CN207640839U - 一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置 - Google Patents
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Abstract
一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，属于煤矿井下自燃灾害防治领域。该装置包括密封罐，隔绝薄片，多孔骨架垫片，泄能片，中空旋盖，固体碳酸氢钠和醋酸水溶液；密封罐由聚乙烯辛烯共弹性体薄片与多孔骨架垫片隔绝为盛装固体碳酸氢钠的固体罐体和盛装醋酸水溶液的液体罐体；所述的隔绝薄片为厚度为2～3mm的聚乙烯辛烯共弹性体(POE)薄片，多孔骨架垫片设置于隔绝薄片的两侧；所述的固体罐体的远离隔绝薄片的端头设置有泄能片，泄能片由中空旋盖固定在固体罐体端头。本装置具有装置简单、体积小、方法易于操作等优点，且防火灭火效果更佳。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿井下自燃灾害防治技术领域，特别是涉及一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置。
背景技术
煤炭的自燃火灾是煤矿生产最主要的威胁之一。在我国重点煤矿中，大约有50％的矿井存在煤炭自燃危险，矿井火灾总次数的94％为煤炭自燃，其中采空区遗煤自燃约占60％。目前，采空区自燃火灾防治的方法较多，应用最广泛的方法之一，即向采空区注入惰性气体，以降低采空区氧气浓度，达到防火灭火目的。
作为惰性气体的二氧化碳在采空区自燃火灾治理过程中，具有吸附阻氧、惰化降氧等多种效果，若直接压注液态二氧化碳，还具有明显的吸热降温作用，对于抑制煤炭氧化自燃的进一步发展具有显著效果。
传统向采空区注入二氧化碳气体的方法主要分为两种：一种是在地面将液态二氧化碳气化后，经管路输送至采空区进行注入的方式；另一种是在井下将液态二氧化碳直接注入采空区的方式。上述两种方式均是通过管路输送，选择合适的释放口位置注入到采空区。从二氧化碳气体的制备、储存、运输、释放等各个环节，整个系统比较复杂，且成本较高。为此，本实用新型致力于研发一种简易便携的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置及方法，旨在实现采空区遗煤自燃的方便、高效防治。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置。其装置主要包括一种封存两种反应物的密封罐，反应物由聚乙烯辛烯共弹性体薄片与多孔骨架垫片隔绝，将密封罐布置于采空区内，当遗煤氧化自燃达到特定温度时，聚乙烯辛烯共弹性体薄片达到熔融状态，发生破裂，两种反应物接触发生吸热反应，并生成大量二氧化碳，较密封罐体积膨胀100～140倍，产生的高压使得密封罐端头的泄能片破裂，释放出二氧化碳气体，抑制采空区遗煤自燃。该装置具有装置简单、体积小、易于操作等优点，且防火灭火效果更佳。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，包括密封罐，隔绝薄片，多孔骨架垫片，泄能片，中空旋盖，固体碳酸氢钠和醋酸水溶液；
所述的密封罐由隔绝薄片与多孔骨架垫片隔绝为固体罐体和液体罐体，固体罐体和液体罐体由螺纹连接；所述的固体罐体用于盛装固体碳酸氢钠，所述的液体罐体用于盛装醋酸水溶液；
所述的隔绝薄片为厚度为2～3mm的聚乙烯辛烯共弹性体(POE)薄片，多孔骨架垫片设置于隔绝薄片的两侧；
所述的固体罐体的远离隔绝薄片的端头设置有泄能片，泄能片由中空旋盖固定在固体罐体端头。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的多孔骨架垫片两侧设置有第一对橡胶垫片，目的在于将多孔骨架垫片固定，起到密封作用。
所述的第一对橡胶垫片为环形橡胶垫片。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，按摩尔比，碳酸氢钠：醋酸＝1:(1～1.2)，醋酸水溶液中醋酸的质量浓度为30～36％。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的固体罐体的材质为钢管，钢管管壁厚度为5～8mm，液体罐体的材质为钢塑复合材料，其外层为厚度2～3mm的钢管，其内层为厚度3～5mm的塑料，内外层材料由热熔胶粘结复合而成。
所述的塑料为聚氯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料或聚苯乙烯塑料中的一种。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的聚乙烯辛烯共弹性体(POE)薄片，为熔融温度为50～60℃的聚乙烯辛烯共弹性体(POE)薄片。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的多孔骨架垫片，为承压强度≥1.6MPa的PPR材料制成的厚度为3～4mm的多孔骨架垫片，其目的在于将隔绝薄片固定，起到骨架支撑作用。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的泄能片为承受极限压力为5～6MPa的泄能片，泄能片两侧设置有第二对橡胶垫片，起到密封作用。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的密封罐为圆柱体，柱体高度20～40cm，底圆半径5～10cm。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，两种反应物发生的化学反应为：
NaHCO3+CH3COOH＝CH3COONa+CO2↑+H2O(吸热反应)
本实用新型采用上述装置，实现采空区防火灭火的方法，包括以下步骤：
步骤一：组装装置
向液体罐体内注入配制好浓度的醋酸水溶液，用聚乙烯辛烯共弹性体薄片与多孔骨架垫片将液体罐体密封；利用螺纹将固体罐体连接至液体罐体上，向固体罐体装入固体碳酸氢钠，最后加入泄能片，并用中空旋盖将泄能片固定，并将固体罐体密封，组装好自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置；
步骤二：放置装置
将组装好的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，经采煤工作面液压支架之间的空隙，布置于采煤工作面支架后部的采空区内；
步骤三：防火灭火过程
随采煤工作面推进，自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置逐步进入采空区深部的氧化自燃带之内，当采空区遗煤初期蓄热温度达到50～60℃时，装置内聚乙烯辛烯共弹性体薄片达到熔融状态，发生破裂，固体碳酸氢钠和醋酸水溶液接触，发生剧烈化学反应，生成的二氧化碳气体体积较密封罐体积膨胀100～140倍，产生的高压使得泄能片被剪切破坏，释放出二氧化碳气体，以降低采空区氧浓度，且反应达到吸热降温效果，防止遗煤进一步氧化自燃。
所述的步骤二中，每间隔1～2个采煤工作面液压支架布置一个自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置。
本实用新型的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其有益效果为：
1.本实用新型的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，体积较小，方便运输至煤矿井下，且布置于采空区液压支架后部无需人员进入埋设，直接抛入垮落煤矸的空隙内即可。
2.在反应前装置的内部压力与外部一致，避免了传统装置内部注入高压液态二氧化碳的安全隐患，安全性更高。
3.装置所需的反应原料成本低廉、方便获取，醋酸水溶液呈弱酸性，对金属的腐蚀性小，与碳酸氢钠接触，可发生剧烈反应，迅速释放大量二氧化碳气体，且反应过程为吸热反应，还可起到降温效果。
4.装置进入采空区后，在遗煤高温点发生反应，防火灭火位置更加精准。对于未发生反应的装置，可长期埋设于采空区内，一旦遗煤发生氧化达到预定温度，即可反应释放二氧化碳，作用期限更久，可长期预防采空区的遗煤自燃火灾，效果更佳。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置结构分解示意图；
图2是本实用新型实施例2中自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置结构分解示意图；
图3是本实用新型自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置的组装密封示意图；
图4是多孔骨架垫片结构示意图。
图中，1、液体罐体，2、固体罐体，3、聚乙烯辛烯共弹性体薄片，4、多孔骨架垫片，5、泄能片，6、中空旋盖，7、液体罐体处的钢管，8、塑料，9、固体罐体处的钢管，10、第一对橡胶垫片，11、液体罐体和固体罐体的螺纹，12、固体罐体和中空旋盖的螺纹，13、第二对橡胶垫片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，以某煤矿8105工作面遗煤自然发火防治为工程背景，对本实用新型做进一步的详细说明。
实施例1
一种自反应生成二氧化碳的采空区防灭火装置，其结构分解后，示意图见图1，包括：密封罐，聚乙烯辛烯共弹性体薄片3、多孔骨架垫片4、泄能片5、固定泄能片5的中空旋盖6、固体碳酸氢钠和醋酸水溶液。
所述的密封罐由聚乙烯辛烯共弹性体薄片3与多孔骨架垫片4隔绝为固体罐体2和液体罐体1，固体罐体2和液体罐体1由液体罐体和固体罐体的螺纹11连接；所述的固体罐体2用于盛装固体碳酸氢钠，所述的液体罐体1用于盛装醋酸水溶液；
所述的聚乙烯辛烯共弹性体薄片3，熔融温度为50℃，厚度为3mm；
所述的多孔骨架垫片4，设置于聚乙烯辛烯共弹性体薄片3的两侧，目的在于将聚乙烯辛烯共弹性体薄片3固定，起到骨架支撑作用，其材质为承压强度1.6MPa的PPR材料，厚度为3mm；其中，在多孔骨架垫片上设置有多个圆孔，在本实施例中，其结构示意图见图4。
所述的固体罐体2的远离聚乙烯辛烯共弹性体薄片3的端头设置有泄能片5，泄能片5由中空旋盖6固定在固体罐体2端头；中空旋盖6和固体罐体2的连接方式为固体罐体和中空旋盖的螺纹12连接；
所述的泄能片5可承受极限压力为6MPa。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的多孔骨架垫片4两侧设置有第一对环形橡胶垫片10，目的在于将多孔骨架垫片4固定，起到密封作用。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，按摩尔比，碳酸氢钠：醋酸＝1:1，醋酸水溶液中醋酸的质量浓度为36％。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的固体罐体2的材质为固体罐体处的钢管9，钢管管壁厚度为6mm，液体罐体1的材质为钢塑复合材料，其外层为厚度2mm的液体罐体处的钢管7，其内层为厚度4mm的聚丙烯塑料8，内外层材料由热熔胶粘结。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的密封罐为圆柱体，柱体高度40cm，底圆半径7.5cm。
所述的液体罐体1，高度30cm，体积约5.25L。
所述的固体罐体2，高度10cm，体积约1.75L。
自反应生成二氧化碳的采空区防灭火装置的组装密封示意图，见图3。
采用上述自反应生成二氧化碳的采空区防灭火装置进行采空区防火灭火的方法，包括以下步骤：
步骤一：组装装置
向装置的液体罐体1内灌注浓度36％的醋酸水溶液，灌注质量约5.5kg，由聚乙烯辛烯共弹性体薄片3与多孔骨架垫片4将液体罐体1密封，然后利用液体罐体和固体罐体的螺纹11与固体罐体2连接，向固体罐体2内装配固体碳酸氢钠，质量约2.7kg；最后由泄能片5和中空旋盖6，完成固体罐体2的密封，组装好自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置；
步骤二：放置装置
将组装好的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，经采煤工作面液压支架之间的空隙，布置于采煤工作面支架后部的采空区内，每间隔1个支架布置一个自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置。
步骤三：防火灭火过程
随采煤工作面推进，自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置逐步进入采空区深部的氧化自燃带之内，当采空区遗煤初期蓄热温度达到50℃时，罐体内聚乙烯辛烯共弹性体薄片3达到熔融状态，发生破裂，固体碳酸氢钠和浓度36％醋酸水溶液接触，发生剧烈化学反应，生成的二氧化碳气体体积较密封罐体积膨胀约140倍，产生的高压使得泄能片5被剪切破坏，释放出二氧化碳气体，以降低采空区氧浓度，且反应达到吸热降温效果，防止遗煤进一步氧化自燃。
实施例2
一种自反应生成二氧化碳的采空区防灭火装置，其结构分解后，示意图见图2，包括：密封罐，聚乙烯辛烯共弹性体薄片3、多孔骨架垫片4、泄能片5、固定泄能片5的中空旋盖6、固体碳酸氢钠和醋酸水溶液。
所述的密封罐由聚乙烯辛烯共弹性体薄片3与多孔骨架垫片4隔绝为固体罐体2和液体罐体1，固体罐体2和液体罐体1由液体罐体和固体罐体的螺纹11连接；所述的固体罐体2用于盛装固体碳酸氢钠，所述的液体罐体1用于盛装醋酸水溶液；
所述的聚乙烯辛烯共弹性体薄片，熔融温度为60℃，厚度为3mm；
所述的多孔骨架垫片4，设置于聚乙烯辛烯共弹性体薄片3的两侧，目的在于将聚乙烯辛烯共弹性体薄片3固定，起到骨架支撑作用，其材质为承压强度2MPa的PPR材料，厚度为4mm；其中，在多孔骨架垫片上设置有多个圆孔，在本实施例中，其结构示意图见图4。
所述的固体罐体2的远离聚乙烯辛烯共弹性体薄片3的端头设置有泄能片5，泄能片5由中空旋盖6固定在固体罐体2端头；中空旋盖6和固体罐体2的连接方式为固体罐体和中空旋盖的螺纹12连接；
所述的泄能片5可承受极限压力为5MPa。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的多孔骨架垫片4两侧设置有第一对环形橡胶垫片10，目的在于将多孔骨架垫片4固定，起到密封作用。所述的泄能片两侧设置有第二对橡胶垫片，起到密封作用。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，按摩尔比，碳酸氢钠：醋酸＝1:1.2，醋酸水溶液中醋酸的质量浓度为30％。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的固体罐体2的材质为固体罐体处的钢管9，钢管管壁厚度为8mm，液体罐体1的材质为钢塑复合材料，其外层为厚度3mm的液体罐体处的钢管7，其内层为厚度5mm的聚丙烯塑料8，内外层材料由热熔胶粘结。
所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的密封罐为圆柱体，柱体高度40cm，底圆半径10cm。
所述的液体罐体1，高度30cm，体积约9.3L。
所述的固体罐体2，高度10cm，体积约3.1L。
自反应生成二氧化碳的采空区防灭火装置的组装密封示意图，见图3。
采用上述自反应生成二氧化碳的采空区防灭火装置进行采空区防火灭火的方法，包括以下步骤：
步骤一：组装装置
向装置的液体罐体1内灌注浓度30％的醋酸水溶液，灌注质量约9.6kg，由聚乙烯辛烯共弹性体薄片3与多孔骨架垫片4将液体罐体1密封，然后利用液体罐体和固体罐体的螺纹11与固体罐体2连接，向固体罐体2内装配固体碳酸氢钠，质量约3.4kg；最后由泄能片5和中空旋盖6，完成固体罐体2的密封，组装好自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置；
步骤二：放置装置
将组装好的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，经采煤工作面液压支架之间的空隙，布置于采煤工作面支架后部的采空区内，每间隔2个支架布置一个自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置。
步骤三：防火灭火过程
随采煤工作面推进，自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置逐步进入采空区深部的氧化自燃带之内，当采空区遗煤初期蓄热温度达到60℃时，罐体内聚乙烯辛烯共弹性体薄片3达到熔融状态，发生破裂，固体碳酸氢钠和浓度30％醋酸水溶液接触，发生剧烈化学反应，生成的二氧化碳气体体积较密封罐体积膨胀约100倍，产生的高压使得泄能片5被剪切破坏，释放出二氧化碳气体，以降低采空区氧浓度，且反应达到吸热降温效果，防止遗煤进一步氧化自燃。
Claims (7)
1.一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，该自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置包括密封罐，隔绝薄片，多孔骨架垫片，泄能片，中空旋盖，固体碳酸氢钠和醋酸水溶液；
所述的密封罐由隔绝薄片与多孔骨架垫片隔绝为固体罐体和液体罐体，固体罐体和液体罐体由螺纹连接；所述的固体罐体用于盛装固体碳酸氢钠，所述的液体罐体用于盛装醋酸水溶液；
所述的隔绝薄片为厚度为2～3mm的聚乙烯辛烯共弹性体薄片，多孔骨架垫片设置于隔绝薄片的两侧；
所述的固体罐体的远离隔绝薄片的端头设置有泄能片，泄能片由中空旋盖固定在固体罐体端头。
2.如权利要求1所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的多孔骨架垫片两侧设置有第一对橡胶垫片，所述的第一对橡胶垫片为环形橡胶垫片。
3.如权利要求1或2所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，所述的固体罐体的材质为钢管，钢管管壁厚度为5～8mm，液体罐体的材质为钢塑复合材料，其外层为厚度2～3mm的钢管，其内层为厚度3～5mm的塑料，内外层材料由热熔胶粘结复合而成。
4.如权利要求1或2所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，所述的聚乙烯辛烯共弹性体薄片，为熔融温度为50～60℃的聚乙烯辛烯共弹性体薄片。
5.如权利要求1或2所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，所述的多孔骨架垫片，为承压强度≥1.6MPa的PPR材料制成的厚度为3～4mm的多孔骨架垫片。
6.如权利要求1或2所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，所述的泄能片为承受极限压力为5～6MPa的泄能片，泄能片两侧设置有第二对橡胶垫片。
7.如权利要求1或2所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，其特征在于，所述的自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置，所述的密封罐为圆柱体，柱体高度20～40cm，底圆半径5～10cm。
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| CN201721538314.2U CN207640839U (zh) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 一种自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN107754117A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-06 | 辽宁工程技术大学 | 自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置及方法 |
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2017
- 2017-11-17 CN CN201721538314.2U patent/CN207640839U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN107754117A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-06 | 辽宁工程技术大学 | 自反应生成二氧化碳的采空区防火灭火装置及方法 |
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