專利名稱：礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于煤礦井下的注氮防滅火裝置。
背景技術(shù)：
礦井火災給煤礦安全生產(chǎn)造成很大威脅，為防治礦井火災，從20世紀70年代開始，國內(nèi)外廣泛采用氮氣防滅火技術(shù)。將氮氣注入擬處理區(qū)，在氮氣自身擴散及漏風壓力的共同作用下，氮氣分子彌散在破碎煤體周圍，減少煤體周圍氧氣含量，延長煤體氧化周期，從而起到稀釋氧氣，惰化煤體，抑制燃燒的作用。氮氣防滅火技術(shù)的應用日益普遍，然而氮氣容易隨風逸散，不能起到長期防滅火的作用，常溫氮氣雖能抑制火災，但降溫效果有限，滅火周期長。80年代開始，細水霧作為一種礦井防滅火技術(shù)受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，細水 霧具有環(huán)保、高效、耗水量小、防滅火效率高等優(yōu)點，既可用于防火防爆，又可用于降溫。但是總體上來看，細水霧在礦井防滅火方面的應用主要限制在巷道外因火災或內(nèi)因火災的淺層，不能深入火區(qū)內(nèi)部充分發(fā)揮細水霧的降溫吸熱作用。有人研究了一種氮氣細水霧發(fā)生裝置，利用氮氣的惰化功能和細水霧的吸熱降溫功能進行礦井防滅火工作，然而，這種裝置并不能將氮氣細水霧長距離輸送至擬處理區(qū)深處，細水霧隨漏風流快速蒸發(fā)散失其降溫效果依然有限。徐俊，陸偉，王正輝細水霧抑制煤礦巷道火災的試驗和模擬[J]，煤炭科學技術(shù)，2008，36(12) : 37-39。王德明，任萬興，韓方偉一種礦用氮氣細水霧發(fā)生裝置[P]，申請?zhí)?01010243627. I。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的氮氣防滅火裝置或細水霧裝置不能深入火區(qū)內(nèi)部充分發(fā)揮細水霧的降溫吸熱作用的不足，本發(fā)明提供一種礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)注氮防滅火效率高，具有降溫、惰化、阻化、霧化多重作用，能夠?qū)㈧F化氮氣送入火區(qū)深部。本發(fā)明的技術(shù)方案是該礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)包括制冷機、阻化液管和氮氣管，制冷機的入口、液體入口和三通閥門的下端相連通，制冷機的出口通過阻化液管與霧化噴嘴的液體入口相連，阻化液管上連接有液體調(diào)壓閥、液體流量計和液體壓力表；三通閥門的入口與氣體入口相連通，三通閥門的出口通過氮氣管與霧化噴嘴的氣體入口相連通，氮氣管上連接有氣體調(diào)壓閥、氣體流量計和氣體壓力表；霧化噴嘴與注氮管后端相連。以所述的霧化噴嘴軸心為圓心，以霧化噴嘴半徑的1/2 7/8為半徑，在霧化噴嘴體上均勻布置有不少于6個的導氣孔，導氣孔連通霧化噴嘴內(nèi)氣體通道和外界，導氣孔半徑由中間向內(nèi)外逐漸變大，導氣孔內(nèi)表面呈雙曲面形，霧化噴嘴邊緣有螺紋與注氮管相吻
口 ο所述的阻化液管內(nèi)阻化液為質(zhì)量濃度1(Γ30%的MgCl2、CaCl2、NaCl無機鹽類的阻化劑水溶液。
本發(fā)明的優(yōu)點可以直接利用礦井現(xiàn)有的氮氣管路、輸水管路。占據(jù)空間小，可靈活移動，操作簡單。能連續(xù)工作，并具有降溫、惰化、阻化、霧化多重作用。能夠?qū)⒌蜏仂F化氮氣高效輸送至防滅火區(qū)域深部，突破了常溫氮氣易隨風逸散、降溫效果有限、滅火周期長的技術(shù)瓶頸，具有廣泛實用性。其有益效果具體如下
(O阻化液經(jīng)制冷機降溫、液體調(diào)壓閥控壓后進入霧化噴嘴液體入口，同時氮氣由氣體調(diào)壓閥控壓后進入霧化噴嘴氣體入口，經(jīng)霧化噴嘴霧化后，低溫阻化液被分隔成粒徑IiTlO3Mffl的液滴懸浮在低溫氮氣氣流中，形成低溫氣霧阻化液；
(2)由導氣孔進入注氮管內(nèi)的氮氣可消除噴霧口周圍的渦漩區(qū)，減小低溫霧化氮氣的能量損失；同時，導氣孔進入的氮氣在注氮管內(nèi)表面附近形成一層氮氣屏障，減小細水霧的附壁凝結(jié)作用，有利于低溫霧化氮氣的長距離輸送；
(3)霧化噴嘴邊緣有螺紋，并可與注氮管相吻合，便于安裝的同時可防止外界空氣進入注氮管，保證送入防滅火區(qū)域的霧化氮氣不含外界氧氣； (4)低溫氣霧阻化液被注入到防滅火區(qū)域，可以降低煤體的溫度，起到吸熱降溫的作用，同時氣霧阻化液可以增加漏風風流及煤體中的水分，減小煤體表面水分的蒸發(fā)速度；
(5)氣霧阻化液以氮氣為載體飄移到防滅火區(qū)域，阻化劑覆蓋在煤體表面，形成隔氧液膜，減緩煤體的氧化，尤其針對比表面積大、最易氧化升溫的細微煤粒，當阻化劑逐漸沉降吸附于煤粒表面，即可充分發(fā)揮阻化劑惰化煤體，長期延緩煤體氧化的作用；
(6)低溫氮氣則大面積逸散在防滅火區(qū)域，起到稀釋氧氣，降低煤溫，惰化煤體，抑制燃燒的作用；
(7)高效注氮工作結(jié)束后，利用氮氣管上的三通閥門改變氮氣流向，可將注氮箱體及霧化噴嘴內(nèi)殘余的阻化液沖洗干凈，防止無機鹽類阻化液腐蝕設(shè)備。


圖I是本發(fā)明的一個實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的霧化噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是沿圖2中的A-A’線的剖面圖。圖中1.注氮箱體，2.制冷機，3.阻化液管，4.氮氣管，5.霧化噴嘴，5_1.霧化噴嘴的液體入口，5-2.霧化噴嘴的氣體入口，5-3.液體通道，5-4.氣體通道，5-5.噴液孔，5-6.噴氣孔，5-7.導氣孔，5-8.空氣帽，5-9.噴霧口，5-10.螺紋，5-11.螺帽，6.注氮管，
7.三通閥門，8-1.液體調(diào)壓閥，8-2.氣體調(diào)壓閥，9-1.液體流量計，9-2.氣體流量計，10-1.液體壓力表，10-2.氣體壓力表，11-1.液體入口，11-2.氣體入口，11-3.液體出口，11_4·氣體出口。
具體實施例方式在圖I中，制冷機2的入口、液體入口 11-1和三通閥門7的下端相連通，制冷機2的出口通過阻化液管3與霧化噴嘴5的液體入口 5-1相連，阻化液管3上連接有液體調(diào)壓閥8-1、液體流量計9-1和液體壓力表10-1。三通閥門7的入口與氣體入口 11-2相連通，三通閥門7的出口通過氮氣管4與霧化噴嘴的氣體入口 5-2相連通，氮氣管4上連接有氣體調(diào)壓閥8-2、氣體流量計9-2和氣體壓力表10-2 ;霧化噴嘴5與注氮管6后端相連。
所述的阻化液管3內(nèi)的阻化液為質(zhì)量濃度1(Γ30%的MgCl2、CaCl2、NaCl無機鹽類的阻化劑水溶液。阻化液管3從液體入口 11-1進入注氮箱體I從液體出口 11-3出去，氮氣管4從氣體入口 11-2進入注氮箱體I從氣體出口 11-4出去。制冷機2、阻化液管3、氮氣管4、三通閥門7、液體調(diào)壓閥8-1、氣體調(diào)壓閥8-2、液體流量計9-1、氣體流量計9-2、液體壓力表10-1、氣體壓力表10-2均安設(shè)在注氮箱體I內(nèi)。阻化液管3依次連接制冷機2、液體調(diào)壓閥8-1、液體流量計9-1、液體壓力表10-1和霧化噴嘴液體入口 5-1，氮氣管4依次連接三通閥門7、氣體調(diào)壓閥8-2、氣體流量計9-2、氣體壓力表10-2和霧化噴嘴氣體入口 5_2，霧化噴嘴5連接注氮管6，注氮管6通往防滅火區(qū)域。在圖2和圖3中，以霧化噴嘴5軸心為圓心，以霧化噴嘴5半徑的1/2 7/8為半徑，在所述的霧化噴嘴5體上均勻布置有不少于6個的導氣孔5-7，導氣孔5-7連通霧化噴嘴5內(nèi)氣體通道和外界，導氣孔5-7半徑由中間向內(nèi)外逐漸變大，導氣孔5-7內(nèi)表面呈雙曲 面形。所述的霧化噴嘴5邊緣有螺紋5-10與注氮管6相吻合。霧化噴嘴液體入口 5-1連通液體通道5-3，液體通道5-3連通噴液孔5_5，霧化噴嘴氣體入口 5-2連通氣體通道5-4，氣體通道5-4連通噴氣孔5-6及導氣孔5_7，空氣帽5_8用螺帽5-11固定，空氣帽5-8中心設(shè)置有噴霧口 5-9，霧化噴嘴5通過邊緣的螺紋5_10安裝在注氮管6入口處，并密封注氮管6。防滅火實施過程中，制冷機2選用防爆型制冷機，阻化液根據(jù)具體防滅火礦井煤的氧化特性選用質(zhì)量濃度1(Γ30%的MgCl2、CaCl2、NaCl等無機鹽類一種或多種混合的阻化劑水溶液。阻化液通過阻化液管3進入注氮箱體1，經(jīng)制冷機2降溫至-1(T0°C，液體調(diào)壓閥8-1控壓后進入霧化噴嘴液體入口 5-1，同時氮氣通過氮氣管4，由氣體調(diào)壓閥8-2控壓后進入霧化噴嘴氣體入口 5-2。低溫阻化液由液體通道5-3進入噴液口 5-5，液流靜壓轉(zhuǎn)變成速壓，速度達到或超過聲速噴入空氣帽5-8內(nèi)，同時一部分的氮氣從噴氣孔5-6進入空氣帽5-8，低溫阻化液在空氣帽5-8內(nèi)與氮氣混合，從噴霧口 5-9噴射出迅速膨脹、破碎，形成成粒徑IiTlO3Mffl的液滴，并沿注氮管6通往防滅火區(qū)域。噴霧口 5-9噴射出的高速霧化氮氣會使得噴霧口 5-9周圍形成渦漩區(qū)，同時霧化氮氣易與注氮管6內(nèi)壁接觸而引起細水霧的附壁凝結(jié)，渦漩和附壁凝結(jié)都會減弱霧化氮氣的有效輸送，此時，另一部分氮氣進入連通霧化噴嘴5內(nèi)氣體通道5-4和注氮管6的導氣孔5-7，由于導氣孔5-7孔半徑由中間向內(nèi)外逐漸變大，內(nèi)表面呈雙曲面形，這部分氮氣很容易進入導氣孔5-7并以較大的噴射角度噴射出，沖擊噴霧口 5-9噴射低溫霧化氮氣時所形成的渦漩，并沿著注氮管6內(nèi)壁前進形成一層氮氣屏障，可減少低溫霧化氮氣與注氮管6內(nèi)壁之間的接觸。減小了渦漩區(qū)能量損失和沿程附壁凝結(jié)損失的低溫霧化氮氣可長距離輸送至防滅火區(qū)域深部。霧化噴嘴5與注氮管6之間已通過螺紋5-10密封，可保證送入防滅火區(qū)域的霧化氮氣不含外界氧氣。液體流量計9-1和氣體流量計9-2用于觀測實施過程中阻化液和氮氣流量。注氮箱體I上可安設(shè)有多對液體出口 11-3和氣體出口 11-4供多路注氮管6同時實施高效注氮防滅火，本實施例中安裝有2對。因無機鹽阻化液對管路有腐蝕作用，防滅火實施后，在井下用水不便的條件下，通過三通閥門7將氮氣導向阻化液管3，可將注氮箱體I及霧化噴嘴5內(nèi)殘余的阻化液沖洗干凈，防止腐蝕設(shè)備
權(quán)利要求
1.一種礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)，該礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)包括制冷機、阻化液管和氮氣管，其特征在于制冷機的入口、液體入口和三通閥門的下端相連通，制冷機的出口通過阻化液管與霧化噴嘴的液體入口相連，阻化液管上連接有液體調(diào)壓閥、液體流量計和液體壓力表；三通閥門的入口與氣體入口相連通，三通閥門的出口通過氮氣管與霧化噴嘴的氣體入口相連通，氮氣管上連接有氣體調(diào)壓閥、氣體流量計和氣體壓力表；霧化噴嘴與注氮管后端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)，其特征在于以霧化噴嘴軸心為圓心，以霧化噴嘴半徑的1/2 7/8為半徑，在霧化噴嘴體上均勻布置有不少于6個的導氣孔，導氣孔連通霧化噴嘴內(nèi)氣體通道和外界，導氣孔半徑由中間向內(nèi)外逐漸變大，導氣孔內(nèi)表面呈雙曲面形，霧化噴嘴邊緣有螺紋與注氮管相吻合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)，其特征在于阻化液管內(nèi)阻化液為質(zhì)量濃度1(Γ30%的MgCl2、CaCl2、NaCl無機鹽類的阻化劑水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦用高效注氮防滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括制冷機，制冷機的入口、液體入口和三通閥門的下端相連通，制冷機的出口通過阻化液管與霧化噴嘴的液體入口相連，三通閥門的入口與氣體入口相連通，三通閥門的出口通過氮氣管與霧化噴嘴的氣體入口相連通，氮氣管上連接有氣體調(diào)壓閥、氣體流量計和氣體壓力表；霧化噴嘴與注氮管后端相連可以直接利用礦井現(xiàn)有的氮氣管路、輸水管路。占據(jù)空間小，可靈活移動，操作簡單。能連續(xù)工作，并具有降溫、惰化、阻化、霧化多重作用。能夠?qū)⒌蜏仂F化氮氣高效輸送至防滅火區(qū)域深部，突破了常溫氮氣易隨風逸散、降溫效果有限、滅火周期長的技術(shù)瓶頸，具有廣泛實用性。適用于煤礦井下防滅火。
文檔編號E21F5/00GK102937033SQ201210508049
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者周福寶, 李建龍, 史波波, 宋小林, 李敬, 張旭 申請人:中國礦業(yè)大學