一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置与方法

1.本发明属于采空区压注阻化剂技术领域，具体涉及一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置与方法。


背景技术：

2.矿井火灾属于煤矿的五大灾害之一，给各个煤矿的开采带来了巨大的安全隐患。其中，采空区遗煤自燃为矿井火灾的主要因素。随着煤层的储存条件逐渐复杂，导致其开采后的采空区变得更为复杂，而大倾角煤层所遗留下的大倾角采空区为复杂采空区的代表。
3.大倾角煤层从倾角角度主要分为0
°
至25
°
的缓斜煤层、25
°
至45
°
的倾斜煤层、45
°
至90
°
的急斜煤层，在大倾角煤层开采中，其顶板跨落后沿着采空区向下填充，形成下部充实、中部填满但空隙大、上部虚填的倒漏斗型采空区。
4.往采空区压注阻化剂作为一种有效防灭火手段，然而，大倾角采空区由于工作面倾角大，阻化剂溶液流动快，难以起到一个理想的防灭火效果，因此，如何有效解决大倾角采空区压注阻化剂的问题是现在急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其设计新颖合理，通过减少阻化剂流动速率，增大阻化剂的覆盖面积，降低采空区温度，以解决现有装置对大倾角采空区不能有效防灭火的问题，便于推广使用。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：包括隔离带的预洒机构和大倾角采空区阻化剂压注机构；
7.所述预洒机构包括用于存储高吸水树脂的物料箱、以及布设在多个成排设置的液压支架上且与物料箱连通的高吸水树脂喷洒管路，高吸水树脂喷洒管路上位于相邻的两个液压支架之间的位置处设置有高吸水树脂喷洒口，高吸水树脂喷洒口朝向采空区方向，物料箱安装在位于端部的液压支架上；
8.所述大倾角采空区阻化剂压注机构包括布置在大倾角采空区高位一侧巷道内且伸入至采空区内的阻化剂压注管路，阻化剂压注管路伸入至采空区内的一端设置有与其连通且用于存储阻化剂的储液箱，储液箱朝下的一侧开设有阻化剂喷洒口，阻化剂压注管路与储液箱连接位置处设置有矿用压力泵和无线压力传感器，无线压力传感器通过矿内自组网与计算机终端通信。
9.上述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述储液箱底部安装有无线称重传感器，储液箱内安装有无线温度传感器和无线浓度传感器，储液箱上设置有观察口，无线称重传感器、无线温度传感器和无线浓度传感器均通过矿内自组网与计算机终端通信。
10.上述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述高吸水树
脂喷洒管路上安装有无线流量传感器和无线温度传感器，物料箱内安装有矿用压力泵，无线流量传感器和无线温度传感器均通过矿内自组网与计算机终端通信。
11.上述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述高吸水树脂喷洒管路为金属软管。
12.上述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述阻化剂压注管路伸入采空区不少于15m。
13.上述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述阻化剂浓度为10％～20％。
14.同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理的大倾角采空区压注阻化剂的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
15.步骤一、预铺隔离层：在物料箱内准备足量的高吸水树脂，启动预洒机构，高吸水树脂经高吸水树脂喷洒管路通过进行高吸水树脂喷洒口喷出，预铺隔离层；
16.步骤二、构筑隔离带：随着采煤工作面的推进，液压支架跟着移动，预洒机构随着液压支架的移动而移动，多次循环步骤一，直至达到隔离带要求长度，形成的多层隔离层进入采空区形成隔离带；
17.步骤三、采空区降温：先利用空置的大倾角采空区阻化剂压注机构，向采空区内压注氮气，进行采空区降温，待压注压力稳定后，停止注氮；
18.步骤四、压注阻化剂：在储液箱内准备足量的阻化剂溶液，启动大倾角采空区阻化剂压注机构，阻化剂经阻化剂喷洒口处进行压注，压注释放的阻化剂喷洒口位于隔离带上部，压注的阻化剂溶液由于阻力的作用自上而下流动，由于隔离带的吸水性，导致压注的阻化剂溶液流速减慢甚至析出阻化剂；
19.步骤五、压注调控：通过矿内自组网实时监测阻化剂压注过程中，温度、压力、浓度与重量的实时变化，并根据阻化剂压注设计过程，对大倾角采空区阻化剂压注机构进行相应调控；
20.步骤六：循环步骤四和步骤五，直至完成阻化剂的压注过程。
21.上述的方法，其特征在于：步骤一中，所述高吸水树脂喷洒管路上安装有无线流量传感器和无线温度传感器，物料箱内安装有矿用压力泵，无线流量传感器和无线温度传感器均通过矿内自组网与计算机终端通信；通过矿内自组网实时监测隔离层铺设过程中，温度、压力与流量的变化，并根据隔离层铺设设计过程，对预洒机构进行相应调控；步骤二中，形成的隔离带的长度不小于15m。
22.上述的方法，其特征在于：所述大倾角采空区阻化剂压注机构中阻化剂压注管路采用多节连接式结构。
23.本发明与现有技术相比具有以下优点：
24.1、本发明通过高吸水树脂来降低阻化剂溶液的流动速率来解决大倾角采空区的防灭火问题，具有防灭火效率高、阻化剂溶液覆盖面广的效果。
25.2、本发明通过利用矿内自组网与无线温度、压力、浓度与重量传感器进行实时监测，极大降低了工作量。
26.3、本发明采用的方法，步骤简单，隔离带的预洒机构通过布置于液压支架底座上的高吸水树脂喷洒管路喷洒至液压支架间，高吸水树脂储存于物料箱内，物料箱固定于首
架液压支架上，预洒机构随液压支架的移动而移动，所喷洒的高吸水树脂会随着工作面的推进进入采空区形成隔离带，此时压注阻化剂，高吸水树脂会充分吸收水分，使得阻化剂溶液降低流动速率甚至析出阻化剂，同时，高吸水树脂所吸收的水分在后期仍能降低采空区温度，便于推广使用。
27.综上所述，本发明设计新颖合理，通过减少阻化剂流动速率，增大阻化剂的覆盖面积，降低采空区温度，以解决现有装置对大倾角采空区不能有效防灭火的问题，便于推广使用。
28.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
29.图1为本发明采用的装置的结构连接示意图。
30.图2为本发明高吸水树脂喷洒管路与液压支架的安装关系示意图。
31.图3为本发明储液箱的结构示意图。
32.图4为本发明方法的流程框图。
33.附图标记说明:
34.1—阻化剂压注管路；
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2—高吸水树脂喷洒管路；
35.3—阻化剂喷洒口；
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4—隔离带；
36.5—高吸水树脂喷洒口；
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6—液压支架；
37.7—物料箱；
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9—储液箱；
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11—无线称重传感器；12—无线温度传感器；13—无线浓度传感器；14—观察口；15—矿用压力泵；16—无线压力传感器；18—矿内自组网；
38.19—计算机终端。
具体实施方式
39.如图1至图3所示，本发明所述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，包括隔离带4的预洒机构和大倾角采空区阻化剂压注机构；
40.所述预洒机构包括用于存储高吸水树脂的物料箱7、以及布设在多个成排设置的液压支架6上且与物料箱7连通的高吸水树脂喷洒管路2，高吸水树脂喷洒管路2上位于相邻的两个液压支架6之间的位置处设置有高吸水树脂喷洒口5，高吸水树脂喷洒口5朝向采空区方向，物料箱7安装在位于端部的液压支架6上；
41.所述大倾角采空区阻化剂压注机构包括布置在大倾角采空区高位一侧巷道内且伸入至采空区内的阻化剂压注管路1，阻化剂压注管路1伸入至采空区内的一端设置有与其连通且用于存储阻化剂的储液箱9，储液箱9朝下的一侧开设有阻化剂喷洒口3，阻化剂压注管路1与储液箱9连接位置处设置有矿用压力泵15和无线压力传感器16，无线压力传感器16通过矿内自组网18与计算机终端19通信。
42.需要说明的是，通过高吸水树脂来降低阻化剂溶液的流动速率来解决大倾角采空区的防灭火问题，具有防灭火效率高、阻化剂溶液覆盖面广的效果；通过利用矿内自组网与无线温度、压力、浓度与重量传感器进行实时监测，极大降低了工作量；隔离带的预洒机构通过布置于液压支架底座上的高吸水树脂喷洒管路喷洒至液压支架间，高吸水树脂储存于
物料箱内，物料箱固定于首架液压支架上，预洒机构随液压支架的移动而移动，所喷洒的高吸水树脂会随着工作面的推进进入采空区形成隔离带，此时压注阻化剂，高吸水树脂会充分吸收水分，使得阻化剂溶液降低流动速率甚至析出阻化剂，同时，高吸水树脂所吸收的水分在后期仍能降低采空区温度；通过减少阻化剂流动速率，增大阻化剂的覆盖面积，降低采空区温度，以解决现有装置对大倾角采空区不能有效防灭火的问题。
43.本实施例中，所述储液箱9底部安装有无线称重传感器11，储液箱9内安装有无线温度传感器12和无线浓度传感器13，储液箱9上设置有观察口14，无线称重传感器11、无线温度传感器12和无线浓度传感器13均通过矿内自组网18与计算机终端19通信。
44.本实施例中，所述高吸水树脂喷洒管路2上安装有无线流量传感器和无线温度传感器，物料箱7内安装有矿用压力泵，无线流量传感器和无线温度传感器均通过矿内自组网18与计算机终端19通信。
45.本实施例中，所述高吸水树脂喷洒管路2为金属软管。
46.本实施例中，所述阻化剂压注管路1伸入采空区不少于15m。
47.本实施例中，所述阻化剂浓度为10％～20％。
48.阻化剂浓度为10％-20％之间，应实时调整浓度大小，防止浓度过低导致防灭火效果不佳，浓度过高导致成本过高。
49.如图4所示的一种大倾角采空区压注阻化剂的方法，该方法包括以下步骤：
50.步骤一、预铺隔离层：在物料箱7内准备足量的高吸水树脂，启动预洒机构，高吸水树脂经高吸水树脂喷洒管路2通过进行高吸水树脂喷洒口5喷出，预铺隔离层；
51.步骤二、构筑隔离带：随着采煤工作面的推进，液压支架跟着移动，预洒机构随着液压支架的移动而移动，多次循环步骤一，直至达到隔离带4要求长度，形成的多层隔离层进入采空区形成隔离带4；
52.步骤三、采空区降温：先利用空置的大倾角采空区阻化剂压注机构，向采空区内压注氮气，进行采空区降温，待压注压力稳定后，停止注氮；
53.步骤四、压注阻化剂：在储液箱9内准备足量的阻化剂溶液，启动大倾角采空区阻化剂压注机构，阻化剂经阻化剂喷洒口3处进行压注，压注释放的阻化剂喷洒口3位于隔离带4上部，压注的阻化剂溶液由于阻力的作用自上而下流动，由于隔离带4的吸水性，导致压注的阻化剂溶液流速减慢甚至析出阻化剂；
54.步骤五、压注调控：通过矿内自组网18实时监测阻化剂压注过程中，温度、压力、浓度与重量的实时变化，并根据阻化剂压注设计过程，对大倾角采空区阻化剂压注机构进行相应调控；
55.步骤六：循环步骤四和步骤五，直至完成阻化剂的压注过程。
56.本实施例中，步骤一中，所述高吸水树脂喷洒管路2上安装有无线流量传感器和无线温度传感器，物料箱7内安装有矿用压力泵，无线流量传感器和无线温度传感器均通过矿内自组网18与计算机终端19通信；通过矿内自组网18实时监测隔离层铺设过程中，温度、压力与流量的变化，并根据隔离层铺设设计过程，对预洒机构进行相应调控；步骤二中，形成的隔离带4的长度不小于15m。
57.本实施例中，所述大倾角采空区阻化剂压注机构中阻化剂压注管路1采用多节连接式结构，可有效降低压注管路的损耗，降低成本。
58.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：包括隔离带(4)的预洒机构和大倾角采空区阻化剂压注机构；所述预洒机构包括用于存储高吸水树脂的物料箱(7)、以及布设在多个成排设置的液压支架(6)上且与物料箱(7)连通的高吸水树脂喷洒管路(2)，高吸水树脂喷洒管路(2)上位于相邻的两个液压支架(6)之间的位置处设置有高吸水树脂喷洒口(5)，高吸水树脂喷洒口(5)朝向采空区方向，物料箱(7)安装在位于端部的液压支架(6)上；所述大倾角采空区阻化剂压注机构包括布置在大倾角采空区高位一侧巷道内且伸入至采空区内的阻化剂压注管路(1)，阻化剂压注管路(1)伸入至采空区内的一端设置有与其连通且用于存储阻化剂的储液箱(9)，储液箱(9)朝下的一侧开设有阻化剂喷洒口(3)，阻化剂压注管路(1)与储液箱(9)连接位置处设置有矿用压力泵(15)和无线压力传感器(16)，无线压力传感器(16)通过矿内自组网(18)与计算机终端(19)通信。2.按照权利要求1所述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述储液箱(9)底部安装有无线称重传感器(11)，储液箱(9)内安装有无线温度传感器(12)和无线浓度传感器(13)，储液箱(9)上设置有观察口(14)，无线称重传感器(11)、无线温度传感器(12)和无线浓度传感器(13)均通过矿内自组网(18)与计算机终端(19)通信。3.按照权利要求1所述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述高吸水树脂喷洒管路(2)上安装有无线流量传感器和无线温度传感器，物料箱(7)内安装有矿用压力泵，无线流量传感器和无线温度传感器均通过矿内自组网(18)与计算机终端(19)通信。4.按照权利要求1所述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述高吸水树脂喷洒管路(2)为金属软管。5.按照权利要求1所述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述阻化剂压注管路(1)伸入采空区不少于15m。6.按照权利要求1所述的一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置，其特征在于：所述阻化剂浓度为10％～20％。7.一种利用如权利要求2所述装置进行大倾角采空区压注阻化剂的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、预铺隔离层：在物料箱(7)内准备足量的高吸水树脂，启动预洒机构，高吸水树脂经高吸水树脂喷洒管路(2)通过进行高吸水树脂喷洒口(5)喷出，预铺隔离层；步骤二、构筑隔离带：随着采煤工作面的推进，液压支架跟着移动，预洒机构随着液压支架的移动而移动，多次循环步骤一，直至达到隔离带(4)要求长度，形成的多层隔离层进入采空区形成隔离带(4)；步骤三、采空区降温：先利用空置的大倾角采空区阻化剂压注机构，向采空区内压注氮气，进行采空区降温，待压注压力稳定后，停止注氮；步骤四、压注阻化剂：在储液箱(9)内准备足量的阻化剂溶液，启动大倾角采空区阻化剂压注机构，阻化剂经阻化剂喷洒口(3)处进行压注，压注释放的阻化剂喷洒口(3)位于隔离带(4)上部，压注的阻化剂溶液由于阻力的作用自上而下流动，由于隔离带(4)的吸水性，导致压注的阻化剂溶液流速减慢甚至析出阻化剂；步骤五、压注调控：通过矿内自组网(18)实时监测阻化剂压注过程中，温度、压力、浓度
与重量的实时变化，并根据阻化剂压注设计过程，对大倾角采空区阻化剂压注机构进行相应调控；步骤六：循环步骤四和步骤五，直至完成阻化剂的压注过程。8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤一中，所述高吸水树脂喷洒管路(2)上安装有无线流量传感器和无线温度传感器，物料箱(7)内安装有矿用压力泵，无线流量传感器和无线温度传感器均通过矿内自组网(18)与计算机终端(19)通信；通过矿内自组网(18)实时监测隔离层铺设过程中，温度、压力与流量的变化，并根据隔离层铺设设计过程，对预洒机构进行相应调控；步骤二中，形成的隔离带(4)的长度不小于15m。9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述大倾角采空区阻化剂压注机构中阻化剂压注管路(1)采用多节连接式结构。

技术总结
本发明公开了一种适用于大倾角采空区压注阻化剂的装置与方法，该装置包括隔离带的预洒机构和大倾角采空区阻化剂压注机构，大倾角采空区阻化剂压注机构包括布置在大倾角采空区高位一侧巷道内且伸入至采空区内的阻化剂压注管路和储液箱，阻化剂压注管路与储液箱连接位置处设置有矿用压力泵和无线压力传感器，无线压力传感器通过矿内自组网与计算机终端通信；该方法包括步骤：一、预铺隔离层；二、构筑隔离带；三、采空区降温；四、压注阻化剂；五、压注调控；六：循环步骤四和五，直至完成阻化剂的压注过程。本发明通过减少阻化剂流动速率，增大阻化剂的覆盖面积，降低采空区温度，以解决现有装置对大倾角采空区不能有效防灭火的问题。题。题。


技术研发人员：李作泉 王凯 刘山 许万章 邓军 李小锞 丁佳友 胡丽红
受保护的技术使用者：西安科技大学
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/10/8