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采空區(qū)注砂防滅火系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

作者:中國礦業(yè)商務(wù)網(wǎng) 2008-12-15 00:00 來源:不詳
煤炭自燃是我國礦井的主要災(zāi)害之一。在我國國有重點(diǎn)煤礦中,有自然發(fā)火的礦井占礦井總數(shù)的56%,因煤炭自然而引起的火災(zāi)占礦井火災(zāi)總數(shù)的90%~94%。特別是煤礦采空區(qū)內(nèi)遺留殘煤多、漏風(fēng)嚴(yán)重,使得自然發(fā)火頻繁,已成為制約煤礦發(fā)展的主要因素之一。

如今,采空區(qū)的防滅火技術(shù)主要有注N2防滅火技術(shù)和灌漿滅火技術(shù)。在采空區(qū)注氮可以降低空氣中的O2含量,縮小氧化帶的范圍,使采空區(qū)浮煤耗氧速度降低,氧化產(chǎn)生熱量減少,從而達(dá)到預(yù)防和治理采空區(qū)自然發(fā)火的目的。而灌漿防滅火技術(shù)是較為常見的一種防滅火技術(shù),以水及黃泥或者砂子為主劑,再輔以一些添加劑,如懸浮劑等,在制漿罐中制漿,然后將其通過鉆孔注入到采空區(qū)中,提高防滅火的效果。

本文將對基于傳統(tǒng)注砂技術(shù)上發(fā)展起來的新的注砂防滅火技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。旨在克服傳統(tǒng)注砂技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中技術(shù)上的局限性,并充分考慮神東礦區(qū)的實(shí)際環(huán)境因素,使其在最大限度地得到完善。目的是使這項(xiàng)技術(shù)能更好的適應(yīng)神東礦區(qū)安全生產(chǎn)的要求。

1 注砂防滅火實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 注砂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成

注砂防滅火實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

在該注砂防滅火實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,首先是將山砂和水按照1:1.47~1:4.41體積比注入注漿池進(jìn)行混合,同時把在山砂懸浮劑生產(chǎn)車間生產(chǎn)的山砂懸浮劑添加到制漿池里使砂漿達(dá)到適合的粘度,然后將制好的砂漿送入輸送管道來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。

同時在實(shí)驗(yàn)過程中建立1個監(jiān)控系統(tǒng),其是通過傳感器測定砂漿的溫度、粘度、壓力、流量來采集相應(yīng)的模擬信號,由數(shù)據(jù)采集卡將采集到的這些信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入到計(jì)算機(jī)中,利用所編寫的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行信息處理,然后再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制注砂系統(tǒng),使之實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控,從而取得了一定的數(shù)據(jù)參數(shù),為現(xiàn)場實(shí)際注砂系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供理論依據(jù)。

1.2 注砂泵



圖1 注砂防滅火實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成圖

本實(shí)驗(yàn)所選的為G85-1單螺桿泵,其允許的最高粘度為200Pa·s,理論最大流量為43.5m3/h。該螺桿泵的出口壓力大,可以滿足輸送管道所需的壓力,且轉(zhuǎn)速可以通過電磁調(diào)速電機(jī)來調(diào)節(jié)。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用的YCT型電磁調(diào)速電機(jī),適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的交流無級調(diào)速設(shè)備。

1.3 攪拌器

攪拌器設(shè)置在制漿池內(nèi),其目的是用來使山砂、水和懸浮劑混合均勻,提高砂漿的防滅火性能。攪拌器的轉(zhuǎn)速也是通過1個YCT型電磁調(diào)速電機(jī)來控制的。

1.4 監(jiān)控系統(tǒng)

(1)數(shù)據(jù)采集卡。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用UA303型A/D采集卡。數(shù)據(jù)采集卡與微機(jī)的連接時在本監(jiān)控系統(tǒng)中使用USB接口連接。

(2)溫度的監(jiān)測。在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,溫度要求范圍是60~70℃。選用AD590型的溫度傳感器。(3)粘度的監(jiān)測。在該監(jiān)控系統(tǒng)中選用H-BD5VS1742型的粘度傳感器。其是一種手持式傳感器,設(shè)計(jì)巧妙.所有數(shù)據(jù)可以掉電保存。具有現(xiàn)場總線支持能力和RS232/485通信接口。(4)管道壓力的監(jiān)測。根據(jù)該監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求,選用CYZ102型的壓力傳感器。

(5)管道流量的監(jiān)測。在該系統(tǒng)中選擇使用Mag一體式電磁流量計(jì)。其主要用途為測量封閉管道中導(dǎo)電液體和漿液的體積流量。電磁流量計(jì)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來測量管道中導(dǎo)電液體的平均流速,即若感應(yīng)強(qiáng)度不變,流體充滿管道流動,電磁流量計(jì)的感應(yīng)電動勢與流量成線性關(guān)系。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)軟件程序采用VB語言編寫,操作系統(tǒng)為Windows98或Windows2000。VB語言有很好的窗口操作性,良好的界面,所以該系統(tǒng)使用VB進(jìn)行開發(fā)。該程序界面根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的不同功能分為2個單元。一個是控制單元,通過電磁調(diào)速電機(jī)可以對注砂防滅火系統(tǒng)中的泵和攪拌器的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。其中,一號電機(jī)控制泵的轉(zhuǎn)速,二號電機(jī)控制攪拌器的轉(zhuǎn)速,并可以通過加速、減速對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),與此同時設(shè)定的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速也可以顯示在該界面上。另一個為采集單元,顯示出通過數(shù)據(jù)采集卡采集到的壓力、流量及粘度等數(shù)據(jù)。同時,可以計(jì)算出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中所用Φ100mm和Φ125mm管道的壓差并據(jù)此推算出實(shí)際現(xiàn)場中4000mΦ100mm和Φ125mm管道的壓差。

3 實(shí)驗(yàn)過程及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)過程神東試驗(yàn)礦井的采空區(qū)注砂防滅火系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬試驗(yàn),其試驗(yàn)步驟如下。

(1)檢查管路。全面檢查注砂系統(tǒng)管路,確保管路中的閥門處于正確工作狀態(tài)。

(2)清水試驗(yàn)。先將管路中的水排空,在攪拌器中放水1.4m3,考慮管路有余水0.1m3,計(jì)1.5m3。開泵循環(huán),攪拌器中的水的容量大約為0.7m3,記錄該刻度的實(shí)際水容量。進(jìn)行清水的流動阻力、流量試驗(yàn)。

(3)懸浮劑試驗(yàn)。將管路系統(tǒng)中的清水排空,將消化罐中的含15kg的懸浮劑溶液注入到攪拌器中,再注水使其容積達(dá)到1.4m3,開泵循環(huán),進(jìn)行懸浮劑的流動阻力、流量試驗(yàn)。用溫度傳感器測量出懸浮劑的溫度。

(4)注砂試驗(yàn)。通過設(shè)置1個液位計(jì)測量制漿池中的液位,使砂水按照既定的比例1:1.47~4.41加入到制漿池中。。在懸浮劑溶液中分別按以下要求加砂進(jìn)行試驗(yàn):第一次,加砂500kg,使水砂質(zhì)量比為3:1,進(jìn)行循環(huán),測試流動阻力;第二次,加砂250kg,使水砂質(zhì)量比為2:1,進(jìn)行循環(huán),測試流動阻力。第三次,加砂750kg,使水砂質(zhì)量比為1:1,進(jìn)行循環(huán),測試流動阻力。每次循環(huán)時間10min。

(5)阻力試驗(yàn)。每次阻力試驗(yàn)按4個流量進(jìn)行,即螺桿泵在1000r/min、800r/min、600r/min、400r/min轉(zhuǎn)速的流量下,進(jìn)行清水、懸浮劑、山砂的流動阻力試驗(yàn)。每個循環(huán)的穩(wěn)定時間應(yīng)>5min。

(6)排漿。將螺桿泵調(diào)至中轉(zhuǎn)速,開啟制漿池入口處的閥門(保證出口閥門關(guān)閉),進(jìn)行排漿。

(7)清洗管路。向攪拌罐中注入清水,將螺桿泵調(diào)至中轉(zhuǎn)速循環(huán)3~5min左右,開啟排污閥排出剩余砂漿。

(8)排水、整理儀器和設(shè)備。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表



如表1所示,在4個不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速,即1000r/min、800r/min、600r/min、400r/min轉(zhuǎn)速下來測試主管道中的流量變化情況時,流量隨著轉(zhuǎn)速的降低而降低。而系統(tǒng)軟件程序采集到的流量數(shù)據(jù)經(jīng)過系數(shù)修正之后與在流量轉(zhuǎn)換器上直接讀取的數(shù)據(jù)相一致。由于管道中的沿程阻力損失,故在同一管道內(nèi)從p1到p2,從p3到p4壓力應(yīng)該是逐漸降低的。

表中還分別計(jì)算出了4000mΦ100mm管道的壓差和4000mΦ125mm管道的壓差,這可以滿足現(xiàn)場2個管道的輸送壓力。試驗(yàn)取得的參數(shù)為現(xiàn)場注砂防滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供了理論根據(jù)。

4 結(jié) 語

本文的創(chuàng)新之處在于:通過對神東礦區(qū)實(shí)際情況的調(diào)查研究,開發(fā)了一種適用于該礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)有效的注砂防滅火系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動監(jiān)控。主要表現(xiàn)在以下2個方面:

(1)在該系統(tǒng)中,避免了傳統(tǒng)注砂技術(shù)的弊端,并結(jié)合了神東礦區(qū)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,有效利用當(dāng)?shù)刎S富的山砂資源,加入研制的山砂懸浮劑,解決了山砂極易沉淀在管路中造成管道堵塞和對管路磨損嚴(yán)重的問題。

(2)由于該實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜,需要掌握的參數(shù)又比較多,所以在此進(jìn)行了自動監(jiān)控,并開發(fā)了相關(guān)軟件。這可以掌握系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)行情況,同時也可以控制系統(tǒng)中的電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),解決了以往對注漿系統(tǒng)監(jiān)測、控制的零散性和不精確性。從而可以提高該領(lǐng)域內(nèi)的自動化程度,對加快灌漿防滅火技術(shù)的進(jìn)步起到了一定的推動作用。

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