煤矿井下快速降氧剂及降氧装置与工艺转让专利
申请号 : CN201110172150.7
文献号 : CN102350178A
文献日 : 2012-02-15
发明人 : 杨广文 , 王昌斌 , 李来源 , 张福成 , 刘志忠 , 艾兴 , 姜进军 , 张永明 , 段西凯
申请人 : 煤炭科学研究总院沈阳研究院 , 淄博矿业集团有限责任公司葛亭煤矿
摘要 :
本发明属煤矿井下火灾与瓦斯灾害防治技术领域，公开一种煤矿井下快速降氧剂，主剂为焦性没什子酸，辅助剂为氢氧化钾或氢氧化钠，还有主剂为双连亚硫酸钠，辅助剂为氢氧化钠，同时公开了一种煤矿井下快速降氧装置，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。同时还公开了一种煤矿井下快速降氧工艺。在煤矿井下降氧速度可达0.99%/min；煤矿井下快速降氧装置设计合理，操作简单，适合井下作业，产品易于加工；煤矿井下快速降氧工艺简单，解决了加强通风排放瓦斯，会增加采空区供氧，容易引起自然发火；若控制漏风则会引起瓦斯积聚，增加瓦斯爆炸危险程度的煤矿井下火灾与瓦斯灾害防治的难题。
权利要求 :
1. 一种煤矿井下快速降氧剂，特征在于：它包括主剂焦性没什子酸（C6H6O3）、辅助剂氢氧化钾（KOH）、水（H2O），配比为焦性没什子酸的浓度为0.05~0.6 mol/kg、氢氧化钾的浓度为0.1~0.6 mol/kg。
2. 一种煤矿井下快速降氧剂，特征在于：它包括主剂焦性没什子酸（C6H6O3）、辅助剂氢氧化钠（NaOH）、水（H2O），配比为焦性没什子酸的浓度为0.05~0.6mol/kg、氢氧化钠的浓度为0.1~0.6 mol/kg。
3. 一种煤矿井下快速降氧剂，特征在于：它包括主剂双连亚硫酸钠(Na2S2O4)、辅助剂氢氧化钠（NaOH）、水（H2O），配比为双连亚硫酸钠的浓度为0.015~0.6 mol/kg、氢氧化钠的浓度为0.1~0.6 mol/kg。
4. 一种煤矿井下快速降氧装置，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。
5.特征在于：煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关控制搅拌隔爆电机带动带有储液箱和进料口的叶片搅拌机构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关控制雾化隔爆电机带动高压柱塞泵通过输送管路连接雾化器构成，高压柱塞泵设有进液、排液、调压阀门。
6. 根据权利要求4所述的一种煤矿井下快速降氧装置，特征在于：测氧装置包括测氧仪连接氧气传感器，雾化器由雾化器外壳内顺序放置带雾化孔的雾化片、雾化室、旋流器、弹簧后连接喷杆构成，旋流器上带有旋流槽，雾化片带有锥形室。
7. 一种煤矿井下快速降氧工艺，特征在于：将井下快速降氧装置的主体部分置于雾化区以外的巷道中，氧气传感器、雾化器吊挂式布置于雾化区内，对雾化区用密闭墙进行密闭形成密闭区，按着煤矿井下快速降氧剂配比向进料口加入水，再加入煤矿井下快速降氧剂主剂、辅助剂，启动煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置后，启动雾化装置，利用测氧装置及井下气体分析系统对密闭区氧含量、瓦斯等参数进行跟踪观测，检测密闭区氧含量降至5%以下时可停止喷雾，如果液箱内有剩余药液，则需要全部喷完为止，喷雾降氧作业完成后，在进料口注入清水，启动高压柱塞泵清洗快速降氧装置过流部件，并将剩余降氧剂主剂、辅助剂带出井下并妥善密封保管，防止氧化。
说明书 :
煤矿井下快速降氧剂及降氧装置与工艺
技术领域
[0001] 本发明属煤矿井下火灾与瓦斯灾害防治技术领域，特别涉及煤矿井下快速降氧剂及降氧装置与工艺。
背景技术
[0002] 煤矿井下采空区等风流不畅区域，存在瓦斯积聚与自然发火双重隐患，而且两种隐患的治理方法往往相互冲突，治理难度极大。若加强通风排放瓦斯，会增加采空区供氧，容易引起自然发火；若控制漏风则会引起瓦斯积聚，增加瓦斯爆炸危险程度，这是煤矿安全生产中难以解决的问题。
[0003] 在采空区火灾与瓦斯危害共存的条件下，目前国内外治理的方法主要是采取直接灭火、封闭隔离以及注入惰气灭火等方法，但引起矿井瓦斯爆炸事故时有发生。以铜川陈家山矿某综采面为例，该工作面采空区着火引燃瓦斯，由于瓦斯燃烧迅速，直接灭火失败，最后不得不封闭火区，然后采用DQ-500惰气发生装置向封闭区注入惰气灭火。但自从封闭起13个小时内，连续发生了爆炸几十次。第13小时，由于爆炸威力较大，爆炸冲击波冲开了密闭。造成这种现象的的原因是，火区封闭后采空区瓦斯浓度升高，达到了爆炸界线；而此时氧气浓度也在爆炸限以内，因此必然会发生爆炸。虽然在理论上讲，注入惰性气体可以降低采空区氧浓度及瓦斯浓度，但在实际应用中，由于注入惰气时的正压驱赶作用，容易引起瓦斯积聚，造成局部瓦斯浓度升高，同样会发生爆炸。为此急需找到新的技术方案，解决若加强通风排放瓦斯，会增加采空区供氧，容易引起自然发火；若控制漏风则会引起瓦斯积聚，增加瓦斯爆炸危险程度。
发明内容
[0004] 发明一种煤矿井下快速降氧剂及降氧装置与工艺。这一技术工艺有效地解决了通风排放瓦斯（或抽放）容易引起煤炭氧化自燃，而控制漏风则容易引起瓦斯积聚的难题。此外，通过雾化降氧剂吸收密闭区的氧气，即可以快速降低氧含量，又不会产生气体压缩、驱赶作用，从而可避免瓦斯爆炸等事故。这一技术的研究开发为矿井火灾与瓦斯的防治提供了全新的解决方案。
[0005] 本发明所要解决的技术问题的技术方案是：提供一种煤矿井下快速降氧剂及降氧装置与工艺。
[0006] 一种煤矿井下快速降氧剂，特点在于它包括主剂焦性没什子酸（C6H6O3）、辅助剂氢氧化钾（KOH）、水（H2O），配比为焦性没什子酸的浓度为0.05~0.6 mol/kg、氢氧化钾的浓度为0.1~0.6 mol/kg。
[0007] 一种煤矿井下快速降氧剂，特点在于它包括主剂焦性没什子酸（C6H6O3）、辅助剂氢氧化钠（NaOH）、水（H2O），配比为焦性没什子酸的浓度为0.05~0.6mol/kg、氢氧化钠的浓度为0.1~0.6 mol/kg。
[0008] 一种煤矿井下快速降氧剂，特点在于它包括主剂双连亚硫酸钠(Na2S2O4)、辅助剂氢氧化钠（NaOH）、水（H2O），配比为双连亚硫酸钠的浓度为0.015~0.6 mol/kg、氢氧化钠的浓度为0.1~0.6 mol/kg。
[0009] 一种煤矿井下快速降氧装置，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。特点在于煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关控制搅拌隔爆电机带动带有储液箱和进料口的叶片搅拌机构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关控制雾化隔爆电机带动高压柱塞泵通过输送管路连接雾化器构成，高压柱塞泵设有进液、排液、调压阀门。
[0010] 其中：测氧装置包括测氧仪连接氧气传感器。
[0011] 其中：雾化器由雾化器外壳内顺序放置带雾化孔的雾化片、雾化室、旋流器、弹簧后连接喷杆构成，旋流器上带有旋流槽，雾化片带有锥形室。
[0012] 一种煤矿井下快速降氧工艺，特点在于将井下快速降氧装置的主体部分置于雾化区以外的巷道中，氧气传感器、雾化器吊挂式布置于雾化区内，对雾化区用密闭墙进行密闭形成密闭区；按着煤矿井下快速降氧剂配比向进料口加入水，再加入煤矿井下快速降氧剂主剂、辅助剂，启动煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置后，启动雾化装置，利用测氧装置及井下气体分析系统对密闭区氧含量、瓦斯等参数进行跟踪观测。检测密闭区氧含量降至5%以下时可停止喷雾，如果液箱内有剩余药液，则需要全部喷完为止。喷雾降氧作业完成后，在进料口注入清水，启动高压柱塞泵清洗快速降氧装置过流部件，并将剩余降氧剂主剂、辅助剂带出井下并妥善密封保管，防止氧化。
[0013] 本发明的有益效果：在煤矿井下采空区或密闭区实现了化学药液降氧，降氧速度可达0.99%/min；煤矿井下快速降氧装置设计合理，操作简单，适合井下作业，产品易于加工；煤矿井下快速降氧工艺简单，解决了加强通风排放瓦斯，会增加采空区供氧，容易引起自然发火；若控制漏风则会引起瓦斯积聚，增加瓦斯爆炸危险程度的煤矿井下火灾与瓦斯灾害防治的难题。
附图说明
[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围将不仅限于下列内容的表述。
[0015] 图1为本发明的煤矿井下快速降氧装置及煤矿井下快速降氧工艺原理示意图；图2为本发明的煤矿井下快速降氧装置的雾化器结构示意图。
具体实施方式
[0016] 附图编号图中1.进料口，2.叶片搅拌机，3.搅拌隔爆电机，4.搅拌机防爆开关，5.高压柱塞泵防爆开关，6.测氧仪，7.密闭墙，8.氧气传感器，9.密闭区，10.雾化器，11.巷道，12.输送管路，13.高压柱塞泵，14.雾化隔爆电机，15.雾化器外壳，16.雾化室，17.雾化孔，18. 旋流槽，19. 锥形室，20.雾化片，21. 旋流器，22. 弹簧，23. 喷杆。
[0017] 第一实施例一种煤矿井下快速降氧剂，它包括主剂焦性没什子酸、辅助剂氢氧化钾、水，配比为焦性没什子酸的浓度为0.2 mol/kg、氢氧化钾的浓度为0.6 mol/kg 。其中主剂焦性没什子
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酸用量139kg、辅助剂氢氧化钾185kg、水5192kg，配制5.5m 的煤矿井下快速降氧剂；
使用的一种煤矿井下快速降氧装置，参见图1、图2，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关4控制搅拌隔爆电机3带动带有储液箱和进料口1的叶片搅拌机2构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关5控制雾化隔爆电机14带动高压柱塞泵13通过输送管路12连接雾化器10构成，高压柱塞泵13设有进液、排液、调压阀门，其中：测氧装置包括测氧仪6连接氧气传感器8，其中：雾化器10由雾化器外壳15内顺序放置带雾化孔17的雾化片20、雾化室16、旋流器21、弹簧22后连接喷杆23构成，旋流器
21上带有旋流槽18，雾化片20带有锥形室19。
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酸用量139kg、辅助剂氢氧化钾185kg、水5192kg，配制5.5m 的煤矿井下快速降氧剂；
使用的一种煤矿井下快速降氧装置，参见图1、图2，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关4控制搅拌隔爆电机3带动带有储液箱和进料口1的叶片搅拌机2构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关5控制雾化隔爆电机14带动高压柱塞泵13通过输送管路12连接雾化器10构成，高压柱塞泵13设有进液、排液、调压阀门，其中：测氧装置包括测氧仪6连接氧气传感器8，其中：雾化器10由雾化器外壳15内顺序放置带雾化孔17的雾化片20、雾化室16、旋流器21、弹簧22后连接喷杆23构成，旋流器
21上带有旋流槽18，雾化片20带有锥形室19。
[0018] 使用的一种煤矿井下快速降氧工艺，参见图1，具体在于将井下快速降氧装置的主体部分置于雾化区以外的巷道11中，氧气传感器8、雾化器10吊挂式布置于雾化区内，对雾化区用密闭墙7进行密闭形成密闭区9；按着煤矿井下快速降氧剂配比向进料口1加入水5192kg，再加入煤矿井下快速降氧剂主剂焦性没什子酸用量139kg、辅助剂氢氧化钾185kg，按搅拌机防爆开关4启动煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置后，按高压柱塞泵防爆开关5启动雾化装置，利用测氧装置及井下气体分析系统对密闭区氧含量、瓦斯等参数进行跟踪观测。当检测密闭区9氧含量降至4.9%时停止喷雾，液箱内有少量剩余药液，将其全部喷完。喷雾降氧作业完成后，在进料口1注入清水，启动高压柱塞泵清洗快速降氧装置过流部件，并将剩余降氧剂主剂、辅助剂带出井下并妥善密封保管，防止氧化。
[0019] 在氧含量的测定中，测氧装置使用了AQX-1型数字氧气浓度仪。
[0020] 其中煤矿井下快速降氧实际实验工作参数如下：系统雾化工作压力为5~6MPa；工3 3
作流量为5.0m/h；巷道内温度为26℃；巷道内湿度为67%；巷道密闭内容积75m。降氧速度为0.99%/min ~0.10%/min。巷道内氧浓度由20.9%下降到4.9%。
作流量为5.0m/h；巷道内温度为26℃；巷道内湿度为67%；巷道密闭内容积75m。降氧速度为0.99%/min ~0.10%/min。巷道内氧浓度由20.9%下降到4.9%。
[0021] 第二实施例一种煤矿井下快速降氧剂，它包括主剂焦性没什子酸、辅助剂氢氧化钠、水，配比为焦性没什子酸的浓度为0.2 mol/kg、氢氧化钠的浓度为0.6 mol/kg。其中主剂焦性没什子酸
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用量139kg、辅助剂氢氧化钠132kg、水5245kg，配制5.5m 的煤矿井下快速降氧剂；
使用的一种煤矿井下快速降氧装置，参见图1、图2，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关4控制搅拌隔爆电机3带动带有储液箱和进料口1的叶片搅拌机2构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关5控制雾化隔爆电机14带动高压柱塞泵13通过输送管路12连接雾化器10构成，高压柱塞泵13设有进液、排液、调压阀门，其中：测氧装置包括测氧仪6连接氧气传感器8，其中：雾化器10由雾化器外壳15内顺序放置带雾化孔17的雾化片20、雾化室16、旋流器21、弹簧22后连接喷杆23构成，旋流器
21上带有旋流槽18，雾化片20带有锥形室19。
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用量139kg、辅助剂氢氧化钠132kg、水5245kg，配制5.5m 的煤矿井下快速降氧剂；
使用的一种煤矿井下快速降氧装置，参见图1、图2，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关4控制搅拌隔爆电机3带动带有储液箱和进料口1的叶片搅拌机2构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关5控制雾化隔爆电机14带动高压柱塞泵13通过输送管路12连接雾化器10构成，高压柱塞泵13设有进液、排液、调压阀门，其中：测氧装置包括测氧仪6连接氧气传感器8，其中：雾化器10由雾化器外壳15内顺序放置带雾化孔17的雾化片20、雾化室16、旋流器21、弹簧22后连接喷杆23构成，旋流器
21上带有旋流槽18，雾化片20带有锥形室19。
[0022] 使用的一种煤矿井下快速降氧工艺，参见图1，具体在于将井下快速降氧装置的主体部分置于雾化区以外的巷道11中，氧气传感器8、雾化器10吊挂式布置于雾化区内，对雾化区用密闭墙7进行密闭形成密闭区9；按着煤矿井下快速降氧剂配比向进料口1加入水5245kg，再加入煤矿井下快速降氧剂主剂焦性没什子酸用量139kg、辅助剂氢氧化钠132kg，按搅拌机防爆开关4启动煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置后，按高压柱塞泵防爆开关5启动雾化装置，利用测氧装置及井下气体分析系统对密闭区氧含量、瓦斯等参数进行跟踪观测。当检测密闭区9氧含量降至4.6%时停止喷雾，液箱内有少量剩余药液，将其全部喷完。喷雾降氧作业完成后，在进料口1注入清水，启动高压柱塞泵清洗快速降氧装置过流部件，并将剩余降氧剂主剂、辅助剂带出井下并妥善密封保管，防止氧化。
[0023] 在氧含量的测定中，测氧装置使用了AQX-1型数字氧气浓度仪。
[0024] 其中煤矿井下快速降氧实际实验工作参数如下：系统雾化工作压力为5~6MPa；工3 3
作流量为5.0m/h；巷道内温度为25℃；巷道内湿度为66%；巷道密闭内容积75m。降氧速度为0.97%/min ~0.09%/min。巷道内氧浓度由20.7%下降到4.6%。
作流量为5.0m/h；巷道内温度为25℃；巷道内湿度为66%；巷道密闭内容积75m。降氧速度为0.97%/min ~0.09%/min。巷道内氧浓度由20.7%下降到4.6%。
[0025] 第三实施例一种煤矿井下快速降氧剂，它包括主剂双连亚硫酸钠、辅助剂氢氧化钠、水，配比为双连亚硫酸钠的浓度为0.2 mol/kg 、氢氧化钠的浓度为0.4 mol/kg。其中双连亚硫酸钠用
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量288kg，氢氧化钠132kg，水7860kg，配制8.3m 的煤矿井下快速降氧剂；
使用的一种煤矿井下快速降氧装置，参见图1、图2，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关4控制搅拌隔爆电机3带动带有储液箱和进料口1的叶片搅拌机2构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关5控制雾化隔爆电机14带动高压柱塞泵13通过输送管路12连接雾化器10构成，高压柱塞泵13设有进液、排液、调压阀门，其中：测氧装置包括测氧仪6连接氧气传感器8，其中：雾化器10由雾化器外壳15内顺序放置带雾化孔17的雾化片20、雾化室16、旋流器21、弹簧22后连接喷杆23构成，旋流器
21上带有旋流槽18，雾化片20带有锥形室19。
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量288kg，氢氧化钠132kg，水7860kg，配制8.3m 的煤矿井下快速降氧剂；
使用的一种煤矿井下快速降氧装置，参见图1、图2，它包括煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置、煤矿井下快速降氧剂雾化装置、测氧装置构成。煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置由搅拌机防爆开关4控制搅拌隔爆电机3带动带有储液箱和进料口1的叶片搅拌机2构成，煤矿井下快速降氧剂雾化装置由高压柱塞泵防爆开关5控制雾化隔爆电机14带动高压柱塞泵13通过输送管路12连接雾化器10构成，高压柱塞泵13设有进液、排液、调压阀门，其中：测氧装置包括测氧仪6连接氧气传感器8，其中：雾化器10由雾化器外壳15内顺序放置带雾化孔17的雾化片20、雾化室16、旋流器21、弹簧22后连接喷杆23构成，旋流器
21上带有旋流槽18，雾化片20带有锥形室19。
[0026] 使用的一种煤矿井下快速降氧工艺，参见图1，具体在于将井下快速降氧装置的主体部分置于雾化区以外的巷道11中，氧气传感器8、雾化器10吊挂式布置于雾化区内，对雾化区用密闭墙7进行密闭形成密闭区9；按着煤矿井下快速降氧剂配比向进料口1加入水7860kg，再加入煤矿井下快速降氧剂主剂双连亚硫酸钠用量288kg、辅助剂氢氧化钠132kg，按搅拌机防爆开关4启动煤矿井下快速降氧剂配料搅拌装置后，按高压柱塞泵防爆开关5启动雾化装置，利用测氧装置及井下气体分析系统对密闭区氧含量、瓦斯等参数进行跟踪观测。当检测密闭区9氧含量降至4.7%时停止喷雾，液箱内无剩余药液，喷雾降氧作业完成后，在进料口1注入清水，启动高压柱塞泵清洗快速降氧装置过流部件，并将剩余降氧剂主剂、辅助剂带出井下并妥善密封保管，防止氧化。
[0027] 在氧含量的测定中，测氧装置使用了AQX-1型数字氧气浓度仪。
[0028] 其中煤矿井下快速降氧实际实验工作参数如下：系统雾化工作压力为5~6MPa；工3 3
作流量为5.0m/h；巷道内温度为26℃；巷道内湿度为65%；巷道密闭内容积75m。降氧速度为0.52%/min ~0.05%/min。巷道内氧浓度由20.7%下降到4.7%。
作流量为5.0m/h；巷道内温度为26℃；巷道内湿度为65%；巷道密闭内容积75m。降氧速度为0.52%/min ~0.05%/min。巷道内氧浓度由20.7%下降到4.7%。
[0029] 实际应用表明，主剂为双连亚硫酸钠的煤矿井下快速降氧剂和主剂为焦性没什子酸的煤矿井下快速降氧剂，都可以通过喷雾工艺把井下密闭区内的氧气降到5% 以下。煤矿井下快速降氧剂的降氧速度和能力受药液浓度、喷雾强度、环境温度等因素影响。喷雾降氧速度，还随着井下密闭空间的氧浓度的降低而不断下降。在药液浓度等条件相同的情况下，主剂为双连亚硫酸钠的煤矿井下快速降氧剂降氧速度和能力较主剂为焦性没什子酸的煤矿井下快速降氧剂低。