[发明专利]一种气液两相流体双层管路输运末端网式发泡装置

说明书

本发明提供一种气液两相流体双层管路输运末端网式发泡装置，包括双层管路；双层管路包括外层管、内层管；内层管和外层管之间通过连接杆相连并形成圆环形空腔；内层管用于输送发泡剂预混液，圆环形空腔用于输送气体；内层管的输出端设有雾化喷头；外层管在雾化喷头的喷射方向上设有发泡网。雾化喷头用于将含有发泡剂的预混液雾化成微细颗粒并喷射至发泡网上，发泡网对雾化颗粒具有高吸着力，附着在发泡网上的雾化颗粒在通过内层管和外层管之间的圆环形空腔输运的高压气体的作用下发泡，并注入目标区域。本发明克服了传统装置在治理高位火区时下游泡沫输运管线沿程阻力损失大，管路末端出口处的压力小、泡沫易破碎，最终发泡效果差等缺陷。

本申请是母案名称为“一种气液两相流体双层管路输运末端网式发 泡装置”的发明专利的分案申请；母案申请的申请号为： CN201911093290.8；母案申请的申请日为：2019.11.11。

技术领域

本发明涉及一种发泡装置，尤其适用于煤自燃火灾的治理的气液两相流体 双层管路输运末端网式发泡装置及方法。

背景技术

煤炭开采过程中会遗留大量浮煤在采空区，浮煤在与氧气的长期接触过程 中发生氧化反应，产生热量并逐渐积聚，当达到煤的燃点时发生自燃，由煤自 燃引发的矿井火灾和煤田火灾是我国煤矿领域主要的自然灾害。事故统计数据 显示，我国90％以上的矿井火灾是由煤自燃引起的，70％以上的大中型煤矿存 在煤层自然发火危险，每年因煤自燃造成的矿井安全隐患超过4000次，引发 的灾害超过360起。我国每年因煤田火灾直接烧失的煤炭量达2000万吨以上， 并且导致近10倍的呆滞煤炭资源无法开采。煤自燃火灾不仅烧毁大量煤炭资 源，破坏当地生态环境，其燃烧过程还会产生CO、SO 2等大量有毒有害气 体，对井下人员生命安全构成严重威胁。此外，矿井火灾极易引发瓦斯、煤尘 爆炸事故，造成群死群伤的重特大事故，对社会的稳定和谐发展产生恶劣影响。 因此，煤自燃火灾的治理对于保护煤炭资源、保障矿井安全生产具有十分重要 的意义。

两相泡沫技术作为扑灭大空间隐蔽煤自燃火灾的一种重要方法，以其大流 量、高倍数、高堆积性的特点获得了广泛应用，处理了大量矿井火灾和煤田火 灾。传统矿井防灭火两相泡沫的制备利用专门的添加装置将发泡剂添加至输水 管路中，水与发泡剂在流入混合器中混合后形成预混泡沫液并进入涡轮式或挡 板式发泡器，在发泡器中接入氮气(压风)管路，氮气(压风)与含有发泡剂 的预混泡沫液相互作用产生出两相泡沫，形成的两相泡沫在水、气压力作用下 通过管路输运到煤自燃火区进行灭火作业。由于泡沫的下游输运管线沿程阻力 损失较大，当该两相泡沫制备方法用于治理同一水平火区或下水平低位火区时 尚能取得较好的灭火效果，但是当用于治理上水平高位火区时，泡沫在沿程阻 力和高差导致的重力作用下自身会发生破碎，在管路末端出口处的压力也急剧 减小，导致最终发泡效果差、扩散范围小、堆积高度低，严重影响灭火效果。

泡沫的终端输出状态是保障灭火效果的关键，在开展灭火作业时，应尽可 能将发泡器放置在距煤自燃火区最近的位置，缩短泡沫的管道输运距离，降低 沿程阻力损失。然而，当前两相泡沫制备过程中，液体(水和发泡剂形成的预 混泡沫液)和气体(氮气或压风)分别通过两条管路分别进入发泡器，无法通 过钻孔内的一条管路同时将气、液两相介质输运至发泡器，且发泡器尺寸较大， 在最理想的状态下，发泡器只能放在钻孔前方，无法深入钻孔内部乃至直达煤 自燃火区，导致在治理高位火区时效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能够布置到 煤自燃火区内，同时将气、液两相流体通过钻孔内的一条管路输运，且管路末 端能够产生大流量、高倍数两相泡沫的发泡装置，该发泡装置流量大、发泡倍 数高、成泡效果好，能够扩大泡沫扩散范围和堆积高度，显著提高灭火效率、 缩短灭火工期、节省灭火成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：