CN201103404Y - 高压水气射流二次旋转通风器 - Google Patents

Abstract

高压水气射流二次旋转通风器，涉及采煤工作面上隅角瓦斯积聚抑制驱散装置，其由吸风管、不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴以及二次旋流导流脱水装置构成，吸风管依次由圆弧形集风器、弯管、吸入室、喉管、扩散管组成，喷嘴连接管安装在弯管内，位于吸入室轴线上，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴安装在吸风管的喷嘴连接管上；二次旋流导流脱水装置由3～7个扭曲导流叶片和1个圆形钢圈组成，扭曲导流叶片均匀焊接在钢圈圆周等分点处，导流叶片形状为落地式电风扇叶片形状，扭曲导流叶片与高压水气射流二次旋转通风器轴线的夹角为45～55°，二次旋流导流脱水装置通过法兰盘安装于扩散管出口处。本实用新型可有效抑制采空区瓦斯涌出，驱散上隅角较大范围积聚的瓦斯。

Description

高压水气射流二次旋转通风器

技术领域

本实用新型属于采煤工作面上隅角瓦斯积聚的驱散装置，特指一种高压水气射流二次实心旋流通风装置。

背景技术

瓦斯灾害是煤炭开采工程的安全重点，它可造成大量人员伤亡，严重摧毁井下设施，中断生产。而采煤工作面上隅角作为工作面的漏风汇，是采空区瓦斯涌出的必经之道，且因主风流方向的改变和边界几何条件的限制，风流速度很低，局部处于涡流状态，使采空区涌出的大量高浓度瓦斯难以进入到主风流中，从而引起高浓度瓦斯流在上隅角附近循环运动，成为矿井瓦斯积聚超限的主要地点，因此，更好地治理工作面上隅角瓦斯积聚有非常重要意义。

瓦斯抽放是预防工作面上隅角瓦斯积聚超限的有效措施之一，然而，有两种情况值得关注：一是有不少工作面采取瓦斯抽放措施后仍出现瓦斯积聚超限，二是对于绝对瓦斯涌出量为3～5m³/min的工作面，采取瓦斯抽放不经济。

对于上述两种情况，我国目前主要采取如下装置进行驱散处理：一是设置临时风障；二是采用电动无火花叶轮旋转通风机或压风引射器引排瓦斯；三是采用小型液压通风机或液压脉动通风机驱散瓦斯；四是采用直管高压水射流风机通风机驱散瓦斯，这些装置对治理上隅角瓦斯起到了一定的作用，取得了一定成效。但从现场考察来看，但这些装置存在一些不容忽视的问题，如小型液压通风机或液压脉动通风机中的液压马达使用以水为基料的乳化液时运行不稳定，故障率较高，作用范围小，推广使用较少；电动类及机械运动类叶轮风机存在火源隐患，作用范围小，存在“一风吹”现象，会出现突然将积聚的上隅角瓦斯吹向工作面风流，且电动无火花叶轮旋转通风机结构复杂，目前不能完全消除火源隐患；压风引射器不能达到足够处理风量和范围；直管高压水射流风机有关参数匹配不佳，内部结构不合理，硬质金属管较长，现场移动麻烦，效率及效果不佳。

对于高压水气射流二次实心旋流通风装置处理采煤工作面上隅角瓦斯积聚技术，国内外尚无相关公开报道。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高压水气射流二次实心旋流通风装置，以解决现有工作面治理上隅角瓦斯积聚治理技术中存在的技术问题而提出的。

高压水气射流二次旋转通风器，其特征是：由吸风管、不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴以及二次旋流导流脱水装置构成，吸风管依次由圆弧形集风器、弯管、吸入室、喉管、扩散管组成，喷嘴连接管安装在弯管内，位于吸入室轴线上，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴由市场购得，通过螺纹连接，安装在吸风管的喷嘴连接管上，弯管的作用是选择性的吸入工作面主风流气体，圆弧形集风器的作用是减少装置风流入口处的阻力，喉管直径d₀为喷嘴直径的200～210倍，喉管长度为喉管直径的0.5～0.7倍，吸入室收缩角25～30°，扩散口内径d₁＝380～400mm，吸入室直径d₂＝290～300mm，弯管的中心夹角为30～45°，扩散管角度6～8°，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴距l按下式计算

$l=\frac{1}{2}{d}_{0}c\tan \frac{\mathrm{\β}}{2}$

式中，β为喷嘴雾化角；二次旋流导流脱水装置由3～7个扭曲导流叶片和1个圆形钢圈组成，扭曲导流叶片均匀焊接在钢圈圆周等分点处，导流叶片形状为落地式电风扇叶片形状，扭曲导流叶片与高压水气射流二次旋转通风器轴线的夹角为45～55°，二次旋流导流脱水装置通过法兰盘安装于扩散管出口处。二次旋流导流脱水装置的作用，一是使得风流二次旋转，二是脱水。短粗喉管的吸风管吹出的轴向风流进入二次旋流导流装置后，一部分轴向风流通过3个扭曲导流叶片产生二次空心旋转风流，另一部分穿过钢圈的空心孔仍为轴向流动，这两部分的综合作用，形成二次实心旋转风流，由于旋转射流受到离心力作用，风流中的水雾被甩至旋流导流装置内壁上并被除去。

本实用新型将高压水或乳化液通过不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴在高气液比、短粗喉管的文丘里吸风管进行一次旋转射流吸风，再通过安设在文丘里导风管出口的实心旋转导流装置实行二次旋转射流通风在工作面上隅角应用，可产生足够的处理风量和风压，射流出口轴向风速较低、径向作用范围大，可有效抑制采空区瓦斯涌出，驱散上隅角较大范围积聚的瓦斯，可将浓度为2％或以上、积聚体积为2m³的上隅角积聚瓦斯处理到安全浓度以下，且不会产生突然将积聚瓦斯气体吹向工作面主风流现象。本发明无机械运转部件，不产生的火源，其水气射流与液气射流泵相比，还具有高气液比、短粗喉管特点；与瓦斯抽放比，还具有成本低廉、应用方便特点；与使用以水为基料的乳化液液压马达相比，还具有运行可靠优点。

附图说明

图1高压水气射流二次旋转通风器结构图

图2二次旋流导流装置结构示意图

图3高压水气射流二次旋转通风器现场安装位置示意图

1-圆弧形集风器 2-喷嘴连接管 3-不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴 4-吸入室 5-喉管 6-扩散管 7-导流叶片 8-二次旋流导流脱水装置 9-弯管 10-采空区 11-上隅角 12-高压水气射流二次旋转通风器 13-回风流 14-进风流 15-圆形钢圈

具体实施方式

高压水气射流二次旋转通风器，如图1，由吸风管、不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴3以及二次旋流导流脱水装置构成，吸风管依次由圆弧形集风器1、弯管9、吸入室4、喉管5、扩散管6组成，喷嘴连接管2安装在弯管9内，位于吸入室4轴线上，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴3由市场购得，通过螺纹连接，安装在吸风管的喷嘴连接管2上，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴3直径为1.3mm，喉管5直径d₀为260mm，喉管5长度为180mm，吸入室4收缩角30°，扩散管6内径d₁＝380mm，吸入室4直径d₂＝290mm，弯管9的中心夹角为30°，扩散管6角度8°，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴距l＝357mm；二次旋流导流脱水装置8由3个扭曲导流叶片7和1个圆形钢圈15组成，如图2，扭曲导流叶片7均匀焊接在圆形钢圈15圆周3等分点处，导流叶片7形状为落地式电风扇叶片形状，扭曲导流叶片7与高压水气射流二次旋转通风器12轴线的夹角为50°，二次旋流导流脱水装置8通过法兰盘安装于扩散管6出口处。

本装置已在现场中取得应用，现主要介绍在徐州矿务集团庞庄煤矿75207综采工作面的实施例。

75207工作面位于位于-1025西一下山采区东翼，为-1025西一下山采区东翼首采工作面，上、下部未开采，切眼外侧为7煤变薄带。对面偏上部为75206采空区。工作面走向长781.5m，倾向长160m，煤层厚度平均为1.80m，煤层倾角为0～10°，平均为8°，工作面采用综合机械化走向长壁全部垮落采煤法，主要采煤设备为ZY3200-1.3/3.2、WS-1.2/2.8型掩护式液压支架和MG300/700-WD型无链牵引采煤机，顶板管理采用全部垮落法。

工作面通风系统如图3，皮带机道进风14，材料道回风13，实供风量1250m³/min，煤炭自然发火期为6个月，煤尘爆炸指数37.36％，具易燃易爆性，绝对瓦斯涌出量为7.5m³/min，工作面回风流13瓦斯浓度0.6％，2005年5月份建立了一套局部瓦斯抽放系统，对工作面上隅角11进行瓦斯抽放，纯瓦斯抽放量达16.1万m³。试验前，工作面上隅角11瓦斯浓度为0.9～1.8％。

高压水气射流旋转通风器12实施系统如图3所示，实施本发明时配置了专用的高压水泵和水质过滤器，高压水泵为三柱塞泵，功率为3KW，额定流量8L/min，额定压力15Mpa，水质过滤器采用100目T型管道过滤器。试验期间，将专用的高压水泵和水质过滤器和接入工作面防尘供水系统，高压水泵出口与高压水气射流旋转通风器12连接。经过测定，实施前的工作面上隅角11瓦斯的原始浓度为0.9～1.8％，实施后工作面上隅角11瓦斯的原始浓度为0.2～0.6％，消除了瓦斯隐患，确保了安全生产。

通过实施发现，本装置与其他上隅角瓦斯治理技术相比，具有明显的优点。具体表现在：

一是内部无机械旋转部件，运行的过程中不会由于机械碰撞、摩擦而产生火源，从根本上消除了机械叶轮旋转式风机会产生机械旋转碰撞的火花，其本身具有很高的安全性。

二是产生的风流覆盖面和风量都比较大，较大范围地提高了工作面的漏风汇-上隅角的风压，对采空区瓦斯涌出有良好的抑制作用，且可24小时连续运行，不存在机械叶轮旋转式风机“一风吹”现象，防止了突然将采空区瓦斯吹向工作面风流。

三是用于绝对瓦斯涌出量为3～5m³/min的工作面上隅角瓦斯治理，其成本低廉、应用方便。而采用瓦斯抽放技术，则需要耗费大量的人力、物力和财力。

四是本技术的动力为成熟技术，提供的驱散瓦斯风流稳定可靠，且其动力为成熟技术消除了小型液压风扇、“脉动通风”中液压马达使用以水为基料的乳化液时运行不稳定、故障率较高的缺点，

五是本装置结构简单，体积较小，成本低廉，结构紧凑，安装、拆卸、搬运简便，应用操作方便。

Claims (1)

1. 高压水气射流二次旋转通风器，其特征是：由吸风管、不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴(3)以及二次旋流导流脱水装置构成，吸风管依次由圆弧形集风器(1)、弯管(9)、吸入室(4)、喉管(5)、扩散管(6)组成，喷嘴连接管(2)安装在弯管(9)内，位于吸入室(4)轴线上，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴(3)由市场购得，通过螺纹连接，安装在吸风管的喷嘴连接管(2)上，喉管(5)直径d₀为喷嘴直径的200～210倍，喉管(5)长度为喉管(5)直径的0.5～0.7倍，吸入室(4)收缩角25～30°，扩散口内径d₁＝380～400mm，，吸入室(4)的直径d₂＝290～300mm，弯管(9)的中心夹角为30～45°，扩散管(6)角度6～8°，不锈钢嵌陶瓷实心锥体喷嘴距l按下式计算：

$l=\frac{1}{2}{d}_{0}c\tan \frac{\mathrm{\β}}{2}$

式中，β为喷嘴雾化角；二次旋流导流脱水装置由3～7个扭曲导流叶片(7)和1个圆形钢圈(15)组成，扭曲导流叶片(7)均匀焊接在钢圈(15)圆周等分点处，导流叶片形状为落地式电风扇叶片形状，扭曲导流叶片与高压水气射流二次旋转通风器轴线的夹角为45～55°，二次旋流导流脱水装置通过法兰盘安装于扩散管(6)出口处。

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