CN113431621B - 一种煤矿煤自燃水系灭火装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿煤自燃水系灭火装置及方法，属于煤矿火灾防治技术领域。本发明包括配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统，本发明以井下风管风压作为动能，所述配比系统对水系灭火材料母液的均匀稀释配比，所述搅拌系统对水系灭火材料混液进行二次变速搅拌，所述监控系统进行自动计量及自动调节，所述喷注系统根据不同应用环境的灭火或防治需要见变压喷洒和注射，该装置整体结构轻便，可实现装置一体化移动，且操作简单，不受应用地点限制，能够为煤矿井下的采空区、煤柱、高冒区、三角煤区域等地点的遗煤或破碎严重的煤体发生自然氧化，产生高温隐患或煤自燃的火灾预防和灭火提供一种新的防治技术装置系统。

Description

一种煤矿煤自燃水系灭火装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿火灾防治技术领域，特别是涉及一种煤矿煤自燃水系灭火装置及方法。

背景技术

煤矿内因火灾仍然严重威胁着煤矿的安全生产。由于内因火灾或高温隐患点主要发生在采空区、隔离煤柱、高冒区，不规则工作面的三角煤区域，这些地点遗煤较多，或煤体破碎严重，煤氧接触时间较长，极易引发煤自燃。煤矿内因火灾通常采取惰性气体、凝胶、高分子、阻化剂等防灭火材料进行防治，然而，这些防灭火材料存在一定的应用局限，如惰性气体无法对隔离煤柱等煤体破碎严重的区域进行防治，凝胶材料存在强度低、流动性差的缺陷，高分子材料反应自热增加了自燃的风险。因此，研究新材料、新工艺对煤矿内因火灾防治，对于煤矿安全生产具有十分重要的价值和意义。

目前，地面火灾灭火采用的水系灭火材料因其成膜降热冷却以及产生高聚物的化学覆盖的物理和化学双重作用，与其它灭火材料相比具有不可比拟的技术优势，能够有效避免现有煤矿火灾防治材料和技术存在的缺陷。然而，采用何种装置工艺将水系灭火材料高效应用到煤矿内因火灾防治成为了本技术推广应用的关键难题，因此，本发明旨在立足于特殊的煤矿环境和水系灭火材料的应用特点，研究新型的应用装置工艺，即构建一套能够实现井下风管风压作为动能，水系灭火材料母液的均匀稀释配比，自动计量及自动调节，变压喷洒和注射的水系灭火装置工艺，为煤矿井下水系灭火提供一种新的技术参考及理论依据。

发明内容

为了高效应用水系灭火材料对煤矿井下煤自燃火灾进行高效防治，本发明提供一种煤矿煤自燃水系灭火装置及方法，该装置整体结构轻便，操作简单，不受应用地点限制，通过自动调节实现水系灭火材料母液的均匀稀释配比，自动搅拌和自动变压喷注，为井下采空区、煤柱、高冒区，三角煤区域等易自燃地点的隐患及火灾预防和灭火提供一种新的技术装置系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿煤自燃水系灭火装置，该装置包括依次连接的配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统；

所述装置固定在平板车上；

所述配比系统包括母液储存箱、低压风动泵、第一计量阀、第二计量阀、比例结合器、进水管、第一进风管、可伸拉母液进液管和母液排液口；

所述搅拌系统包括搅拌箱、第一风动搅拌器、第二风动搅拌器、第一搅拌轴承、第二搅拌轴承、第一搅拌杆、第二搅拌杆、搅拌叶和搅拌箱排液口；

所述监控系统包括主控机和信号连接线；

所述喷注系统包括变压风动泵、第三计量阀、第四进风管、第一止回阀、第二止回阀、雾化发生器和混流发生器；

所述母液存储箱采用上下分层构造，上端放置低压风动泵、监测主控机、以及设置母液增量入口和母液进液管伸拉操作口，下端设置母液排液口，所述低压风动泵分别连接第一进风管和比例混合器，所述比例混合器分别连接第一计量阀和第二计量阀，所述第一计量阀连接进水管，所述第二计量阀连接可伸拉母液进液管。

可选的，所述母液存储箱上端设置的母液增量入口呈倒三角形；

所述母液存储箱上端设置的母液进液管伸拉操作口可对可伸拉母液进液管进行自由伸拉和退回，不发生折叠，所述可伸拉母液进液管在母液存储箱中可吸入底端母液，伸出可连接外部母液供源。

可选的，所述母液存储箱下端设置的母液排液口包括排液管及阀门配件，外接管路进行水系混液指定地点排放。

可选的，所述搅拌箱上部设置第一风动搅拌器和第二风动搅拌器，中部设置连接入液管，下部设置搅拌箱排液口。

可选的，所述第一风动搅拌器的上部连接第二进风管，下部通过第一搅拌轴承连接第一搅拌杆和搅拌叶，所述第二风动搅拌器的上部连接第三进风管，下部通过第二搅拌轴承连接第二搅拌杆和搅拌叶。

可选的，所述第一搅拌杆的搅拌叶与第二搅拌杆的搅拌叶错位布置，搅拌叶数量相等。

可选的，所述搅拌箱中部设置的连接入液管与低压风动泵相连，所述搅拌箱下部设置的搅拌箱排液口包括排液管及阀门配件，外接管路进行水系混液指定地点排放。

可选的，所述主控机通过信号连接线与低压风动泵、第一计量阀、第二计量阀、第三计量阀、第一风动搅拌器、第二风动搅拌器、变压风动泵进行连接，并对计量阀、搅拌器和风动泵实施自动调节和启停控制，其中主控机的电压不超过36V。

可选的，所述变压风动泵的左端连接第三计量阀，右端连接压力表、第一止回阀和第二止回阀，上部连接第四进风管，所述第一止回阀连接雾化发生器，所述第二止回阀连接混流发生器和水系混液出液管；

所述配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统之间连接的管路采用承压胶管。

基于所述装置的煤矿煤自燃水系材料灭火方法，该方法包括以下步骤：

第一步：准备工作；

连接装置的管路，包括供风管路和供水管路，检测配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统是否能够正常工作；根据应用地点需要，撤出受喷洒影响的装置，或者连接应用地点的注射管路；根据应用地点的不同，将母液倒入母液存储箱或连接外部母液供源；

第二步：配比稀释；

根据应用地点的灭火或预防需要，利用主控机设置第一计量阀和第二计量阀的流量，启动低压风动泵进行母液均匀稀释配比，稀释后的水系混液通过连接入液管进入搅拌箱；

第三步：搅拌；

启动低压风动泵时，根据搅拌程度的需要，同时利用主控机启动第一搅拌器和第二搅拌器对流入的水系灭火材料混液进行搅拌；

第四步：喷注；

根据应用地点的需要，利用主控机启动变压风动泵对应用地点进行喷洒或注射；

第五步：监控；

喷注过程中，根据流量、总用量和压力的参数进行综合判定，是否需要利用主控机进行调节本发明的有益效果在于：

1、根据煤矿井下环境，整个装置采用供风管路的压风提供动力来源，避免了装置用电可能造成起火引发瓦斯燃烧或瓦斯爆炸等灾害；

2、通过设置配比系统能够对水系母液进行精准配比稀释，同时，设置的母液存储箱、可伸拉母液进液管、以及母液增量入口解决了不同应用地点水系灭火材料的不同用量问题。

3、搅拌箱通过设置的第一风动搅拌器与第二风动搅拌器进行错位搅拌，能够对配比后流入的混液进行高效搅拌，同时，还能有效避免混液在设备内沉淀，影响下一次的使用；

4、通过设置的监控系统，实现母液精确配比和混液喷注实现自动计量，同时，实现风动搅拌器的速度调节，以及风动泵的自动启停，从而能够根据应用地点的实际情况在喷注过程中进行及时参数分析和判定，另外，自动化调节控制也减少了人工投入成本和操作工序繁琐带来的人员伤害风险。

5、通过设置的雾化发生器和混流发生器，可以实现雾化喷洒以及变压压注，增大了装置的应用范围，同时，对于雾化喷洒出的水系灭火材料还能对应用地点空气中的粉尘进行有效包裹沉降，降低巷道中粉尘含量。

6、通过设置平板车，可以对整套装置进行一体化移动，避免了井下不同地点的使用限制，同时，降低了装置移动过程中可能产生伤人风险和人工成本投入。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的正面结构示意图。

其中：1—母液储存箱、2—搅拌箱、3—平板车、4—母液进液管伸拉操作口、5—母液增量入口；6—低压风动泵、7—比例混合器、8-1—第一计量阀、8-2—第二计量阀、8-3—第三计量阀、9—主控机、10-1—第一阀门、10-2—第二阀门、10-3—第三阀门、10-4—第四阀门、11-1—第一进风管、11-2—第二进风管、11-3—第三进风管、11-4—第四进风管、12—连接入液管、13—进水管、14—可伸拉母液进液管、15—母液排液口、16-1—第一风动搅拌器、16-2—第二风动搅拌器、17-1—第一搅拌轴承、17-2—第二搅拌轴承、18-1—第一搅拌杆、18-2—第二搅拌杆、19—搅拌叶、20—搅拌箱排液口、21—变压风动泵、22—压力表、23-1—第一止回阀、23-2—第二止回阀、24—雾化发生器、25—混流发生器、26—水系混液出液管、27—信号连接线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，一种煤矿煤自燃水系灭火装置，包括配比系统、搅拌系统、监控系统、喷注系统。

所述配比系统、搅拌系统、监控系统、喷注系统一体化加固在平板车3上，构成可自由移动的一体式煤自燃水系灭火装置。

所述配比系统包括母液储存箱1、低压风动泵6、第一计量阀8-1、第二计量阀8-2、比例结合器7、进水管13、第一进风管11-1、可伸拉母液进液管14、母液排液口15。

所述搅拌系统包括搅拌箱2、第一风动搅拌器16-1、第二风动搅拌器16-2、第一搅拌轴承17-1、第二搅拌轴承17-2、第一搅拌杆18-1、第二搅拌杆18-2、搅拌叶19、搅拌箱排液口20。

所述监控系统包括主控机9、信号连接线27。

所述喷注系统包括变压风动泵21、第三计量阀8-3、第四进风管11-4、第一止回阀23-1、第二止回阀23-2、雾化发生器24、混流发生器25。

所述母液存储箱1采用上下分层构造，上端放置低压风动泵6、主控机9、以及设置母液增量入口5和母液进液管伸拉操作口4，下端设置母液排液口15，所述低压风动泵6分别连接第一进风管11-1和比例混合器7，通过第一进风管11-1供风提供动力，通过比例混合器7按照需要比例对水和母液进行均匀稀释配比，所述比例混合器7分别连接第一计量阀8-1和第二计量阀8-2，所述第一计量阀8-1连接进水管，所述第二计量阀8-1连接可伸拉母液进液管14，设置的两个计量阀能够根据配比需要自动对流量参数输出，通过主控机9进行信号转换反馈进行自动需量调节。

所述母液存储箱1上端设置的母液增量入口5呈倒三角形，设置位置为靠近母液存储箱1一侧，所述的母液增量入口5的作用为喷注量过大时补充或喷注量过小时添加。

所述母液存储箱1上端设置的母液进液管伸拉操作口4可对可伸拉母液进液管14进行自由伸拉和退回，不发生折叠，所述可伸拉母液进液管14在母液存储箱中可吸入底端母液，伸出可连接外部母液供源。

所述母液存储箱1下端设置的母液排液口15包括排液管及阀门配件，可外接管路进行水系混液指定地点排放，不影响工作环境。

所述搅拌箱2上部设置第一风动搅拌器16-1和第二风动搅拌器16-2，设置的两个搅拌器能够根据混液混合程度需要进行变速调节，以及一键启停，中部设置连接入液管12，下部设置搅拌箱排液口20。

所述第一风动搅拌器16-1上部分别连接第二进风管11-2，下部通过第一搅拌轴承17-1连接第一搅拌杆18-1和搅拌叶19，所述第二风动搅拌器16-2上部分别连接第三进风管11-3，下部通过第二搅拌轴承17-2连接第二搅拌杆18-2和搅拌叶19，设置的两个搅拌器的动力来源通过设置的进风管提供。

所述第一搅拌杆上18-1的搅拌叶19与第二搅拌杆18-2上的搅拌叶19错位布置，搅拌叶19数量相等，且能够对搅拌箱中的混液进行充分搅拌。

所述搅拌箱2中部设置的连接入液管12与低压风动泵6相连，连接入液管12设置在两个箱体的中部，所述搅拌箱2下部设置的搅拌箱排液口20包括排液管及阀门配件，可外接管路进行水系混液指定地点排放，不影响工作环境。

所述主控机9通过信号连接线27与低压风动泵6、第一计量阀8-1、第二计量阀8-2、第三计量阀8-3、第一风动搅拌器16-1、第二风动搅拌器16-2、变压风动泵21进行连接，并对计量阀、搅拌器、风动泵实施自动调节和启停控制，其中主控机9的输出电压不超过36V。

所述变压风动泵21左端连接第三计量阀8-3，右端连接压力表22、第一止回阀23-1、第二止回阀23-2，上部连接第四进风管11-2，变压风动泵21动力来源通过设置的进风管提供，变压风动泵的输出压力范围0～8兆帕，所述第一止回阀23-1连接雾化发生器24，对需要表面喷洒的地点实施水系灭火材料喷洒，所述第二止回阀23-2连接混流发生器25和水系混液出液管26，对需要埋管和施工钻孔的地点进行变压注射。

所述各系统之间连接的管路均采用承压胶管。

一种煤矿煤自燃水系材料灭火方法，其实施有以下步骤：

第一步：准备工作

首先，连接各供风管路及供水管，检测配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统是否能够正常工作。其次，根据应用地点需要，撤出受喷洒影响的装置等，或者连接应用地点的注射管路。最后，根据应用地点的不同，将母液倒入母液存储箱1或连接外部母液供源。

第二步：配比稀释

根据应用地点的灭火或预防需要，利用主控机9设置第一计量阀8-1和第二计量阀8-2的流量，启动低压风动泵6进行母液均匀稀释配比，稀释后的水系混液通过连接入液管12进入搅拌箱2。

第三步：搅拌

启动低压风动泵6时，根据搅拌程度的需要，同时利用主控机9启动第一搅拌器16-1和第二搅拌器16-2对流入的水系灭火材料混液进行搅拌。

第四步：喷注

根据应用地点的需要，利用主控机9启动变压风动泵21对应用地点进行喷洒或注射。

第五步：监控

喷注过程中，根据流量、总用量、压力等参数进行综合判定，是否需要利用主控机9进行调节。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种煤矿煤自燃水系灭火装置，其特征在于：该装置包括依次连接的配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统；

所述装置固定在平板车上；

所述配比系统包括母液储存箱、低压风动泵、第一计量阀、第二计量阀、比例结合器、进水管、第一进风管、可伸拉母液进液管和母液排液口；

所述搅拌系统包括搅拌箱、第一风动搅拌器、第二风动搅拌器、第一搅拌轴承、第二搅拌轴承、第一搅拌杆、第二搅拌杆、第一搅拌叶、第二搅拌叶和搅拌箱排液口；

所述监控系统包括主控机和信号连接线；

所述喷注系统包括变压风动泵、第三计量阀、第四进风管、第一止回阀、第二止回阀、雾化发生器和混流发生器；

所述母液存储箱采用上下分层构造，上端放置低压风动泵、监测主控机、以及设置母液增量入口和母液进液管伸拉操作口，下端设置母液排液口，所述低压风动泵分别连接第一进风管和比例混合器，所述比例混合器分别连接第一计量阀和第二计量阀，所述第一计量阀连接进水管，所述第二计量阀连接可伸拉母液进液管；

所述母液存储箱上端设置的母液增量入口呈倒三角形；

所述母液存储箱上端设置的母液进液管伸拉操作口可对可伸拉母液进液管进行自由伸拉和退回，不发生折叠，所述可伸拉母液进液管在母液存储箱中可吸入底端母液，伸出可连接外部母液供源；

所述母液存储箱下端设置的母液排液口包括排液管及阀门配件，外接管路进行水系混液指定地点排放；

所述搅拌箱上部设置第一风动搅拌器和第二风动搅拌器，中部设置连接入液管，下部设置搅拌箱排液口；

所述第一风动搅拌器的上部连接第二进风管，下部通过第一搅拌轴承连接第一搅拌杆和第一搅拌叶，所述第二风动搅拌器的上部连接第三进风管，下部通过第二搅拌轴承连接第二搅拌杆和第二搅拌叶；

所述第一搅拌杆的第一搅拌叶与第二搅拌杆的第二搅拌叶错位布置，第一搅拌叶和第二搅拌叶数量相等；

所述搅拌箱中部设置的连接入液管与低压风动泵相连，所述搅拌箱下部设置的搅拌箱排液口包括排液管及阀门配件，外接管路进行水系混液指定地点排放；

所述主控机通过信号连接线与低压风动泵、第一计量阀、第二计量阀、第三计量阀、第一风动搅拌器、第二风动搅拌器、变压风动泵进行连接，并对计量阀、搅拌器和风动泵实施自动调节和启停控制，其中主控机的电压不超过36V；

所述变压风动泵的左端连接第三计量阀，右端连接压力表、第一止回阀和第二止回阀，上部连接第四进风管，所述第一止回阀连接雾化发生器，所述第二止回阀连接混流发生器和水系混液出液管；

所述配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统之间连接的管路采用承压胶管；

基于所述装置的煤矿煤自燃水系材料灭火方法，包括以下步骤：

第一步：准备工作；

连接装置的管路，包括供风管路和供水管路，检测配比系统、搅拌系统、监控系统和喷注系统是否能够正常工作；根据应用地点需要，撤出受喷洒影响的装置，或者连接应用地点的注射管路；根据应用地点的不同，将母液倒入母液存储箱或连接外部母液供源；

第二步：配比稀释；

根据应用地点的灭火或预防需要，利用主控机设置第一计量阀和第二计量阀的流量，启动低压风动泵进行母液均匀稀释配比，稀释后的水系混液通过连接入液管进入搅拌箱；

第三步：搅拌；

启动低压风动泵时，根据搅拌程度的需要，同时利用主控机启动第一搅拌器和第二搅拌器对流入的水系灭火材料混液进行搅拌；

第四步：喷注；

根据应用地点的需要，利用主控机启动变压风动泵对应用地点进行喷洒或注射；

第五步：监控；

喷注过程中，根据流量、总用量和压力的参数进行综合判定，是否需要利用主控机进行调节。