用于煤矿采空区的防灭火系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于煤矿防灭火领域，特别涉及一种用于煤矿采空区的防灭火系统。
背景技术
[0002] 煤矿矿区一般容易发生自然发火现象，比如羊场湾煤矿，其位于宁东煤田灵武矿区，该矿区是我国重点煤炭生产基地，矿井现所采
煤层为2#和6#煤层，其中，2#煤层属于1类易自燃煤层，自燃发火期为23天至2个月，最短自燃发火期仅为23天。受到采深、地热、机电设备
散热等因素的影响，矿井近年来发生煤炭的自燃发火现象较多，严重制约了矿井产能的释放和安全高效连续生产。针对这种现象，目前并没有合适的方法技术和装置来防火和灭火。实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种用于煤矿采空区的防灭火系统，该防灭火系统结构简单、使用方便，防灭火效果好。
[0004] 本实用新型的技术方案如下：
[0005] 一种用于煤矿采空区的防灭火系统，所述防灭火系统包括顺次连接的储罐、压
力调控装置、
气化装置、辅热装置、稳压稳流装置、输送管路和井
下管网系统；
[0006] 所述储罐用于储存防灭火用液态物料，以供给所述压力调控装置；
[0007] 所述压力调控装置用于对来自所述储罐的液态物料进行压力调控，以对其
增压而获得稳定的液态物料流；
[0008] 所述气化装置用于来自所述压力调控装置的液态物料流进行一级气液转化，以得到一级气化物料；
[0009] 所述辅热装置用于对来自所述气化装置的一级气化物料进行辅助加热，以进一步进行二级气液转化得到二级气化物料；
[0010] 所述稳压稳流装置用于来自所述辅热装置的二级气化物料进行稳压稳流处理，以得到具有稳定压力和稳定流速的二级气化物料流；
[0011] 所述输送管路用于将来自所述稳压稳流装置的二级气化物料流输送至所述井下管网系统；
[0012] 所述井下管网系统用于将来自所述输送管路的二级气化物料流输送至煤矿的回
风巷或采空区，用于对其进行防灭火。
[0013] 优选地，所述稳压稳流装置顺次包括稳流装置和卧式稳压罐，所述稳流装置用于对来自所述辅热装置的二级气化物料进行流速调节，以使其获得稳定的流速；所述卧式稳压罐用于对来自所述稳流装置的二级气化物料流进行压力调节，以使其获得稳定的压力。
[0014] 优选地，所述稳流装置包括第一流量计、第一压力表、第一
阀门、第二流量计和第二压力表，所述第一流量计、所述第一压力表、所述第一阀门、所述第二流量计和所述第二压力表顺次设置于自所述辅热装置至所述卧式稳压罐的管线上，所述第一阀门用于
调节管路中的物料流量和压力，所述第一流量计和所述第一压力表用于检测经所述第一阀门调节之前管路中的物料流量和压力，所述第二流量计和所述第二压力表用于检测经所述第一阀门调节之后管路中的物料流量和压力。
[0015] 优选地，所述稳流装置还包括分支管线和第二阀门，所述分支管线的第一端连接至所述第一流量计的进口端，所述分支管线的第二端连接至所述第二压力表的出口端，所述第二阀门设置于所述分支管线上，与所述第一阀门并联设置。
[0016] 优选地，所述防灭火系统还包括
安全阀，所述安全阀设置于自所述储罐至所述压力调控装置的管线上，用于控制系统的压力。
[0017] 优选地，所述防灭火系统还包括第三压力表，所述第三压力表设置于自所述气化装置至所述辅热装置的管线上，用于检测管线压力。
[0018] 优选地，所述防灭火系统还包括
罐车，用于向所述储罐内提供防灭火用液态物料。
[0019] 优选地，自所述罐车至所述储罐的管线为金属软管。
[0020] 优选地，自所述气化装置至所述辅热装置的管线为金属软管。
[0021] 本实用新型的有益效果在于：
[0022] 本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统，结构简单、使用方便，能够针对煤矿矿井发生的煤炭自燃发火现象进行有效的防火和灭火，且防灭火效果好。
附图说明
[0023] 图1是本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统在一种实施方式中的结构示意图。
具体实施方式
[0024] 在本
说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、
正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同
位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
[0025] 以下通过具体实施方式对本实用新型的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式仅用于说明本实用新型的内容，实用新型并不仅限于下述实施方式或
实施例。应用本实用新型的构思对本实用新型进行的简单改变都在本实用新型要求保护的范围内。
[0026] 本实用新型提供一种用于煤矿采空区的防灭火系统，如图1所示，所述防灭火系统包括顺次连接的储罐1、压力调控装置4、气化装置3、辅热装置6、稳压稳流装置8、输送管路10和井下管网系统9；
[0027] 所述储罐1用于储存防灭火用液态物料，以供给所述压力调控装置4；
[0028] 所述压力调控装置4用于对来自所述储罐1的液态物料进行压力调控，以对其增压而获得稳定的液态物料流；
[0029] 所述气化装置3用于来自所述压力调控装置4的液态物料流进行一级气液转化，以得到一级气化物料；
[0030] 所述辅热装置6用于对来自所述气化装置3的一级气化物料进行辅助加热，以进一步进行二级气液转化得到二级气化物料；
[0031] 所述稳压稳流装置8用于来自所述辅热装置6的二级气化物料进行稳压稳流处理，以得到具有稳定压力和稳定流速的二级气化物料流；
[0032] 所述输送管路10用于将来自所述稳压稳流装置8的二级气化物料流输送至所述井下管网系统9；
[0033] 所述井下管网系统9用于将来自所述输送管路10的二级气化物料流输送至煤矿的回风巷或采空区，用于对其进行防灭火。
[0034] 本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统，依次对增压后的防灭火用液态物料进行两次气液转化，得到的二级气化物料经稳压稳流处理后，依次经输送管路和井下管网系统输送至煤矿的回风巷或采空区，用于对煤矿矿井进行防火和灭火，一方面能够利用防灭火用液态物料的二级气化物料有效防止矿井煤炭自燃发火，另一方面能够在矿井煤炭自燃发火时及时灭火，从而有效解决了矿井煤炭自燃发火的问题，确保了矿井的安全高效生产，推动了煤矿集团的可持续发展。本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统，能够直接利用煤矿矿井原有的地下管网系统而不需要再重新建立新的地下管网系统，不仅提高了施工效率，还有效降低了施工成本和防灭火成本。
[0035] 在一种实施方式中，所述防灭火用液态物料可以是煤矿领域常用的用于防灭火的液态物料，包括液氮和液态二
氧化
碳。
[0036] 本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统，可适用于液氮和液态二氧化碳。当用液氮来防灭火时，由于的地面制氮车间注氮技术流量较小，氮气量供应有限，纯度较低、并且氮气比空气轻，注入煤矿采空区后流失较快、滞留性差，需要长期进行压注，防灭火效果一般，且防灭火成本高。而用液态二氧化碳时就不存在这些问题，所以优选使用液态二氧化碳运行本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统来对煤矿采空区进行防灭火。
[0037] 在一种实施方式中，所述气化装置3为自热式气液转化器。
[0038] 自热式气液转换器，简称气液转换器，是将气压
信号转换为液压信号的一种转换器，使用压缩空气作为动力源，输出液压油，驱动动力缸(
液压缸)平稳动作。自热式气液转换器由螺旋状盘管式
钢管和在其外侧设置的以优质
铝合金制成的导热片组成。其作用原理是：将环境空气的热量通过导热片传导给该转换器，并持续不断地补充气化过程中所吸收的热量，以使气化的顺利进行。自热式气液转换器为一级气化装置，靠空气热传导进行气化，气化程度受外界环境
温度的影响，气化不一定完全、彻底。自热式气液转换器不需要由外部提供热源，全靠空气自热方式加热，以达到节能节
水的目的。
[0039] 在一种实施方式中，所述辅热装置6为强热式气液转换器。
[0040] 强热式气液转换器主要由换
热管组件、壳体、电控加热系统或
蒸汽加热系统等组成，为二级气化装置。其主要功能为：壳程内的水或
导热油通过电控加热系统或蒸气加热系统加热后，管程内的液体与壳程内的水或导热油进行热交换，从而达到液转气的效果。
[0041] 强热式气液转换器可以选取电加热式，也可以选取蒸气加热式，前者操作简便，加热速度快，易实现温控自动化，但费电；后者省电，但操作较麻烦，温控自动化不如电加热式，一般采用电控加热。
[0042] 强热式气液转换器一般为筒体结构，筒体内布设有螺旋状盘管，同时设有
热交换器，该热交换器由强热式气液转换器上配置的电源配电箱供电。
[0043] 强热式气液转换器的作用原理是：以人为加热方式气化，完成二级气化。筒体内为便于二级气化要投入加热用清水，由设置在筒体内的热交换器把水加热，被加热的水又将热量传导给盘状钢管，促使由一级气化器进入作为二级气化器的强热式气液转换器中、但尚未完全气化的部分液态二氧化碳完全气化。
[0044] 在一种实施方式中，所述防灭火系统还包括气相增压管路，所述气相增加管路的一端引自所述储罐1的顶部，另一端连接至所述辅热装置6的出口，用于对所述防灭火系统进行增压。
[0045] 所述储罐1的防灭火用液态物料经所述气相增压管输送至所述辅热装置6的出口，并经所述辅热装置6的出口并沿自所述辅热装置6至所述气化装置3的管路流入所述气化装置3，兼顾所述辅热装置6和所述气化装置3同时增压，其压力得以同步提高，一举两得。
[0046] 在一种实施方式中，所述稳压稳流装置8顺次包括稳流装置和卧式稳压罐7，所述稳流装置用于对来自所述辅热装置6的二级气化物料进行流速调节，以使其获得稳定的流速；所述卧式稳压罐7用于对来自所述稳流装置的二级气化物料流进行压力调节，以使其获得稳定的压力。
[0047] 稳压稳流装置中稳流装置和卧式稳压罐7的设置，将经所述辅热装置6气化后的过高压力调节成为与井下管网系统9匹配的合理压力，并把脉冲状态的压力调整成为稳定状态的压力，然后进行释放和输出，从而达到灭火的目的。
[0048] 卧式稳压罐包括罐体、球囊、进/出水口及补气口四部份，其工作原理如下：当外界有压力的水进入膨胀罐球囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，根据波义
耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与水的压力达到一致时停止进水。当水流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于水的压力，此时气体膨胀将球囊内的水挤出补到系统，直到气体压力与水的压力再次达到一致时停止排水。
[0049] 卧式稳压罐7用于系统中起缓
冲压力
波动及部分给水的作用，在热力系统中主要是用来吸收工作介质因温度变化增加的那部分体积；在供水系统中主要用来吸收系统因阀门、水
泵等开和关所引起的
水锤冲击，以及夜间少量补水使供水系统主泵休眠从而减少用电，延长水泵使用寿命。
[0050] 在一种实施方式中，所述稳流装置包括第一流量计、第一压力表、第一阀门、第二流量计和第二压力表，所述第一流量计、所述第一压力表、所述第一阀门、所述第二流量计和所述第二压力表顺次设置于自所述辅热装置至所述卧式稳压罐的管线上，所述第一阀门用于调节管路中的物料流量和压力，所述第一流量计和所述第一压力表用于检测经所述第一阀门调节之前管路中的物料流量和压力，所述第二流量计和所述第二压力表用于检测经所述第一阀门调节之后管路中的物料流量和压力。
[0051] 在一种实施方式中，所述稳流装置还包括分支管线和第二阀门，所述分支管线的第一端连接至所述第一流量计的进口端，所述分支管线的第二端连接至所述第二压力表的出口端，所述第二阀门设置于所述分支管线上，与所述第一阀门并联设置，以备用，使得在所述第一阀门损坏时，不至于影响整个系统的运行。
[0052] 在一种实施方式中，所述防灭火系统还包括安全阀2，所述安全阀2设置于自所述储罐1至所述压力调控装置4的管线上，用于控制系统的压力。
[0053] 安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀在系统中起安全保护作用。当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体/
流体排入大气/管道外，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。
[0054] 在一种实施方式中，所述防灭火系统还包括第三压力表5，所述第三压力表5设置于自所述气化装置3至所述辅热装置6的管线上，用于检测管线压力。
[0055] 在一种实施方式中，所述防灭火系统还包括罐车12，用于向所述储罐1内提供防灭火用液态物料。
[0056] 在一种实施方式中，自所述罐车12至所述储罐1的管线为金属软管，优选金属高压软管，比如钢丝软管，以防止该管线因热胀冷缩出现管线断裂的现象。
[0057] 在一种实施方式中，自所述气化装置3至所述辅热装置6的管线为金属软管，优选金属高压软管，比如钢丝软管，以防止该管线因热胀冷缩出现管线断裂的现象。
[0058] 在一种实施方式中，所述金属软管的直径为50mm。
[0059] 本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统在使用时如图1所示，其中，11代表地面，01、02、03、04、05和06分别代表地下岩层的不同分区。
[0060] 如图1所示，所述罐车12将防灭火用液态物料输入所述储罐1中进行存储；来自所述储罐1的液态物料输入所述压力调控装置4中进行压力调控，使其增压而获得稳定的液态物料流；来自所述压力调控装置4的液态物料流输入所述气化装置3中进行一级气液转化，得到一级气化物料；来自所述气化装置3的一级气化物料输入所述辅热装置6中经辅助加热进一步进行二级气液转化得到二级气化物料；来自所述辅热装置6的二级气化物料输入所述稳压稳流装置8中的稳流装置中进行流速调节，使其具有稳定的流速；来自所述稳流装置的二级气化物料流输入所述稳压稳流装置8中的卧式稳压罐7中进行压力调节，使其具有稳定的压力；来自所述卧式稳压罐7的二级气化物料流依次经所述输送管路10和所述井下管网系统9输送至煤矿的回风巷或采空区，用于对煤矿的回风巷或采空区进行防灭火；期间，[0061] 所述稳流装置中，通过所述第一阀门调节管路中的物料流量和压力，通过所述第一流量计和所述第一压力表检测经所述第一阀门调节之前管路中的物料流量和压力，通过所述第二流量计和所述第二压力表检测经所述第一阀门调节之后管路中的物料流量和压力；
[0062] 在自所述储罐1至所述压力调控装置4的管线上压力过大时，通过所述安全阀2释放出一部分介质以控制系统的压力在合适的范围内；
[0063] 通过所述第三压力表5检测自所述气化装置3至所述辅热装置6的管线压力。
[0064] 本实用新型的用于煤矿采空区的防灭火系统，结构简单、使用方便，能够针对煤矿矿井发生的煤炭自燃发火现象进行有效的防火和灭火，且防灭火效果好；一方面能够利用防灭火用液态物料的二级气化物料有效防止矿井煤炭自燃发火，另一方面能够在矿井煤炭自燃发火时及时灭火，从而有效解决了矿井煤炭自燃发火的问题，确保了矿井的安全高效生产，推动了煤矿集团的可持续发展。
