本發(fā)明涉及一種用于煤堆防自燃的裝置及方法，具體是一種有助于煤堆中水分吸收和蓄熱導(dǎo)向排放的裝置及方法。

背景技術(shù)：

開采后的煤炭在運輸和儲存過程中存在嚴(yán)重的自燃問題，煤自燃是由于煤炭堆積后其內(nèi)部的煤與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)進而使煤堆的內(nèi)部溫度升高且無法散發(fā)出去，最終使煤內(nèi)部溫度達到燃點發(fā)生煤堆的自燃情況。一旦發(fā)生煤自燃一方面造成了煤炭儲量和熱值的損失；另一方面自燃產(chǎn)生的煙氣對人的健康和環(huán)境產(chǎn)生了極大的危害?；诖颂岢隽撕芏嗟慕鉀Q方案，例如在煤炭著火后注水、注漿或者泡沫，但是這些方法不能在煤炭自燃的初始階段進行抑制，而且在治理后會造成部分煤和煤的熱值損失。煤自燃初期除濕延緩煤自燃進程尤其是水的存在對于煤炭自燃的防治存在很多爭議，究其原因一方面在初期水可以與煤炭發(fā)生放熱反應(yīng)，加速了煤堆初期氧化反應(yīng)和熱量積聚；另一方面在煤炭自燃的防治中不管是注水、灌漿還是泡沫滅火都是利用水對于氧氣的隔絕作用和相變散熱原理。如何利用此原理進行防自燃同時不會加速煤堆初期氧化反應(yīng)和熱量積聚，是本行業(yè)亟需解決的一項問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種有助于煤堆中水分吸收和蓄熱導(dǎo)向排放的裝置及方法，無需水與煤體直接接觸，避免在煤自燃初期水加速煤堆發(fā)生放熱反應(yīng)；同時能利用水的相變吸熱進行有方向的熱傳導(dǎo)，從而降低煤堆內(nèi)部的溫度，防止煤堆發(fā)生自燃。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種有助于煤堆中水分吸收和蓄熱導(dǎo)向排放的裝置，包括金屬曲徑體、金屬柱體和輔助導(dǎo)氣管，所述金屬柱體為兩端開口的筒體，金屬柱體的上端口設(shè)有隔離網(wǎng)，所述金屬曲徑體設(shè)置在金屬柱體內(nèi)，金屬曲徑體內(nèi)設(shè)有充填腔，金屬曲徑體的下端口設(shè)有網(wǎng)狀隔離罩，所述輔助導(dǎo)氣管設(shè)置在金屬柱體內(nèi)，輔助導(dǎo)氣管的部分管體通過金屬曲徑體上端通孔伸入金屬曲徑體內(nèi)。

進一步，在金屬曲徑體的外表面與金屬柱體的內(nèi)表面上設(shè)有滑槽，使金屬曲徑體相對金屬柱體滑動；在靠近金屬柱體下端口滑槽上設(shè)有限位卡。

進一步，所述網(wǎng)狀隔離罩為半圓球形。

進一步，伸入金屬曲徑體內(nèi)的部分輔助導(dǎo)氣管上開設(shè)多個通氣孔。

進一步，在輔助導(dǎo)氣管內(nèi)設(shè)有單向隔風(fēng)板。

進一步，所述網(wǎng)狀隔離罩外部設(shè)有開孔防護罩，開孔防護罩與金屬曲徑體通過螺紋連接。

進一步，所述金屬曲徑體和金屬柱體的材質(zhì)均為鋁合金。

進一步，所述金屬曲徑體與網(wǎng)狀隔離罩通過螺紋連接。

一種有助于煤堆中水分吸收和蓄熱導(dǎo)向排放的方法，具體步驟為：

A、向金屬曲徑體內(nèi)的充填腔及金屬曲徑體與金屬柱體之間形成的空間分別充填親水性材料，并分別向金屬曲徑體內(nèi)的充填腔及金屬曲徑體與金屬柱體之間形成的空間注入水；

B、完成后，將金屬曲徑體伸入煤堆內(nèi)且金屬柱體的一端處于煤堆外部；

C、在煤堆內(nèi)部由于氧化反應(yīng)溫度升高后，根據(jù)熱力學(xué)定律，煤堆內(nèi)部的溫度會通過金屬柱體、金屬曲徑體及空氣傳遞到處于充填腔內(nèi)已經(jīng)吸水的親水性材料，親水性材料通過水從液體變成氣體相變吸熱，使金屬曲徑體內(nèi)部氣壓大于外界氣壓，進而高溫水蒸氣部分通過輔助導(dǎo)氣管排出，其余部分?jǐn)U散至金屬曲徑體上端并將熱量進行傳遞；

D、處于金屬曲徑體與金屬柱體之間形成空間內(nèi)的已吸水的親水性材料，當(dāng)金屬曲徑體上端溫度升高后，該親水性材料的溫度隨之升高，親水性材料通過水從液體變成氣體相變吸熱，使高溫水蒸氣通過隔離網(wǎng)排出；最終使煤堆內(nèi)部溫度降低，防止其發(fā)生自燃的情況。

優(yōu)選的，所述的親水性材料采用活性礦物干燥劑、蒙脫石干燥劑和聚丙烯酸系高吸水性樹脂，按照6:3:1的比例復(fù)配而成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用金屬曲徑體、金屬柱體及親水性材料相結(jié)合的方式，無需水與煤體直接接觸并可對煤堆內(nèi)部進行除濕降低其濕度，從而避免在煤自燃初期水加速煤堆發(fā)生放熱反應(yīng)，同時可對煤體表面的水分進行吸收，控制煤體放熱反應(yīng)發(fā)生條件以延緩自熱反應(yīng)的感應(yīng)期；另外通過兩次水體的相變吸熱作用，可定向的將煤堆內(nèi)部氧化反應(yīng)產(chǎn)生的溫度傳遞出來，進而降低其內(nèi)部溫度，防止煤堆發(fā)生自燃。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中金屬曲徑體及輔助導(dǎo)氣管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中金屬柱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中海泡石、聚丙烯酸系高吸水樹脂、活性礦物干燥劑、蒙脫石干燥劑的單獨使用的吸水效果圖；

圖5是本發(fā)明中三種不同復(fù)配親水性材料的吸水效果圖。

圖中：1、金屬曲徑體，2、金屬柱體，3、輔助導(dǎo)氣管，4、隔離網(wǎng)，5、限位卡，6、網(wǎng)狀隔離罩，7、滑槽，8、單向隔風(fēng)板，9、開孔防護罩。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明作進一步說明。

如圖所示，本發(fā)明包括金屬曲徑體1、金屬柱體2和輔助導(dǎo)氣管3，所述金屬柱體2為兩端開口的筒體，金屬柱體2的上端口設(shè)有隔離網(wǎng)4，所述金屬曲徑體1設(shè)置在金屬柱體2內(nèi)，金屬曲徑體1內(nèi)設(shè)有充填腔，金屬曲徑體1的下端口設(shè)有網(wǎng)狀隔離罩6，所述輔助導(dǎo)氣管3設(shè)置在金屬柱體2內(nèi)，輔助導(dǎo)氣管3的部分管體通過金屬曲徑體1上端通孔伸入金屬曲徑體1內(nèi)。

進一步，在金屬曲徑體1的外表面與金屬柱體2的內(nèi)表面上設(shè)有滑槽7，使金屬曲徑體1相對金屬柱體2滑動；在靠近金屬柱體2下端口滑槽7上設(shè)有限位卡5。采用這種結(jié)構(gòu)可調(diào)整本裝置的整體長度便于伸入不同深度的煤堆內(nèi)部。

進一步，所述網(wǎng)狀隔離罩6為半圓球形。采用這個形狀可增大處于金屬曲徑體1內(nèi)的親水性材料與煤堆內(nèi)部空氣的接觸面積，便于更好的傳導(dǎo)熱量。

進一步，伸入金屬曲徑體1內(nèi)的部分輔助導(dǎo)氣管3上開設(shè)多個通氣孔。采用設(shè)置多個通氣孔可使金屬曲徑體1內(nèi)的水蒸氣通過輔助導(dǎo)氣管3排出，提高熱傳導(dǎo)的效率。

進一步，在輔助導(dǎo)氣管3內(nèi)設(shè)有單向隔風(fēng)板8。這種結(jié)構(gòu)可防止煤堆外部的空氣通過輔助導(dǎo)氣管3反向進入進而導(dǎo)致與煤堆內(nèi)部繼續(xù)進行氧化反應(yīng)；同時不影響金屬曲徑體1內(nèi)水蒸氣的排出。

進一步，所述網(wǎng)狀隔離罩6外部設(shè)有開孔防護罩9，開孔防護罩9與金屬曲徑體1通過螺紋連接。增設(shè)開孔防護罩9，可對網(wǎng)狀隔離罩6起到防止其發(fā)生碰撞或擠壓導(dǎo)致?lián)p壞。

進一步，所述金屬曲徑體1和金屬柱體2的材質(zhì)均為鋁合金。采用鋁合金可減少裝置整體的重量，便于搬運及使用。

進一步，所述金屬曲徑體1與網(wǎng)狀隔離罩6通過螺紋連接。采用螺紋連接，在放入親水性材料時便于金屬曲徑體1與網(wǎng)狀隔離罩6拆分及安裝。

一種有助于煤堆中水分吸收和蓄熱導(dǎo)向排放的方法，具體步驟為：

A、向金屬曲徑體1內(nèi)的充填腔及金屬曲徑體1與金屬柱體2之間形成的空間分別充填親水性材料，并分別向金屬曲徑體1內(nèi)的充填腔及金屬曲徑體1與金屬柱體2之間形成的空間注入水；

B、完成后，將金屬曲徑體1伸入煤堆內(nèi)且金屬柱體2的一端處于煤堆外部；這部分可采用預(yù)埋本裝置或在煤堆上鉆孔的方式將本裝置伸入煤堆內(nèi)部；

C、在煤堆內(nèi)部由于氧化反應(yīng)溫度升高后，根據(jù)熱力學(xué)定律，煤堆內(nèi)部的溫度會通過金屬柱體2、金屬曲徑體1及空氣傳遞到處于充填腔內(nèi)已經(jīng)吸水的親水性材料，親水性材料通過水從液體變成氣體相變吸熱，使金屬曲徑體1內(nèi)部氣壓大于外界氣壓，進而高溫水蒸氣部分通過輔助導(dǎo)氣管3排出，其余部分?jǐn)U散至金屬曲徑體1上端并將熱量進行傳遞；

D、處于金屬曲徑體1與金屬柱體2之間形成空間內(nèi)的已吸水的親水性材料，當(dāng)金屬曲徑體1上端溫度升高后，該親水性材料的溫度隨之升高，親水性材料通過水從液體變成氣體相變吸熱，使高溫水蒸氣通過隔離網(wǎng)4排出；最終使煤堆內(nèi)部溫度降低，防止其發(fā)生自燃的情況。

所述的親水性材料可采用公知的親水性材料，包括纖維干燥劑、分子篩干燥劑、粘土干燥劑、礦物干燥劑、硅膠干燥劑和高吸水性樹脂，如海泡石、聚丙烯酸系高吸水樹脂、活性礦物干燥劑、蒙脫石干燥劑中的一種或多種組合，根據(jù)上述四種不同親水性材料單獨除濕情況，本發(fā)明優(yōu)選采用活性礦物干燥劑、蒙脫石干燥劑和聚丙烯酸系高吸水性樹脂，按照6:3:1的比例復(fù)配而成。采用這種配比與現(xiàn)有已知的親水性材料或復(fù)配材料相比在同等質(zhì)量的情況可以更高的除濕效率及更多的吸水量，不僅可對煤堆內(nèi)部進行除濕降低其濕度，也便于后續(xù)使用時有足夠的水分進行蒸發(fā)傳熱。

實驗證明1：將海泡石、聚丙烯酸系高吸水樹脂、活性礦物干燥劑、蒙脫石干燥劑四種進行干燥稱重，把相同質(zhì)量的四種除濕材料同時放入到溫度為25℃濕度為80％的環(huán)境中，每隔72小時取除濕材料檢測其濕度。從圖4可以看出，在實驗的初始階段干燥性最好的是活性礦物干燥劑和高吸水性樹脂，能夠快速有效的降低周圍煤體的濕度。隨著實驗時間的延長，海泡石干燥劑和活性礦物干燥劑的干燥能力穩(wěn)定提升，而蒙脫石和高吸水性樹脂干燥劑的吸水能力趨于平穩(wěn)。這是由于不同干燥材料的飽和吸濕率和保水性有較大差異，高吸水性樹脂具有高飽和吸濕率和保水性使得它能夠在實驗初期快速降低周圍環(huán)境濕度，但后續(xù)的除濕能力因為其較高的保水性而降低；海泡石和蒙脫石干燥劑相較前者的飽和吸濕率和保水性較低，所以在前期除濕效果較慢。根據(jù)含濕煤體自燃機理和煤體水分對于自熱影響可以得出此裝置的干燥劑不僅需要極高的飽和吸濕率使其能夠較短時間內(nèi)降低煤體濕度，而且在后續(xù)階段能夠穩(wěn)定發(fā)揮除濕作用，達到一個反復(fù)干燥除濕的效果。基于此可以把煤堆內(nèi)部煤體的濕度變化看做是干燥劑除濕效率參數(shù)，因此把四種干燥劑按一定比例復(fù)配，復(fù)配后的干燥劑比單一的吸水材料具有更高的干燥效率和持續(xù)干燥能力。

實驗證明2：選取三種復(fù)配親水性材料，分別為復(fù)配1、復(fù)配2和復(fù)配3，

所述復(fù)配1采用活性礦物干燥劑、蒙脫石干燥劑和聚丙烯酸系高吸水性樹脂，按照6:3:1的比例復(fù)配而成；

所述復(fù)配2采用聚丙烯酸系高吸水樹脂、蒙脫石干燥劑和海泡石，按照2:2:1的比例復(fù)配而成；

所述復(fù)配3采用海泡石、活性礦物干燥劑和蒙脫石干燥劑，按照1:1:1的比例復(fù)配而成；

將上述三種復(fù)配親水性材料采用相同的質(zhì)量同時放入到含水量為30％的煤堆中，埋深為1m，每隔72小時取其周圍煤樣檢測其濕度，試驗共進行多次取樣，實驗結(jié)果如圖5所示。

從圖中可得，復(fù)配1干燥劑除濕效率最好，能在較短的時間內(nèi)使煤體濕度控制在15％以下，且其后續(xù)除濕能力良好。復(fù)配2的吸水效果較好，但隨著時間推移除濕效果逐漸降低。復(fù)配3的吸水效果最為穩(wěn)定，但耗時較長。綜合上述數(shù)據(jù)，親水性材料采用復(fù)配1時吸水及除濕效果最優(yōu)。