一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)是由氣液兩相流參數(shù)控制和調(diào)節(jié)裝置、氣液兩相流輸送管線、氣液兩相流立體噴管三部分構(gòu)成，氣液兩相流立體噴管采用雙管嵌套設(shè)計(jì)，將帶有密集出氣孔的氣管嵌套進(jìn)液管內(nèi)部；氣液兩相流立體噴管上依次設(shè)置與噴管成90度、60度、30度和0度角的氣泡霧化噴頭；90度、60度、30度角氣泡霧化噴頭圍繞噴管各均勻布置四個(gè)，0度角氣泡霧化噴頭布置在噴管中央正前方；各個(gè)氣泡霧化噴頭霧化錐角均設(shè)計(jì)成30度實(shí)心錐型，本系統(tǒng)通過(guò)合理的氣液兩相流參數(shù)控制和調(diào)節(jié)，氣液兩相流立體噴管裝置能夠產(chǎn)生霧化效果好、霧通量大、霧動(dòng)量高的大面積立體阻化細(xì)水霧氣霧場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的高效防滅火。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于礦井采空區(qū)火災(zāi)防治領(lǐng)域，具體涉及一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井火災(zāi)嚴(yán)重影響了煤礦生產(chǎn)，是威脅煤礦安全生產(chǎn)的最主要的災(zāi)害之一，煤礦每年由于自燃造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失近百億元。礦井自然發(fā)火占總發(fā)火次數(shù)94%，其中采空區(qū)自燃則占內(nèi)因火災(zāi)的60%。采空區(qū)火災(zāi)會(huì)損耗煤炭資源、燒毀機(jī)械設(shè)備，引起瓦斯、煤塵爆炸，產(chǎn)生大量的高溫火焰和有毒有害氣體，對(duì)采空區(qū)火災(zāi)防治技術(shù)的研究具有重要的意義。
[0003]目前存在的采空區(qū)火災(zāi)治理技術(shù)主要有:堵漏與均壓防滅火技術(shù)、灌漿防滅火技術(shù)、阻化劑防滅火技術(shù)、三相泡沫滅火技術(shù)、惰性氣體防滅火技術(shù)防治煤層自燃火災(zāi)等技術(shù)。不同的防滅火技術(shù)都難以在防治效果和經(jīng)濟(jì)效益兩方面同時(shí)取得較好的效果，因此，迫切需要提出一種經(jīng)濟(jì)有效的采空區(qū)防滅火技術(shù)。
[0004]氮?dú)夥罍缁鹁哂泄に嚭?jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、易于掌握、不污染防滅火區(qū)域、對(duì)封閉區(qū)域內(nèi)的設(shè)備損害少、較好的稀釋抑爆作用、有效抑制防滅火區(qū)域的漏風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在降溫效果差、不能有效消除高溫點(diǎn)等缺點(diǎn)。阻化水雖能起到較好的采空區(qū)防滅火作用，但是常常由于無(wú)法均勻覆蓋到采空區(qū)內(nèi)而難以起到應(yīng)有的效果;細(xì)水霧滅火是一種新型的火災(zāi)防治技術(shù)，既有水噴淋系統(tǒng)的冷卻作用，又有氣體滅火系統(tǒng)的窒息作用，能夠在冷卻、窒息、隔絕熱輻射和浸潤(rùn)多重作用下達(dá)到控制火災(zāi)、抑制火災(zāi)和撲滅火災(zāi)的目的。
[0005]CN103806932A公布了一種用高壓噴頭霧化在采空區(qū)實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)預(yù)防煤炭著火和滅火的方法，該方法缺陷在于采用的高壓噴頭霧化要想產(chǎn)生理想的霧化效果，需要很高的水壓(產(chǎn)生I級(jí)細(xì)水霧的水壓大于lOMpa)，大大增加了系統(tǒng)的成本，且同時(shí)需要保證噴嘴噴口足夠小(一般小于1mm)，噴嘴極易堵塞;CN101915113B授權(quán)了一種礦用氮?dú)饧?xì)水霧發(fā)生裝置，通過(guò)導(dǎo)水旋風(fēng)器和霧化器的設(shè)置，可用于注氮過(guò)程中添加細(xì)水霧，CN103195462B授權(quán)了礦井注氮過(guò)程中液體添加及霧化裝置，該裝置與CN101915113B授權(quán)的一種礦用氮?dú)饧?xì)水霧發(fā)生裝置均利用傳統(tǒng)的雙流體霧化技術(shù)，通過(guò)高速流動(dòng)的氣體對(duì)水的剪切作用實(shí)現(xiàn)水的霧化，該技術(shù)雖然不需要較高的水壓就能達(dá)到較好的霧化效果(水壓和氣壓均在0.3?
0.7Mpa之間即可產(chǎn)生I級(jí)細(xì)水霧)，但是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通過(guò)高速流動(dòng)的氣動(dòng)力作用將液體霧化，耗氣量過(guò)大，霧通量較低;CN103362534B授權(quán)了防治礦井火災(zāi)的氮?dú)庾杌?xì)水霧制備系統(tǒng)及其防滅火方法，但是并沒(méi)有對(duì)具體的霧化原理和霧化裝置進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
[0006]氣液兩相流阻化細(xì)水霧防滅火技術(shù)對(duì)礦井采空區(qū)火災(zāi)防治具有顯著的效果，現(xiàn)階段對(duì)該技術(shù)中包括霧化裝置在內(nèi)的整套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不夠合理，難以真正發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，迫切需要提出一種霧化效果好、耗能量低、防治效果顯著、操作性強(qiáng)的礦井采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明的目的:
為了克服現(xiàn)有氣液兩相流阻化細(xì)水霧防滅火技術(shù)在霧化裝置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有霧化效果好、耗能量低、火災(zāi)防治效果顯著、操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，真正意義上實(shí)現(xiàn)氣液兩相流阻化細(xì)水霧防滅火技術(shù)在礦井采空區(qū)火災(zāi)防治工作中的應(yīng)用。
[0008]發(fā)明提供的技術(shù)方案:
一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，將氮?dú)庾鳛闅庠?，采用?nèi)氣外液式氣泡霧化原理，霧化阻化水，利用氮?dú)獾牧鲃?dòng)與擴(kuò)散性將阻化細(xì)水霧輸送到采空區(qū)的各個(gè)角落，對(duì)采空區(qū)高溫煤巖進(jìn)行三維立體覆蓋，綜合利用氮?dú)夂妥杌瘎┘?xì)水霧在采空區(qū)火災(zāi)防治方面的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)火災(zāi)的有效防治。
[0009]—種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，包括氣液輸送管道、氣液控制和調(diào)節(jié)裝置、氣液兩相流立體噴管。其特征在于:所述氣液控制和調(diào)節(jié)裝置安裝于氣液輸送管道上，氣液輸送管道的末端連接氣液兩相流立體噴管，氣液兩相流立體噴管?chē)姵龃罅康臍庖簝上嗔髯杌?xì)水霧實(shí)現(xiàn)礦井采空區(qū)火災(zāi)的有效防治。
[0010]所述氣液輸送管線由水管網(wǎng)和氮?dú)夤芫W(wǎng)組成，阻化劑水流和氣流相互獨(dú)立流入氣液兩相流立體噴管裝置，在氣液兩相流立體噴管裝置發(fā)生氣泡霧化作用。
[0011]所述氣液參數(shù)控制和調(diào)節(jié)裝置包含水管控制閥門(mén)、水過(guò)濾裝置、水流量計(jì)、水壓調(diào)節(jié)閥、氮?dú)夤芸刂崎y門(mén)、氮?dú)膺^(guò)濾裝置、氮?dú)饬髁坑?jì)、氮?dú)鈿鈮赫{(diào)節(jié)閥，能夠?qū)λ畨骸鈮?、水流量、氣流量等參?shù)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
[0012]所述氣液兩相流立體噴管裝置上依次設(shè)置與噴管成90度、60度、30度和O度角的氣泡霧化噴頭;90度、60度、30度角氣泡霧化噴頭圍繞噴管各均勻布置四個(gè)，O度角氣泡霧化噴頭布置在噴管中央正前方;各個(gè)氣泡霧化噴頭霧化錐角均設(shè)計(jì)成30度實(shí)心錐型。氣液兩相流立體噴管裝置內(nèi)嵌噴氣管沿螺旋方向均勻布置噴氣孔，各個(gè)噴頭入口段均設(shè)置帶有密集噴孔的噴孔板。
[0013]發(fā)明的有益效果:
一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在惰化、冷卻、窒息、隔絕熱輻射和浸潤(rùn)等多種作用下的礦井采空區(qū)火災(zāi)防治。
[0014]氣泡霧化過(guò)程中通過(guò)高速氣流強(qiáng)烈的剪切和撕裂作用產(chǎn)生大量包裹氣泡的液滴和液線，形成一次霧化，液體內(nèi)包裹的氣泡在噴出噴嘴后在內(nèi)外壓差作用下“爆裂”形成二次霧化。由于氣泡的表面膜遠(yuǎn)小于液柱或液膜的厚度，氣泡霧化技術(shù)霧化所需能量較小，霧化的粒度也很細(xì)。噴嘴出口直徑大小對(duì)霧化效果影響較小，因此，噴嘴出口直徑可以設(shè)計(jì)成普通噴嘴出口直徑的幾倍大小，杜絕了噴嘴的堵塞。
[0015]采用氣泡霧化原理對(duì)水壓和氣壓的要求較低，耗氣量低，霧通量大，在水壓和氣壓均小于0.5Mpa，氣液質(zhì)量流量比(GLR)為0.1的情況就可以產(chǎn)生霧滴粒徑小于100 m的水霧。
[0016]合理的氣液兩相流立體噴管裝置設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單可靠，噴管的噴霧角度和射程大大提高，實(shí)現(xiàn)了采空區(qū)大范圍全方位立體氮?dú)?阻化細(xì)水霧覆蓋，有效提高了采空區(qū)的防滅火效果。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明氣液兩相流防滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管裝置半剖示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管90度角的氣泡霧化噴頭剖面圖。
[0020]圖4是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管60度角的氣泡霧化噴頭剖面圖。
[0021 ]圖5是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管30度角的氣泡霧化噴頭剖面圖。
[0022]圖6是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管O度角的氣泡霧化噴頭剖面圖。
[0023]圖7是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管90度、60度、30度和O度角的氣泡霧化噴頭噴孔板25的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是本發(fā)明氮?dú)忪F化噴管及噴孔布置三維效果圖。
[0025]圖9是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管裝置正面直視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖10是本發(fā)明氣液兩相流立體噴管裝置噴射效果示意圖。
[0027]圖中:1:水管接頭、2:水管控制閥門(mén)、3:水過(guò)濾裝置、4:水流量計(jì)、5:水壓調(diào)節(jié)閥、6:氮?dú)夤芙宇^、7:氮?dú)夤芸刂崎y門(mén)、8:氮?dú)膺^(guò)濾裝置、9:氮?dú)饬髁坑?jì)、10:氮?dú)鈿鈮赫{(diào)節(jié)閥；11:水管接頭、12:氮?dú)夤芙宇^、13:氮?dú)夤堋?4:氮?dú)夤芄潭▓A盤(pán)、15:水管、16:噴管外絲接頭、17:噴管內(nèi)絲接頭、18:氣液兩相流立體噴管裝置、19: 90度角氣泡霧化噴頭、20: 60度角氣泡霧化噴頭、21:30度角氣泡霧化噴頭、22:0度角氣泡霧化噴頭、23:氮?dú)夤車(chē)娍住?4:氣液混合室、25:噴孔板。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0029]如附圖所示:本發(fā)明的一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)由氣液參數(shù)控制和調(diào)節(jié)裝置、氣液輸送管線、氣液兩相流立體噴管裝置三部分組成。
[0030]氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)工作流程:
(I)管路和氣液兩相流立體噴管裝置布置。氮?dú)夤苈泛妥杌苈肪贾迷诠ぷ髅孢M(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)；通過(guò)噴管外絲接頭16和噴管內(nèi)絲接頭17將氣液兩相流立體噴管裝置與事先加工好的內(nèi)嵌氣管的水管連接;將氣液兩相流立體噴管裝置18預(yù)先水平埋入采空區(qū)，噴管裝置18用大塊巖體掩埋或者利用外套剛性鐵籠進(jìn)行保護(hù)。
[0031](2)氣液參數(shù)控制和調(diào)節(jié)。通過(guò)水管接頭I和氮?dú)夤芙宇^6將該系統(tǒng)與阻化水源和氮?dú)庠催M(jìn)行連接;調(diào)節(jié)水管控制閥門(mén)2和氮?dú)夤芸刂崎y門(mén)7，將阻化水和氮?dú)獾膲毫土髁空{(diào)節(jié)至最佳的霧化參數(shù)。
[0032](3)阻化水霧化與噴射。阻化水和氮?dú)夥謩e通過(guò)水管15和氮?dú)夤?3向前輸送;阻化水流和氮?dú)獾竭_(dá)氣液兩相流立體噴管裝置后，高速流動(dòng)的高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)氮?dú)忪F化噴管和噴孔板上的的氮?dú)夤車(chē)娍?3對(duì)阻化水流進(jìn)行強(qiáng)烈的剪切和撕裂作用，從而產(chǎn)生大量包裹氣泡的液滴和液線，依次在氣液混合室24內(nèi)形成均勻的氣液兩相流;氣泡在兩相流動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)、加速、變形，依次在90度、60度、30度、O度角氣泡霧化噴頭19、20、21、22的噴嘴出口處將液體擠壓成細(xì)絲線狀噴射而出；同時(shí)在離開(kāi)噴嘴出口極短的時(shí)間和距離內(nèi)，氣泡由于內(nèi)外壓差的驟然變化而急劇膨脹，直至爆裂，從而將液絲、液線炸成更加細(xì)微的顆粒，實(shí)現(xiàn)阻化水滴充分霧化。
[0033](4)阻化細(xì)水霧的運(yùn)移。從氣液兩相流立體噴管裝置噴出的阻化細(xì)水霧在氮?dú)夂筒煽諈^(qū)漏風(fēng)的作用下，運(yùn)移至采空區(qū)的各個(gè)角落。
[0034](5)氮?dú)?阻化細(xì)水霧防滅火。該系統(tǒng)能夠同時(shí)發(fā)揮水、阻化劑、氮?dú)馊叩姆罍缁鹱饔?，?shí)現(xiàn)采空區(qū)的防滅火。
[0035]本發(fā)明的氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，可以采用埋管注射、托管注射、鉆孔注射、插管注射和密閉注射等工藝。
[0036]最后應(yīng)該說(shuō)明的是:以上所述僅為本發(fā)明的技術(shù)方案，并未對(duì)其進(jìn)行限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、改進(jìn)、等同替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)由氣液兩相流參數(shù)控制和調(diào)節(jié)裝置、氣液兩相流輸送管線、氣液兩相流立體噴管裝置三部分組成;氣液兩相流參數(shù)控制和調(diào)節(jié)裝置包括水管接頭(I)、水管控制閥門(mén)(2)、水過(guò)濾裝置(3)、水流量計(jì)(4)、水壓調(diào)節(jié)閥(5)、氮?dú)夤芙宇^(6)、氮?dú)夤芸刂崎y門(mén)(7)、氮?dú)膺^(guò)濾裝置(8)、氮?dú)饬髁坑?jì)(9)、氮?dú)鈿鈮赫{(diào)節(jié)閥(10);氣液兩相流輸送管線包括水管接頭(11)、氮?dú)夤芙宇^(12)、氮?dú)夤?13)、氮?dú)夤芄潭▓A盤(pán)(14)、水管(15)、噴管外絲接頭(16);氣液兩相流立體噴管裝置(18)包括噴管內(nèi)絲接頭(17)、90度角氣泡霧化噴頭(19)、60度角氣泡霧化噴頭(20)、30度角氣泡霧化噴頭(21)和O度角氣泡霧化噴頭(22)、氮?dú)夤車(chē)娍?23)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，其特征在于:氣液兩相流立體噴管裝置采用雙管嵌套設(shè)計(jì)，將帶有密集出氣孔的氣管嵌套進(jìn)液管內(nèi)部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，其特征在于:氣液兩相流立體噴管上依次設(shè)置與噴管成90度、60度、30度和O度角的氣泡霧化噴頭;90度、60度、30度角氣泡霧化噴頭圍繞噴管各均勻布置四個(gè)，O度角氣泡霧化噴頭布置在噴管中央正前方;各個(gè)氣泡霧化噴頭霧化錐角均設(shè)計(jì)成30度實(shí)心錐型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，其特征在于:氣液兩相流立體噴管裝置利用氣泡霧化原理，在噴管內(nèi)部通過(guò)高速氣流強(qiáng)烈的剪切和撕裂作用產(chǎn)生大量包裹氣泡的液滴和液線，形成一次霧化，液體內(nèi)包裹的氣泡在噴出噴頭噴嘴后在內(nèi)外壓差作用下“爆炸”形成二次霧化。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，其特征在于:氣液兩相流參數(shù)控制和調(diào)節(jié)裝置能夠?qū)λ畨骸鈮汉蜌庖嘿|(zhì)量流量比(GLR)等參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)最佳的霧化效果。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣泡霧化采空區(qū)氣液兩相流防滅火系統(tǒng)，其特征在于:氣液兩相流立體噴管裝置與氣液兩相流輸送管線通過(guò)噴管外絲接頭(16)和噴管內(nèi)絲接頭(17)進(jìn)行連接。
【文檔編號(hào)】E21F5/04GK105971658SQ201610295623
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】王飛, 劉紅威
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)