一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射系统及方法

1.本发明涉及井下防灭火设备领域，具体地说是涉及一种用于防治井下工作面采煤机截割火花的泡沫自动喷射系统及方法。


背景技术：

2.随着采煤机的普遍使用，采煤工作面摩擦火花引发火事故的概率大大增加。在采煤机采煤过程中，由于采煤机截齿与煤层中或顶、底板中的砂岩或黄铁矿结核等撞击或摩擦，不断产生火花和摩擦热，飞溅的高温火花极易引起工作面瓦斯燃烧，并可能引起矿井火灾或瓦斯爆炸。
3.申请公布号为cn108691543a的中国发明专利公开了一种连续采煤机的截割内喷雾装置，该装置通过喷嘴向工作的截齿持续喷雾，以有效抑制掘采工作面粉尘，实现截齿降温、降低截齿消耗以及避免截割产生火花等。该装置采用喷雾的方式，主要目的是抑制掘采工作面粉尘，对截割火花的防治效果并不突出，而且该装置需要持续向工作的截齿进行喷雾动作，运行成本较高。


技术实现要素：

4.基于上述技术问题，本发明提出一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射系统，以及采用该泡沫自动喷射系统进行防灭火的方法。
5.本发明所采用的技术解决方案是：
6.一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射系统，包括用于制取泡沫的泡沫发生装置和用于控制所制取泡沫自动喷射的控制装置；
7.所述泡沫发生装置包括发泡液比例混合器、气液混合器和发泡液储存箱，发泡液比例混合器的一端连接高压水管，发泡液比例混合器通过吸液管连接发泡液储存箱，发泡液比例混合器的另一端通过发泡液输送管道连接气液混合器；
8.所述发泡液输送管道或气液混合器还连接有高压气管，气液混合器的出口通过泡沫液输送管道连接泡沫喷嘴；
9.在高压水管、高压气管和/或泡沫液输送管道上设置有控制阀门；
10.所述控制装置包括火花探测器和控制器，火花探测器与控制器连接，控制器连接控制阀门。
11.优选的，所述发泡液储存箱包括箱体，在箱体的下部存放有发泡液，所述发泡液比例混合器和气液混合器设置在箱体的上部。
12.优选的，在高压气管的末端设置有不锈钢弯头，高压气管通过不锈钢弯头与发泡液输送管道或气液混合器相连。
13.优选的，所述泡沫液输送管道的末端连接有分液管，所述泡沫喷嘴设置多个，多个泡沫喷嘴在分液管上间隔排布。
14.优选的，所述火花探测器和泡沫喷嘴均设置在采煤机本体上，且靠近采煤机割煤
滚筒的位置处。
15.优选的，所述泡沫发生装置安装在采煤机控制箱内。
16.优选的，所述高压水管和高压气管均内置于采煤机电缆槽中，并沿采煤机电缆槽的布置方向铺设。
17.本发明还提供一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射方法，采用如上所述的泡沫自动喷射系统，包括以下步骤：
18.(1)当火花探测器测得采煤机割煤滚筒处出现火花时，火花探测器给控制器传送信号，控制器接收到信号后，调节控制阀门开启；
19.(2)控制阀门开启后，高压水通过高压水管输送至发泡液比例混合器，并在发泡液比例混合器中形成负压，发泡液储存箱中的发泡液在负压作用下通过吸液管流入发泡液比例混合器中，与高压水混合，配制形成所需比例的发泡液；
20.(3)配制后的发泡液经发泡液输送管道送至气液混合器，同时高压气体通过高压气管输送至气液混合器，在气液混合器中配制后的发泡液与高压气体混合发泡，形成泡沫液；
21.(4)所形成的泡沫液通过泡沫液输送管道输送至泡沫喷嘴，并通过多个泡沫喷嘴朝向采煤机割煤滚筒处喷射出去，将采煤机割煤滚筒包裹住，并消除出现的火花；
22.(5)当火花探测器测得采煤机割煤滚筒处出现的火花消失后，火花探测器给控制器传送信号，控制器接收到信号后，调节控制阀门关闭。
23.优选的，在采煤机割煤过程中，所述高压水管和高压气管随采煤机一起行进。
24.本发明的有益技术效果是：
25.本发明能够在火花出现的第一时间感应到火花，并自动开启高压水管、高压气管，进而高压水通过发泡液比例混合器时自动吸取发泡液，形成一定比例的发泡混合液，然后进入气液混合器内，与高压气体混合，所形成的泡沫在高流速的高压气体的作用下，经泡沫喷嘴喷射出去，喷射覆盖在采煤机割煤滚筒上，进而将割煤滚筒处出现的火花扑灭，预防火灾的发生。
26.本发明采用高性能发泡倍数的泡沫进行采煤机割煤滚筒处的防灭火，具有高附着性、可向高处堆积、覆盖均匀、隔热性能好、成本相对低廉等优点，而且本发明高性能泡沫仅在探测到火花时现场生成并喷射，精确度高，操作简单方便，占用空间小，运行成本低。
附图说明
27.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
28.图1为本发明在采煤机上安装使用的结构原理示意图；
29.图2为本发明中泡沫发生装置的结构原理示意图；
30.图3为本发明泡沫发生装置中发泡液比例混合器和气液混合器连接部分的结构原理示意图；
31.图4为本发明中控制装置部分的结构原理框图；
32.图5为本发明中泡沫喷嘴在分液管上布置的结构示意图；
33.图6为本发明中高压水管一种连接方式的结构示意图。
具体实施方式
34.结合附图，一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射系统，包括用于制取泡沫的泡沫发生装置和用于控制所制取泡沫自动喷射的控制装置。所述泡沫发生装置包括发泡液比例混合器1、气液混合器2和发泡液储存箱3，发泡液比例混合器1的一端连接高压水管4，发泡液比例混合器1通过吸液管5连接发泡液储存箱3，由于高压水在通过发泡液比例混合器1时形成文丘里吸液效应，从而进行自动吸液达到特定的发泡液配比的混合液。发泡液比例混合器1的另一端通过发泡液输送管道7连接气液混合器2。所述气液混合器2还连通有高压气管9，气液混合器2的出口通过泡沫液输送管道10连接泡沫喷嘴6。在高压水管上设置有第一控制阀门11，在高压气管上设置有第二控制阀门12。所述控制装置包括火花探测器13和控制器14，火花探测器13与控制器14连接，控制器14分别连接第一控制阀门11和第二控制阀门12。
35.作为对本发明的进一步设计，所述发泡液储存箱3包括箱体301，在箱体301的下部存放有发泡液，所述发泡液比例混合器1和气液混合器2设置在箱体301的上部。通过将发泡液比例混合器1和气液混合器2均设计在箱体301的内部，可防止砸坏损伤。
36.进一步的，在高压气管9的末端设置有不锈钢弯头20，高压气管9可通过不锈钢弯头20与发泡液输送管道或气液混合器相连。
37.更进一步的，所述泡沫液输送管道10的末端连接有分液管18，所述泡沫喷嘴6设置多个，多个泡沫喷嘴6在分液管18上间隔排布。而且不同的泡沫喷嘴6，可朝向不同的方向，以用于不同角度的泡沫喷射，达到覆盖范围广的效果。
38.上述火花探测器13和泡沫喷嘴6均设置在采煤机本体15上，且靠近采煤机割煤滚筒16的位置处。上述泡沫发生装置安装在采煤机控制箱17内(靠近行人架侧)。上述高压水管4和高压气管9均内置于采煤机电缆槽8中，并沿采煤机电缆槽8的布置方向铺设。高压水管4和高压气管9由于内置于采煤机电缆槽8中，在采煤机割煤过程中，随采煤机一起行进，避免发生缠绕。
39.本发明采用压缩空气泡沫的发泡原理，发泡混合液与高压气体经过发泡器即气液混合器2达到混合状态后经泡沫喷嘴6喷射出去，将采煤机滚筒包裹住，从而起到防灭火的效果。
40.上述火花探测器13可通过光电传感器等，自动探测火花及火的信号，将信号传给控制器14。控制器14接收到火花探测器13的信号并作出响应。也就是说，当采煤机切割到岩石等出现火花，将信号传送给控制器14，控制器接收到信号，并自动控制第一控制阀门11和第二控制阀门12打开，使得高压水、高压气自动流到泡沫发生装置，通过发泡液比例混合器1自动吸取发泡液储存箱3中的发泡液，并混合后送入气液混合器2与高压气体混合，所形成的泡沫液从泡沫喷嘴6喷射出去，覆盖采煤机滚筒。
41.本发明中，高压水管4和高压气管9为泡沫发泡的主要动力来源。泡沫发生装置可用于制备不同发泡倍数的泡沫，高压水通过发泡液比例混合器时，利用射流器文丘里管原理，形成负压自动吸取发泡液储存箱3中的发泡液，高压水带着发泡液与高压气在气液混合器2即发泡器中混合，形成泡沫，最后再通过多个泡沫喷嘴6喷出。
42.下面对本发明中的水管、风管等在井下的实际布置情况作进一步说明：
43.(1)水管情况
44.方案一：将采煤机停到进风(运)巷附近，从进风(运)巷引入水管接到采煤机发泡液储存箱。本次泡沫设备用水要求(1-1.5mpa，2m3/h)。
45.方案二：采煤机电缆槽内连接有高压水管(φ25、2mpa以上)，采煤机连接的水管满足本次泡沫设备用水要求(1-1.5mpa，2m3/h)。泡沫设备用水可以在采煤机用水管接头处加一个三通阀19，分出一个水管连接到泡沫发生装置上，压力过高可在接口处设置一个减压阀，如图6所示。
46.(2)风管情况
47.经过调研运巷和进风巷有风管，压力满足设备要求(0.8-1mpa，30m3/h)。泡沫灭火设备需要有一定气量与泡沫液混合才能形成良好的泡沫形态，因此根据设备用风情况，需要将运巷或者进风巷的风管连接到采煤机泡沫设备上，即可将运巷或进风巷的风管作为高压气管。
48.(3)泡沫喷嘴情况
49.采煤机平台上一般会有喷雾喷头，本次泡沫喷嘴可以和原有喷雾喷头安放在一起，用磁铁及铁丝与原有喷雾喷头固定在一起。泡沫喷嘴可设置多个，发泡泡沫经泡沫液输送管道10输送到分液管18，然后分向三个或更多个泡沫喷嘴。多个泡沫喷嘴固定在分液管18上，喷嘴方向不同，喷射出的泡沫可以完全覆盖滚筒。
50.本发明公开一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射系统，该系统能够在火花出现的第一时间感应到火花，并自动开启高压水管、高压气管，进而高压水通过发泡液比例混合器1时自动吸取发泡液，形成一定比例的发泡混合液，然后进入气液混合器2内，与高压气体混合，所形成的泡沫在高流速的高压气体的作用下，经泡沫喷嘴6喷射出去，喷射覆盖在采煤机割煤滚筒上，进而将割煤滚筒处出现的火花扑灭，预防火灾的发生。
51.具体地，本发明还提供一种用于防治采煤机截割火花的泡沫自动喷射方法，采用如上所述的泡沫自动喷射系统，包括以下步骤：
52.(1)当火花探测器13测得采煤机割煤滚筒处出现火花时，火花探测器给控制器14传送信号，控制器接收到信号后，调节控制阀门即第一控制阀门11和第二控制阀门12开启。
53.(2)控制阀门开启后，高压水通过高压水管4输送至发泡液比例混合器，并在发泡液比例混合器1中形成负压，发泡液储存箱3中的发泡液在负压作用下通过吸液管流入发泡液比例混合器中，与高压水混合，配制形成所需比例的发泡液。
54.(3)配制后的发泡液经发泡液输送管道送至气液混合器2，同时高压气体通过高压气管9输送至气液混合器，在气液混合器中配制后的发泡液与高压气体混合发泡，形成泡沫液。
55.(4)所形成的泡沫液通过泡沫液输送管道输送至泡沫喷嘴6，并通过多个泡沫喷嘴朝向采煤机割煤滚筒处喷射出去，将采煤机割煤滚筒包裹住，并消除出现的火花。
56.(5)当火花探测器13测得采煤机割煤滚筒处出现的火花消失后，火花探测器给控制器14传送信号，控制器接收到信号后，调节控制阀门关闭。
57.在采煤机割煤过程中，所述高压水管和高压气管随采煤机一起行进。
58.上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
59.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。