一种自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置及方法

1.本发明涉及一种注浆防灭火装置及方法，具体是一种自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置及方法，属于矿井防灭火注浆技术领域。


背景技术：

2.目前矿井内为了对工作面进行防灭火工作，主要采用注浆的方式，所注的浆液是将黄土、粉煤灰、砂等不会燃烧的材料以一定的比例混合，并加入水以及其它稠化材料，制成一种性能合适的防灭火浆液，注浆时通过应用静压技术或者动压技术，使用钻孔或者输送管路将制成的浆液输入到矿井内工作面采空区，以阻止煤炭氧化或者扑灭已自燃的煤体。
3.对于矿井中具有的俯采工作面来说，由于同一矿井内会存在多个不同倾角的俯采工作面，而现有对矿井进行防灭火注浆时都是采用同一种防灭火浆液，这样在浆液注入后，浆液会在不同倾角工作面的采空区内只能沿着地势低的地方流动，且根据倾角的不同流速也不同，导致浆液无法留存在同一工作面较高的位置，大部分浆液均流淌至低处堆积，从而无法均匀覆盖倾斜煤体、易形成“拉沟”，并且由于大部分浆液堆积在低处也导致渗流范围小，扩散能力弱，最终防灭火效果大大减弱，且同一种防灭火注浆在各个不同倾角工作面的防灭火效果差异较大。因此，如何提供一种注浆防灭火装置及方法，能根据不同倾角工作面调节同一种防灭火浆液相适应的粘度值，从而在注入各个工作面采空区后，使防灭火浆液能均匀覆盖各个俯采工作面，有效提高各个俯采工作面的防灭火效果，是本行业的研究方向之一。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置及方法，能根据不同倾角工作面调节同一种防灭火浆液相适应的粘度值，从而在注入各个工作面采空区后，使防灭火浆液能均匀覆盖各个俯采工作面，有效提高各个俯采工作面的防灭火效果。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置，包括浆液搅拌箱、电动搅拌机构和注浆泵，电动搅拌机构设置在浆液搅拌箱内，用于对箱体内部的浆液进行搅拌，浆液搅拌箱两侧分别装有浆液进液管和浆液排出管，浆液进液管和浆液排出管分别装有第一电控阀和第二电控阀，注浆泵装在浆液排出管上，用于将箱体内部的浆液从浆液排出管排出，还包括粘度计、控制板、第一红外测距仪和第二红外测距仪；
6.所述浆液搅拌箱为矩形体，浆液搅拌箱上部连接有稠化剂注入管，用于向箱体内注入稠化剂，所述稠化剂为海藻酸钠，稠化剂注入管上装有第三电控阀；所述粘度计设置在浆液搅拌箱侧部，且其探测头伸入浆液搅拌箱内，用于检测浆液的实时粘度值并反馈给控制板；所述浆液搅拌箱下方设有第一伸缩支架和第二伸缩支架，第一伸缩支架和第二伸缩
支架的上端分别与浆液搅拌箱底部连接，用于在浆液搅拌箱处于俯采工作面时，通过调节第一伸缩支架和第二伸缩支架的长度使浆液搅拌箱底部处于水平状态；所述第一红外测距仪和第二红外测距仪均固定在浆液搅拌箱底部，两者的探测方向均朝向浆液搅拌箱下方且垂直于浆液搅拌箱底部，用于测量各自所处位置与俯采工作面之间的距离；
7.所述控制板包括控制器和触摸式显示屏，触摸式显示屏与控制器连接，用于向控制器输入临界粘度值，并对控制器反馈的数据进行显示；控制器分别与第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、注浆泵、粘度计和电动搅拌机构，控制器控制第一电控阀门打开向浆液搅拌箱内注入浆液，并根据设定的临界粘度值和粘度计反馈的实时粘度值进行分析处理后，对第二电控阀、第三电控阀、注浆泵和电动搅拌机构的开启或关闭进行调控。
8.进一步，所述浆液进液管上装有第一压力表和第一流量计，浆液排出管上装有第二压力表和第二流量计，稠化剂注入管上装有第三压力表和第三流量计。增设压力表及流量计能对各个管路内的压力及流量进行监控，便于对浆液或海藻酸钠进行控制。
9.进一步，在第一伸缩支架和第二伸缩支架各自的下端分别装有第一止滑器和第二止滑器。通过设置止滑器能防止伸缩支架在俯采工作面上相对滑动，从而影响注浆工作的顺利进行。
10.进一步，所述控制器为单片机。采用单片机，不仅其体积小巧，而且工作稳定性较好。
11.上述自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置的防灭火方法，具体步骤为：
12.a、将自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置放置在所需进行防灭火注浆的俯采工作面上，然后将两个伸缩支架下端分别通过第一止滑器和第二止滑器固定在俯采工作面上，接着通过调节第一伸缩支架和第二伸缩支架的长度使浆液搅拌箱底部处于水平状态；将浆液进液管与防灭火浆液储存罐连通，稠化剂注入管与海藻酸钠储存罐连通，第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀均处于关闭状态，完成装置布设工作；
13.b、开启第一红外测距仪和第二红外测距仪分别各自所处位置与俯采工作面之间的距离，将其中距离较长的设为b，较短的设为a；然后已知两者之间的距离为c，则俯采工作面的倾角θ：tanθ＝(b-a)/c，先将浆液排出管与俯采工作面平行设置，接着根据下式计算出适用于当前俯采工作面的防灭火浆液临界粘度μ值：
[0014][0015]
式中，q为浆液排出管内防灭火浆液的流量，单位为kg/s；t为注浆时间，单位为s；v0为浆液排出管内防灭火浆液的流速，单位为m/s；其中q＝v0s，s为浆液排出管的横截面积，单位为m2；
[0016]
根据上述计算出防灭火浆液临界粘度μ值后，调整浆液排出管使其相对于水平面的倾角大于当前俯采工作面的倾角；
[0017]
c、将步骤b得出的临界粘度μ值通过触摸式显示屏输入至控制器中进行存储，然后通过触摸式显示屏向控制器发出指令，控制器控制第一电控阀开启，防灭火浆液通过浆液进液管注入浆液搅拌箱内，通过第一压力表和第一流量计能实时监测防灭火浆液的注入压力及注入流量，接着控制器控制电动搅拌机构启动，电动搅拌机构以70r/min～160r/min的运行速度对浆液搅拌箱内的防灭火浆液进行搅拌；同时粘度计实时检测防灭火浆液的粘度
值并反馈给控制器，控制器将实时粘度值与临界粘度μ值进行比较，若实时粘度值低于临界粘度μ值，则控制器控制第三电控阀开启，海藻酸钠经过稠化剂注入管进入浆液搅拌箱，通过第三压力表和第三流量计能实时监测海藻酸钠的注入压力及注入流量，同时控制器调节电动搅拌机构以800r/min～1100r/min的运行速度对浆液搅拌箱内的防灭火浆液和海藻酸钠进行搅拌混合；直至粘度计反馈的实时粘度值超过临界粘度μ值，则控制器控制第三电控阀关闭，停止海藻酸钠注入，同时控制器调节电动搅拌机构以70r/min～160r/min的运行速度工作，最后控制器控制第二电控阀开启及注浆泵启动，此时混合有海藻酸钠的防灭火浆液经过浆液排出管输送至俯采工作面上，通过第二压力表和第二流量计能实时监测防灭火浆液的注浆压力及注浆流量，由于其粘度超过临界粘度μ值，使其能停留在倾斜工作面上，在注浆过程中，粘度计实时监测浆液搅拌箱内防灭火浆液的实时粘度值，当实时粘度值再次低于临界粘度μ值时，关闭第二电控阀及注浆泵，再次开启第三电控阀向浆液搅拌箱内注入海藻酸钠，并调节电动搅拌机构以800r/min～1100r/min的运行速度工作，直至粘度计反馈的实时粘度值超过临界粘度μ值，则控制器控制第三电控阀关闭，停止海藻酸钠注入，同时控制器调节电动搅拌机构以70r/min～160r/min的运行速度工作，并再次开启第二电控阀及注浆泵恢复注浆工作，如此重复，直至完成整个俯采工作面的注浆防灭火过程，使防灭火浆液覆盖整个俯采工作面；
[0018]
d、在进行下一俯采工作面的注浆防灭火工作时，重复步骤a至c，从而能对当前俯采工作面进行注浆防灭火过程，使防灭火浆液覆盖整个当前俯采工作面。
[0019]
与现有技术相比，本发明采用浆液搅拌箱、电动搅拌机构、注浆泵、粘度计、控制板、第一红外测距仪和第二红外测距仪相结合方式，通过先测量所需进行防灭火注浆处理的俯采工作面的倾角，然后根据倾角确定在该工作面上防灭火浆液所需达到的临界粘度值，当防灭火浆液的粘度值超过临界粘度值时，将防灭火浆液注浆至俯采工作面上后，其能停留在倾斜工作面上，与遗煤均匀混合，较好的克服了传统注浆中的浆液因为工作面倾斜而出现的跑浆、溃浆等问题，最终使防灭火浆液能均匀覆盖整个俯采工作面采空区；另外本发明采用的防灭火浆液为现有配比制成，在不同俯采工作面进行注浆时均可采用同一种防灭火浆液，无需额外分别配比，从而方便防灭火浆液的制备或购买；在对不同倾角的俯采工作面采空区进行防灭火注浆时，本发明能分别计算出各个不同倾角工作面对应的临界粘度值，然后通过将防灭火浆液与海藻酸钠在浆液搅拌箱内进行混合均匀，实现粘度值的调节，最终根据不同临界粘度值能添加不同量的海藻酸钠，实现同一种防灭火浆液调节粘度值后能适应不同倾角俯采工作面的注浆需要，从而采用同一种防灭火浆液即能对不同倾角工作面进行防灭火注浆，且防灭火效果均较好，因此本发明的装置及方法在俯采工作面的防灭火注浆方面具有广泛实用性。
附图说明
[0020]
图1是本发明的整体流程图；
[0021]
图2是本发明中注浆防灭火装置的结构示意图；
[0022]
图3是本发明中确定俯采工作面倾角的示意图。
[0023]
图中：1-浆液进液管，2-第一压力表，3-第一流量计，4-第一电控阀，5-浆液搅拌箱，6-电动搅拌机构，7-粘度计，8-控制板，9-第一红外测距仪，10-第二红外测距仪，11-第
一伸缩支架，12-第一止滑器，13-第二伸缩支架，14-第二止滑器，15-第三电控阀，16-第三流量计，17-第三压力表，18-稠化剂注入管，19-注浆泵，20-第二电控阀，21-第二压力表，22-第二流量计，23-浆液排出管。
具体实施方式
[0024]
下面将对本发明作进一步说明。
[0025]
如图2所示，一种自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置，包括浆液搅拌箱5、电动搅拌机构6和注浆泵19，电动搅拌机构6设置在浆液搅拌箱5内，用于对箱体内部的浆液进行搅拌，浆液搅拌箱5两侧分别装有浆液进液管1和浆液排出管23，浆液进液管1和浆液排出管23分别装有第一电控阀4和第二电控阀20，注浆泵19装在浆液排出管23上，用于将箱体内部的浆液从浆液排出管23排出，还包括粘度计7、控制板8、第一红外测距仪9和第二红外测距仪10；
[0026]
所述浆液搅拌箱5为矩形体，浆液搅拌箱5上部连接有稠化剂注入管18，用于向箱体内注入稠化剂，所述稠化剂为海藻酸钠，稠化剂注入管18上装有第三电控阀15；所述粘度计7设置在浆液搅拌箱5侧部，且其探测头伸入浆液搅拌箱5内，用于检测浆液的实时粘度值并反馈给控制板8；所述浆液搅拌箱5下方设有第一伸缩支架11和第二伸缩支架13，第一伸缩支架11和第二伸缩支架13的上端分别与浆液搅拌箱5底部连接，用于在浆液搅拌箱5处于俯采工作面时，通过调节第一伸缩支架11和第二伸缩支架13的长度使浆液搅拌箱5底部处于水平状态；所述第一红外测距仪9和第二红外测距仪10均固定在浆液搅拌箱5底部，两者的探测方向均朝向浆液搅拌箱5下方且垂直于浆液搅拌箱底部5，用于测量各自所处位置与俯采工作面之间的距离；
[0027]
所述控制板8包括控制器和触摸式显示屏，触摸式显示屏与控制器连接，用于向控制器输入临界粘度值，并对控制器反馈的数据进行显示；所述控制器为单片机。采用单片机，不仅其体积小巧，而且工作稳定性较好。控制器分别与第一电控阀4、第二电控阀20、第三电控阀15、注浆泵19、粘度计7和电动搅拌机构6，控制器控制第一电控阀门4打开向浆液搅拌箱5内注入浆液，并根据设定的临界粘度值和粘度计7反馈的实时粘度值进行分析处理后，对第二电控阀20、第三电控阀15、注浆泵19和电动搅拌机构6的开启或关闭进行调控。所述浆液进液管1上装有第一压力表2和第一流量计3，浆液排出管23上装有第二压力表21和第二流量计22，稠化剂注入管18上装有第三压力表17和第三流量计16。增设压力表及流量计能对各个管路内的压力及流量进行监控，便于对浆液或海藻酸钠进行控制。
[0028]
作为本发明的一种改进，第一伸缩支架11和第二伸缩支架13各自的下端分别装有第一止滑器12和第二止滑器14。通过设置止滑器能防止伸缩支架在俯采工作面上相对滑动，从而影响注浆工作的顺利进行。
[0029]
上述电动搅拌机构6、注浆泵19、控制器、触摸式显示屏、第一电控阀4、第二电控阀20、第三电控阀15、注浆泵19、粘度计7、第一压力表2、第一流量计3、第二压力表21、第二流量计22、第三压力表17、第三流量计16、伸缩支架、第一红外测距仪10、第二红外测距仪11、第一止滑器12和第二止滑器14均为现有部件，能通过市场购买获得。
[0030]
如图1所示，上述自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置的防灭火方法，具体步骤为：
[0031]
a、将自适应不同倾角工作面的注浆防灭火装置放置在所需进行防灭火注浆的俯采工作面上，然后将第一伸缩支架11和第二伸缩支架13下端分别通过第一止滑器12和第二止滑器14固定在俯采工作面上，接着通过调节两个伸缩支架的长度使浆液搅拌箱5底部处于水平状态；将浆液进液管1与防灭火浆液储存罐连通，稠化剂注入管18与海藻酸钠储存罐连通，第一电控阀4、第二电控阀20和第三电控阀15均处于关闭状态，完成装置布设工作；
[0032]
b、如图3所示，开启第一红外测距仪9和第二红外测距仪10分别各自所处位置与俯采工作面之间的距离，将其中距离较长的设为b，较短的设为a；然后已知两者之间的距离为c，则俯采工作面的倾角θ：tanθ＝(b-a)/c，先将浆液排出管23与俯采工作面平行设置，接着根据下式计算出适用于当前俯采工作面的防灭火浆液临界粘度μ值：
[0033][0034]
式中，q为浆液排出管内防灭火浆液的流量，单位为kg/s；t为注浆时间，单位为s；v0为浆液排出管内防灭火浆液的流速，单位为m/s；其中q＝v0s，s为浆液排出管的横截面积，单位为m2；
[0035]
根据上述计算出防灭火浆液临界粘度μ值后，调整浆液排出管23使其相对于水平面的倾角大于当前俯采工作面的倾角，这样设置能保证后续防灭火浆液通过浆液排出管23顺利排至俯采工作面上；
[0036]
c、将步骤b得出的临界粘度μ值通过触摸式显示屏输入至控制器中进行存储，然后通过触摸式显示屏向控制器发出指令，控制器控制第一电控阀4开启，防灭火浆液通过浆液进液管1注入浆液搅拌箱5内，防灭火浆液采用现有配比的其中一种，通过第一压力表2和第一流量计3能实时监测防灭火浆液的注入压力及注入流量，接着控制器控制电动搅拌机构6启动，电动搅拌机构6以70r/min～160r/min的运行速度对浆液搅拌箱5内的防灭火浆液进行搅拌；同时粘度计7实时检测防灭火浆液的粘度值并反馈给控制器，控制器将实时粘度值与临界粘度μ值进行比较，若实时粘度值低于临界粘度μ值，则控制器控制第三电控阀15开启，海藻酸钠经过稠化剂注入管18进入浆液搅拌箱5，通过第三压力表17和第三流量计16能实时监测海藻酸钠的注入压力及注入流量，同时控制器调节电动搅拌机构6以800r/min～1100r/min的运行速度对浆液搅拌箱5内的防灭火浆液和海藻酸钠进行搅拌混合，提高至该运行速度能使防灭火浆液和海藻酸钠快速混合均匀，便于后续的注浆工作；直至粘度计7反馈的实时粘度值超过临界粘度μ值，则控制器控制第三电控阀15关闭，停止海藻酸钠注入，同时控制器调节电动搅拌机构6以70r/min～160r/min的运行速度工作，最后控制器控制第二电控阀20开启及注浆泵19启动，此时混合有海藻酸钠的防灭火浆液经过浆液排出管23输送至俯采工作面上，通过第二压力表21和第二流量计22能实时监测防灭火浆液的注浆压力及注浆流量，由于其粘度超过临界粘度μ值，使其能停留在倾斜工作面上，在注浆过程中，粘度计7实时监测浆液搅拌箱5内防灭火浆液的实时粘度值，当实时粘度值再次低于临界粘度μ值时，关闭第二电控阀20及注浆泵19，再次开启第三电控阀15向浆液搅拌箱5内注入海藻酸钠，并调节电动搅拌机构6以800r/min～1100r/min的运行速度工作，直至粘度计7反馈的实时粘度值超过临界粘度μ值，则控制器控制第三电控阀15关闭，停止海藻酸钠注入，同时控制器调节电动搅拌机构6以70r/min～160r/min的运行速度工作，并再次开启第二电控阀20及注浆泵19恢复注浆工作，如此重复，直至完成整个俯采工作面的注浆防灭火过程，使防
灭火浆液覆盖整个俯采工作面；
[0037]
d、在进行下一俯采工作面的注浆防灭火工作时，仍采用同一种防灭火浆液，重复步骤a至c，从而能对当前俯采工作面进行注浆防灭火过程，使防灭火浆液覆盖整个当前俯采工作面。
[0038]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。