,在优先装置测温期间,控制另外三台测温注水装置中至少一台处于智能注水降温作业流程B,直至四个钻孔温度均低于80℃时,控制器2控制水泵停止作业,同时,控制比例电磁阀1关闭,停止注水;控制电机4启动,电机4带动卷线盘6逆时针旋转,当测温线5上升至煤层上时,移动四台测温注水装置至另四个钻孔处。
由于煤田火灾治理工程时间紧、任务重,所以为了保证灭火效率,用于输送灭火用水的水泵不停歇工作,但是为了保证水泵输送的灭火用水的灭火质量与节约用水,流经水泵的水流连接四个智能测温注水装置后接入四个灭火注水钻孔。同时为了保证输水泵的不停歇工作,确保泵的安全工作,必须保证四台智能测温注水装置中至少有一台处于智能注水降温作业流程B。
因此设置始终将高效测温作业流程A中测得的四个钻孔温度最高的孔作为优先灭火作业钻孔,高温钻孔的智能测温注水装置设为优先装置,当优先装置处于高效测温作业流程A时,其它三台智能测温注水装置中至少有一台处于智能注水降温作业流程B。
使用时,一台水泵同时给四台用于煤火治理的智能测温注水装置供水,四台装置分别位于不同的钻孔位置,相邻钻孔之间相距6~7m,装置的注水弯头8伸入钻孔内部。安装时,通过法兰盘将比例电磁阀1、涡轮流量计3以及注水弯头8顺次连接起来,控制器2、电机4固定在相应支架上,卷线盘6套在电机4轴上,测温线5深入钻孔之中用于测温。该装置在智能注水降温作业流程B和高效测温作业流程A之间相互切换,实现智能注水。四台智能测温注水装置采取区域联调,确定优先装置,当优先装置处于高效测温作业流程A时,其余三台智能测温注水装置中至少保证一台处于智能注水降温作业流程B,需保证水泵不停歇工作,当优先装置进入智能注水降温作业流程B时,该优先装置的优先性丧失,需重新确定优先装置。
Claims (6)
1.一种用于煤火治理的智能测温注水方法,其特征在于:该方法包括高效测温作业流程A和智能注水降温作业流程B,具体步骤如下:
a.进入高效测温作业流程A:控制器(2)控制电机(4)启动,电机(4)带动卷线盘(6)顺时针旋转,从而使测温线(5)下降到煤层钻孔内进行测温得到钻孔温度T,测温时长为1~60min;若钻孔温度T低于80℃,控制器(2)再次控制电机(4)启动,电机(4)带动卷线盘(6)逆时针旋转,当测温线(5)上升至煤层上时,移动该测温注水装置至另一个钻孔处进行测量,直至找到钻孔温度T高于80℃的钻孔;
b.当钻孔温度T超过80℃时,该测温注水装置则进入智能注水降温作业流程B:控制器(2)接收到测温线(5)的信号后,控制比例电磁阀(1)打开,控制器(2)根据涡轮流量计(3)显示的注水流量来控制比例电磁阀(1)的开度,控制器(2)根据测温线(5)检测到的钻孔温度T以及下述公式来确定装置注水规定时长:
式中:f(x)为装置注水规定时长,min;T为钻孔温度,oC;
同时,测温线(5)将实时检测到的钻孔温度信号发送至控制器(2),当控制器(2)检测到的钻孔温度T低于80℃时,控制比例电磁阀(1)关闭,停止注水;控制电机(4)启动,电机(4)带动卷线盘(6)逆时针旋转,当测温线(5)上升至煤层上时,移动该测温注水装置至另一个钻孔处;
c.重复步骤a和步骤b;
上述方法采用四台用于煤火治理的智能测温注水装置,四台用于煤火治理的智能测温注水装置运行时采用区域联调;所述四台用于煤火治理的智能测温注水装置的进水管Ⅰ(11)一端均与同一台水泵相连;所述区域联调方法如下:
沿煤层呈“田”字式均匀设置有多个钻孔,将四台测温注水装置呈“口”字式分别放置在四个钻孔处,执行高效测温作业流程A,若检测到其中一个钻孔温度低于80℃,则将四台测温注水装置水平移动或垂直移动到相邻的四个钻孔处,以此类推,直至找到四个钻孔的钻孔温度均高于80℃时,控制器(2)控制水泵启动和比例电磁阀(1)打开,控制器(2)根据涡轮流量计(3)显示的注水流量来控制比例电磁阀(1)的开度,控制器(2)根据测温线(5)检测到的钻孔温度T以及下述公式来确定注水时长:
式中:f(x)为装置注水规定时长,min;T为钻孔温度,oC;
设定四台测温注水装置中装置注水规定时长f(x)为最大值的作为优先装置,当控制器(2)检测到优先装置所处的钻孔温度T低于80℃时,控制优先装置的比例电磁阀(1)关闭,停止注水,进入高效测温作业流程A;同时,在优先装置测温期间,控制另外三台测温注水装置中至少一台处于智能注水降温作业流程B,直至四个钻孔温度均低于80℃时,控制器(2)控制水泵停止作业,同时,控制比例电磁阀(1)关闭,停止注水;控制电机(4)启动,电机(4)带动卷线盘(6)逆时针旋转,当测温线(5)上升至煤层上时,移动四台测温注水装置至另外四个钻孔处;
所述用于煤火治理的智能测温注水装置,包括注水装置和测温装置,所述注水装置包括位于煤层上的进水管Ⅰ(11),进水管Ⅰ(11)的一端与水泵相连,另一端与注水弯头(8)连接,注水弯头(8)的另一端与垂直设置在煤层面地下钻孔内的进水管Ⅱ(12)相连,注水弯头(8)垂直于进水管Ⅰ(11)的方向上设置有测温孔(13);所述进水管Ⅰ(11)上按进水方向依次设置有比例电磁阀(1)和涡轮流量计(3);所述测温装置包括测温线(5),测温线(5)的一端缠绕在卷线盘(6)上,另一端穿过测温孔(13)深入进水管Ⅱ(12)中;所述卷线盘(6)套在电机(4)的轴上;所述比例电磁阀(1)、涡轮流量计(3)、电机(4)、测温线(5)、水泵分别与控制器(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤火治理的智能测温注水方法,其特征在于:所述用于煤火治理的智能测温注水装置还包括设置在进水管Ⅱ(12)内的起旋器中空圆管(9)和多个起旋器旋片(10),起旋器旋片(10)均匀对称设置在旋器中空圆管(9)的外壁上。
3.根据权利要求2所述的一种用于煤火治理的智能测温注水方法,其特征在于:所述起旋器中空圆管(9)的上端垂直焊接于注水弯头(8)的测温孔(13)处,起旋器旋片(10)与中空圆管(9)的轴向夹角为40~45°。
4.根据权利要求2所述的一种用于煤火治理的智能测温注水方法,其特征在于:所述用于煤火治理的智能测温注水装置还包括套在测温线(5)上的整直器(7),所述测温线(5)为K型热电偶测温线,测温线(5)的另一端依次穿过整直器(7)、测温孔(13)和起旋器中空圆管(9)深入进水管Ⅱ(12)中,测温线(5)的测温范围为距煤层面0~100m。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于煤火治理的智能测温注水方法,其特征在于:所述控制器(2)通过支撑架固定安装在进水管Ⅰ(11)上,控制器(2)外壳为防水防腐壳体,控制器(2)与终端控制器无线信号连接,终端控制器与远程控制面板连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于煤火治理的智能测温注水方法,其特征在于:所述用于煤火治理的智能测温注水装置还包括设置在进水管Ⅰ(11)上方的固定架,电机(4)固定设置在该固定架上方。
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