技术领域
[0001] 本实用新型涉及
温室气体CO2地下空间
封存与
煤矿安全技术领域，具体涉及一种能快速泄露警示液态CO2管输系统。
背景技术
[0002] 以CO2为主体的温室气体
排放量的持续增加给人类的生存环境带来严重危害，是需要世界各国急需共同解决的课题。为减少全球大气中CO2的含量，CO2的捕获和处理受到了越来越多的关注，CO2捕集与封存(CCS)技术有望成为大规模减少CO2排放的最具成本效益的技术。煤炭开采后形成的采空区为CO2的地下封存提供了巨大空间。研究从煤矿地面向井下采空区安全、稳定输送CO2的系统与方法是实现采空区高效封存CO2的前提。
[0003] 煤自燃是煤矿中的主要
自然灾害之一。煤自燃主要是因为煤与空气中的
氧气产生一系列复杂的的物理化学过程，并且该过程的产热速率大于向煤炭周围环境的
散热速率，产生热量的缓慢聚集，从而使煤炭达到燃点而燃烧。向火区灌注液态CO2会迅速降低火区中的氧气浓度，抑制煤与氧气的物理化学过程，从而实现对煤自燃灾害的防治。同时，在煤矿采空区火区的煤堆发生自燃后，由于煤
碳及周围的
岩石本身的导热系数小，以及煤岩堆空隙中含有可以对煤岩体保温的气体，即使在几乎无氧的惰性气体环境中，高温煤堆的降温速率也会非常的缓慢，一旦重新供氧，会迅速发生复燃。
[0004] 为了防止煤自燃等安全隐患的发生，相关研究者们取得了一定的研究成果，
现有技术中有关研究报道主要有:
[0005] CN108979705 A公开了一种煤矿井下耦合惰气防灭火技术，该技术采用的方法步骤为：计算耦合惰气注入流量；采空区埋管，将液态二氧化碳槽车的低温不锈
钢软管连接二氧化碳
汽化器，将氮气输送到惰气
耦合器，将气态的二氧化碳和氮气在惰气耦合器中耦合后连续输往工作面采空区防灭火；采空区气体检测，因为耦合后的惰性气体的比重提高到比空气比重大时，在采空区的流动缓慢，不易被采空区漏
风带走，在二氧化碳
传感器控制下注入合适的量不危害工人的身体健康，当采空区的氧浓度被降到7％以下时，就不会自然发火。向采空区压注液态CO2后，CO2
相变吸收大量的热，会促进高温煤堆的快速降温。因此，防治煤自燃灾害，向采空区压注液态CO2是很好的方法。
[0006] 减少大气温室气体含量与矿井煤自燃灾害治理均需要从地面向煤矿井下持续输送液态 CO2。然而，液态CO2的长距离输送会存在以下问题：初始输送液态CO2时，液态CO2进入常温常压的管道中会迅速汽化形成
干冰，易堵塞管道；液态CO2输送管道容易发生
腐蚀泄露，井下巷道中一旦发生泄露，容易发生窒息等事故。实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种基于液相导压且能快速泄露警示液态CO2管输系统，其可以提高液态CO2灌注程序中的安全性，实现矿井防灭火且安全持续输送液态CO2。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
[0009] 一种基于液相导压且能快速泄露警示液态CO2管输系统，其包括液态CO2输送单元及从煤矿地面至井下采空区在巷道壁面上铺设的液态CO2输送管和
信号线，还包括液相导压输送单元、液相导压配制单元、警示剂输送单元及报警器总控台；
[0010] 所述的液相导压配制单元用于向液相导压输送单元中提供导压液体；
[0011] 所述的液态CO2输送单元用于向所述的液态CO2输送管中输送CO2；
[0012] 所述的液相导压输送单元用于在所述的液态CO2输送单元输送CO2之前向所述的液态 CO2输送管中输入导压液体，且用于在所述的液态CO2输送单元输送CO2之后再次向所述的液态CO2输送管中输入导压液体；
[0013] 所述的警示剂输送单元与所述的液态CO2输送单元一起向所述的液态CO2输送管中输送 CO2和警示剂，所述的警示剂用于向信号线传输信号，并通过所述的报警器总控台控制是否输入液态CO2。
[0014] 作为本实用新型的一个优选方案，上述的液态CO2输送单元包括液态CO2储罐及连接在液态CO2储罐出口端的第一连接管道，上述第一连接管道的另一端连接上述的液态CO2输送管，在上述的第一连接管道上从前往后依次设置有液态CO2流量
阀、混合器、液态CO2专用
增压泵、液态CO2稳压阀，在上述的液态CO2稳压阀的出口端连接有液态CO2
逆止阀，上述的液态CO2逆止阀只允许液态CO2由液态CO2稳压阀单向流向液态CO2输送管。
[0015] 作为本实用新型的另一个优选方案，上述的液态CO2输送管在井下的末端出口埋入采空区20-60米，上述的液态CO2输送管在入口端安装有井上压
力表；上述的液态CO2输送管在埋入采空区前2-20米的
位置分别安装有井下压力表和管道出口流量阀。
[0016] 进一步的，上述的液态CO2输送管是直径为20-50mm的无缝
碳钢钢管，上述的液态CO2输送管在位于煤矿地面及采空区之间的垂直管段上每隔300米安装有一个
减压器，上述的液态CO2输送管在位于采空区附近的
水平管段上每隔400-500米安装有一个耐高压金属软管，上述的耐高压金属软管两端所连接的钢管之间的距离为0.5米，上述的耐高压金属软管的长度为0.8米。
[0017] 进一步的，上述的液态CO2输送管上安装有若干个
电磁阀，相邻的电磁阀之间的距离为 200米，并且在每个电磁阀的相对位置的信号线上安装有SF6声光报警器，每个电磁阀均与信号线连接，每个SF6声光报警器通过信号线连接，上述的信号线连接上述报警器总控台。
[0018] 进一步的，上述的液相导压输送单元包括导压溶液配制罐及第三连接管道，上述的第三连接管道的一端连接上述导压溶液配制罐的出口端，在上述的第三连接管道上从前往后依次连接导压溶液流量阀、导压溶液
增压泵、导压溶液稳压阀及导压溶液逆止阀，上述的第三连接管道的另一端连接至上述的液态CO2输送管中，上述的导压溶液逆止阀只允许液体由导压溶液配置罐单向流向液态CO2输送管。
[0019] 优选的，上述的液相导压配制单元包括导压粉剂定量添加泵以及抽水泵，上述的导压粉剂定量添加泵和抽水泵均与上述的导压溶液配制罐连接。
[0020] 优选的，上述的警示剂输送单元包括警示剂储罐及与其出口端连接的第二连接管道，上述的第二连接管道上从前往后依次设置有警示剂流量阀、液相SF6定量添加泵，上述的第二连接管道的另一端连接在上述的混合器上。
[0021] 与现有技术相比，本实用新型带来了以下有益技术效果：
[0022] (1)本实用新型充分利用液体的不可压缩特性，提出采用液相导压进行液态CO2的初始灌注，即先向管道中灌注导压液体，导压液体可以为高压氯化
钙、氯化镁、
氯化钠等溶液，然后再压入液态CO2，避免了初始灌注时液态CO2进入常温常压管道中迅速
气化而形成干冰并堵塞管道。
氯化钙、氯化镁、氯化钠等溶液中，通过控制溶质氯化钙、氯化镁、氯化钠的
质量分数，可以将溶液的冰点降到所采用的液态CO2的
温度以下，当导压溶液遇到液态CO2时并不会结冰。本实用新型采用液相导压的方法更加能够顺利实现液态CO2的初始灌注，并且操作更加简便，易于实现。
[0023] (2)在液态灌注CO2结束后，继续压注导压溶液，能够快速有效的清除管道内残余的液态CO2，防止残余的液态CO2形成干冰堵塞管道并且影响管道的机械性能。
[0024] (3)本实用新型应用的导压溶液可以是氯化钙、氯化镁、氯化钠等溶液，它们本身就是很好的阻化剂，压注导压溶液在实现液态CO2安全稳定输送的同时，还能够实现对采空区遗煤的有效阻化，进一步降低遗煤的自热危险性。
[0025] (4)井下巷道中有风流，
泄漏后的CO2会被稀释带走，泄露现象不清晰，导致附近工作人员不能及时发现。本实用新型提出向液态CO2中添加警示剂液态SF6，当管道发生泄露后，泄露出的液态SF6会迅速气化并在井下巷道中扩散，SF6声光报警器检测到＝后会立即发出声光报警并将报警位置信息通过信号线传递到报警器总控台，报警器总控台会立即关闭井上的液态CO2流量阀、停止液态CO2的输送，并且分析确定检测到SF6的位于最上风侧的SF6传感器，然后该SF6传感器位置处的电磁阀、以及紧邻该位置处上风侧的电磁阀与紧邻该位置处下风侧的电磁阀全部关闭，防治管道中残余的液态CO2继续向外泄露。
[0026] (5)本实用新型提出在竖直管道中安装液态CO2专用减压器，能够在压力超过危险
阈值时，将压力重新降低到安全范围。
附图说明
[0027] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
[0028] 图1为本实用新型基于液相导压且能快速泄露警示的液态CO2远距离安全管输系统结构示意图；
[0029] 图中，1-液态CO2储罐，2-警示剂储罐，3-导压溶液配制罐，4-液态CO2输送管，5-液态 CO2流量阀，6-混合器，7-液态CO2专用增压泵，8-液态CO2稳压阀，9-液态CO2逆止阀，10- 井上压力表，11-警示剂流量阀，12-液相SF6定量添加泵，13-导压粉剂定量添加泵，14-抽水泵，15-导压溶液流量阀，16-导压溶液增压泵，17-导压溶液稳压阀，18-导压溶液逆止阀， 19-减压器，20-耐高压金属软管，21-井下压力表，22-管道出口流量阀，23-信号线，24-SF6声光报警器，25-电磁阀，26-报警器总控台。
具体实施方式
[0030] 本实用新型提出了一种基于液相导压且能快速泄露警示液态CO2管输系统，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体
实施例对本实用新型做详细说明。
[0031] 如图1所示，本实用新型的一种基于液相导压且能快速泄露警示的液态CO2远距离安全管输系统，包括液态CO2储罐1、警示剂储罐2、导压溶液配制罐3、液态CO2输送管4，信号线23、SF6声光报警器24、报警器总控台26，液态CO2储罐1、警示剂储罐2、导压溶液配制罐3布置在矿井井口附近，液态CO2输送管4与信号线23在井巷巷壁铺设，液态CO2储罐1的出口端通过液态CO2输送管(第一连接管道)依次连接液态CO2流量阀5、混合器 6、液态CO2专用增压泵7与液态CO2稳压阀8，液态CO2稳压阀8的出口端依次连接液态 CO2逆止阀9、液态CO2输送管4的入口端，液态CO2逆止阀9只允许液态CO2由液态CO2稳压阀8单向流向液态CO2输送管4，液态CO2输送管4在井下的末端出口埋入采空区20米，液态CO2输送管4在入口端安装井上压力表10，液态CO2输送管4在埋入采空区前10米的位置分别安装井下压力表21和管道出口流量阀22；
[0032] 为了实现液态CO2泄露快速警示，警示剂储罐2依次与警示剂流量阀11、液相SF6定量添加泵12、混合器6连接，所述的液态CO2输送管4每隔200米安装电磁阀25，并且在相同位置安装SF6声光报警器24，每个电磁阀25均与信号线23连接，每个SF6声光报警器24通过信号线23连接，信号线23连接报警器总控台26，电磁阀25是防火防爆的液态CO2专用电磁阀；
[0033] 为了实现液态CO2输送前输送管路的液相导压，导压溶液配制罐3与导压粉剂定量添加泵13以及抽水泵14连通，导压溶液配制罐3的出口端依次连接导压溶液流量阀15、导压溶液增压泵16、导压溶液稳压阀17、导压溶液逆止阀18、液态CO2输送管4的入口端，导压溶液逆止阀18只允许液体由导压溶液配置罐3单向流向液态CO2输送管4，其中导压粉剂可以但不限于是氯化钙、氯化钠、氯化镁等粉剂，本实施例优选氯化钙作为导压粉剂，导压溶液配置为30％的氯化钙导压溶液；
[0034] 为了防止液态CO2输送管路管道内部压力过高形成危险、以及防止在输送过程中由于热胀冷缩导致泄露，液态CO2输送管4是直径为38mm的无缝碳钢钢管，液态CO2输送管4的垂直管段每隔300米安装减压器19，液态CO2输送管4每隔400米安装耐高压金属软管20，耐高压金属软管20两端所连接的钢管之间的距离为0.5米，耐高压金属软管20的长度为0.8 米；
[0035] 采用上述基于液相导压且能快速泄露警示的液态CO2远距离安全管输系统，一种基于液相导压且能快速泄露警示的液态CO2远距离安全管输的方法，包括以下步骤：
[0036] a、从煤矿地面至井下采空区在巷道壁面上纵向排列铺设液态CO2输送管4与信号线23；
[0037] b、按照上述方法连接液态CO2储罐1、警示剂储罐2、导压溶液配制罐3、液态CO2输送管4、液态CO2流量阀5、混合器6、液态CO2专用增压泵7、液态CO2稳压阀8、液态CO2逆止阀9、井上压力表10、警示剂流量阀11、液相SF6定量添加泵12、导压粉剂定量添加泵 13、抽水泵14、导压溶液流量阀15、导压溶液增压泵16、导压溶液稳压阀17、导压溶液逆止阀18、减压器19、耐高压金属软管20、井下压力表21、管道出口流量阀22、信号线23、 SF6声光报警器24、电磁阀25、报警器总控台26；
[0038] c、利用导压溶液配制罐3、导压粉剂定量添加泵13、抽水泵14配制导压溶液水溶液；
[0039] d、确认管道出口流量阀22全部关闭后，打开导压溶液流量阀15，启动导压溶液增压泵 16、导压溶液稳压阀17，向液态CO2输送管4压注导压溶液水溶液，井上压力表10显示压力值达到2.2Mpa时，关闭导压溶液流量阀15、导压溶液增压泵16、导压溶液稳压阀17；
[0040] e、等待30min，如果井上压力表10或者井下压力表21显示数值明显降低，则表明管道发生泄露，则结合报警器总控台26显示的信息，确定液态CO2输送管4的泄露位置，并重新连接；如果井上压力表10或者井下压力表21显示数值没有明显降低，则打开液态CO2流量阀5，警示剂流量阀11，启动液态CO2专用增压泵7、液相SF6定量添加泵12、混合器6、液态CO2稳压阀8，向液态CO2输送管4压注液态CO2，液态CO2专用增压泵7的出口压力设置为2.2Mpa，在本实例中，液相SF6定量添加泵12定量添加SF6使混合器6中SF6含量为 6mg/m3，然后缓慢打开管道出口流量阀22，实现向采空区灌注液态CO2；
[0041] f、液态CO2灌注结束后，关闭液态CO2流量阀5、液态CO2专用增压泵7、液态CO2稳压阀8、警示剂流量阀11、液相SF6定量添加泵12、混合器6，重新打开导压溶液流量阀15、导压溶液增压泵16、导压溶液稳压阀17向液态CO2输送管4压注导压溶液水溶液，压注 30min；
[0042] g、压注导压溶液水溶液结束后，再压注水30min冲洗液态CO2输送管4。
[0043] 本实用新型含有液态警示剂储罐，用于储存警示剂SF6，同时液态CO2输送管道沿程每隔 200米设置SF6传感器与电磁阀，警示剂被定量添加到液态CO2输送管中，输送管道一旦发生泄露，警示剂会迅速汽化，管道泄露位置附近的SF6传感器会感应并发出声光报警，同时将信息通过信号线传输到井上报警器总控台，总控台立即关闭井上的液态CO2流量阀、停止液态 CO2的输送，并且分析确定检测到SF6的位于最上风侧的SF6传感器，然后该SF6传感器位置处附近的电磁阀关闭，防止管道中残余的液态CO2继续向外泄露；含有导压溶液配制罐，用于配制导压溶液，在液态CO2输送前，先向管道内高压注入导压液体，防止初始输送液态CO2时液态CO2进入低压管道迅速汽化并形成干冰堵塞管道，此外导压溶液可用于液态CO2停止输送后管道的清洗。本实用新型基于液相导压且能快速泄露警示的液态CO2远距离安全管输系统和方法提高了液态CO2输送过程中的
稳定性与安全性，在本技术领域内具有广泛的实用性。
[0044] 本实用新型中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
[0045] 需要说明的是，在本
说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本实用新型的保护范围内。
