[发明专利]防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法及系统

权利要求书

1.防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备系统，其特征在于：该系统包括供水管路(1)、注氮管路(2)、阻化剂储液罐(3)、吸液软管(4)、阻化剂添加装置(5)、螺旋雾化装置(6)、观测孔(7)及灌注管路(8)；其中，供水管路(1)和注氮管路(2)直接使用井下采煤工作面已有的注氮管路和供水管路，阻化剂添加装置(5)安装在供水管路(1)上，阻化剂储液罐(3)与阻化剂添加装置(5)通过吸液软管(4)连接，螺旋雾化装置(6)的进口与供水管路(1)和注氮管路(2)连接，螺旋雾化装置(6)的出口与灌注管路(8)连接，在灌注管路(8)上安装有观测孔(7)。

2.利用权利要求1所述系统进行的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：制备方法的流程如下：供水管路(1)内的压力水流经阻化剂添加装置(5)，在射流装置内形成负压，将储液罐(3)中的阻化剂经吸液软管(4)自动定量地添加到水管路中，形成预混阻化液，阻化液经阻化液进口管(6-1)流入螺旋雾化装置(6)，并与注氮管路(2)内的氮气充分混合，形成阻化汽雾，阻化汽雾由灌注管路(8)灌注到采空区内的氧化自燃带，观测孔(7)用以考察灌注到采空区内之前的阻化汽雾效果。

3.根据权利要求2所述的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：阻化剂添加装置(5)的主体为射流结构，射流结构包括进出口端的快速连接头(5-1)、喷嘴(5-2)、混合室(5-3)及阻化剂吸液口(5-4)，其中，喷嘴(5-2)由前端圆柱段、中间渐缩段及出口圆柱段组成，出口圆柱段位于阻化剂吸液口(5-4)的后部和喉管段之前，混合室(5-3)由喉管段及渐扩段组成，混合室(5-3)扩散段末端与快速接头(5-1)连接，吸液软管(4)与阻化剂添加装置(5)通过阻化剂吸液口(5-4)上的螺纹连接，喷嘴(5-2)的收缩角α为10～15°，喷嘴(5-2)的扩散角β为6～12°。

4.根据权利要求2所述的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：射流装置汽化吸液原理：压力水流经射流装置时，在喷嘴(5-2)内增速减压，在喷嘴(5-2)出口处达到最大速度，由于高速射流的紊动及边界效应，射流边界卷吸周围空气，形成负压腔，阻化剂在外界大气压的作用下被吸入射流装置内，主流体和引射阻化液在喉管内完成质量、能量和动量的交换，最终在扩散段的出口形成具有压力的预混阻化液；在形成高速射流的过程中，射流装置内部将出现特殊的临界工况，其发生在装置内负压降低到液体在该温度下的饱和蒸汽压时，在此状态下，流体将发生相变，首先在射流边界层内，小汽泡在局部区域小范围出现，之后流体本身汽化，流体变为汽液两相流，大量蒸汽泡充满吸液腔和喉管腔，蒸汽泡的产生减小了吸液通道过流断面面积，阻碍了被吸阻化液的进一步流入，阻化剂吸液量达到最大值。

5.根据权利要求4所述的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：射流装置的压强比不宜大于1/3。

6.根据权利要求2所述的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：螺旋雾化装置(6)由阻化液进口管(6-1)、基座(6-2)、固定盘(6-3)、弯管(6-4)及螺旋喷头(6-5)组成，其中，基座(6-2)焊接在注氮管路(2)外壁，阻化液进口管(6-1)由固定盘(6-3)通过内外螺纹固定在基座(6-2)上，弯管(6-4)连接阻化液进口管(6-1)与螺旋喷头(6-5)；螺旋喷头(6-5)呈环腔螺旋结构，螺旋喷头(6-5)的外部有多个逐渐减小的喷淋分层界面，螺旋喷头(6-5)的内腔为畅通流线型，螺旋喷头(6-5)与氮气流动方向相反，固定盘(6-3)的直径需大于弯管(6-4)与螺旋喷头(6-5)两者长度之和；螺旋雾化装置(6)的阻化液进口管(6-1)通过快速连接头(5-1)与阻化剂添加装置(5)连接。

7.根据权利要求6所述的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：螺旋雾化装置工作原理，阻化液由进口管(6-1)流入雾化装置(6)，阻化液经弯管(6-4)，由水平方向喷出，阻化液通过环腔螺旋结构的喷头时，与螺旋喷头(6-5)上连续变小的螺旋分层界面剪切碰撞，形成分层雾化液滴螺旋喷出。

8.根据权利要求7所述的防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法，其特征在于：多个螺旋喷头或采用并联的设计结构形式。