矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统及方法

摘要

矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统及方法，该系统是由主管路、注浆支管一、注浆支管二、注浆分管网一、注浆分管网二、电动三通阀、钢花管、定量添加泵、制浆池、搅拌泵、数显旋转粘度计、控制板、控制阀、气动注浆泵、压力表、流量计、均压器、调压阀、回风巷、采空区、综采工作面、液压支架所组成，通过采用数显旋转粘度计实时监测触变性浆体的粘度，并将粘度信号反馈至控制板实时调节搅拌泵转速，避免在注浆过程中浆体堵塞管路，通过控制板调节电动三通阀，控制注浆管网对采空区内部进行间歇交替注浆，实现触变性凝胶材料在采空区内沿工作面倾向方向由底板向高处堆积，隔断采空区漏风，防止遗煤自燃。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下防灭火领域，涉及一种煤矿采空区注浆堵漏风防灭火方法，具体为矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统及方法。

背景技术

矿井火灾是煤矿生产中的主要自然灾害之一，根据引火源不同，矿井火灾可分为内因火灾和外因火灾，其中90%~94%的矿井火灾事故是由内因火灾引起的，而采空区遗留残煤自燃火灾占矿井内因火灾的60%以上。目前国内煤矿普遍采用黄泥注浆、注惰性泡沫、凝胶和复合胶体等措施来防治采空区煤自燃。传统埋管灌浆技术，浆液在采空区内向地势低的地方流动、覆盖范围小、不能向高处堆积、易形成“拉沟”现象。同时，由于采空区多孔介质特性，导致采空区漏风规律不明确，自然发火高温点无法确定，高位火源无法及时探查，传统注浆方法无法及时有效作用于火源，只能针对采空区自燃带进行区域惰化或采用高倍数发泡泡沫进行大范围覆盖，造成注浆防灭火成本高，难以达到预期效果。而采用凝胶材料注浆因具有触变性，在搅拌后由于剪切力减小导致其粘度增加，进而使浆体流动缓慢，出现堵塞管路的现象，延误最佳防灭火时机，防灭火效率差。所以,急需一种安全、可靠的注浆防灭火技术解决传统注浆防灭火方法中注凝胶堵管、火源难以确定的问题。

发明内容

本发明矿井综采工作面液压支架间歇式注浆防灭火系统及方法，其目的在于针对上述传统注浆防灭火方法中注凝胶堵管、火源难以确定的问题，提供一种在矿井综采工作面液压支架架间向采空区铺设注浆管网，进行间歇式注浆的防灭火系统。

本发明的矿井综采工作面液压支架架间歇式注浆防灭火系统，其特征在于，包括：该系统由主管路、注浆支管一、注浆支管二、注浆分管网一、注浆分管网二、电动三通阀、钢花管、定量添加泵、制浆池、搅拌泵、数显旋转粘度计、控制板、气动注浆泵、控制阀、压力表、流量计、均压器一、均压器二、调压阀、回风巷、采空区、综采工作面、液压支架；所述主管路设置在回风巷中，主管路上安装有压力表、流量计、控制阀，主管路进口处连接有气动注浆泵，气动注浆泵安装有调压阀，连接有制浆池，制浆池左侧安装有定量添加泵，正上方安装有搅拌泵，搅拌泵上安装有数显旋转粘度计和控制板，控制板连接气动注浆泵、数显旋转粘度计、搅拌泵和电动三通阀，电动三通阀在综采工作面主管路出口处连接有注浆支管一和注浆支管二，所述注浆支管一和注浆支管二沿综采工作面倾向进行铺设，注浆支管一上安装有均压器一，连接有注浆分管网一，注浆分管网一末端连接有钢花管，注浆支管二上安装有均压器二，连接有注浆分管网二，注浆分管网二末端连接有钢花管，在所述综采工作面液压支架的间隙向采空区内以一定倾角打钻孔，所述注浆分管网一与注浆分管网二依次交错布置，经液压支架架间的钻孔埋入采空区中。

上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，其特征在于，采空区内铺设注浆分管网一和注浆分管网二的长度L=H/sinα，其中H为采空区冒落带的高度，α为钻孔与综采工作面上液压支架底板的夹角。

上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，其特征在于，所述均压器一实现注浆分管网一各注浆分管的压力相等，所述均压器二实现注浆分管网二各注浆分管压力相等，所述每个注浆分管间间隔1~3个液压支架。

上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，其特征在于，注浆分管网一和注浆分管网二末端连接的钢花管长度为3~5m，钢花管末端距离液压支架水平距离为10~20m，钢花管末端密闭。

上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，其特征在于，所述主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3为高压胶管，所述注浆分管网一4和注浆分管网二5为无缝钢管。

基于上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统实施的防灭火方法，包括：

（1）通过定量添加泵8将具有触变性的凝胶材料与水按照1：4或1：5或1：6的比例投放在制浆池9中，经搅拌泵10搅拌制成浆体；

（2）采用数显旋转粘度计11实时测量浆体的粘度，当浆体粘度为40mPa·s~80mPa·s时，打开主管路1上的控制阀14，通过控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，关闭注浆支管二3，开启气动注浆泵13经注浆分管网一4将浆体注入采空区21中，开始注浆20~30min，然后由控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管二3，关闭注浆支管一2，气动注浆泵13持续将浆体经注浆分管网二5注入采空区21中，再次注浆20~30min，控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，关闭注浆支管二3，继续将浆体注入采空区21中，之后依次循环往复，直至完成注浆。

上述的矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火方法，其特征在于，数显旋转粘度计11对注浆浆体粘度进行监测，并将粘度信号传递给控制板12，当注浆浆体粘度为250mPa·s~400mPa·s时，控制板12控制气动注浆泵13关闭，停止注浆，同时控制搅拌泵10以1000r/min~1300r/min转速运行，当注浆浆体粘度为40mPa·s~80mPa·s时，控制板12控制搅拌泵10以80r/min~120r/min转速运行，同时开启气动注浆泵13，开始注浆。

本发明矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统及方法与现有技术比，其优点及用途为:本发明所述的矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，在综采工作面液压支架的间隙以一定倾角向采空区内铺设注浆管网，通过实时监测注浆浆体粘度并使其始终不大于250mPa·s~400mPa·s，避免在注浆过程中触变性浆体由于剪切力减小导致粘度增加，流动缓慢，堵塞管路，采用间歇交替注浆的方式对采空区内部进行注浆，保证已注入采空区的浆体有足够的时间胶凝，实现触变性浆体在采空区内沿工作面倾向方向由底板向高处堆积，阻隔工作面向采空区漏风，防止采空区内遗煤自燃。

附图说明

图1为矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统平面示意图；

图2为矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统在E-E处的剖面图；

图中：1-主管路，2-注浆支管一，3-注浆支管二，4-注浆分管网一，5-注浆分管网二，6-电动三通阀，7-刚花管，8-定量添加泵，9-制浆池，10-搅拌泵，11-数显旋转粘度计，12-控制板，13-气动注浆泵，14-控制阀，15-压力表，16-流量计，17-均压器一，18-均压器二，19-调压阀，20-回风巷，21-采空区，22-综采工作面，23-液压支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

实施例1

矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，包括：

（1）该系统由主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3、注浆分管网一4、注浆分管网二5、电动三通阀6、钢花管7、定量添加泵8、制浆池9、搅拌泵10、数显旋转粘度计11、控制板12、气动注浆泵13、控制阀14、压力表15、流量计16、均压器一17、均压器二18、调压阀19所组成；

（2）本发明在综采工作面22液压支架23的间隙向采空区21内以一定倾角打钻孔，所述注浆分管网一4与注浆分管网二5依次交错布置，经液压支架23架间的钻孔埋入采空区21中，所述主管路1设置在回风巷20中，主管路1上安装有压力表15、流量计16、控制阀14，主管路1进口处连接有气动注浆泵13，气动注浆泵13安装有调压阀1，连接有制浆池9，制浆池9左侧安装有定量添加泵8，正上方安装有搅拌泵10，搅拌泵10上安装有数显旋转粘度计11和控制板12，控制板12连接气动注浆泵13、数显旋转粘度计11、搅拌泵10和电动三通阀6，电动三通阀6在综采工作面22主管路1出口处连接有注浆支管一2和注浆支管二3，所述注浆支管一2和注浆支管二3沿综采工作面22倾向进行铺设，注浆支管一2上安装有均压器一17，连接有注浆分管网一4，注浆分管网一4末端连接有钢花管7，注浆支管二3上安装有均压器二18，连接有注浆分管网二5，注浆分管网二5末端连接有钢花管7。

所述采空区21内铺设的注浆分管网一4和注浆分管网二5的长度L=H/sinα，其中H为采空区冒落带的高度，α为钻孔与综采工作面上液压支架底板的夹角。所述均压器一17实现注浆分管网一4各注浆分管的压力相等，所述均压器二18实现注浆分管网二5各注浆分管压力相等，所述每个注浆分管间间隔3个液压支架。所述注浆分管网一和注浆分管网二末端连接的钢花管长度为5m，钢花管末端距离液压支架水平距离为20m，钢花管末端密闭。所述主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3为高压胶管，所述注浆分管网一4和注浆分管网二5为无缝钢管。

基于上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统实施的防灭火方法，包括：

（1）通过定量添加泵8将具有触变性的凝胶材料与水按照1：4的比例投放在制浆池9中，经搅拌泵10搅拌制成浆体；

（2）采用数显旋转粘度计11实时测量浆体的粘度，当浆体粘度为60mPa·s~80mPa·s时，打开主管路1上的控制阀14，通过控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，关闭注浆支管二3，开启气动注浆泵13经注浆分管网一4将浆体注入采空区21中，开始注浆20min，然后由控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管二3，关闭注浆支管一2，气动注浆泵13持续将浆体经注浆分管网二5注入采空区21中，再次注浆20min，控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，关闭注浆支管二3，继续将浆体注入采空区21中，之后依次循环往复，直至完成注浆。

所述数显旋转粘度计11对注浆浆体粘度进行监测，并将粘度信号传递给控制板12，当注浆浆体粘度为250mPa·s~300mPa·s时，控制板12控制气动注浆泵13关闭，停止注浆，同时控制搅拌泵10以1300r/min转速运行，当注浆浆体粘度为60mPa·s~80mPa·s时，控制板12控制搅拌泵10以120r/min转速运行，同时开启气动注浆泵13，开始注浆。所述气动注浆泵13通过调压阀19调节自身注浆压力。

实施例2

矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统，包括：

（1）该系统由主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3、注浆分管网一4、注浆分管网二5、电动三通阀6、钢花管7、定量添加泵8、制浆池9、搅拌泵10、数显旋转粘度计11、控制板12、气动注浆泵13、控制阀14、压力表15、流量计16、均压器一17、均压器二18、调压阀19所组成；

（2）本发明在综采工作面22液压支架23的间隙向采空区21内以一定倾角打钻孔，所述注浆分管网一4与注浆分管网二5依次交错布置，经液压支架23架间的钻孔埋入采空区21中，所述主管路1设置在回风巷20中，主管路1上安装有压力表15、流量计16、控制阀14，主管路1进口处连接有气动注浆泵13，气动注浆泵13安装有调压阀1，连接有制浆池9，制浆池9左侧安装有定量添加泵8，正上方安装有搅拌泵10，搅拌泵10上安装有数显旋转粘度计11和控制板12，控制板12连接气动注浆泵13、数显旋转粘度计11、搅拌泵10和电动三通阀6，电动三通阀6在综采工作面22主管路1出口处连接有注浆支管一2和注浆支管二3，所述注浆支管一2和注浆支管二3沿综采工作面22倾向进行铺设，注浆支管一2上安装有均压器一17，连接有注浆分管网一4，注浆分管网一4末端连接有钢花管7，注浆支管二3上安装有均压器二18，连接有注浆分管网二5，注浆分管网二5末端连接有钢花管7。

所述采空区21内铺设的注浆分管网一4和注浆分管网二5的长度L=H/sinα，其中H为采空区冒落带的高度，α为钻孔与综采工作面上液压支架底板的夹角。所述均压器一17实现注浆分管网一4各注浆分管的压力相等，所述均压器二18实现注浆分管网二5各注浆分管压力相等，所述每个注浆分管间间隔2个液压支架。所述注浆分管网一和注浆分管网二末端连接的钢花管长度为4m，钢花管末端距离液压支架水平距离为15m，钢花管末端密闭。所述主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3为高压胶管，所述注浆分管网一4和注浆分管网二5为无缝钢管。

基于上述矿井综采工作面液压支架间间歇式注浆防灭火系统实施的防灭火方法，包括：

（1）通过定量添加泵8将具有触变性的凝胶材料与水按照1：5的比例投放在制浆池9中，经搅拌泵10搅拌制成浆体；

（2）采用数显旋转粘度计11实时测量浆体的粘度，当浆体粘度为50mPa·s~70mPa·s时，打开主管路1上的控制阀14，通过控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，关闭注浆支管二3，开启气动注浆泵13经注浆分管网一4将浆体注入采空区21中，开始注浆25min，然后由控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管二3，关闭注浆支管一2，气动注浆泵13持续将浆体经注浆分管网二5注入采空区21中，再次注浆25min，控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，注浆支管二3，继续将浆体注入采空区21中，之后依次循环往复，直至完成注浆。

所述数显旋转粘度计11对注浆浆体粘度进行监测，并将粘度信号传递给控制板12，当注浆浆体粘度为300mPa·s~350mPa·s时，控制板12控制气动注浆泵13关闭，停止注浆，同时控制搅拌泵10以1100r/min转速运行，当注浆浆体粘度为50mPa·s~70mPa·s时，控制板12控制搅拌泵10以100r/min转速运行，同时开启气动注浆泵13，开始注浆。所述气动注浆泵13通过调压阀19调节自身注浆压力。

实施例3

矿井综采工作面液压支架架间间歇式注浆防灭火系统，包括：

（1）该系统由主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3、注浆分管网一4、注浆分管网二5、电动三通阀6、钢花管7、定量添加泵8、制浆池9、搅拌泵10、数显旋转粘度计11、控制板12、气动注浆泵13、控制阀14、压力表15、流量计16、均压器一17、均压器二18、调压阀19所组成；

（2）本发明在综采工作面22液压支架23的间隙向采空区21内以一定倾角打钻孔，所述注浆分管网一4与注浆分管网二5依次交错布置，经液压支架23架间的钻孔埋入采空区21中，所述主管路1设置在回风巷20中，主管路1上安装有压力表15、流量计16、控制阀14，主管路1进口处连接有气动注浆泵13，气动注浆泵13安装有调压阀1，连接有制浆池9，制浆池9左侧安装有定量添加泵8，正上方安装有搅拌泵10，搅拌泵10上安装有数显旋转粘度计11和控制板12，控制板12连接气动注浆泵13、数显旋转粘度计11、搅拌泵10和电动三通阀6，电动三通阀6在综采工作面22主管路1出口处连接有注浆支管一2和注浆支管二3，所述注浆支管一2和注浆支管二3沿综采工作面22倾向进行铺设，注浆支管一2上安装有均压器一17，连接有注浆分管网一4，注浆分管网一4末端连接有钢花管7，注浆支管二3上安装有均压器二18，连接有注浆分管网二5，注浆分管网二5末端连接有钢花管7。

所述采空区21内铺设的注浆分管网一4和注浆分管网二5的长度L=H/sinα，其中H为采空区冒落带的高度，α为钻孔与综采工作面上液压支架底板的夹角。所述均压器一17实现注浆分管网一4各注浆分管的压力相等，所述均压器二18实现注浆分管网二5各注浆分管压力相等，所述每个注浆分管间间隔1个液压支架。所述注浆分管网一和注浆分管网二末端连接的钢花管长度为3m，钢花管末端距离液压支架水平距离为10m，钢花管末端密闭。所述主管路1、注浆支管一2、注浆支管二3为高压胶管，所述注浆分管网一4和注浆分管网二5为无缝钢管。

基于上述矿井综采工作面液压支架架间间歇式注浆防灭火系统实施的防灭火方法，包括：

（1）通过定量添加泵8将具有触变性的凝胶材料与水按照1：6的比例投放在制浆池9中，经搅拌泵10搅拌制成浆体；

（2）采用数显旋转粘度计11实时测量浆体的粘度，当浆体粘度为40mPa·s~60mPa·s时，打开主管路1上的控制阀14，通过控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，并关闭注浆支管二3，开启气动注浆泵13经注浆分管网一4将浆体注入采空区21中，开始注浆30min，然后由控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管二3，并关闭注浆支管一2，气动注浆泵13持续将浆体经注浆分管网二5注入采空区21中，再次注浆30min，控制板12调节电动三通阀6连通主管路1至注浆支管一2，并关闭注浆支管二3，继续将浆体注入采空区21中，之后依次循环往复，直至完成注浆。

所述数显旋转粘度计11对注浆浆体粘度进行监测，并将粘度信号传递给控制板12，当注浆浆体粘度为350mPa·s~400mPa·s时，控制板12控制气动注浆泵13关闭，停止注浆，同时控制搅拌泵10以1000r/min转速运行，当注浆浆体粘度为40mPa·s~60mPa·s时，控制板12控制搅拌泵10以80r/min转速运行，同时开启气动注浆泵13，开始注浆。所述气动注浆泵13通过调压阀19调节自身注浆压力。