CN110030028B - 一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统，包括煤田火区高温煤岩体、供水管路与智能注水模块，其特征在于：所述煤田火区高温煤岩体内设有注水钻孔，所述注水钻孔内设有螺旋自增压散射筛管，所述螺旋自增压散射筛管包括切向导流孔结构、内螺旋凹槽结构，所述供水管路与智能注水模块连接，所述智能注水模块包括电磁阀、螺旋喷头、测温热电偶、红外测温仪、数值分析控制器。本发明具有如下优点：使煤田火区注水降温工艺科学、智能化，系统结构简单实用，便于移动及维护，增强降温效果，减少降温用水量，具有广泛的实用性，对节约和保护水资源有重大意义。

Description

一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统及方法

技术领域

在本发明涉及高效集约化煤火治理技术领域，具体是指一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统及方法。

背景技术

煤田火区注水是煤田灭火五大工艺之一。注水工艺是指在钻孔终孔后，对钻孔实行大压力、适量的间歇式注水，达到降低煤岩体温度和扑灭火区深部火源的目的。实行大压力注水是为了扩大注水渗透范围，最大范围的控制火源；适量注水是为了提高水的气化率，尽可能多的带走燃烧体的热量；间歇式注水是为了避免在裂隙中形成冷却通道，防止注水沿着冷却通道流走。在传统注水工艺中，钻孔中放入普通的护孔筛管，使用一个普通直角弯头将护孔筛管与供水管路连接，工人根据粗略估计控制注水速度和注水时间。由于注水不科学，进入钻孔的水与高温煤岩体的换热效率低、气化率低，大部分沿着冷却通道流失掉，没有起到降温效果，造成了大量的水资源浪费。

针对传统煤田灭火注水工艺降温效果差、水资源浪费严重现状，根据注水的目的及原理，发明了煤田火区智能注水降温高效节水系统及方法。本系统使煤田火区注水降温工艺科学、智能化，结构简单实用，便于移动及维护，增强降温效果，减少降温用水量，具有广泛的实用性，对节约和保护水资源的意义重大。

发明内容

本发明目的是，针对传统煤田灭火注水工艺降温效果差、水资源浪费严重等问题，提供一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统及方法，使注水降温工艺科学、智能化，实现用最少的水量达到最优的降温效果。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统及方法，包括煤田火区高温煤岩体、供水管路与智能注水模块，煤田火区高温煤岩体内设有注水钻孔，注水钻孔内设有螺旋自增压散射筛管，螺旋自增压散射筛管包括切向导流孔结构、内螺旋凹槽结构，供水管路与智能注水模块连接，智能注水模块包括电磁阀、螺旋喷头、测温热电偶、红外测温仪、数值分析控制器；电磁阀可自动调节注水的速度和注水时间，测温热电偶设在螺旋喷头的一端中央处，测温热电偶插入螺旋自增压散射筛管内部一米深处用于自动测量注水钻孔的孔口温度，红外测温仪设在螺旋喷头的一侧，红外测温仪设于螺旋自增压散射筛管的孔口上方用于自动测量螺旋自增压散射筛管底部温度，所测得温度数据可同时传送给数值分析控制器；

系统的工作流程包括以下步骤：

a.基于上述系统结构完成系统安装，测温热电偶自动测量注水钻孔的孔口温度，红外测温仪自动测量注水钻孔的底部温度，测得数据同时传送给数值分析控制器；

b.数值分析控制器根据测得的温度数据，分析得出的最优注水速度、最优注水速度时间蒸汽回流时间，控制电磁阀执行相应注水操作；

c.供水管路中的水经过电磁阀和螺旋喷头，喷射空心锥型水雾，以一定的螺旋切向速度进入螺旋自增压散射筛管，在内螺旋凹槽结构中进行螺旋增压运动，在切向导流孔结构逐渐喷射入煤田火区高温煤岩体对其进行降温；

d.注水结束后，间隔数值分析控制器预先计算好的时间，使煤田火区高温煤岩体充分升温，火区内部蒸汽充分回流，测温热电偶、红外测温仪自动进行下一次温度测量；

e.数值分析控制器对温度数据分析达到设定标准后注水结束，并自动报警，如果达不到标准自动重复步骤a、b、c、d。

作为改进，数值分析控制器具有温度数据分析和控制功能，可根据测温热电偶和红外测温仪所测的温度数据自动分析得出最优注水速度、最优注水时间和蒸汽回流时间，控制电磁阀执行注水操作，控制测温热电偶和红外测温仪自动测温。

作为改进，螺旋喷头与内螺旋凹槽结构螺旋相匹配，螺旋喷头可以喷射空心锥型水以一定的螺旋切向速度进入螺旋自增压散射筛管，在内螺旋凹槽结构中进行螺旋增压运动。

作为改进，切向导流孔结构设在内螺旋凹槽结构上，在内螺旋凹槽结构中增加了压力的水在向下运动过程中逐渐从切向导流孔结构喷出，注入高温煤岩体，起到降温作用。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明可以自动测量钻孔孔口和底部的温度，自动分析温度数据并控制最优注水速度和注水时间，自动控制注水结束后用于蒸汽回流的时间，自动控制再次进行温度测量，可以不断进行“温度测量→数据分析→注水→蒸汽回流→温度测量”程序循环，直至数据分析达到设定标准该孔注水结束，并自动报警。用智能程序控制注水代替人工注水，排除了人工的不稳定性；注水钻孔的孔口和底部同时进行温度测量，精度更高；科学的数据分析，注水时间和注水速度更合理。采用螺旋喷头，喷射的空心锥型水可在筛管内壁贴壁运动，避免了实芯水柱中心无作用水的浪费。从螺旋喷头喷出的具有一定螺旋切向速度的水可在螺旋自增压散射筛管的内螺旋凹槽结构内进行螺旋增压运动，在切向导流孔结构告诉喷出，充分注入高温煤岩体，增强了渗透降温效果。

图1是本发明一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统的结构示意图。

图2是本发明一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统的智能注水模块的结构示意图。

图3是本发明一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统的螺旋自增压散射筛管的结构示意图。

如图所示：1、煤田火区高温煤岩体，2、注水钻孔，3、螺旋自增压散射筛管，3-1、切向导流孔结构，3-2、筛管内螺旋凹槽结构，4、供水管路，5、智能注水模块，5-1、电磁阀，5-2、螺旋喷头，5-3、测温热电偶，5-4、红外测温仪，5-5、数值分析控制器。

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明在具体实施时，一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统及方法，包括煤田火区高温煤岩体1、供水管路4与智能注水模块5，所述煤田火区高温煤岩体1内设有注水钻孔2，所述注水钻孔2内设有螺旋自增压散射筛管3，所述螺旋自增压散射筛管3包括切向导流孔结构3-1、内螺旋凹槽结构3-2，所述供水管路4与智能注水模块5连接，所述智能注水模块5包括电磁阀5-1、螺旋喷头5-2、测温热电偶5-3、红外测温仪5-4、数值分析控制器5-5；所述电磁阀5-1可自动调节注水的速度和注水时间，所述测温热电偶5-3设在螺旋喷头5-2的一端中央处，所述测温热电偶5-3插入螺旋自增压散射筛管3内部一米深处用于自动测量注水钻孔2的孔口温度，所述红外测温仪5-4设在螺旋喷头5-2的一侧，所述红外测温仪5-4设于螺旋自增压散射筛管3的孔口上方用于自动测量螺旋自增压散射筛管3底部温度，所测得温度数据可同时传送给数值分析控制器5-5；

所述系统的工作流程包括以下步骤：

a.基于上述系统结构完成系统安装，测温热电偶5-3自动测量注水钻孔2的孔口温度，红外测温仪5-4自动测量注水钻孔2的底部温度，测得数据同时传送给数值分析控制器5-5；

b.数值分析控制器5-5根据测得的温度数据，分析得出的最优注水速度、最优注水速度时间蒸汽回流时间，控制电磁阀5-1执行相应注水操作；

c.供水管路4中的水经过电磁阀5-1和螺旋喷头5-2，喷射空心锥型水雾，以一定的螺旋切向速度进入螺旋自增压散射筛管3，在内螺旋凹槽结构3-2中进行螺旋增压运动，在切向导流孔结构3-1逐渐喷射入煤田火区高温煤岩体1对其进行降温；

d.注水结束后，间隔数值分析控制器5-5预先计算好的时间，使煤田火区高温煤岩体1充分升温，火区内部蒸汽充分回流，测温热电偶5-3、红外测温仪5-4自动进行下一次温度测量；

e.数值分析控制器5-5对温度数据分析达到设定标准后注水结束，并自动报警，如果达不到标准自动重复步骤a、b、c、d。

所述数值分析控制器5-5具有温度数据分析和控制功能，可根据测温热电偶5-3和红外测温仪5-4所测的温度数据自动分析得出最优注水速度、最优注水时间和蒸汽回流时间，控制电磁阀5-1执行注水操作，控制测温热电偶5-3和红外测温仪5-4自动测温。

所述螺旋喷头5-2与内螺旋凹槽结构3-2螺旋相匹配，所述螺旋喷头5-2可以喷射空心锥型水以一定的螺旋切向速度进入螺旋自增压散射筛管3，在内螺旋凹槽结构3-2中进行螺旋增压运动。

所述切向导流孔结构3-1设在内螺旋凹槽结构3-2上，在内螺旋凹槽结构3-2中增加了压力的水在向下运动过程中逐渐从切向导流孔结构3-1喷出，注入高温煤岩体，起到降温作用。

本发明的装置结构简单实用，体积小，安装方便，便于移动及维护，增强了降温效果，减少降温用水量，具有广泛的实用性，可在煤火治理注水工艺推广应用。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统，包括煤田火区高温煤岩体（1）、供水管路（4）与智能注水模块（5），其特征在于：所述煤田火区高温煤岩体（1）内设有注水钻孔（2），所述注水钻孔（2）内设有螺旋自增压散射筛管（3），所述螺旋自增压散射筛管（3）包括切向导流孔结构（3-1）、内螺旋凹槽结构（3-2），所述供水管路（4）与智能注水模块（5）连接，所述智能注水模块（5）包括电磁阀（5-1）、螺旋喷头（5-2）、测温热电偶（5-3）、红外测温仪（5-4）、数值分析控制器（5-5）；所述电磁阀（5-1）可自动调节注水的速度和注水时间，所述测温热电偶（5-3）设在螺旋喷头（5-2）的一端中央处，所述测温热电偶（5-3）插入螺旋自增压散射筛管（3）内部一米深处用于自动测量注水钻孔（2）的孔口温度，所述红外测温仪（5-4）设在螺旋喷头（5-2）的一侧，所述红外测温仪（5-4）设于螺旋自增压散射筛管（3）的孔口上方用于自动测量螺旋自增压散射筛管（3）底部温度，所测得温度数据可同时传送给数值分析控制器（5-5）；

所述系统的工作流程包括以下步骤：

a.基于上述系统结构完成系统安装，测温热电偶（5-3）自动测量注水钻孔（2）的孔口温度，红外测温仪（5-4）自动测量注水钻孔（2）的底部温度，测得数据同时传送给数值分析控制器（5-5）；

b.数值分析控制器（5-5）根据测得的温度数据，分析得出的最优注水速度、最优注水速度时间蒸汽回流时间，控制电磁阀（5-1）执行相应注水操作；

c.供水管路（4）中的水经过电磁阀（5-1）和螺旋喷头（5-2），喷射空心锥型水雾，以一定的螺旋切向速度进入螺旋自增压散射筛管（3），在内螺旋凹槽结构（3-2）中进行螺旋增压运动，在切向导流孔结构（3-1）逐渐喷射入煤田火区高温煤岩体（1）对其进行降温；

d.注水结束后，间隔数值分析控制器（5-5）预先计算好的时间，使煤田火区高温煤岩体（1）充分升权利要求书温，火区内部蒸汽充分回流，测温热电偶（5-3）、红外测温仪（5-4）自动进行下一次温度测量；

e.数值分析控制器（5-5）对温度数据分析达到设定标准后注水结束，并自动报警，如果达不到标准自动重复步骤a、b、c、d。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统，其特征在于：所述数值分析控制器（5-5）具有温度数据分析和控制功能，可根据测温热电偶（5-3）和红外测温仪（5-4）所测的温度数据自动分析得出最优注水速度、最优注水时间和蒸汽回流时间，控制电磁阀（5-1）执行注水操作，控制测温热电偶（5-3）和红外测温仪（5-4）自动测温。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统，其特征在于：所述螺旋喷头（5-2）与内螺旋凹槽结构（3-2）螺旋相匹配，所述螺旋喷头（5-2）可以喷射空心锥型水以一定的螺旋切向速度进入螺旋自增压散射筛管（3），在内螺旋凹槽结构（3-2）中进行螺旋增压运动。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤火治理的智能注水降温高效节水系统，其特征在于：所述切向导流孔结构（3-1）设在内螺旋凹槽结构（3-2）上，在内螺旋凹槽结构（3-2）中增加了压力的水在向下运动过程中逐渐从切向导流孔结构（3-1）喷出，注入高温煤岩体，起到降温作用。

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