本发明涉及气动掺混技术领域，尤其涉及一种煤矿瓦斯掺混装置。
背景技术：
蓄热氧化是一种处理甲烷浓度低(＜0.75％)、富集难、气量大的煤矿通风瓦斯重要的、最具发展前景的技术。基于蓄热氧化技术的蓄热氧化装置在实际运行中，由于通风瓦斯甲烷浓度过低(＜0.3％)且波动大，不利于氧化装置的稳定运行；同时，考虑到用户(矿区)对冷、热、电等用能的需求，通常须在浓度极低通风瓦斯气体中掺混甲烷浓度较高的抽采瓦斯(约8～30％)，一方面保证瓦斯气体浓度维持在较稳定的数值，另一方面保证甲烷氧化释放的热量通过回收利用满足用户用能需求。
然而，在实现掺混过程中，往往受场地面积、条件以及经济性等因素影响，掺混后的瓦斯在进入流量监测点、浓度监测点、氧化装置所流经布置的管道长度有限，很难实现均匀掺混，影响浓度在线监测、流量测量的准确性，造成混合气体热值分布不均、分层现象，影响蓄热氧化装置温度场的稳定性，且浓度监测误差伴有安全隐患。
直接管道交叉掺混是最简单常见的掺混方式，这种掺混方式往往应用于对气体浓度均匀性要求不高或者掺混后经长距离输送的场合。专利《一种利用文丘里引射器掺混煤矿瓦斯气的装置》(CN201367915Y)中所述的引射掺混，得益于一股高速射流气体的卷吸作用，这种掺混方式不适合管径较大场合的掺混。专利《一种利用静态混合器掺混煤矿瓦斯气的装置》(CN201375883Y)和专利《旋流掺混装置》(CN105032225A)中提到的扰流网或折流板形式掺混和旋流叶片掺混是能够实现较好的掺混均匀度的方法，适用于对掺混均匀度要求较高的场合。但同时，其结构稍显复杂，掺混段本身较长，对空间布置有一定影响，这两种掺混方式的压损相对要大一些；专利《乏风氧化装置瓦斯气掺混进气系统》(CN201424957Y)中，掺混气管周布形式的掺混相比于折流板、旋流掺混方式压损较低，也能实现较好的掺混，但同样其构造繁琐，工程现场装配较为复杂。
以上各种掺混方式均不同程度的存在有结构繁琐、工程现场装备复杂，掺混距离长、掺混过程压损较大等问题，尤其在通风瓦斯大管径掺混应用场合不具有结构简单、安装简便的工程优势。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤矿瓦斯掺混装置。
(二)技术方案
本发明提供了一种煤矿瓦斯掺混装置，包括：入口法兰1、掺混进气管2、环形管组3、出口法兰4和管道本体6；其中，所述入口法兰1和出口法兰4固定于所述管道本体6两端，所述管道本体6通过所述入口法兰1和出口法兰4与通风瓦斯管道连接；所述环形管组3包括位于管道本体内部的至少一个环形管，所述掺混进气管2穿过管道本体的管壁与环形管连通；上游通风瓦斯管道的通风瓦斯经入口法兰1进入管道本体6，抽采瓦斯通过掺混进气管2和环形管进入管道本体6，抽采瓦斯与通风瓦斯在管道本体6内掺混，掺混后的气体由出口法兰4进入下游通风瓦斯管道。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的煤矿瓦斯掺混装置具有以下有益效果：
(1)本发明的煤矿瓦斯掺混装置结构简单，仅需在掺混装置本体上开两个孔安装掺混进气管，简化了制作加工程序，易于加工制造，便于工程现场装配，免维护；
(2)其依靠通风瓦斯和抽采瓦斯的自身气动特性进行掺混，不需要消耗外部能源；
(3)掺混速度快，掺混均匀度高，提高了均匀掺混速度，可大幅缩短掺混距离，有力地保证了下游甲烷浓度检测和流量检测的准确性、氧化装置的稳定性及系统的安全性；
(4)掺混过程中通风瓦斯管道的阻力损失小，即被掺混管道的压损小，特别适合于工程中不同浓度瓦斯大管径条件下的掺混，并能减小风机电耗。
附图说明
图1为本发明实施例煤矿瓦斯掺混装置的结构示意图。
【符号说明】
1-入口法兰；2-掺混进气管；3-环形管组；4-出口法兰；5-气体喷射孔；6-管道本体；21-配气段；22-第一分支段；23-第二分支段；31-第一环形管；32-第二环形管。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种煤矿瓦斯掺混装置，其可以将抽采瓦斯掺混到通风瓦斯中去，并能快速实现浓度均匀分布。该装置依靠两种气体自身的气动特性实现掺混，不消耗外部能量。依托于环形管组以及掺混旋流孔的合理布置和结构，掺混过程中的通风瓦斯主管道阻力损失小、混合速度快且均匀，可大幅缩短掺混距离，保证下游甲烷浓度检测、流量检测的准确性、氧化装置的稳定性及系统的安全性。该装置结构简单，功能实用，易于加工制造，免维护，尤其适用于蓄热氧化装置前抽采瓦斯与通风瓦斯的掺混。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明实施例中，如图1所示，提供了一种煤矿瓦斯掺混装置，其包括入口法兰1、掺混进气管2、环形管组3、出口法兰4和管道本体6；其中，
入口法兰1和出口法兰4固定于管道本体6两端，管道本体6通过入口法兰1和出口法兰4与通风瓦斯管道连接，上游通风瓦斯管道内的通风瓦斯经入口法兰1进入管道本体6；
掺混进气管2包括：配气段21和两个分支段，即第一分支段22和第二分支段23，环形管组3包括：同轴排列的第一环形管31和第二环形管32，第一环形管31和第二环形管32位于管道本体6内部，其中心轴与管道本体6轴线平行，二者位于不同轴线位置且相距预定距离，第一分支段22和第二分支段23穿过管道本体6的管壁，分别与第一环形管31和第二环形管32连通，第一环形管31和第二环形管32的管壁分别设有一组气体喷射孔5。其中，第一分支段22、第二分支段23与管道本体6管壁的连接处采用焊接或法兰固定。
本发明实施例的煤矿瓦斯掺混装置，上游通风瓦斯管道内的通风瓦斯经入口法兰1进入管道本体6，抽采瓦斯通过掺混进气管2进入环形管组3，并由第一环形管31和第二环形管32上气体喷射孔5喷出，与通风瓦斯在管道本体6内掺混，掺混后的气体由出口法兰4进入下游通风瓦斯管道。
由此可见，本发明实施例的煤矿瓦斯掺混装置，相比于现有技术，其结构简单，仅需在管道本体上开两个孔安装掺混进气管，简化了制作加工程序，易于加工制造，便于工程现场装配，免维护；并且其依靠通风瓦斯和抽采瓦斯的自身气动特性进行掺混，不需要消耗外部能源。
如表1所示，为在相同条件下，本发明煤矿瓦斯掺混装置与现有技术六根进气管周向布置结构的掺混装置关于甲烷与空气掺混的结果对比。以距离掺混起点5米处的下游管道截面为例，周向布置结构的掺混装置的掺混不均匀度为0.62，本发明煤矿瓦斯掺混装置的掺混不均匀度为0.18；而当使用本发明煤矿瓦斯掺混装置，下游管道的掺混不均匀度达到0.62的截面距离掺混起点的距离仅为1.3米，相比于周向布置结构的掺混装置，掺混距离缩短了3.7米。
表1
由此可见，本发明实施例的煤矿瓦斯掺混装置，掺混速度快，掺混均匀度高，提高了均匀掺混速度，可大幅缩短掺混距离，有力地保证了下游甲烷浓度检测和流量检测的准确性、氧化装置的稳定性及系统的安全性；而且缩短掺混距离不仅节省了空间，更有利于下游的上述检测的准确性和装置的稳定性、安全性；掺混过程中通风瓦斯管道的阻力损失小，即被掺混管道的压损小，特别适合于工程中不同浓度瓦斯的大管径条件下的掺混。
在本发明实施例的煤矿瓦斯掺混装置中，气体喷射孔在环形管的圆周方向上均匀分布，对气体喷射孔的数目以及直径本发明并不加以限定，其可根据工程实际情况进行选择，以达到所需掺混效果。优选地，气体喷射孔5是旋流喷射孔，即气体喷射孔的延伸方向与环形管的径向具有预定角度，以形成旋流喷射孔，旋流喷射孔可以增加抽采瓦斯喷射时的旋流卷吸作用，进一步加强掺混效果。优选地，第一环形管和第二环形管的气体喷射孔在圆周方向上交错布置，即在垂直于第一环形管和第二环形管中心轴的截面上，第一环形管气体喷射孔在该截面上的投影与第二环形管气体喷射孔在该截面上的投影相间排列，例如，在第一环形管气体喷射孔中，若其中两个气体喷射孔位于12点和2点位置，则第二环形管气体喷射孔中的两个气体喷射孔位于1点和3点位置，以此类推。
虽然在本发明实施例的煤矿瓦斯掺混装置中，环形管组3具有两个环形管，掺混进气管2具有两个分支段，但本发明并不限于此。环形管组3可以包括一个或多个环形管，环形管的直径、管腔的直径以及多个环形管相距的预定距离可根据工程实际情况进行设置，可以相同也可以不同，当多个环形管的直径各不相同时，多个环形管可以位于不同轴线位置，也可以位于同一轴线位置，形成同心环结构；相应地，掺混进气管2也具有与环形管数量对应的多个分支段，每一分支段连通一环形管，以实现管道内更均匀、更快速地掺混。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的煤矿瓦斯掺混装置有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明提供一种煤矿瓦斯掺混装置，相比于现有技术，其结构简单，仅需在管道本体上开两个孔安装掺混进气管，简化了制作加工程序，易于加工制造，便于工程现场装配，免维护；并且其依靠通风瓦斯和抽采瓦斯的自身气动特性进行掺混，不需要消耗外部能源；掺混速度快，掺混均匀度高，提高了均匀掺混速度，可大幅缩短掺混距离，有力地保证了下游甲烷浓度检测和流量检测的准确性、氧化装置的稳定性及系统的安全性；而且缩短掺混距离不仅节省了空间，而且更有利于下游的上述检测的准确性和装置的稳定性、安全性；掺混过程中通风瓦斯管道的阻力损失小，即被掺混管道的压损小，特别适合于工程中不同浓度瓦斯的大管径条件下的掺混。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。