CN115871100B - 用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泡沫浆体产生技术领域，具体为用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置及其工作方法，包括泡沫浆体产生装置主体、离心转筒，所述泡沫产生混合装置主体一侧上方设置可视窗口，下方设置进水口，进水口内接入三通管，三通管一端接入中空波轮轴，并设置阀门T1，本发明无空气压缩机，气体通过自然对流进入到浆体内部，在搅拌扇叶扰动下是能够形成负压区从而形成漩涡，引气更加充分，以此增加发泡倍数；该装置将泥浆从各个方位甩出与泡沫混合，可以提高泡沫与泥浆的混合程度；同时通过叶片的转动与离心力的共同作用，显著提高了泡沫与浆体的混合质量；该装置无电机，通过水动力装置启动，更便于在煤矿中使用。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫浆体技术领域，具体为用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置及其工作方法。
背景技术
西部矿区是我国重要的煤炭基地，所属的煤田煤层层数多，厚度大，层间距离近，当前大部分煤矿的上煤层已经采完，进入到下煤层开采，开采扰动诱使顶板煤岩应力重新分布，顶板结构时空演化过程中应力诱导原生裂隙扩展和伴生次生裂隙，导致顶煤自燃事故频发，轻者造成在工作面的大量设备被封闭冻结和回采煤量的大量损失，重者则引发气体爆炸，造成人员伤亡。泡沫浆体作为一种堵漏隔氧防灭火材料，因具有发泡倍数高、轻质、稳定性强、流动性好、可以向高处堆积、能够避免单纯注黄泥浆液产生拉沟现象的特性，是顶煤自燃防治的有效技术。
到目前为止，矿井专门的泡沫浆体产生装置并不完备，大部分煤矿仍然采用传统移动式注浆装置，将发泡剂与浆体混合在一起，通过螺旋杆搅拌发泡，但是这种方式发泡倍数、泡沫稳定性、泡沫均匀度均不理想。如申请号为200420031617.1的中国专利，公开了一种矿用移动式固化泡沫充填装置，其能够实现凝胶、泡沫、泥浆等常用煤矿防灭火材料的压注，但其发泡和混泡过程不够理想，发泡倍数低。还有部分矿井专用泡浆产生装置过于复杂，并不适用于狭窄的井巷，如申请号201320652726.4的中国专利，公开了一种用于煤矿防灭火材料产生装置，其产生的固化泡沫流体，泡沫细腻、发泡倍数高、泡沫稳定性能好，但是该装置需要电机才能工作，装置庞大且复杂，并不适用于狭窄的井巷使用；如申请号为200520082138.7的中国专利，公开了矿用泡沫防灭火装置，该主体装置无电机，成本低，但是其需要供液泵，制氮机等装置，因此防灭火装置会受到空间环境的制约，设备适应性差。近年来，建材领域改进了预制泡沫、黄泥（水泥、粉煤灰）浆液的混合工艺，先将泡沫液和浆液两股高压流体通过三通混合后，然后经过静态混合器再次深入混合均匀，但是在混合过程中由于泡沫液是一次性添加的，其破泡率过高，并不适用于矿井灭火。
由上述可知，目前对泡沫浆体混合装置具有一定的研究成果，但仍存在以下问题：①发泡产生装置，发泡倍数低，泡沫稳定性差；②传统混合装置泡浆混合速率慢，混合不均匀；③泡浆产生装置过于庞大，系统过于复杂，环境适应性差，不适于井巷等狭窄环境使用。基于以上混合装置存在的问题，如何发明一种泡沫浆体的发生及混合装置有效解决上述存在的困境是本行业亟需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于防灭火的泡沫产生混合装置及工作方法，该装置①无需电机，采用高压水动力装置，适用于井巷等狭窄的空间中；②能够使更多空气进入，增加发泡倍数，并且能使泡沫与泥浆更加充分混合；③具备良好的自清洗能力；④集发泡装置与混合装置于一体，且安装了滚轮装置，使用时更加便携。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置，包括泡沫浆体产生装置主体和离心转筒；
所述泡沫浆体产生装置主体一侧上方设置有可视窗口，所述泡沫浆体产生装置主体一侧下方设置有进水口，所述进水口远离泡沫浆体产生装置主体的一侧安装有三通管，所述三通管的一端与泡沫浆体产生装置主体底部的中空波轮轴连接，三通管另一端接入发泡剂水溶液；所述泡沫浆体产生装置主体另一侧下方设置出料口，所述泡沫浆体产生装置主体底部设置4个滚轮装置；
所述泡沫浆体产生装置主体内部设置有离心转筒，通过离心转筒底部的中空波轮轴与泡沫浆体产生装置主体相连接，离心转筒上安装有搅拌发泡扇叶，所述离心转筒外侧开设若干个出浆孔，所述离心转筒内部设有波轮，所述波轮通过磁力变速齿轮与离心转筒相连接，离心转筒上方安装有粉料漏斗。
进一步的，所述搅拌发泡扇叶安装角度在15~60°之间，且搅拌发泡扇叶上的叶片片数为奇数叶片，所述搅拌发泡扇叶分为3类，共15个叶片，每类叶片各5片，分别是发泡-推动扇叶W1、匀泡-二次生泡扇叶W2、匀泡-三次生泡扇叶W3，且发泡-推动扇叶W1、匀泡-二次生泡扇叶W2、匀泡-三次生泡扇叶W3错开布置，均匀分布，所述发泡-推动扇叶W1、匀泡-二次生泡扇叶W2以及匀泡-三次生泡扇叶W3叶片轴线角度依次相差24°；其中发泡-推动扇叶W1、匀泡-二次生泡扇叶W2、匀泡-三次生泡扇叶W3分别与离心转筒轴线方向呈60°、45°、30°。
进一步的，所述离心转筒外侧开设若干个出浆孔包括出浆孔Ⅰ、出浆孔Ⅱ以及出浆孔Ⅲ，且出浆孔Ⅰ、出浆孔Ⅱ以及出浆孔Ⅲ分别与离心转筒的轴线方向依次呈60°、30°、15°。
进一步的，所述三通管上安装有阀门T1、阀门T2，且阀门T1、阀门T2依次与进水口以及中空波轮轴对应的接口相配合，所述泡沫浆体产生装置主体远离进水口的一侧安装有阀门T3，且阀门T3与出料口相互配合。
进一步的，所述泡沫浆体产生装置主体上方与离心转筒通过密封轴承相连接，所述泡沫浆体产生装置主体表面设有防锈保护层，所述泡沫浆体产生装置主体的动力为高压水动力。
用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置的工作方法，该方法的具体步骤为：
步骤一：打开阀门T2，将控制流量后的高压发泡剂水溶液通过三通管输送至泡沫浆体产生装置主体，高压水溶液冲击发泡-推动扇叶W1，发泡-推动扇叶W1开始搅拌发泡剂水溶液，开始发泡；
步骤二：当能在可视窗口看到泡沫时，从粉料漏斗中加入水泥，粉煤灰，同时打开三通管的阀门T1，使高压发泡水溶液进入离心转筒中，随着波轮的转动，水泥，粉煤灰与发泡水溶液在离心转筒中混合；
步骤三：液体混合均匀后随着离心转筒的旋转将泥浆（水泥，粉煤灰）从出浆孔中甩入泡沫浆体产生装置主体中，与泡沫混匀，并随着扇叶的搅拌继续发泡；
步骤四：当混合发泡过程完成后，打开出料口阀门T3，使受扰流的泡沫从出料口甩出。
本发明的有益效果：
1、本发明无电机，将高压发泡剂水溶液控制其流量持续不断冲入装置本体，冲击推动-发泡扇叶W1，既作为发泡使用的水溶液，又作为带动装置旋转的动力装置；
2、本发明无空气压缩机，气体通过自然对流进入到浆体内部，内部浆体随着扇叶的扰动形成负压区，产生漩涡，引气更加充分，从而使更多空气注入装置中，以此增加发泡倍数，装置启动后，离心转筒就会一直转动，从而一直产生离心力，泡沫自身质量较轻，筒壁的压力和泡沫自身的重力小于转筒提供的离心力，因此泡沫不会通过再次出浆孔进入离心转筒；
3、本发明中粉体自由降落在离心转筒内的水中，在底部波轮的扰动下，形成充分的扰流，使泥浆混合更加均匀。通过设计出浆孔的不同角度，使泥浆可以从各个角度甩出离心转筒外，同时由于叶片的转动与离心力的共同作用，使泥浆与泡沫充分混合。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为A区局部放大图；
图3为扇叶角度局部图；
图4为离心转筒局部图；
图5为搅拌扇叶结构示意图。
图中：1、泡沫浆体产生装置主体；2、粉料漏斗；3、离心转筒；4、出料口；5、进水口；6、三通管；7、中空波轮轴；8、滚轮装置；9、出浆孔；10、波轮；11、磁力变速齿轮；12、可视窗口；13、离心转筒密封轴承；14、搅拌扇叶；15、推动-发泡扇叶W1；16、匀泡-二次生泡扇叶W2；17、匀泡-三次生泡扇叶W3；18、出浆孔Ⅰ；19、出浆孔Ⅱ；20、出浆孔Ⅲ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5所示，本发明为一种用于防灭火的泡沫产生混合装置及工作方法，包括泡沫产生混合装置主体1和离心转筒3；
所述泡沫浆体产生装置主体1一侧上方设置一可视窗口12，下方设置一进水口5，进水口5内接入三通管6，三通管6一端接入中空波轮轴7，并设置阀门T1，另一端接入发泡剂水溶液，并设置阀门T2；装置主体1另一侧下方设置出料口4，出料口4设置一阀门T3，装置底部设置4个滚轮装置8；
所述离心转筒3，设置在泡沫浆体产生装置内部，通过离心转筒3底部的中空波轮轴7与泡沫浆体产生装置主体相连接，离心转筒3上设有搅拌发泡扇叶14，并在离心转筒3上开设若干出浆孔9，离心转筒3内部设有一波轮10，通过磁力变速齿轮11与筒体相连接，离心转筒3上方连接粉料漏斗2；
所述搅拌发泡扇叶14安装角度在15~60°之间，且叶片片数为奇数叶片，各个搅拌发泡扇叶分为3类，共15个叶片，每类叶片各5片，分别是发泡-推动扇叶W115、匀泡-二次生泡扇叶W216、匀泡-三次生泡扇叶W317，每类叶片错开布置，均匀分布，叶片轴线角度依次相差24°。其中发泡-推动扇叶W115、匀泡-二次生泡扇叶W216、匀泡-三次生泡扇叶W317分别与离心转筒3轴线方向呈60°、45°、30°。叶片极速度随着叶片安装角度增大随之逐渐增大并趋于稳定，平均速度随叶片安装角度增大持续增大，但不可无限增大，因此扇叶安装角度在15~60°范围最佳。叶片极速度随着叶片安装角度增大也随之逐渐增大并趋于稳定，平均速度随叶片安装角度增大持续增大，但不可无限增大，因此扇叶角度在15~60°范围最佳。由于推动-发泡扇叶W115位于离心转筒最下面，且作为水动力装置，通过设置叶片角度为30°，使其既可以更充分的发泡，且能够更好的作为动力装置；匀泡-二次发泡扇叶W216、匀泡-三次发泡扇叶W317的角度随着高度的上升逐渐增大，这样可以更好的维持扇叶的稳定，同时平均速度随之增加，可以将更多空气注入装置中，以此增加发泡倍数。
通过不同的搅拌叶，对液体进行混合搅拌发泡，当液体从上往下流动时，首先接触最顶部的搅拌叶，通过最顶部的搅拌叶进行第一次搅拌发泡，当最顶部的搅拌叶无法全部搅拌发泡时，液体向下流动，与中间的搅拌叶接触，从而进行二次搅拌发泡，当二次搅拌发泡无法将液体完全搅拌发泡时，液体向下流动，从而最下方的搅拌叶开始工作，进行第三次发泡，增加发泡的高效性，充分发泡。
各个出浆孔分为3类，其中Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类出浆孔分别与离心转筒3的轴线方向依次呈60°、30°、15°；由于再次出浆孔Ⅲ20位于离心转筒3的最底部，因此浆体动能较弱，通过设置再次出浆孔角度为15°，可以保证该再次出浆孔的出浆量；再次出浆孔Ⅱ19位于离心转筒3中部，通过设置再次出浆孔角度为30°，既可以保证再次出浆孔Ⅱ19有一定的出浆量，又可以使足够的浆体从再次出浆孔Ⅰ18甩出；再次出浆孔Ⅰ18位于离心转筒3的最顶部，通过设置再次出浆孔角度为60°，这样较大的开口角度能使部分浆体从再次注浆孔Ⅰ18输出且浆体不会浮于泡沫表面，而是在泡沫内部，使其可以充分混合。
泡沫浆体产生装置主体1上方与离心转筒3通过密封轴承相13连接；
所述泡沫浆体产生装置主体1表面设有防锈保护层。
所述泡沫浆体产生装置主体1的动力装置为高压水动力装置。
工作过程：工作时，首先打开阀门T2，将控制流量后的高压发泡剂水溶液通过三通管6输送至泡沫产生混合装置主体1，高压水溶液冲击发泡-推动扇叶W115，发泡-推动扇叶W115开始搅拌发泡剂水溶液，开始发泡，待能够在可视窗口12看到泡沫时，从粉料漏斗2中加入水泥，粉煤灰，同时打开三通管的阀门T1，使高压发泡水溶液进入离心转筒3中，随着波轮10的转动，水泥，粉煤灰与发泡水溶液在离心转筒3中混合，混合均匀后随着离心转筒3的旋转将泥浆水泥，粉煤灰从出浆孔9中甩入泡沫浆体产生装置中，与泡沫混匀，并随着扇叶的搅拌继续发泡，待混合发泡过程完成后，打开出料口阀门T3，使受扰流的泡沫从出料口4甩出。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置，其特征在于，包括泡沫浆体产生装置主体（1）和离心转筒（3）；
所述泡沫浆体产生装置主体（1）一侧上方设置有可视窗口（12），所述泡沫浆体产生装置主体（1）一侧下方设置有进水口（5），所述进水口（5）远离泡沫浆体产生装置主体（1）的一侧安装有三通管（6），所述三通管（6）的一端与泡沫浆体产生装置主体（1）底部的中空波轮轴（7）连接，三通管（6）另一端接入发泡剂水溶液；所述泡沫浆体产生装置主体（1）另一侧下方设置出料口（4），所述泡沫浆体产生装置主体（1）底部设置4个滚轮装置（8）；
所述泡沫浆体产生装置主体（1）内部设置有离心转筒（3），所述离心转筒（3）通过底部的中空波轮轴（7）与泡沫浆体产生装置主体（1）相连接，所述离心转筒（3）上安装有搅拌发泡扇叶（14），所述离心转筒（3）外侧开设若干个出浆孔（9），所述离心转筒（3）内部设有波轮（10），所述波轮（10）通过磁力变速齿轮（11）与离心转筒（3）相连接，离心转筒（3）上方安装有粉料漏斗（2）；
所述搅拌发泡扇叶（14）安装角度在15~60°之间，且搅拌发泡扇叶（14）上的叶片片数为奇数，所述搅拌发泡扇叶（14）分为3类，共15个叶片，每类叶片各5片，分别是发泡-推动扇叶W1（15）、匀泡-二次生泡扇叶W2（16）、匀泡-三次生泡扇叶W3（17），且发泡-推动扇叶W1（15）、匀泡-二次生泡扇叶W2（16）、匀泡-三次生泡扇叶W3（17）错开布置，均匀分布，所述发泡-推动扇叶W1（15）、匀泡-二次生泡扇叶W2（16）以及匀泡-三次生泡扇叶W3（17）叶片轴线角度依次相差24°；其中发泡-推动扇叶W1（15）、匀泡-二次生泡扇叶W2（16）、匀泡-三次生泡扇叶W3（17）分别与离心转筒（3）轴线方向呈60°、45°、30°；
通过三通管（6）将控制流量后的高压发泡剂水溶液输送至泡沫浆体产生装置主体（1），高压水溶液冲击发泡-推动扇叶W1（15），发泡-推动扇叶W1（15）开始搅拌发泡剂水溶液，开始发泡。
2.根据权利要求1所述的用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置，其特征在于：所述离心转筒（3）外侧开设若干个出浆孔（9）包括出浆孔Ⅰ、出浆孔Ⅱ以及出浆孔Ⅲ，且出浆孔Ⅰ、出浆孔Ⅱ以及出浆孔Ⅲ分别与离心转筒（3）的轴线方向依次呈60°、30°、15°。
3.根据权利要求1所述的用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置，其特征在于：所述三通管（6）上安装有阀门T1、阀门T2，且阀门T1、阀门T2依次与进水口（5）以及中空波轮轴（7）对应的接口相配合，所述泡沫浆体产生装置主体（1）远离进水口（5）的一侧安装有阀门T3，且阀门T3与出料口（4）相互配合。
4.根据权利要求1所述的用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置，其特征在于：所述泡沫浆体产生装置主体（1）上方与离心转筒（3）通过密封轴承相（13）连接，所述泡沫浆体产生装置主体（1）表面设有防锈保护层，所述泡沫浆体产生装置主体（1）的动力为高压水动力。
5.如权利要求3所述的用于顶煤自燃防治的泡沫浆体产生装置的工作方法，其特征在于，该工作方法的具体步骤为：
步骤一：打开阀门T2，将控制流量后的高压发泡剂水溶液通过三通管（6）输送至泡沫浆体产生装置主体（1），高压水溶液冲击发泡-推动扇叶W1（15），发泡-推动扇叶W1（15）开始搅拌发泡剂水溶液，开始发泡；
步骤二：当能在可视窗口（12）看到泡沫时，从粉料漏斗（2）中加入水泥，粉煤灰，同时打开三通管（6）的阀门T1，使高压发泡水溶液进入离心转筒（3）中，随着波轮（10）的转动，水泥，粉煤灰与发泡水溶液在离心转筒（3）中混合；
步骤三：液体混合均匀后随着离心转筒（3）的旋转将泥浆从出浆孔（9）中甩入泡沫浆体产生装置主体（1）中，与泡沫混匀，并随着扇叶的搅拌继续发泡；
步骤四：当混合发泡过程完成后，打开出料口阀门T3，使受扰流的泡沫从出料口（4）甩出。
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| JP2015013236A (ja) * | 2013-07-03 | 2015-01-22 | 株式会社ブリヂストン | 発泡石膏スラリーの攪拌装置及び攪拌方法 |
| CN108744611A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-06 | 东营市鑫泰来工贸有限公司 | 一种润滑脂的脱气罐 |
| CN113211633A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-06 | 娲石水泥集团有限公司 | 一种水泥辊压机稳料均化装置 |
-
2022
- 2022-12-16 CN CN202211636882.1A patent/CN115871100B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN115871100A (zh) | 2023-03-31 |
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