用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置和方法

摘要

本发明涉及一种用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置和方法，属于煤矿领域。包括移动式的硫化氢吸收液混溶系统、分别设于其前后两端的均包括硫化氢浓度感应器和若干雾化喷头的前置喷雾及浓度监测系统和后置喷雾及浓度监测系统，以及控制系统；硫化氢浓度感应器与控制系统电连接；硫化氢吸收液混溶系统分别通过用于输送硫化氢吸收液的供液管道和用于输送空气的供气管道与雾化喷头连通，供液管道连通有均与控制系统电连接的液体增压泵、液体流量控制阀和液体流量计，供气管道连通有均与控制系统电连接的空气增压泵、气体流量控制阀和气体流量计。前后两端均可喷雾，实时调节吸收液浓度、喷射压力及雾化量，高效、精准防治及降尘。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿领域，涉及一种用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置和方法。

背景技术

硫化氢是有毒有害气体之一，该气体能够使接触者咳嗽、刺激眼睛强烈疼痛及红肿，严重时可使接触者失去知觉、呼吸停止、死亡等，对生产生活造成极大的伤害。然而，一方面煤层埋藏形成过程中由于含硫矿物的影响常常伴随硫化氢气体的生成，并赋存在原始煤层中，另一方面，在煤与油气共存的地层中，由于石油开采导致油气中硫化氢逸散至煤层进一步增大煤层中硫化氢含量，对煤层开采造成重大的安全隐患。因此，通过不同的技术方法，合理、高效的降低采煤工作面的硫化氢浓度对保证现场工作人员的生命安全至关重要，对促进含硫化氢矿井高效生产具有重大意义。

为了能够有效降低采煤工作面硫化氢浓度，一些研究者通过采用向原始煤层注入碱液的方法降低煤层硫化氢含量；一些研究者则通过向采煤工作面喷射碱液降低工作面硫化氢涌出量。这两种方法都在一定程度上降低了工作面硫化氢的含量，但是不能有效的将巷道中硫化氢进行隔绝；同时由于采掘活动强度不同，富集硫化氢的煤层的非均质性，不能有效掌握开采过程中硫化氢的涌出量，从而降低了硫化氢治理效果，对进行工作面采掘活动的人员造成安全隐患。因此，采用更加高效、精确的工作面硫化氢治理装置和方法对含有硫化氢煤层的安全开采，保证矿井高效、安全生产至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置和方法，以解决目前采煤工作面硫化氢防治装置和方法存在的不足。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置，包括移动式的硫化氢吸收液混溶系统、分别设于硫化氢吸收液混溶系统前后两端的前置喷雾及浓度监测系统和后置喷雾及浓度监测系统，以及控制系统；前置喷雾及浓度监测系统和后置喷雾及浓度监测系统均包括硫化氢浓度感应器和若干雾化喷头，硫化氢浓度感应器与控制系统电连接；硫化氢吸收液混溶系统分别通过用于输送硫化氢吸收液的供液管道和用于输送空气的供气管道与雾化喷头连通，供液管道连通有均与控制系统电连接的液体增压泵、液体流量控制阀和液体流量计，供气管道连通有均与控制系统电连接的空气增压泵、气体流量控制阀和气体流量计；前置喷雾及浓度监测系统的雾化喷头的喷射方向朝向采煤工作面，后置喷雾及浓度监测系统的雾化喷头的喷射方向与之相反。

进一步，雾化喷头分成多组喷头组，每组喷头组内的多个雾化喷头并排设置在喷头底座上，喷头底座和硫化氢浓度感应器固定在安装架上。

进一步，雾化喷头设有位于中心的与供液管道连通的硫化氢吸收液通道，以及其末端呈树状与硫化氢吸收液通道连通的多路空气通道；多路空气通道之间依次连通，其中，靠近硫化氢吸收液通道始端的一路空气通道的始端与供气管道连通，其他空气通道的始端不与外界连通。

进一步，雾化喷头整体呈椎体状，包括从外向内依次嵌套式螺纹连接的喷头外壳、第一导流罩、第二导流罩、第一喷头体和第二喷头体，其均具有中心内腔，共同构成硫化氢吸收液通道；第一喷头体和第二导流罩之间形成第一空气通道，第一空气通道的始端插装有中空的导气螺栓以连接第一喷头体和第二导流罩，并与供气管道连通；第二导流罩和第一导流罩之间形成第二空气通道，第二导流罩上均布有多个透气孔以使第一空气通道和第二空气通道连通；第一导流罩和喷头外壳之间形成第三空气通道，第一导流罩上均布有多个透气孔以使第二空气通道和第三空气通道连通。

进一步，前置喷雾及浓度监测系统布置有一套，后置喷雾及浓度监测系统前后并排布置有两套。

进一步，硫化氢吸收液混溶系统包括移动平台以及设置在其上的硫化氢吸收液配比箱、电动机、稀释剂箱和硫化氢吸收液箱；稀释剂箱和硫化氢吸收液箱分别通过稀释剂管道和硫化氢吸收液管道与硫化氢吸收液配比箱导通，稀释剂管道连通有泵I，硫化氢吸收液管道连通有泵II。

进一步，泵I和泵II并排安装在架设于电动机上方的支撑架上，支撑架安装在移动平台上。

进一步，硫化氢吸收液配比箱内插装有桨叶搅拌器，桨叶搅拌器通过竖直穿透硫化氢吸收液配比箱的连杆与硫化氢吸收液配比箱外下方的从动轮相连，从动轮通过皮带与电动机的输出端相连。

进一步，硫化氢吸收液配比箱上配置有电子吸收液浓度计和连通器式电子容量计，分别用于监测配比后的硫化氢吸收液的浓度和体积。

用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的方法，包括以下步骤：

S1.预处理：

预先现场勘查测定采煤工作面硫化氢涌出量，计算分析将硫化氢浓度降低至安全范围时所需硫化氢吸收液初始浓度和用量，准备硫化氢吸收液和稀释剂；

现场安装调试用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置；

S2.硫化氢防治及降尘：

前端拦截：前置喷雾及浓度监测系统中的硫化氢浓度感应器将监测到的硫化氢浓度反馈至控制系统；控制系统根据上述反馈信息控制硫化氢吸收液混溶系统对硫化氢吸收液进行配比，并实时调节配比后的硫化氢吸收液浓度；当配比后的硫化氢吸收液浓度和体积达到要求时，控制系统分别控制液体增压泵和空气增压泵将配比后的硫化氢吸收液和空气导入前置喷雾及浓度监测系统的雾化喷头进行雾化并朝向采煤工作面喷射，消除采煤工作面硫化氢，实现对硫化氢气体的初次拦截，并降低粉尘浓度；在此过程中，控制系统通过控制液体增压泵和空气增压泵，以及相应的液体流量控制阀和气体流量控制阀，实时调节前置喷雾及浓度监测系统的雾化喷头的喷射压力及雾化量；

后端拦截：与此同时，控制系统分别控制液体增压泵和空气增压泵将配比后的硫化氢吸收液和空气也依次导入后置喷雾及浓度监测系统的雾化喷头进行雾化并背向采煤工作面喷射，消除采煤工作面的巷道中的硫化氢，实现对硫化氢气体的再次拦截，保持巷道中硫化氢浓度在安全范围内，并降低粉尘浓度；在此过程中，控制系统通过控制液体增压泵和空气增压泵，以及相应的液体流量控制阀和气体流量控制阀，实时调节后置喷雾及浓度监测系统的雾化喷头的喷射压力及雾化量。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明不仅通过前置喷雾及浓度监测系统来吸收和降解采煤工作面前端涌出的硫化氢，同时通过后置喷雾及浓度监测系统进一步消除采煤工作面后端的硫化氢，避免硫化氢逸散到巷道中，提高硫化氢防治效果，同时降低粉尘浓度。

(2)本发明采用自动反馈调节的方法，通过硫化氢浓度感应器实时掌握硫化氢浓度，并通过控制系统实时调节硫化氢吸收液浓度、喷射压力及雾化量，最大限度节省硫化氢吸收液用量，节约资源，达到更为高效、精准地治理硫化氢及降尘的效果，保证工作人员的安全。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明用于煤矿井下采煤工作面硫化氢防治及降尘的装置的结构示意图；

图2为硫化氢吸收液混溶系统的结构示意图；

图3为喷头组的结构示意图；

图4为雾化喷头的结构示意图。

附图标记：前置喷雾及浓度监测系统100、硫化氢吸收液混溶系统200、后置喷雾及浓度监测系统300、控制系统400；采煤工作面1、硫化氢浓度感应器2、雾化喷头3、供气支管4、供液支管5、数据总线6、液体流量计7、气体流量计8、气体流量控制阀9、液体流量控制阀10；

喷头组11、硫化氢吸收液导管12、空气导管13、数据线14、集线器15、供气总管16、供液总管17、硫化氢吸收液管道18、稀释剂管道19、泵I20、泵II21、稀释剂箱22、硫化氢吸收液箱23、硫化氢吸收液配比箱24、桨叶搅拌器25、电子吸收液浓度计26、支架27、从动轮28、连通器式电子容量计29、支撑架30、皮带31、电动机32、空气增压泵33、液体增压泵34、移动平台35；

喷头底座36、硫化氢吸收液通道37、第一空气通道38、第二空气通道39、第三空气通道40；

喷头外壳41、第一导流罩42、第二导流罩43、第一喷头体44、第二喷头体45、导气螺栓46、透气孔47。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，为一种用于煤矿井下采煤工作面1硫化氢防治及降尘的装置，本装置能够跟随采煤工作面1进行移动，包括移动式的硫化氢吸收液混溶系统200、分别设于硫化氢吸收液混溶系统200前后两端的前置喷雾及浓度监测系统100和后置喷雾及浓度监测系统300，以及控制系统400。

如图1和图2所示，硫化氢吸收液混溶系统200包括移动平台35以及从前至后依次通过相应支架27设置在其上的硫化氢吸收液配比箱24、电动机32、稀释剂箱22和硫化氢吸收液箱23。稀释剂箱22通过稀释剂管道19与硫化氢吸收液配比箱24导通，稀释剂管道19连通有泵I20；硫化氢吸收液箱23通过硫化氢吸收液管道18与硫化氢吸收液配比箱24导通，硫化氢吸收液管道18连通有泵II21；泵I20和泵II21并排安装在架设于电动机32上方的支撑架30上，该支撑架30安装在移动平台35上。通过泵I20和泵II21分别将稀释剂和硫化氢吸收液抽送至硫化氢吸收液配比箱24内。本实施例中，稀释剂采用水，硫化氢吸收液采用碱液。硫化氢吸收液配比箱24内插装有桨叶搅拌器25，桨叶搅拌器25通过竖直穿透硫化氢吸收液配比箱24的连杆与硫化氢吸收液配比箱24外下方的从动轮28相连，从动轮28通过皮带31与电动机32的输出端相连。通过电动机32提供驱动力，驱使皮带31及从动轮28传动，进而带动桨叶搅拌器25旋转，将硫化氢吸收液配比箱24内的稀释剂和硫化氢吸收液搅拌混匀。硫化氢吸收液配比箱24上配置有电子吸收液浓度计26和连通器式电子容量计29，分别用于监测配比后的硫化氢吸收液的浓度和体积。

硫化氢吸收液配比箱24的底部连通有供液总管17，并分别通过供液支管5通向前置喷雾及浓度监测系统100和后置喷雾及浓度监测系统300，供液支管5上对应设置有液体流量控制阀10和位于其下游的液体流量计7；供液总管17上连通有液体增压泵34，液体增压泵34通过相应支架27设置在移动平台35的前端。移动平台35的后端还通过相应支架27设置有空气增压泵33，空气增压泵33连通有供气总管16，供气总管16分别通过供气支管4通向前置喷雾及浓度监测系统100和后置喷雾及浓度监测系统300，供气支管4上对应设置有气体流量控制阀9和位于其下游的气体流量计8。

电子吸收液浓度计26、连通器式电子容量计29、泵I20、泵II21、电动机32、液体增压泵34、液体流量控制阀10、液体流量计7、空气增压泵33、气体流量控制阀9和气体流量计8分别连接有数据线14，各数据线14分别通过集线器15连接于数据总线6，数据总线6连接于控制系统400。

如图1～图3所示，前置喷雾及浓度监测系统100和后置喷雾及浓度监测系统300的结构类似，其数量可以根据实际需求合理选择，本实施例中，前置喷雾及浓度监测系统100布置一套，后置喷雾及浓度监测系统300前后并排布置两套。前置喷雾及浓度监测系统100和后置喷雾及浓度监测系统300均包括用于监测硫化氢浓度的硫化氢浓度感应器2和用于喷射喷雾以吸收硫化氢及降尘的多组喷头组11，每组喷头组11包括多个并排设置的雾化喷头3，雾化喷头3通过螺纹旋拧在喷头底座36上，硫化氢浓度感应器2和喷头底座36均通过螺钉固定在安装架上。硫化氢浓度感应器2通过数据线14与控制系统400相连，以将监测到的硫化氢浓度反馈给控制系统400。硫化氢浓度感应器2、喷头组11及每组内雾化喷头3的数量可以根据实际采煤工作面1大小及硫化氢涌出量进行不同的配置。前置喷雾及浓度监测系统100的雾化喷头3的喷射方向朝向采煤工作面1，后置喷雾及浓度监测系统300的雾化喷头3的喷射方向与之相反。

如图4所示，雾化喷头3整体呈锥体状，包括从外向内依次嵌套式螺纹连接的喷头外壳41、第一导流罩42、第二导流罩43、第一喷头体44和第二喷头体45，其均具有中心内腔，共同构成硫化氢吸收液通道37，硫化氢吸收液通道37的始端通过硫化氢吸收液导管12与相应的供液支管5相连通；第一喷头体44和第二导流罩43之间形成第一空气通道38，第一空气通道38的始端插装有中空的导气螺栓46以连接第一喷头体44和第二导流罩43，并且通过空气导管13与相应的供气支管4相连通，第一空气通道38的末端与硫化氢吸收液通道37倾斜连通；第二导流罩43和第一导流罩42之间形成第二空气通道39，第二空气通道39的始端不与外界连通，第二导流罩43上均布有多个透气孔47以使第一空气通道38和第二空气通道39连通，第二空气通道39的末端与硫化氢吸收液通道37倾斜连通；第一导流罩42和喷头外壳41之间形成第三空气通道40，第三空气通道40的始端不与外界连通，第一导流罩42上均布有多个透气孔47以使第二空气通道39和第三空气通道40连通，第三空气通道40的末端与硫化氢吸收液通道37倾斜连通。硫化氢吸收液通道37与第一空气通道38、第二空气通道39、第三空气通道40呈树状分布。本实施例中，硫化氢吸收液导管12和空气导管13均采用高压胶管。

通过硫化氢吸收液导管12将硫化氢吸收液配比箱24内配比好的硫化氢吸收液导入雾化喷头3的硫化氢吸收液通道37，同时，通过空气导管13将空气增压泵33提供的压缩空气导入雾化喷头3的第一空气通道38，并通过相应透气孔47依次进入第二空气通道39和第三空气通道40，分多路与硫化氢吸收液通道37内的硫化氢吸收液混合，在硫化氢吸收液通道37的末端将硫化氢吸收液雾化。

控制系统400包括计算机软件和硬件设备，本实施例中，控制系统400为一套流量调节控制系统。

利用本装置进行煤矿井下采煤工作面1硫化氢防治及降尘的方法，包括以下步骤：

S1.预处理：

预先现场勘查测定采煤工作面1硫化氢涌出量，计算分析将硫化氢浓度降低至安全范围时所需硫化氢吸收液初始浓度和用量，准备硫化氢吸收液和稀释剂；

现场安装调试本装置；

S2.硫化氢防治及降尘：

前端拦截：前置喷雾及浓度监测系统100中的硫化氢浓度感应器2将监测到的硫化氢浓度反馈至控制系统400；控制系统400根据上述反馈信息调节泵I20和泵II21分别从稀释剂箱22和硫化氢吸收液箱23内汲取稀释剂和硫化氢吸收液，并抽送至硫化氢吸收液配比箱24内进行配比，经桨叶搅拌器25搅拌充分混合，实时调节配比后的硫化氢吸收液的浓度，同时电子吸收液浓度计26和连通器式电子容量计29分别监测配比后的硫化氢吸收液浓度和体积并反馈至控制系统400；当配比后的硫化氢吸收液浓度和体积达到要求时，控制系统400分别控制液体增压泵34和空气增压泵33将配比后的硫化氢吸收液和压缩空气导入前置喷雾及浓度监测系统100的雾化喷头3进行雾化并朝向采煤工作面1喷射，消除采煤工作面1硫化氢，实现对硫化氢气体的初次拦截，并降低粉尘浓度；在此过程中，控制系统400通过控制液体增压泵34和空气增压泵33，以及相应的液体流量控制阀10和气体流量控制阀9，实时调节前置喷雾及浓度监测系统100的雾化喷头3的喷射压力及雾化量；

后端拦截：与此同时，控制系统400分别控制液体增压泵34和空气增压泵33将配比后的硫化氢吸收液和压缩空气也依次导入两套后置喷雾及浓度监测系统300的雾化喷头3进行雾化并背向采煤工作面1喷射，消除采煤工作面1的巷道中的硫化氢，实现对硫化氢气体的二次和三次拦截，保持巷道中硫化氢浓度在安全范围内，并降低粉尘浓度；在此过程中，控制系统400通过控制液体增压泵34和空气增压泵33，以及相应的液体流量控制阀10和气体流量控制阀9，实时调节后置喷雾及浓度监测系统300的雾化喷头3的喷射压力及雾化量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。