采空区抑制遗煤早期氧化的装备

1.本实用新型涉及一种采空区抑制遗煤早期氧化的装备，属于煤矿防灭火技术领域。


背景技术：

2.矿井火灾是煤矿的重大自然灾害之一，煤自燃是导致矿井火灾的主要原因。煤自然发火的发展过程通常可分成三个时期：准备期(即温度＜70℃)，此时煤中的基团与空气接触发生缓慢氧化反应；自热期(即温度70～350℃)，期间煤体加速氧化，产生大量有害气体；燃烧期(即温度＞350℃)，煤氧化速度骤升产生大量的热。而采空区由于存有大量遗煤，为煤氧化自热提供了良好的蓄热环境，同时，在煤自然发火过程准备期，由于发生缓慢氧化无明显现象，且采空区内较为隐蔽，无法及时发现遗煤氧化，从而失去了治理火灾的最佳阶段。
3.通常情况下，当煤自然发火到自热期时，区域温度上升产生大量有害气体，通过对密闭或钻孔处进行气体收集分析才能发现采空区遗煤自燃。但此时遗煤发火的过程已至第二阶段，煤体已进行加速氧化，温度上升较快易造成大范围自然发火，且由于自燃产生的气体可随空气流动，造成虽然能发现自燃却不能准确判断发火位置，无法进行精确治理抑制自燃，导致遗煤快速自热达到燃烧期形成火灾。当煤体在自热及燃烧阶段进行治理时，不仅加大了治理难度，同时造成了资源浪费与环境污染。为此，如何能在煤处于自然发火阶段的准备期即能被发现并确定具体位置，进而对该位置采取防灭火措施，从而在遗煤早期氧化阶段实现抑制遗煤发生自燃，是本行业的研究方向。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种采空区抑制遗煤早期氧化的装备，能在煤处于自然发火阶段的准备期即能被发现并确定具体位置，进而对该位置采取防灭火措施，从而在遗煤早期氧化阶段实现抑制遗煤发生自燃。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种采空区抑制遗煤早期氧化的装备，包括注浆系统、自动喷浆系统、温度监测系统和气体检测系统；
6.所述注浆系统包括制浆桶、风动搅拌机、螺杆泵和输浆管路，风动搅拌机装在制浆桶内，制浆桶通过管路与螺杆泵的进口连接，螺杆泵的出口与输浆管路一端连接，输浆管路上装有压力表和输浆阀门；
7.所述自动喷浆系统包括主管路和多个支管路，多个支管路一端封堵、另一端均与主管路一端连接，每个支管路上均装有多个喷头，所述喷头由喷管和多个喷口组成，喷管一端封堵、另一端与支管路连接，多个喷口分布在喷管上，所述每个喷口内部设有易熔塞、且喷口处通过易熔盖密封；其中易熔盖用于防止顶板碎石掉落封堵喷口，易熔塞用于阻止喷管内部的浆液从喷口喷出；主管路另一端通过连管与输浆管路另一端连接；
8.所述温度监测系统包括多个无线温度传感器、数据接收器和数据处理器，数据接
收器和数据处理器通过数据传输线连接，每个无线温度传感器分别设置在一个喷头上，用于检测喷头所处位置的实时温度值，并将检测的温度值通过无线信号发出；数据接收器用于接收各个无线温度传感器发出的温度值，并将数据反馈给数据处理器；数据处理器对实时温度值进行分析处理，并发出预警信号；
9.所述气体检测系统包括气体分析仪和气体采集器，气体分析仪和气体采集器通过橡胶管连接，在需要进行气体检测时，先将主管路另一端与输浆管路另一端断开连接，然后主管路另一端通过连管与气体采集器连接，气体采集器通过自动喷浆系统的各个喷头采集气体数据，气体分析仪对气体采集器采集的气体数据进行分析处理。
10.进一步，所述易熔盖为铟铋合金制成，其熔化温度为57℃；易熔塞为铋锡合金制成，其熔化温度为70℃。
11.进一步，所述主管路和多个支管路均为能耐温260℃的尼龙管。
12.进一步，每个喷头均有三个喷口，各个喷口交错分布在喷管外圆周面，且喷口方向均与喷管的轴向呈45
°
。
13.与现有技术相比，本实用新型采用注浆系统、自动喷浆系统、温度监测系统和气体检测系统相结合方式，具有如下优点：
14.(1)采用将无线温度传感器设置在各个自动喷浆系统的喷头处，各个喷头均匀分布在采空区易自燃区域，从而实现对该区域温度的实时监测，进而可实时了解该区域煤体是否氧化以及氧化情况，若某一区域温度超过40℃未达到70℃，数据处理器能发出预警信号，则工作人员可采用通过调节区域内风量，增大漏风阻力的方式减小向采空区漏风，从而及时、方便的对氧化初期煤体进行干预；
15.(2)若温度超过70℃，则当前喷头的易熔盖和易熔塞均发生熔化，防灭火浆体则通过喷头进入该区域周围覆盖煤体治理氧化，同时喷头可将防灭火浆体喷到采空区上部顶板浮煤，根据现场操作条件和煤体氧化情况使用的浆体可有多种选择，相对于传统灭火技术，喷入的防灭火浆体可以对顶板浮煤进行治理，覆盖范围广，更有针对性的实现对采空区全方位防治；
16.(3)注浆完成后，为了更准确全面的了解采空区内煤体氧化情况，将气体采集器与主管路连接，此时可通过气体采集器直接收集气体进行分析，由于只有发生注浆的喷头与采空区内部连通(即只有区域温度高于70℃的喷头的易熔盖和易熔塞均发生熔化，其他的喷头未连通)，因此气体采集器能对其周围的区域，也就是煤氧化区域的气体成分进行采集，而现有的气体采集方式是通过施工钻孔收集气体，因为钻孔并不能准确到达煤氧化的高温区域，同时钻孔本身也是存在裂隙，并且气体受漏风影响会进行流动，最终导致收集的气体无法真实反映高温区域的气体成分情况；本实用新型无需额外施工钻孔，直接利用原有注浆管路，并且能采集到最接近煤氧化高温区域的气体，最终有效保证后续气体分析尽可能反映高温区域的气体成分情况。
附图说明
17.图1是本实用新型的整体结构示意图；
18.图2是本实用新型中喷头的结构示意图；
19.图3是本实用新型中支管路与锚杆的固定连接示意图。
20.图中：1、制浆桶，2、风动搅拌机，3、数据传输线，4、螺杆泵，5、压力表，6、输浆阀门，7、输浆管路，8、气体分析仪，9、数据处理器，10、数据接收器，11、气体采集器，12、橡胶管，13、喷头，14、易自燃采空区，15、支管路，16、易熔塞，17、易熔盖，18、无线温度传感器、19、锚杆，20、下管卡，21、上管卡，22、螺丝钉。
具体实施方式
21.下面将对本实用新型作进一步说明。
22.如图1至图3所示，一种采空区抑制遗煤早期氧化的装备，包括注浆系统、自动喷浆系统、温度监测系统和气体检测系统；
23.所述注浆系统包括制浆桶1、风动搅拌机2、螺杆泵4和输浆管路7，风动搅拌机2装在制浆桶1内，制浆桶1通过管路与螺杆泵4的进口连接，螺杆泵4的出口与输浆管路7一端连接，输浆管路7上装有压力表5和输浆阀门6；
24.所述自动喷浆系统包括主管路和多个支管路15，多个支管路15一端封堵、另一端均与主管路一端连接，每个支管路15上均装有多个喷头13，所述喷头13由喷管和多个喷口组成，喷管一端封堵、另一端与支管路15连接，多个喷口分布在喷管上，所述每个喷口内部设有易熔塞16、且喷口处通过易熔盖17密封；其中易熔盖17用于防止顶板碎石掉落封堵喷口，易熔塞16用于阻止喷管内部的浆液从喷口喷出；主管路另一端通过连管与输浆管路7另一端连接；
25.所述温度监测系统包括多个无线温度传感器18、数据接收器10和数据处理器9，数据接收器10和数据处理器9通过数据传输线3连接，每个无线温度传感器18分别设置在一个喷头13上，用于检测喷头13所处位置的实时温度值，并将检测的温度值通过无线信号发出；数据接收器10用于接收各个无线温度传感器18发出的温度值，并将数据反馈给数据处理器9；数据处理器9对实时温度值进行分析处理，并发出预警信号；
26.所述气体检测系统包括气体分析仪8和气体采集器11，气体分析仪8和气体采集器11通过橡胶管12连接，在需要进行气体检测时，先将主管路另一端与输浆管路7另一端断开连接，然后主管路另一端通过连管与气体采集器11连接，气体采集器11通过自动喷浆系统的各个喷头13采集气体数据，气体分析仪8对气体采集器11采集的气体数据进行分析处理。
27.进一步，所述易熔盖17为铟铋合金制成，其熔化温度为57℃；易熔塞16为铋锡合金制成，其熔化温度为70℃。
28.进一步，所述主管路和多个支管路15均为能耐温260℃的尼龙管。
29.进一步，每个喷头13均有三个喷口，各个喷口交错分布在喷管外圆周面，且喷口方向均与喷管的轴向呈45
°
。这种方式能保证防灭火浆体喷出后对周围区域抑制煤体氧化的效果。
30.上述制浆桶1、风动搅拌机2、螺杆泵4、压力表5、气体分析仪8、数据接收器10、数据处理器9、气体采集器11和无线温度传感器18均为现有器件。
31.本实用新型的具体工作步骤为：
32.a、在所需检测的煤矿采空区顶板位置打设多个锚杆19，将自动喷浆系统的各个支管路15均匀铺设在易自然采空区14，各个支管路15通过下管卡20、上管卡21和螺丝钉22与锚杆19固定连接，接着根据煤矿采空区的实际情况确定防灭火浆体的原料配比(防灭火浆
体可为水、黄泥浆、阻化浆体、凝胶泡沫等已知材料)，将所需原料放入制浆桶1内，开启风动搅拌机2进行防灭火浆体的制备；在数据处理器9内存储温度报警阈值为40℃，从而完成装备的准备工作；
33.b、开始工作时，各个无线温度传感器18实时监测所处位置的温度值，并通过数据接收器反馈给数据处理器9，数据处理器9将实时温度值与温度报警阈值进行比较，若实时温度值超过40℃，则数据处理器9发出温度预警，此时工作人员通过调节区域内风量，增大漏风阻力的方式减小向采空区漏风；并且调节后持续观察实时温度值的变化情况；
34.c、若某个无线温度传感器18采集的实时温度值超过70℃，则此时该无线温度传感器18所处喷头13的易熔盖17以及易熔塞16受热熔化，同时开启输浆阀门6和螺杆泵4，使防灭火浆体依次经过输浆管路7、主管路和支管路15，并通过当前喷头13的喷口注入采空区，抑制该区域的煤体氧化；
35.d、当前喷头13持续进行喷浆直至该无线温度传感器18监测到的温度值低于40℃，此时关闭输浆阀门6和螺杆泵4，完成该区域的抑制煤体氧化过程；
36.e、完成喷浆后，对该区域的气体成分进行检测，先将主管路另一端与输浆管路7另一端断开连接，然后主管路另一端通过连管与气体采集器11连接，气体采集器11通过完成喷浆的喷头13采集该区域的气体数据，气体分析仪8对气体采集器11采集的气体数据进行分析处理，从而获得该区域煤体氧化的气体数据情况。