[发明专利]液氮井下直注式防灭火装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下的液氮直注式防灭火装置。

背景技术

矿井火灾灾变期间，由于矿井埋深大，不具备地面钻孔灌注液氮条件或者由于地面钻孔成本高等因素限制时，矿井常采用井下直注式液氮防灭火技术。液氮井下直注式灭火装置主要是通过无轨胶轮液氮槽车或者液氮分装罐运至井下，通过管路，直接注入钻孔内，但在注氮过程中，随着储罐装置内液氮的减少，注液氮的动力不足，并且部分液氮在注氮管道内汽化，会产生气塞现象，影响液氮的灌注效率。针对这些注液氮防灭火装置在现场实践中暴露出的不足之处，研究合适的液氮井下直注式防灭火装置至关重要。参考文献：重庆煤研所天府矿务局液氮灭火试验组.液氮扑灭模拟火灾试验[J].矿业安全与环保.1984（4）：1-10。王德明.矿井火灾学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008：198。

发明内容

为了克服现有的无轨胶轮液氮槽车或者液氮分装罐的液氮在注氮管道内汽化，会产生气塞现象，影响液氮的灌注效率的缺陷，本发明提供一种液氮井下直注式防灭火装置，该装置防灭火效率高，可实现煤层自燃火灾的高效率防治。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该液氮井下直注式防灭火装置包括液氮罐，液氮罐一端连接有液位计，液氮罐上端连接有液氮罐进液控制阀，液氮罐上端连接有安全阀和压力表，缓冲罐顺序通过缓冲罐氮气出口控制阀、上单向阀、氮气回流管和液氮罐氮气入口控制阀与液氮罐上端相连，液氮罐下端顺序通过液氮罐出液控制阀、下单向阀、绝热管和缓冲罐进液控制阀与缓冲罐下端相连，缓冲罐一端连接有液位计，缓冲罐上端连接有安全阀和压力表，缓冲罐下端顺序通过漏斗状汇流口、缓冲罐出液控制阀与钻孔管相连。

液氮罐为三层，里层与中间层之间、中间层与外层之间充填有绝热材料，缓冲罐下部为两层，两层之间充填绝热材料，缓冲罐顶部为单层。

氮气回流管为星型翅片管，绝热管为真空低温绝热管。

本发明液氮罐中液氮通过绝热管注入缓冲罐，部分液氮在缓冲罐中发生汽化，汽化的氮气经过氮气回流管流回到液氮罐中，从而增加液氮罐中的压力，提高向缓冲罐注氮的速度；液氮则通过绝热管流入钻孔，进入防灭火区域；缓冲罐中氮气和液氮不同的利用途径，实现气液分离，降低气塞现象的影响。该装置可使得灭火效率提高30%以上，火区治理时间缩短20%以上，可在煤矿井下轨道车的牵引下抵达密闭墙边，进行移动式灭火，整个装置无需风、电等辅助设施，属于安全无火花型，符合煤矿井下使用要求，灵活方便、灭火迅速、安全环保，尤其适用于煤层自燃火灾的高效率防治。

羊场湾煤矿120203工作面采空区，运用无轨胶轮运输技术，采用本装置开放式注液氮技术后，5天内灌注了40t的液氮，采空区平均温度降低了2~4℃，对浮煤氧化起到明显降温作用，有效地抑制了浮煤氧化速度，大大改善了120203工作面的作业环境；该工作面采空区平均氧气浓度小于10％，惰化了采空区内气体，起到阻止遗煤自燃的作用。保证了该大采高工作面的正常回采。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图。

图中：1.液位计，2.液氮罐，3.压力表，4.安全阀，5.液氮罐氮气入口控制阀，6.氮气回流管，7-1上单向阀，7-2下单向阀，8.液氮罐进液控制阀，9.缓冲罐氮气出口控制阀，10-液氮罐出液控制阀，11.绝热管，12.缓冲罐进液控制阀，13.底座，14.轨轮，15.缓冲罐，16.漏斗状汇流口，17.缓冲罐出液控制阀，18.钻孔管。

具体实施方式

在图1中，该液氮井下直注式防灭火装置包括液氮罐2，液氮罐2一端连接有液位计1，液氮罐2上端连接有液氮罐进液控制阀8，液氮罐2上端连接有安全阀4和压力表3，缓冲罐15顺序通过缓冲罐氮气出口控制阀9、上单向阀7-1、氮气回流管6和液氮罐氮气入口控制阀5与液氮罐2上端相连，液氮罐2下端顺序通过液氮罐出液控制阀10、下单向阀7-2、绝热管11和缓冲罐进液控制阀12与缓冲罐15下端相连，缓冲罐15一端连接有液位计1，缓冲罐15上端连接有安全阀4和压力表3，缓冲罐15下端顺序通过漏斗状汇流口16、缓冲罐出液控制阀17与钻孔管18相连。

液氮罐2为三层，里层与中间层之间、中间层与外层之间充填有绝热材料。缓冲罐15下部为两层，两层之间充填绝热材料，缓冲罐15顶部为单层。

氮气回流管6为星型翅片管，绝热管11为真空低温绝热管。