CN109296399B - 井下采空区漏风防治装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了井下采空区漏风防治装置，包括进风接头、压风管、添加装置、泥胶泡沫发生器、进浆接头、注浆管、吸液管等。添加装置利用高速射流产生的负压，同时添加制备封堵泡沫所需的两种基料，采用并联形式连接，减小了装置运行阻力损失，泥胶泡沫发生器的固定孔板上设置有抛物面状的多层复合凹面网。该发明装置仅以井下已有的注浆压力和压风为驱动力，无需传统封堵泡沫制备中的电气设备，提高了装置使用的本质安全性，具有结构简单，可靠性高，适用性强的显著优点。

Description

井下采空区漏风防治装置

技术领域

本发明涉及一种矿用封堵泥胶泡沫制备装置，适用于煤矿井下防灭火领域，尤其针对采空区高位裂隙漏风、两道漏风和工作面架后漏风位置等，属于矿山安全工程技术领域。

背景技术

煤炭自然发火引发的火灾事故及其导致的再生事故是煤炭开采过程的主要灾害之一，每年造成的煤矿及矿山企业直接与间接经济损失高达百亿元。近年来，我国发生多起因煤炭自燃引发的大型事故，如吉林八宝煤矿“3.29”事故、江西建新煤矿“11.14”事故等，造成大量的人员伤亡和经济损失。因煤炭自燃，我国每年直接烧毁煤炭资源达1000万吨～1360万吨，同时还会导致火区地表出现土壤沙化、植被死亡、地表塌陷等一系列问题，破坏当地生态环境，污染地下水资源等。煤炭自燃过程中，还会产生大量污染性气体，如CO和SO2等，对相关人员生命健康安全造成危险。

目前，国内外多采用灌浆、惰气、阻化剂、胶体、三相泡沫等防灭火技术和材料来防治采空区煤自燃。这些技术对保障煤矿安全生产起到了重要作用，但也存在不足。《Experimental research on inorganic solidified foam for sealing air leakagein coal mines》中认为，为了克服现有防灭火技术的不足，有效地防治采空区和巷道的煤炭自燃，泡沫材料是矿井防灭火技术的趋势和走向，主要是由于泡沫材料具有封堵裂隙漏风严密、可向高处堆积、覆盖均匀、隔热性能好、成本相对低廉等特点。《有机矿物封堵泡沫的研制和应用》中认为，为了克服现有堵漏技术的不足，有效地防治采空区漏风、快速封闭火区、封闭煤眼裂隙和防止瓦斯涌出，封堵泡沫材料是矿井防灭火技术的发展趋势和走向，主要是由于该类泡沫材料具有发泡倍数高、覆盖范围广、能充分渗透细小裂隙、相对密度小、比强度高等特点。专利号2013105010984公开了一种用于煤矿防灭火的封堵泡沫泥浆产生装置，主要包括集成主机、自动添加式储液罐、浆液搅拌系统、喷注枪及相应的管路连接系统，采用空气压缩机为气体动力，运用集成主机控制的形式，具有操作简单，功能完善的特点，但该发明存在系统结构复杂，发泡系统整体压力损失较大，电气设备数量较多的问题，整个系统可靠性较低，本质安全性差。专利号CN105500527A公开了一种煤矿井下风动定量添加发泡剂稀释液系统及方法，该系统包括井下压风管路、气动隔膜泵、气动三联件、风量定量调节阀、流量计、单向阀、容器、孔隙式发泡器和T型三通。利用井下压风管路，将其分为两路，一路压风为气动隔膜泵提供动力，将发泡剂稀释液通过T型三通主管水平吸入到孔隙式发泡器中；另一路压风通过T型三通分支管垂直进入发泡器，两股流体发生充分的搅动、混合，产生两相泡沫，具有体积小，重量轻，成本低、稳定性和可靠性高的优点。但是，该发明中系统压力损失较大，产生的两相泡沫发泡倍数较低，在实际使用中，存在发泡量小、泡沫覆盖速度慢的缺点。

发明内容

有鉴于此，有必要提供井下采空区漏风防治装置，尤其针对采空区高位裂隙漏风、两道漏风和工作面架后漏风位置等，具有发泡倍数高，泡沫覆盖迅速，可准确实现高位堵漏，成本低廉等特点。

第一方面，本煤矿采空区漏风防治装置，包括进风接头、压风管、添加装置、泥胶泡沫发生器、进浆接头、注浆管、吸液管等。所述添加装置中包括有两个射流控制器，为第一射流控制器与第二射流控制器，所述第一射流控制器与所述第二射流控制器以并联形式连接；所述第一射流控制器与所述第二射流控制器的第一进风口均与压风管相连，所述压风管与分流阀相连；所述第一射流控制器与所述第二射流控制器的出口均与压风管相连；所述第一射流控制器与所述第二射流控制器的目标气体从进风接头进入，在压风管中先后经过风流过滤器、风量控制阀，输送到所述分流阀，所述分流阀分别给所述第一射流控制器与所述第二射流控制器分流供风；所述第一射流控制器的第一进液口通过第一吸液管与装有发泡剂的容器相连；所述第二射流控制器的第一进液口通过第二吸液管与装有凝胶剂的容器相连；所述发泡剂与所述胶凝剂分别通过第一吸液管与第二吸液管由所述第一射流控制器的第一进液口与所述第二射流控制器的第一进液口进入所述第一射流控制器与所述第二射流控制器；其中，流入所述第一射流控制器的所述目标气体使所述第一射流控制器的第一腔体形成负气压，流入所述第二射流控制器的所述目标气体使所述第二射流控制器的第一腔体形成负气压；所述发泡剂在所述负气压的驱动下吸入所述第一射流控制器的第一腔体以与所述目标气体混合形成第一混合气体，所述凝胶剂在所述负气压的驱动下吸入所述第二射流控制器的第一腔体以与所述目标气体混合形成第二混合气体；所述第一混合气体与所述第二混合气体由所述第一射流控制器出口与所述第二射流控制器出口分别进入各自连接的压风管，随后在压风管中混合形成第三混合气体；所述压风管的另一端与泥胶泡沫发生器的第一进风口相连，所述第三混合气体由所述泥胶泡沫发生器的第一进气口进入所述泥胶泡沫发生器。所述泥胶泡沫发生器的第一进浆口与泥浆管相连，所述泥浆管中的目标泥浆从进浆接头进入，经过泥浆量控制阀、泥浆过滤器输送到所述泥胶泡沫发生器，所述目标泥浆由所述泥胶泡沫发生器的第一进浆口进入所述泥胶泡沫发生器；其中，所述泥胶泡沫发生器的目标泥浆使所述泥胶泡沫发生器的第一腔体形成负气压，所述第三混合气体在原有压力驱动的同时，又受所述负气压的驱动，被吸入所述泥浆泡沫发生器以与所述目标泥浆充分混合、充分发泡，产生的泥胶泡沫从所述泥胶泡沫发生器出口流出，输送到采空区工作面，在工作面需要封堵区域完成封堵工作。

结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，在所述第一腔体中形成的负气压小于或者等于发泡剂、凝胶剂在当前温度的饱和蒸气压。

结合第一方面，在第一方面的第二种实施方式中，在所述添加装置中包括有两个射流控制器，所述射流控制器射流形式为气动，由喷嘴、喉管、扩散管及吸液管等部分组成，所述第一腔体沿所述目标气体的流向包括彼此联通的喷嘴腔、负压腔、喉管腔和扩散腔。

结合第一方面的第二种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，所述喷嘴腔呈入口大出口小的渐缩式结构，该入口与所述第一射流控制器的第一进气口相连，该出口与所述负压腔相连；所述负压腔一端与所述喷嘴腔的出口相连，另一端与所述喉管腔相连，第三端与所述第一射流控制器的第一进液口相连；所述喉管腔一端与所述负压腔相连，另一端与所述扩散腔相连；所述扩散腔呈入口小、出口大的扩散式结构，该入口与所述喉管腔相连，该出口与所述第一射流控制器的出口相连；所述渐缩式结构的收缩角的范围包括10°到15°，所述扩散式结构的扩散角的范围包括6°至12°；所述第一射流控制器的第一进液口通过吸液管与所述装有发泡剂的容器相连；第二射流器的第一进液口通过吸液管与所述装有凝胶剂的容器相连，其余第二射流器的设置均与第一射流器相同，此处不再赘述。

结合第一方面或第一方面的第一至第三种中任一种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，所述第一射流控制器包括第一射流喷嘴段、第一射流喉管段、第一射流扩散段及第一射流吸液段；所述第一射流喷嘴段的进口通过螺纹或快速插接头与所述进气管相连，所述第一射流扩散段的出口通过螺纹或快速插接头与固定孔板相连；所述螺纹连接处均设置有密封胶皮垫圈。第二射流器与第一射流器设置相同，此处不再赘述。

结合第一方面，在第一方面的第五种实施方式中，所述泥胶泡沫发生器为网式泡沫发生器，包括起泡筒、喷嘴以及设置在起泡筒后的固定孔板，所述固定孔板上安装有发泡网，所述发泡网为多层复合凹面发泡网；目标泥浆由所述泥胶泡沫发生器的第一进浆口进入所述泥胶泡沫发生器的喷嘴腔，所述喷嘴腔呈入口大出口小的渐缩式结构，所述渐缩式结构的收缩角的范围包括10°到15°；所述泥胶泡沫发生器的目标泥浆使所述泥胶泡沫发生器的第一腔体形成负气压；所述第三混合气体在原有压力驱动的同时，又受所述负气压的驱动，被吸入所述泥浆泡沫发生器以与所述目标泥浆充分混合，形成混合泡沫泥浆；所述混合泡沫泥浆经过喉管腔，被喷射到扩散腔；所述扩散腔呈入口小、出口大的扩散式结构，所述扩散式结构的扩散角的范围包括6°至12°；所述扩散腔入口与所述喉管腔相连，出口与所述固定孔板相连；在所述固定孔板上安装有所述多层复合凹面发泡网，所述混合泡沫泥浆被喷射至所述扩散腔后，由于所述多层复合凹面发泡网的网面设计为“凹面”朝内侧的“抛物面”，所述混合泡沫泥浆将被喷射到多层复合凹面发泡网的中心位置，随后铺到整个所述多层复合凹面发泡网的四周，所述多层复合凹面发泡网分为多层发泡网，发泡网的网孔直径大小是逐层递增的，所述混合泡沫泥浆最先接触到的一层发泡网的网孔直径是最小的，随后通过的网孔直径越来越大；所述混合泡沫泥浆在被喷射到所述扩散腔后，接触到凹面发泡网，在网格上气体与泥浆发生强烈的挤压、碰撞、剪切形成泥胶泡沫，泡沫的粒径较小，随着逐层继续通过更大直径的网孔，泥胶泡沫继续发生挤压、碰撞、剪切作用，泡沫的粒径也会逐渐放大，每通过一层网格，泡沫粒径被放大2～5倍；形成的泥胶泡沫由泥胶泡沫出口流出，本发明封堵泥胶泡沫的发泡倍数约为30-100倍，发泡量约为100-300m3/h。所述泥胶泡沫出口连接泥浆管，所述泥浆管的另一端通往封堵区域设置的封堵模具，所述封堵模具由无级伸缩杆以及封堵塑料薄膜构成；所述泥胶泡沫在所述封堵模具中快速成型，完成封堵工作。

结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，所述固定孔板为辐射状孔板，即在可排孔面积内以孔板中心为中心，采取环状逐圈排布孔，孔板开孔率在0.03～0.05之间。

结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，所述泥胶泡沫发生器设置多个出口喷嘴，所述多个出口喷嘴在喷嘴出口断面上呈中心对称形式，所述出口喷嘴的数量过少会使射流速度过大，且射流中心速度尤其大，故设置多个喷嘴使射流的速度更加均匀，所述出口喷嘴数量不少于5个。

结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第八种实施方式中，所述多层复合凹面发泡网，考虑到棉网成泡效果最好但易变形，金属网不易变形的特性，所述多层复合凹面发泡网由金属网和棉网复合而成，网面设计为“凹面”朝内侧的“抛物面”，有利于提高发泡效果，由于井下风压相对较大，故发泡网层数一般3～5层，网孔直径一般为3～4mm，距离所述喉管腔出口最近的网格直径最小，然后逐层变大，距离固定孔板最近的一层，网孔直径最大。

结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第九种实施方式中，所述封堵模具是为了让所述泥胶泡沫发生器产生的所述泥胶泡沫可以快速成型的模具，所述封堵模具以无级伸缩杆为框架，以封堵塑料薄膜为填充金属框架的面，用铁丝为框架构建网格，所述封堵模型的具体大小及形态可以根据工作面需封堵的具体情况，通过调节所述无级伸缩杆，改变所述封堵模型的大小及形态。

结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第十种实施方式中，所述无级伸缩杆为可拆卸金属伸缩杆，即所述伸缩杆为中空管状金属杆，相同长度不同口径的金属杆按照口径的从大到小依次套装在一起，根据工作面封堵尺寸大小调节所述无级伸缩杆套装的金属杆个数，进行所述封堵模具的尺寸调节。

结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第十一种实施方式中，所述泥胶泡沫发生器的负压腔设置有环形泄渣口，由于所述目标泥浆从所述喷嘴流出，在负压腔有可能发生滞留堵塞，故设置所述环形泄渣口，用于所述负压腔被堵塞之后，可以在不拆卸所述喷嘴的同时完成管路的疏通工作，由于不确定设备具体安装形态，故泄渣口设计为环形，可以在任何形态下完成泄渣工作。

与现有技术相比，本发明通过采用两个射流控制器并联的形式，实现分流，降低了系统的压力损失，提高了系统稳定性及物料添加准确性，对作业点水动力及风动力要求也随之降低，泡沫出口的压力增大，驱动能力增强，非常适用于进行长距离、高位地点泡沫的高压灌注。借助改变泥胶泡沫发生器喷嘴、发泡网及固定孔板的形式，增大泥胶泡沫发泡量与发泡倍数，具有快速高效的特点，同时发明中无带电设备，具有本质安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明射流控制器5的主体结构剖视图；

图3为本发明泥胶泡沫发生器10的结构示意图；

图4为图3中喷嘴10-3示意图，其中a图为横截面示意图，b图为侧面示意图；

图5为图3中固定孔板10-5示意图。

图6为封堵模具13实施设置图。

图7为封堵模具13、无级伸缩杆13-3示意图。

图8为实施工艺图。

主要原件符号说明

图中：1-进风接头，2-风流过滤器，3-压风管，4-分流阀，5-射流控制器，6-吸液管，7-进浆接头，8-泥浆过滤器，9-泥浆管，10-泥胶泡沫发生器，10-1-泥浆入口，10-2-压风进口，10-3-喷嘴，10-4-多层复合凹面发泡网，10-5-固定孔板，10-6-泄渣口，10-7-泥胶泡沫出口，10-8-起泡筒，10-9-胶皮垫圈，11-风量控制阀，12-泥浆量控制阀，13-封堵模具，13-1-模具框架，13-2-三通固定管，13-3-无级伸缩杆，13-4-封堵网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明井下采空区漏风防治装置，装置包括进风接头1、压风管3、射流控制器5、进浆接头7、泥胶泡沫发生器10、风流过滤器2、分流阀4、吸液管6、泥浆过滤器8、泥浆管9、风量控制阀11、泥浆量控制阀12。

具体介绍如下：目标压风从进风接头1进入，所述进风接头1与压风管3相连，目标压风通过所述压风管3经过风流过滤器2、风量控制阀11与分流阀4进风口相连；所述分流阀4有两个出风口，分流阀4将压风分流，分别通过第一射流控制器的第一进风口以及第二射流控制器的第一进风口进入各自的射流控制器5；两个射流控制器采用并联的形式连接；所述射流控制器5的第一进液口与吸液管6相连吸液管6的另一端分别与容器A、B相连；所述容器A、B分别装有发泡剂、凝胶剂；目标压风与发泡剂、凝胶剂在所述射流控制器中混合后形成混合流体，从所述射流控制器5的出风口流出；所述射流控制器5出风口与压风管相连，所述压风管的另一端与泥胶泡沫发生器10的第一进气口相连；目标泥浆从进浆接头7进入，所述进浆接头7与泥浆管9相连，目标泥浆通过所述泥浆管9经过泥浆量控制器12、泥浆过滤器8与所述泥胶泡沫发生器10第一进浆口相连，目标泥浆与从所述泥胶泡沫发生器10的第一进风口进入的混合流体再次混合形成混合泡沫泥浆；所述泡沫泥浆被喷射到多层复合凹面发泡网10-4上，形成泥胶泡沫；所述泥胶泡沫从泥胶泡沫发生器10的出口流出，所述泥胶泡沫出口连接泥浆管，所述泥浆管的另一端通往封堵区域设置的封堵模具13，所述封堵模具13由无级伸缩杆13-3构成；所述泥胶泡沫在所述封堵模具13中快速成型，完成封堵工作。

本实施例中，作为一可选实施例，所述射流控制器5采用气动的射流形式，所述添加装置中包括有两个射流控制器，如图2所示，包括喷嘴5-1、喉管5-2、扩散管5-3进风口5-4、出口5-5及吸液管6等部分，所述第一腔体沿所述目标气体的流向包括彼此联通的喷嘴腔5-6、负压腔5-7、喉管腔5-8和扩散腔5-9。分流阀4分别给第一射流控制器与第二射流控制器分流供风；第一射流控制器的第一进液口通过第一吸液管与装有发泡剂的容器相连，第二射流控制器的第一进液口通过第二吸液管与装有凝胶剂的容器相连；目标气体流入第一射流控制器的第一腔体以及第二射流控制器的第一腔体，由伯努利原理可知，第一腔体中的气压将会由于目标气体的快速流动而降低，相对于外界大气压形成负气压，形成的负气压小于或者等于发泡剂、凝胶剂在当前温度的饱和蒸气压；可以理解的，同等条件下，目标气体速度越大，流量越大，第一腔体中形成的负压就越低，吸入添加物的动力也会越大；从而发泡剂与胶凝剂分别通过第一吸液管与第二吸液管，由第一射流控制器的第一进液口与第二射流控制器的第一进液口进入第一射流控制器与所述第二射流控制器；发泡剂在第一射流控制器的第一腔体中与目标气体混合形成第一混合气体，凝胶剂在第二射流控制器的第一腔体中与目标气体混合形成第二混合气体；所述第一混合气体与所述第二混合气体由所述第一射流控制器出口与所述第二射流控制器出口进入压风管，在压风管中混合形成第三混合气体。

在进行吸入和混合时，目标气体和添加物被添加至射流控制器，可以在第一腔体中进行混合。混合过程及其所基于的结构基础是本发明的核心内容之一，因此下面对添加物在射流控制器中的混合过程和原理进行详细说明。

请参阅图2，为了便于吸液和充分混合，在本发明的一个实施例中，射流控制器的第一腔体沿目标气体的流向依次可包括彼此联通的喷嘴腔5-6、负压腔5-7、喉管腔5-8和扩散腔5-9。其中喷嘴腔5-6呈入口大出口小的渐缩式结构，入口与射流控制器5的第一进风口5-4相连，出口与负压腔5-7相连；压风流经时，由于过流断面逐渐减小，流速增大，静压降低，在喷嘴5-1出口处达到最大流度及最小静压，喷嘴5-1出口常留有一直管段，以起到整流作用；压风在喷嘴5-1出口断面处形成高速射流，由于射流边界的粘滞、卷吸、边界效应，喷嘴5-1出口附近的空气被射流带走，形成负压，在外界大气压力的作用下，添加物被自动吸入到负压腔内，压风与添加物发生相对运动，运动过程中，添加物液体速度不断增加，压力下降，压风失去能量，速度不断降低，两者速度逐渐趋于一致；在喉管5-2内，混合流体受到管壁的挤压剪切作用，压风与添加物液体相互渗入，交互作用增强，进行充分的质量、动量和能量交换，混合流体压力有所恢复，壁面速度升高，轴线速度降低，断面上流速分布逐渐均匀；射流控制器5末端的扩散管5-3为扩散式结构，沿流动方向，扩散管断面面积逐渐增大，混合流体在扩散管5-3内进行能量转换，动能转化为势能，流速降低，压力恢复升高，最后混合流体经管路输送至泥胶泡沫发生器10。可选的，渐缩式结构的收缩角的范围可以包括10°到15°，负压腔5-7一端与喷嘴腔5-6的出口相连，另一端与喉管腔5-8相连，第三端与射流控制器5的第一进液口相连；喉管腔5-8一端与负压腔5-7相连，另一端与扩散腔5-9相连；扩散腔5-9呈入口小出口大的扩散式结构，入口与喉管腔5-8相连，出口与射流控制器5的出口5-5相连。可选的，扩散式结构的扩散角的范围可以包括6°至12°。两个射流控制器的原理相同，只是第一射流控制器的添加物为发泡剂，第二射流控制器的添加物为凝胶剂。本发明由于在添加装置上使用了两个射流控制器，并将两个射流控制器以并联的形式连接，降低了整套装置的阻力损失，提高了装置的稳定性，对作业区域的风动力与水动力的要求降低，适用性有所提高，同时泥胶泡沫出口压力有较大增加，泥胶泡沫输送距离增加，非常适用于进行长距离、高位地点泥胶泡沫的灌注和高出口压力泥胶泡沫的喷射，尤其适用于防控采空区高位裂隙漏风、两道漏风和工作面架后漏风位置等。该射流控制器具有结构简单、加工容易、成本低及安装维护方便的显著优点，同时，整套发生装置以煤矿井下已有的压风、压力泥浆为动力，无需电源驱动，避免了电气设备，具有本质安全性；由于采用两个射流控制器，分别准确定量吸取发泡剂和凝胶剂，使得泡沫液配比比例精确，提高泡沫发泡倍数与发泡量。

请参阅图3，本发明的实施例提供一种泥胶泡沫发生器10，所述泥胶泡沫发生器为网式泡沫发生器，包括泥浆入口10-1、压风进口10-2、喷嘴10-3、多层复合凹面发泡网10-4、泄渣口10-6、泥胶泡沫出口10-7、起泡筒10-8、胶皮垫圈10-9；以及设置在起泡筒后的固定孔板10-5，固定孔板上安装有发泡网，所述发泡网为多层复合凹面发泡网10-4；泥胶泡沫发生器的第一腔体沿目标泥浆的流向依次可包括彼此联通的喷嘴腔10-10、负压腔10-11、喉管腔10-12和扩散腔10-13；目标泥浆由所述泥胶泡沫发生器10的第一进浆口10-1进入所述泥胶泡沫发生器10的喷嘴腔10-10，所述喷嘴腔呈入口大出口小的渐缩式结构，渐缩式结构的收缩角的范围包括10°到15°，压力泥浆流经时，由于过流断面逐渐减小，流速增大，静压降低，在喷嘴10-3出口处达到最大流度及最小静压，压力泥浆在喷嘴10-3出口断面处形成高速射流，由于射流边界的粘滞、卷吸、边界效应，喷嘴10-3出口附近的空气被射流带走，形成负压，在外界大气压力的作用下，从射流控制器流出的混合流体被自动吸入到负压腔10-11内，压力泥浆与混合流体发生相对运动，运动过程中，混合流体速度不断增加，压力下降，压力泥浆失去能量，速度不断降低，两者速度逐渐趋于一致；在喉管10-12内，混合泥浆受到管壁的挤压剪切作用，压力泥浆与混合流体相互渗入，交互作用增强，进行充分的质量、动量和能量交换，形成混合泡沫泥浆，混合泡沫泥浆压力有所恢复，壁面速度升高，轴线速度降低，断面上流速分布逐渐均匀；泥胶泡沫发生器的末端的扩散腔10-13为扩散式结构，沿流动方向，扩散腔断面面积逐渐增大，混合泡沫泥浆经过喉管腔10-12，被喷射到扩散腔10-13；扩散腔10-13呈入口小出口大的扩散式结构，所述扩散式结构的扩散角的范围包括6°至12°，所述扩散腔入口与所述喉管腔10-12相连，出口与所述固定孔板10-5相连；在固定孔板10-5上安装有多层复合凹面发泡网10-4，混合泡沫泥浆被喷射至扩散腔10-13后，由于多层复合凹面发泡网10-4的网面设计为“凹面”朝内侧的“抛物面”；混合泡沫泥浆被喷射到多层复合凹面发泡网10-4的中心位置，随后铺到整个多层复合凹面发泡网10-4的四周；多层复合凹面发泡网分为多层发泡网，发泡网的网孔直径大小是逐层递增的，混合泡沫泥浆最先接触到的一层发泡网的网孔直径是最小的，随后通过的网孔直径越来越大，混合泡沫泥浆在被喷射到所述扩散腔10-13后，接触到网孔直径最小的凹面发泡网，在网孔上气体与泥浆发生强烈的挤压、碰撞、剪切形成泥胶泡沫，泡沫的粒径较小，随着逐层继续通过更大直径的网孔，泥胶泡沫继续发生挤压、碰撞、剪切作用，泡沫的粒径也会逐渐放大，形成的泥胶泡沫由泥胶泡沫出口10-7流出，本发明封堵泥胶泡沫的发泡倍数约为30-100倍，发泡量约为100-300m3/h。泥胶泡沫出口10-7连接泥浆管，泥浆管的另一端通往封堵区域设置的封堵模具13；泥胶泡沫发生器10可具体包括喷嘴段、喉管段、扩散段、进风段，所述喷嘴段的进口通过螺纹或快速插接头与泥浆管相连，扩散段的出口通过螺纹或快速插接头与固定孔板相连；所述螺纹连接处均设置有密封胶皮垫圈10-9。

请参阅图6、图7，本发明的实施例还提供一种封堵模具，模具框架13-1由无级伸缩杆13-3构成，在封堵区域提前考量需要封堵的面，取最大相切矩形面，形成模具框架13-1，制作两个相同模具框架13-1，在封堵区域一前一后放置，中间用无级伸缩杆13-3连接，之后将封堵塑料薄膜13-5放置在封堵模具13的两个封堵网13-4之间，泥胶泡沫充填至封堵塑料薄膜13-5中，泥胶泡沫在封堵模具中快速成型，完成封堵工作。

请参阅图8，整套装置在采空区的具体布置位置，标示有进风接头1、风流过滤器2、风量控制阀11、分流阀4、射流控制器5、压风管3、进浆接头7、泥浆量控制阀12、泥浆过滤器18、泥浆管9、泥胶泡沫发生器10以及封堵模具13在矿井采空区进风巷的具体实施布置情况。整个系统设置在进风巷，距离下隅角更近，更有利于施工。且更容易利用矿井已有的压风系统以及泥浆输送系统，更加节省能源。

下面将结合图示以及上述情况具体解释若干个重要装置：

优选地，如图3中10-6所示，在泥胶泡沫发生器10的负压腔10-11合适位置设置环形泄渣口；是为防止泥浆泡沫发生器10在工作时喷嘴10-3以及负压腔被泥浆堵塞，设置泄渣口10-6，可在不拆卸喷嘴10-3的同时清理堵塞喷嘴以及负压腔的泥浆；由于不确定泥胶泡沫发生器的具体安装形态，故泄渣口设计为环形，可以在任何形态下完成泄渣工作。

优选地，如图3所示，泥胶泡沫发生器10的固定孔板10-5上设置有多层复合凹面发泡网10-4，考虑到棉网成泡效果最好但是易变形、金属网不易变形的特性，多层复合凹面发泡网10-4由金属网和棉网复合而成，网面设计为“凹面”朝内侧的“抛物面”，有利于提高发泡效果，由于井下风压相对较大，故发泡网层数一般3～5层，网孔直径一般为3～4mm，混合泡沫泥浆在被喷射到扩散腔10-13后，接触到凹面发泡网，在网格上气体与泥浆发生强烈的挤压、碰撞、剪切形成泥胶泡沫，泡沫的粒径较小，随着逐层继续通过更大直径的网孔，泥胶泡沫继续发生挤压、碰撞、剪切作用，泡沫的粒径也会逐渐放大，距离喉管腔10-13出口最近的网孔直径最小，当通过时产生的泥胶泡沫也最小，然后网孔直径逐层变大，距离固定孔板最近的一层，网孔直径最大，泥胶泡沫也在此时达到最大粒径，每通过一层网格，泡沫粒径被放大2～5倍。

优选地，如图4所示，所述喷嘴10-3设置有多个呈收缩状的出口喷嘴，多个出口喷嘴在喷嘴出口断面上以中心对称的形式分布，多喷嘴结构有效解决了单喷嘴射流存中心速度高、边界速度低的问题，提高了射流内部混合力度，有效减小了射流流速及压力波动幅度，使得射流喷射更稳定，动力更强。出口喷嘴数量过少会对射流有不利影响，数量应当不少于5个。

优选地，如图5所示，所述固定孔板10-5为辐射状固定孔板，即在可排孔面积内，以孔板中心为中心，采取环状逐圈排布孔，孔板开孔率在0.03-0.05之间，开孔率表示孔板开孔面积与管路横截面积的比值；对照一般均步排列，采用辐射状孔板，可以有效增加管路的最大流量，增加发泡量，同时管路阻力损失较小，利于泡沫喷射和现场作业。

优选地，如图6、图7所示，为了使泥胶泡沫发生器10中产生的泥胶泡沫能够在要封堵区域快速作用成型，在封堵工作面不规则的情况下，选取封堵面最大程度相切的矩形面，用无级伸缩杆构成该矩形面，两个矩形面平行竖立放置，相距50-100cm，两矩形面之间用无级伸缩杆13-3连接固定，构成一个立方体封堵模具13-1；无级伸缩杆13-3为可拆卸金属伸缩杆，即所述伸缩杆为中空管状金属杆，相同长度、不同口径的金属杆按照口径的从大到小依次套装在一起，在立方体封堵模具13-1构造过程中，各个角上设置三通固定管13-2，使模具更加整体，根据工作面封堵尺寸大小调节无级伸缩杆套装的金属杆个数，进行所述封堵模具13的尺寸调节。,立方体封堵模具13-1的与需封堵面平行的两个面上均用铁丝交叉封成网格状形成封堵网13-4，铁丝线间距10-20cm，封堵网13-4形成后，在两个封堵网13-4之间放置封堵塑料薄膜13-5，薄膜质地柔软，具有一定的延伸性，要求封堵塑料薄膜13-5是一体的，呈袋状，有一个泥胶泡沫输入口，要求封堵塑料薄膜13-5可以充实整个封堵模具13，且略有富余，这样就可以充填封堵模具13边缘与封堵面边缘之间的缝隙，在泥胶泡沫充填封堵模具完成后，若封堵模具与封堵面边缘还存在缝隙，可单独充填泥胶泡沫。

本发明公开了井下采空区漏风防治装置，其中添加装置利用高速射流产生的稳定负压，可同时添加制备封堵泡沫所需的两种基料，采用并联形式连接，减小了系统运行阻力损失；泥胶泡沫发生器的固定孔板上加装了多层复合凹面网，网面设计为“凹面”朝内侧的抛物面。该发明仅以井下已有的注浆压力和压风为驱动力，替代了传统封堵泡沫制备系统中的带电设备，提高了系统的本质安全性，具有装置结构简单，可靠性高，适用性强，成本低的显著优点，产生的封堵泥胶泡沫倍数高，产泡量大，对于矿井采空区漏风封堵工作具有较好的适用性以及良好的应用前景。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.井下采空区漏风防治装置，其特征在于，包括：进风接头(1)、压风管(3)、添加装置(5)、进浆接头(7)、泥浆管(9)、泥胶泡沫发生器(10)；

所述添加装置(5)的进风口通过压风管(3)与进风接头(1)相连；所述添加装置(5)的出风口通过压风管与所述泥胶泡沫发生器(10)的进风口相连；所述泥胶泡沫发生器(10)的进浆口通过泥浆管(9)与进浆接头(7)相连；所述泥胶泡沫发生器(10)的出浆口通过泥浆管通向采空区工作面；

所述进风接头(1)进入的压风通过所述压风管(3)进入所述添加装置，在所述添加装置中与发泡剂、胶凝剂混合，所述压风携带发泡剂、胶凝剂通过压风管进入所述泥胶泡沫发生器(10)；从所述进浆接头(7)进入的目标泥浆通过泥浆管(9)进入所述泥胶泡沫发生器(10)，与所述泥胶泡沫发生器(10)进风口进入的携带有发泡剂、胶凝剂的压风混合后形成泥胶泡沫；所述泥胶泡沫通过泥浆管输送进入采空区工作面；

所述添加装置中包括有2个射流控制器，所述2个射流控制器分别通过各自的吸液管吸取发泡剂、胶凝剂，所述2个射流控制器采用并联连接；

所述压风管(3)和泥浆管(9)上设置有用于控制进风量、泥浆量的风量调节阀(11)与泥浆量调节阀(12)；并且分别设有风流过滤器(2)和泥浆过滤器(8)；所述压风通过分流阀(4)给各个射流控制器分流供风，所述压风经所述分流阀(4)到达所述2个射流控制器；发泡剂和凝胶剂经吸液管(6)进入各自的射流控制器；最终携带有发泡剂、凝胶剂的压风流向所述泥胶泡沫发生器(10)。

2.根据权利要求1所述的井下采空区漏风防治装置，其特征在于，上述泥胶泡沫发生器(10)上设置有出口喷嘴，所述出口喷嘴在喷嘴出口断面上呈中心对称形式分布，所述出口喷嘴数量不少于5个。

3.根据权利要求1所述的井下采空区漏风防治装置，其特征在于，所述泥胶泡沫发生器(10)中的固定孔板(10-5)上安装有多层复合凹面发泡网(10-4)，所述多层复合凹面发泡网(10-4)由金属网和棉网复合而成，网面设计为“凹面”朝内侧的“抛物面”，网孔直径为3～4mm，发泡网层数为3～5层。

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