[发明专利]一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置及方法

说明书

本发明涉及煤矿采空区自然发火灾害防治领域，具体公开一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置及方法。包括与常温氮气供给源连接的涡流管，涡流管上设置有排出低温氮气的冷端管以及排出高温氮气的热端管；气泡雾化管一端接收热端管排出的高温氮气与常温冷却水源提供的常温冷却水，另一端与气水分离器连接，输出氮气‑细水雾两相流到气水分离器中；气水分离器排出高温废水至排水沟，排出干燥的近常温氮气至低温氮气‑近常温氮气混合室；低温氮气‑近常温氮气混合室接收冷端管排出的低温氮气以及气水分离器排出的近常温氮气，排出的冷氮经出口接头注入到采空区内。本发明出口的冷氮温度、压力和流量参数在一定的范围连续可调，且能够实时在线监控。

技术领域

本发明涉及煤矿采空区自然发火灾害防治领域，具体公开一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置及方法。

背景技术

矿井火灾是煤矿五大灾害之一，造成了大量的人员伤亡和财产损失。其中，绝大多数矿井火灾由采空区自然发火引发。采空区自然发火会损耗大量煤炭资源、烧毁机械设备，引起瓦斯、煤尘爆炸，产生大量的高温火焰和有毒有害气体，严重威胁着煤矿的安全生产。目前，常用的采空区自然发火防治措施有注氮防灭火、黄泥灌浆防灭火、阻化剂防火、凝胶防灭火、三相泡沫防灭火等。注氮防灭火因其工艺简单、操作方便、不污染防灭火区域等优点而被广泛使用。但是，在日常的注氮防火过程中，常将制氮机制备的常温氮气直接注入采空区，降温效果较差。大量研究表明，环境温度对采空区煤-氧反应起了决定性作用，降低注入采空区的氮气温度能够有效降低采空区自然发火的危险性。目前，常采用传统空调制冷的方式对氮气进行降温，但该方式成本较高、缺乏经济效益。因此，亟需提出一种更加经济有效的氮气降温方法与装置。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置及方法。

本发明采取以下技术方案：一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置，包括与常温氮气供给源连接的涡流管，涡流管上设置有排出低温氮气的冷端管以及排出高温氮气的热端管；气泡雾化管，气泡雾化管一端接收热端管排出的高温氮气与常温冷却水源提供的常温冷却水，另一端与气水分离器连接，输出氮气-细水雾两相流到气水分离器中；气水分离器排出高温废水至排水沟，排出干燥的近常温氮气至低温氮气-近常温氮气混合室；低温氮气-近常温氮气混合室接收冷端管排出的低温氮气以及气水分离器排出的近常温氮气，排出的冷氮经出口接头注入到采空区内。

常温氮气供给源包括制氮机，制氮机与氮气缓冲罐连接，氮气缓冲罐的出口设置氮气开关阀，并通过常温氮气入口接头与常温氮气输送管连接，所述常温氮气输送管上设置有常温氮气压力表P₁、常温氮气调节阀门、常温氮气温度表T₁、常温氮气质量流量计S₁、常温氮气压力表P₂，常温氮气输送管与涡流管的进气流道连接。

在一些实施例中，常温冷却水源包括矿井地面水池，矿井地面水池与井下防尘管网连接，井下防尘管网出口处设置冷却水开关阀，并通过冷却水入口接头与冷却水输送管接，冷却水输送管上设置有冷却水压力表P₄、冷却水调节阀门、冷却水温度表T₄、冷却水流量计S₄以及冷却水压力表P₅。

在一些实施例中，气泡雾化管包括气泡雾化室，气泡雾化室一端与高温氮气输送管和冷却水外部套管连接，其中高温氮气输送管延伸入气泡雾化室内，气泡雾化室另一端为气泡雾化喷嘴，气泡雾化喷嘴通过连接头与气水分离器连接。

在一些实施例中，气水分离器与低温氮气-近常温氮气混合室之间通过近常温氮气输送管连接，近常温氮气输送管上设置近常温氮气温度表T₅。

在一些实施例中，冷端管与低温氮气-近常温氮气混合室之间的连通管路上设置有冷端出口温度表T₃、冷端出口低温氮气质量流量计S₃以及冷端出口低温氮气压力表P₄。