專利名稱：礦用高效注氮防滅火系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于煤礦井下的注氮防滅火裝置。
背景技術：
礦井火災給煤礦安全生產造成很大威脅，為防治礦井火災，從20世紀70年代開始，國內外廣泛采用氮氣防滅火技術。將氮氣注入擬處理區，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受到國內外的廣泛關注，細水 霧具有環保、高效、耗水量小、防滅火效率高等優點，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因火災的淺層，不能深入火區內部充分發揮細水霧的降溫吸熱作用。有人研究了一種氮氣細水霧發生裝置，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深處，細水霧隨漏風流快速蒸發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，2008，36(12) : 37-39。王德明，任萬興，韓方偉一種礦用氮氣細水霧發生裝置[P]，申請號201010243627. I。
發明內容
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內部充分發揮細水霧的降溫吸熱作用的不足，本發明提供一種礦用高效注氮防滅火系統，該系統注氮防滅火效率高，具有降溫、惰化、阻化、霧化多重作用，能夠將霧化氮氣送入火區深部。本發明的技術方案是該礦用高效注氮防滅火系統包括制冷機、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氣體通道和外界，導氣孔半徑由中間向內外逐漸變大，導氣孔內表面呈雙曲面形，霧化噴嘴邊緣有螺紋與注氮管相吻
口 ο所述的阻化液管內阻化液為質量濃度1(Γ30%的MgCl2、CaCl2、NaCl無機鹽類的阻化劑水溶液。
本發明的優點可以直接利用礦井現有的氮氣管路、輸水管路。占據空間小，可靈活移動，操作簡單。能連續工作，并具有降溫、惰化、阻化、霧化多重作用。能夠將低溫霧化氮氣高效輸送至防滅火區域深部，突破了常溫氮氣易隨風逸散、降溫效果有限、滅火周期長的技術瓶頸，具有廣泛實用性。其有益效果具體如下
(O阻化液經制冷機降溫、液體調壓閥控壓后進入霧化噴嘴液體入口，同時氮氣由氣體調壓閥控壓后進入霧化噴嘴氣體入口，經霧化噴嘴霧化后，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的氮氣可消除噴霧口周圍的渦漩區，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表面附近形成一層氮氣屏障，減小細水霧的附壁凝結作用，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速度；
(5)氣霧阻化液以氮氣為載體飄移到防滅火區域，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殘余的阻化液沖洗干凈，防止無機鹽類阻化液腐蝕設備。
圖I是本發明的一個實施例的整體結構示意圖。圖2是圖I中的霧化噴嘴結構示意圖。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.液體調壓閥，8-2.氣體調壓閥，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內的阻化液為質量濃度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、液體調壓閥8-1、氣體調壓閥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均安設在注氮箱體I內。阻化液管3依次連接制冷機2、液體調壓閥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內氣體通道和外界，導氣孔5-7半徑由中間向內外逐漸變大，導氣孔5-7內表面呈雙曲 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，阻化液根據具體防滅火礦井煤的氧化特性選用質量濃度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，經制冷機2降溫至-1(T0°C，液體調壓閥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，液流靜壓轉變成速壓，速度達到或超過聲速噴入空氣帽5-8內，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，同時霧化氮氣易與注氮管6內壁接觸而引起細水霧的附壁凝結，渦漩和附壁凝結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孔半徑由中間向內外逐漸變大，內表面呈雙曲面形，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內壁之間的接觸。減小了渦漩區能量損失和沿程附壁凝結損失的低溫霧化氮氣可長距離輸送至防滅火區域深部。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內殘余的阻化液沖洗干凈，防止腐蝕設備
權利要求
1.一種礦用高效注氮防滅火系統，該礦用高效注氮防滅火系統包括制冷機、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.根據權利要求I所述的礦用高效注氮防滅火系統，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氣體通道和外界，導氣孔半徑由中間向內外逐漸變大，導氣孔內表面呈雙曲面形，霧化噴嘴邊緣有螺紋與注氮管相吻合。
3.根據權利要求I所述的礦用高效注氮防滅火系統，其特征在于阻化液管內阻化液為質量濃度1(Γ30%的MgCl2、CaCl2、NaCl無機鹽類的阻化劑水溶液。
全文摘要
本發明公開了一種礦用高效注氮防滅火系統，該系統包括制冷機，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有的氮氣管路、輸水管路。占據空間小，可靈活移動，操作簡單。能連續工作，并具有降溫、惰化、阻化、霧化多重作用。能夠將低溫霧化氮氣高效輸送至防滅火區域深部，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 優先權日2012年12月3日
發明者周福寶, 李建龍, 史波波, 宋小林, 李敬, 張旭 申請人:中國礦業大學