CN112933495A - 一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法 - Google Patents

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武薛强
王佳辰
王莲莲
方成业
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Abstract

一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，包括：进料管；与进料管相连的文丘里管；与文丘里管相连的泡沫发生器；与泡沫发生器相连的混流装置；设置于文丘里管前端的高压气体进管和水进管；设置于泡沫发生器入口处的文丘里管，并在文丘里管的负压区设置进料管；设置于文丘里管出口处的可拆卸多维发泡网；设置于混流装置内部的叶轮；在混流装置中轴上设置搅拌叶轮。本发明在泡沫发生装置后加设混流搅拌装置，使胶体和泡沫混合均匀，保证胶体完全包裹泡沫形成三维网络结构，包裹泡沫的胶体分子作为骨架极大延迟泡沫半衰期和保水性，能对煤体火灾进行有效覆盖隔绝氧气同时包裹的水起到降温的作用，达到很好的灭火效果，结构紧凑合理，发泡量大且胶体泡沫质量好，适用于煤矿井下快速扑灭煤自燃火灾。

Description

一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，是一种用于防止和扑灭煤矿火灾的胶体泡沫产生装置。
背景技术
采空区煤炭自燃是我国煤矿主要灾害之一，每年因煤炭自燃造成大量经济损失约200亿，烧毁煤量达1000-1360万吨，且常诱发瓦斯爆炸等次生灾害。此外煤炭中含有大量碳和硫元素，自燃过程中产生许多CO、SO2、CO2等有害气体，严重污染大气。近年来为了有效防治煤自燃事故，国内外在传统水基泡沫、无机固化泡沫、三相泡沫、胶体泡沫等领域取得了较好的效果。
传统的煤矿防灭火技术存在明显不足，如采用注水、灌浆技术，水和浆液在采空区中只是沿着地势低的地方流动，不能对采空区进行均匀地覆盖，且不能向高处堆积；惰气易随漏风逸散，降低灭火能力，传统铵盐胶体对环境影响大，在其胶凝过程中会释放出对人体有害的刺激性气体；泡沫以及三相泡沫虽然扩散范围大具有一定的堆积性，但泡沫稳定时间短。针对这些问题提出了胶体泡沫防灭火材料，但现有设备仍存在发泡倍数低，胶体和泡沫混合不均匀的问题。
发明内容
本发明提供了一种结构简单，设计合理，发泡量高且易检修的煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置，大幅度提高泡沫的发泡体积，又可提高泡沫的稳定性，生成的胶体泡沫既有较好的覆盖性能，胶体包裹大量水又可起到降温冷却的作用，操作简单。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术解决方案：一种用于煤矿防灭火胶体泡沫产生装置及其使用方法，包括：进料管；与进料管相连的文丘里管；与文丘里管相连的泡沫发生器；与泡沫发生器相连的混流装置；设置于文丘里管前端的高压气体进管(a)和水进管(b)；设置于泡沫发生器入口处的文丘里管，并在文丘里管的负压区设置胶凝剂进管(c)和发泡剂、交联剂进管(d)；设置于文丘里管出口处的可拆卸多维发泡网；设置于混流装置内部的叶轮；在混流装置中轴上设置搅拌叶轮。本发明在泡沫发生装置后加设混流搅拌装置，使胶体和泡沫混合均匀，保证胶体完全包裹泡沫形成三维网络结构，包裹泡沫的胶体分子作为骨架极大延迟泡沫半衰期和保水性，能对煤体火灾进行有效覆盖隔绝氧气同时包裹的水起到降温的作用，达到很好的灭火效果，结构紧凑合理，发泡量大且胶体泡沫质量好，适用于煤矿井下快速扑灭煤自燃火灾。
优选的，文丘里管前端的高压气体进管(a)和水进管(b)，高压气体来源于矿井地下高压通风管，水来源于矿井下高压地下水。
优选的，文丘里管工作原理在于：当气体或液体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体/液体的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力。
优选的，文丘里管的负压区设置进料管分别连接胶凝剂罐和交联剂与发泡剂罐。
优选的，泡沫发生器内壁上设置有间隔均匀的发泡网。
优选的，发泡网为锥形且可拆卸，便于多维发泡网后期维护。
优选的，发泡网为50-100目细铁丝网制成。
优选的，搅拌叶轮螺旋设置在所述混流装置中轴上。
优选的，搅拌叶轮是旋转对称设计，利用杠杆原理在有风的情况下，叶片在对称位置产生的扭转力矩无法互相抵消，这样叶轮就可以转动了。
优选的，搅拌叶轮的叶片是倾斜的，当流体叶片时，相当于对叶片施加一个作用力而产生转动力矩，使叶轮不停的转动
本发明采用在进料处设置安装文丘里管的形式，采用矿下高压通风管中的高压气体在在管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，这个压力差用于给流体提供一个外在吸力，从而吸入胶凝剂和发泡剂与交联剂。与现有技术相比，通过文丘里管可以减少进料设备，从而节约投资和功耗。可拆卸多维发泡网可以极大提到发泡体积，且后期发泡网便于拆卸更换，使用可靠，便于维护。混流装置中设置风车状叶轮，当风吹动叶片时，相当于对叶片施加一个作用力而产生转动力矩，使叶轮不停的转动，从而对胶体泡沫起到很好的混合作用，极大提高泡沫质量，对煤矿发生的火灾进行有效的灭火，适用于煤矿井下防治煤炭自燃火灾。
附图说明
图1是胶体泡沫产生装置结构示意图
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
进料管1、文丘里管2、泡沫发生器3、混流装置4、多维发泡网5、叶轮6、中轴7。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法包括高压气体管a、高压水管b、文丘里管2、胶体基体进料管c、发泡剂与交联剂进料管d、泡沫发生器3、混流装置4、可拆卸式发泡网5、叶轮6、混流装置中轴7。为了便于描述，将高压气体管a的入口端定义为前。
将高压气管a与高压水管b通过三通与文丘里管2相连，在文丘里管负压区连接基料管和发泡剂与促凝剂管，由于高压气通过文丘里管2形成负压区进而产生吸力，吸入基料和发泡剂与促凝剂。文丘里管2出口端通过螺纹紧固件与泡沫发生器3相连，泡沫发生器3内的多维发泡网5通过卡扣固定且可拆卸方便维修，高压气/液体高速进入混流装置推动叶轮6旋转，进一步使胶体泡沫混合均匀，增加泡沫的稳定性。
将高压气体管a接入矿井高压通风管，并接上高压水管b，然后进入变截面的文丘里管2中，根据文丘里管2原理，高压气体和高压水通过管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，这个压力差用于给流体提供一个外在吸力，从而吸入胶凝剂和发泡剂与交联剂。将胶凝剂配置成高浓度母液存放在罐e中，将发泡剂与交联剂也配置成高浓度母液存放在罐f中，通过带阀门的管道c/d接入文丘里管的负压区。气液混合料高速的通过文丘里管2冲击在发泡网5上，通过撞击从而产生较高倍数的胶体泡沫；同时在混流装置四周首先产生胶体泡沫后，在高压和胶体泡沫的冲击下，叶轮7被推动旋转，使胶体泡沫混合均匀细腻，提高泡沫的稳定性，经发泡装置产生的胶体泡沫即可直接注入到煤炭自燃区或易发生自燃的采空区。
具体工作过程：将矿井高压气体接入a管，高压水接入b管，高压气/液经过文丘里管2通过负压区形成的压力差吸入胶凝剂、发泡剂和促凝剂，混合液体高速射入多维发泡网5生成大量泡沫，并经过叶轮6进一步搅拌均匀，最终由出口喷出。
本发泡装置可以使发泡倍数更高，泡沫稳定性更长，混合液体通过文丘里管高速射入多维发泡网5，由于速度比较快，多维发泡网5会把混合液体射流束分散开，一方面大幅提高混合液体的表面积，另一方面在多维发泡网5表面会形成较薄的液体膜，高压气体吹动液体膜就会形成大量泡沫，发泡体积得到大幅提高。同时后面的混流装置4可以使胶体泡沫更加均匀，泡沫表面被胶体分子充分包裹可以极大提高泡沫的稳定性。

Claims (8)

1.一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，包括：
进料管(1)
与所述进料管(1)出口端相连的文丘里管(2):
与所述文丘里管(2)出口端相连的泡沫发生器(3):
与所述泡沫发生器(3)出口端相连的混流装置(4):
设置于文丘里管(2)前端的高压气体进管(a)和水进管(b):
设置于泡沫发生器(3)入口处的文丘里管(2)，并在文丘里管的负压区设置进料管(c)、(d):
设置于文丘里管(2)出口处的可拆卸多维发泡网(5)
设置于混流装置(4)内部的叶轮(6)：
其特征在于：
在混流装置中轴(7)上设置搅拌叶轮(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述的文丘里管(2)前端的高压气体进管(a)和水进管(b)，高压气体来源于矿井地下高压通风管，水来源于矿井下高压地下水。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述文丘里管的负压区设置进料管(c)、(d)分别连接胶凝剂罐(e)和交联剂与发泡剂罐(f) 。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述多维发泡网(5)为圆锥形且可拆卸，便于多维发泡网(5)后期维护。
5.根据权利要求4所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述多维发泡网(5)为50-100目细铁丝网制成。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述的搅拌叶轮(6)螺旋设置在所述混流装置中轴(7)上。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述搅拌叶轮(6)是旋转对称设计，利用杠杆原理在有风的情况下，叶片在对称位置产生的扭转力矩无法互相抵消，这样叶轮(6)就可以转动了。
8.根据权利要求6所述的一种用于煤矿防灭火的胶体泡沫产生装置及其使用方法，其特征在于：所述搅拌叶轮(5)的叶片是倾斜的，当流体作用于叶片时，相当于对叶片施加一个作用力而产生转动力矩，使叶轮(6)不停的转动。
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