[发明专利]地面直注式液氮防灭火系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿液氮防灭火装置。

背景技术

我国目前约50%的煤矿存在自然发火危险，煤炭自燃严重威胁着矿井的安全生产和工人的生命安全。采取黄泥灌浆、阻化剂、凝胶、泡沫等常规的防灭火技术手段，对某些处在半干旱地区的矿区，受缺水、少土等条件制约，实施困难，只能在局部实施。另外，由于火源的位置很难判断，灌注泥浆或者胶体，覆盖范围小，扩散范围有限，不易到达火源位置，且容易造成矿井环境污染。常态氮气防灭火技术，降温效果差，灭火期间常需要配合其他辅助灭火措施，灭火周期长。液氮汽化可吸收大量的热，降低火区温度，但是，液氮防灭火技术在现场实践中暴露出了不足之处：液氮在常温条件下极易汽化，液氮和氮气之间的体积汽化比在1：600以上，在钻孔中汽化后的氮气阻碍了液氮的进一步流动，易产生气塞、间歇泉等现象，使得液氮难以进入防灭火区域，影响液氮的灌注效率及防灭火效果。这也是制约液氮防灭火技术大规模应用的主要原因。参考文献：张曙光，徐烈，刘凤梁，孙恒，朱红梅.低温液体管路输送中几个问题的分析[J].低温与超导，2004，32（4）：11-14。

发明内容

为了克服现有的液氮防灭火装置注液氮极易产生气塞、间歇泉等现象，阻止液氮沿注氮管进入井下，影响液氮的灌注效率及防灭火效果的不足，本发明提供一种地面直注式液氮防灭火系统，该系统灌注效率高、防灭火效果好，可实现液氮高效、快速的注入井下防灭火区域。

本发明的技术方案是：一种地面直注式液氮防灭火系统，该系统主要包括液氮槽罐车、缓冲罐、氮气输送管，液氮槽罐车的出口通过低温液体输送软管与往复式低温液体泵的进口相连，往复式低温液体泵的出口通过低温液体输送软管与缓冲罐上部的进液口相连，缓冲罐下部的出液口通过真空法兰与真空低温绝热管相连，真空低温绝热管通过三通阀与注氮管和氮气输送管相连，缓冲罐上端设有排气口，排气口连接有氮气输送管，氮气输送管上依次接有前压力表、氮气出口减压阀、后压力表和终端减压阀，缓冲罐下部外壳与内胆之间设有真空层，缓冲罐上部为单层外壳，缓冲罐上端连接有泄压阀。

真空低温绝热管长度小于5m，注氮管长度应不小于地面钻孔总长度的2/3。氮气输送管为星型翅片管。

本发明解决了液氮汽化后的气液两相分离和避免注氮管堵塞的关键技术问题，缓冲罐上部汽化后的氮气，吹洗注氮管的孔壁，减小钻孔中水及残渣等对钻孔造成的冰堵或者堵塞。液氮注入火区的温度低（低于-50℃），可有效吸收火区热量，液氮汽化后大流量的氮气可以有效惰化火区。结构简单，便于安装，安全可靠，灭火效率较常态氮气防灭火技术提高30%以上，而且有效避免了注液氮过程中出现的气塞、间歇泉等现象，较传统直接灌注液氮的工艺，液氮的灌注效率提高20%以上，具有广泛的适用性。尤其适用于浅埋深煤矿井下采空区隐蔽火源的防灭火。

汝箕沟煤矿曾发生重大瓦斯爆炸（燃烧事故），全矿井被迫封闭。该矿井成功采用本发明，实施了以地面钻孔大流量灌注液氮为主的防灭火技术，仅耗时12天，灌注近1500t的液氮，就成功扑灭火区，恢复了矿井的安全生产。而与之火区规模接近的白芨沟煤矿，采用流量为2400m³/h的常态氮气惰化浅地表特大型火区，用时11个月才成功启封火区。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图。

图2是图1中的氮气输送管结构示意图。

图中：1.液氮槽罐车，2.往复式低温液体泵，3.低温液体输送软管，4.真空低温绝热管，5-1.氮气出口减压阀，5-2.终端减压阀，5-3.缓冲罐出口液氮减压阀，6.泄压阀，7.氮气输送管，8-1.前压力表，8-2.后压力表，9.液位计，10.缓冲罐，11.真空法兰，12.三通阀，13.聚氨酯封孔段，14.注氮管。

具体实施方式

在图1中，液氮槽罐车1的出口通过低温液体输送软管3与往复式低温液体泵2的进口相连，往复式低温液体泵2的出口通过低温液体输送软管3与缓冲罐10上部的进液口相连，缓冲罐10下部的出液口通过真空法兰11与真空低温绝热管4相连，真空低温绝热管4通过三通阀12与注氮管14和氮气输送管7相连，缓冲罐10上端设有排气口，排气口连接有氮气输送管7，氮气输送管7上依次接有前压力表8-1、氮气出口减压阀5-1、后压力表8-2和终端减压阀5-2，缓冲罐10下部外壳与内胆之间设有真空层，缓冲罐10上部为单层外壳，缓冲罐10上端连接有泄压阀6。

真空低温绝热管4长度小于5m，注氮管14长度应不小于地面钻孔总长度的2/3。

在图2中，氮气输送管7为星型翅片管。

液氮从液氮槽罐车1由低温液体输送软管3进入往复式低温液体泵2，再由低温液体输送软管3送入缓冲罐10。此时，氮气出口减压阀5-1和终端减压阀5-2打开，缓冲罐出口液氮减压阀5-3和泄压阀6关闭。液氮汽化后的氮气由氮气输送管7进入注氮管14，吹洗注氮管管壁，使之通畅。如若后压力表8-2读数持续增高，说明注氮管中存在堵塞状态，继续注氮气使得后压力表8-2读数下降为止。此后，关闭氮气出口减压阀5-1和终端减压阀5-2。当液位计9达到设定值时，打开阀门缓冲罐出口液氮减压阀5-3，液氮流经真空低温绝热管4进入注氮管14中，通过液氮自身重力注入井下防灭火区域。当前压力表8-1读数超过设定值后，泄压阀6自动开启泄压排氮，保障整个系统的安全可靠。