CN112764440A - 一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，步骤为：在煤堆旁设置水槽；在煤堆中插入注水钢管；在水槽中设置一水泵，将水槽中的水从进水口压入注水钢管，流经整个煤堆最后从出水口流出，流回水槽中；在出水口处设有温度传感器，用于实时监测出口水流温度；设置与水泵和温度传感器连接的控制器，根据温度传感器检测的出口水流温度自动调整水泵使进入煤堆的流速以加速降温；设置与控制器连接的报警装置，提示煤堆内部某处将已达到着火点，及时对煤堆进行散热处理。本发明在煤堆中插入注水钢管，能够有效地降低煤堆内部的温度，钢管中的水是不断循环流动的，可以带走煤堆中由于氧化反应而产生的热量，使煤堆内部的温度保持在低温状态。

Description

一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法

技术领域

本发明属于煤矿管理的技术领域，尤其涉及一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法。

背景技术

我国约有50％的煤矿存在自然发火危险，矿山、发电厂、码头、集运站等储煤场的煤炭在储存以及运输过程中，由于煤堆自身的化学和物理性质，其内部极易发生自燃。1982年，中国台湾一艘货船从New Orleans运载65000t 煤炭前往中国台湾，航行途中有三个货舱的煤炭发生了自燃，船上煤炭已经损坏。2009年，常州市某储运公司的露天煤堆发生自燃。同是2009年，一艘装有煤炭的货轮从秦皇岛出发，在航行过程中，煤炭发生自燃。2011年，载煤的“昌远68号”货轮在海上发生自燃事故，船上的煤炭资源已经严重损失。储煤堆自燃一方面降低了煤体品质造成了资源浪费，另一方面严重威胁了煤矿企业的安全生产。

利用热管技术来对储煤堆进行降温取得了一定效果。热管由于相变导热快速、等温性好和适应温度范围广等特点，已在电子元件冷却、提取寒冷地区冻土深部热量、矿井调温和余热利用等领域得到了广泛应用。重力热管作为一种新型的高效传热元件，具有热管的一般特性，即不需要外力作用即可将大量热量通过小截面来实现远距离传输功能。热管作为一种单向导热能力极强的设备，具有破坏煤自燃蓄热环境的潜力，可作为防治煤自燃灾害的一种新型技术手段。

设想在煤堆中插入重力热管，当煤堆中存在氧化而导致煤层热量聚集时，煤堆内部的高热源可以作为热管蒸发段的启动热源，热管内部工质吸收热量后变为蒸汽而把煤层内部的热量转移到冷凝段。热管冷凝段在空气对流作用下而降温，降温后热管工质又冷凝为液态，在重力作用下回流到了蒸发段，这样就有望实现煤堆热量的自动连续深部热转移，从而破坏煤层内部的蓄热环境，降低氧化带温度，有效预防煤堆自然发火现象。热管自动转移煤堆自然热量的原理就是利用了热二极管能够捕获和储存冷量的特性，同时煤堆内外的温度差为热管正常运行提供了动力保障。

采用热管具有如下缺点：

1、利用热管来对储煤堆进行降温的方法成本较高，在小型储煤堆可以适量使用，但是由于一根热管降温的区域是有限的，对于体积较大的储煤堆则需要插入数量非常多的热管。

2、热管的长度是有限制的，所以插入煤堆的深度也是有限的，若是插入煤堆过深，影响热管内液体蒸发，那就对热管的降温效率也有很大的影响。所以若是大型煤堆内部深处温度升高，热管将无法分散煤堆内部的热量。

3、热管的降温效率受外界影响的因素过多，热管插入的角度、热管插入的深度以及热管的数量和热管在煤堆中的排布都对热管的降温效率都有影响。

4、由于热管是通过液体蒸发冷凝来带走热量，速度慢，范围小，降温效率低。

另外，采用厌氧技术给煤堆降温：煤体在70℃以下自燃时，温度随时间缓慢增长；当温度高于100℃以后，耗氧率和热强度随着温度缓慢增大；在厌氧冷却过程中，冷却率随着温度的降低而下降，当煤炭温度从452.7℃下降到250℃时，冷却率迅速降低；当煤炭温度低于250℃时，冷却率缓慢下降。但厌氧技术降温速率较慢，只适用于室内储煤堆，室外的不适用，不具有普适性。

溶胶泡沫/聚己内酯和有机酸合成的多态泡沫技术实现煤堆降温：该技术包括对SFP溶液和PF形成进行电位测量，以及差示扫描量热计/热重分析仪、x射线衍射、x射线光电子能谱、PF红外分析。发现PF溶液包含 0.7％聚己内酯，具有较强的静电排斥力，将有机酸注入SFP溶液，在30s 内再注入气体，就会产生含水泡沫，过两三分钟，硅酸钠与有机酸之间化学反应产生PF，PF可以吸收煤低温氧化产生的热量，为煤提供水分，预防自燃，在煤表面形成热稳定的涂层可扑灭火灾。但多态泡沫技术操作复杂，其实际应用受到特定的限制，操作所需成本较高，不能够广泛使用。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，降低用于防治储煤堆自燃的成本，可用于大型的露天煤堆及矸石堆的内部降温处理，通过水的循环流动带走热量，降温效率很高，降温速度很快，能全面的对煤堆进行降温。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，包括以下步骤：

S1：在煤堆旁设置水槽；

S2：在煤堆中插入注水钢管；

S3：在水槽中设置一水泵，在水泵的作用下将水槽中的水从进水口压入注水钢管，流经整个煤堆最后从出水口流出，流回水槽中；

S4：在所述出水口处设有温度传感器，用于实时监测出口水流温度；

S5：设置与所述水泵和温度传感器连接的控制器，根据温度传感器检测的出口水流温度自动调整水泵使进入煤堆的流速以加速降温；

S6：设置与控制器连接的报警装置，当出口水流温度超过70℃时，将自动触发报警装置，提示煤堆内部某处将已达到着火点，及时对煤堆进行散热处理。

可选的，在步骤S2中，所述注水钢管的排布分为左中右三个部分，其左右两部分均包括多个竖直螺旋管，各竖直螺旋管之间由直管相连；其中间部分为可以使内部温度保持低温状态的回旋状U型管。

进一步的，在步骤S5中，所述水泵具有分别对应出水温度的不同温度范围的三个阈值，当出口水流温度在25℃以下时，水泵保持为慢转速；当出口水流最高温度达到25-40℃时，水泵会调整为中转速；当出口水流温度高于40℃时，水泵会根据控制器的指示自动调整为快转速。

可选的，所述回旋状U型管分为三层，分别降低煤堆内部低中高三个部位的温度，更精准的对煤堆进行全方位的降温。

可选的，所述水槽上设置有散热器，用于使流入水槽中的水在水槽内部充分降温。

由上，本发明的利用注水钢管防止煤堆自燃的方法至少具有如下有益效果：

1、不受外界条件的限制，可以根据不同形状的储煤堆自由摆放，大型煤堆的深处也能采用本发明；能全面的对煤堆进行降温，根据储煤堆的模拟实验知煤堆迎风侧内部2-3m高度1-2m处升温最快，可在此布置螺旋状钢管以达到大面积降温效果。

2、在煤堆中插入注水钢管，能够有效地降低煤堆内部的温度。钢管中的水是不断循环流动的，可以带走煤堆中由于氧化反应而产生的热量，使煤堆内部的温度保持在低温状态，因此大大的减少了煤在储存的过程中由于自燃而带来的损失。钢管中水流速可根据温度进行自动调节。

3、通过水的循环流动带走热量，降温效率很高，降温速度很快。

4、利用水循环的方法降低成本。

5、对煤堆的高度没有限制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的煤堆注水钢管的主视图；

图2为本发明的煤堆注水钢管的主视图；

图3为本发明的煤堆注水钢管的主视图；

图4为煤堆60天内部温度变化图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1至图3所示，本发明的利用注水钢管防止煤堆自燃的方法是通过在储煤堆中插入注水钢管，通过钢管中水的循环流动和钢管良好的导热性能来带走煤堆中由于氧化放热而堆积并且散发不出去的热量。

图1中左侧的长方体为水槽，在水泵的工作下将水从进水口压入注水钢管的管道中，流经整个煤堆最后从出水口流出，流回水槽中。水槽靠左边一排为散热器，能使得流入水槽中的水在水槽内部充分降温。出水口处设有温度传感器，温度传感器和水泵均与控制器相连，用于实时监测出口水流温度从而控制煤堆的温度，若水温较高则说明煤堆内部温度过高，此时控制器可自动调整水泵使流速以加速降温。水泵有三个阈值(快、中、慢)分别对应出口水流的不同温度范围，当出口水流温度在25℃以下时，水泵保持为“慢”转速；当出口水流温度达到25-40℃时，水泵会调整为“中”转速；当出口水流温度高于40℃时，水泵会根据控制器的指示自动调整为“快”转速。

同时，控制器也连着报警装置，当煤堆内部由于其他不可控原因温度过高导致出口水流温度超过70℃时，将自动触发报警装置，提示煤堆内部某处将已达到着火点，应及时对煤堆进行散热处理。

注水钢管的排列可以根据煤堆的形状来变化，均匀的分布在煤堆中，注水钢管的排布分为左中右三个部分。由图4可知，越是靠近储煤堆表面，热量积聚越多，所以在煤堆表面左右侧安装竖直螺旋状的排布是为了在此更大范围的降温，左右两部分均包括三个竖直螺旋管，螺旋管道之间由直管相连；注水钢管的中间部分为回旋状U型管，煤堆中间内部的回旋状U 型管设置可以使内部温度保持低温状态，回旋状U型管分为三层，分别能降低煤堆内部低中高三个部位的温度，这样可以更加精准的对煤堆进行全方位的降温。图3中可以看出，煤堆中所有的水管都是联通在一起的，这就避免了多个入水和出水口的设置，易于组装且拆卸方便。同时，还可以根据煤堆的大小形状来随机改变注水钢管的组装形式以及钢管的粗细。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在煤堆旁设置水槽；

S2：在煤堆中插入注水钢管；

S3：在水槽中设置一水泵，在水泵的作用下将水槽中的水从进水口压入注水钢管，流经整个煤堆最后从出水口流出，流回水槽中；

S4：在所述出水口处设有温度传感器，用于实时监测出口水流温度；

S5：设置与所述水泵和温度传感器连接的控制器，根据温度传感器检测的出口水流温度自动调整水泵使进入煤堆的流速以加速降温；

S6：设置与控制器连接的报警装置，当出口水流温度超过70℃时，将自动触发报警装置，提示煤堆内部某处将已达到着火点，及时对煤堆进行散热处理。

2.如权利要求1所述的利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述注水钢管的排布分为左中右三个部分，其左右两部分均包括多个竖直螺旋管，各竖直螺旋管之间由直管相连；其中间部分为可以使内部温度保持低温状态的回旋状U型管。

3.如权利要求1所述的利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，其特征在于，在步骤S5中，所述水泵具有分别对应出水温度的不同温度范围的三个阈值，当出口水流温度在25℃以下时，水泵保持为慢转速；当出口水流最高温度达到25-40℃时，水泵会调整为中转速；当出口水流温度高于40℃时，水泵会根据控制器的指示自动调整为快转速。

4.如权利要求2所述的利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，其特征在于，所述回旋状U型管分为三层，分别降低煤堆内部低中高三个部位的温度，更精准的对煤堆进行全方位的降温。

5.如权利要求1所述的利用注水钢管防止煤堆自燃的方法，其特征在于，所述水槽上设置有散热器，用于使流入水槽中的水在水槽内部充分降温。

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