采空區注砂防滅火係統的實驗研究
作者：中國礦業商務網
2008-12-15 00:00
來源：不詳
煤炭自燃是我國礦井的主要災害之一。在我國國有重點
煤礦中,有自然發火的礦井占礦井總數的56%,因煤炭自然而引起的火災占礦井火災總數的90%～94%。特別是
煤礦采空區內遺留殘煤多、漏風嚴重,使得自然發火頻繁,已成為製約
煤礦發展的主要因素之一。
如今,采空區的防滅火技術主要有注Ｎ 2防滅火技術和灌漿滅火技術。在采空區注氮可以降低空氣中的Ｏ 2含量,縮小氧化帶的範圍,使采空區浮煤耗氧速度降低,氧化產生熱量減少,從而達到預防和治理采空區自然發火的目的。而灌漿防滅火技術是較為常見的一種防滅火技術,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,在製漿罐中製漿,然後將其通過鑽孔注入到采空區中,提高防滅火的效果。
本文將對基於傳統注砂技術上發展起來的新的注砂防滅火技術進行實驗研究。旨在克服傳統注砂技術在實際運用中技術上的局限性,並充分考慮神東礦區的實際環境因素,使其在最大限度地得到完善。目的是使這項技術能更好的適應神東礦區 安全生產的要求。
1 注砂防滅火實驗係統
1.1 注砂實驗係統組成
注砂防滅火實驗係統如圖1所示。
在該注砂防滅火實驗係統中,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行混合,同時把在山砂懸浮劑生產車間生產的山砂懸浮劑添加到製漿池裏使砂漿達到適合的粘度,然後將製好的砂漿送入輸送管道來進行實驗係統的監測和控製。
同時在實驗過程中建立1個監控係統,其是通過傳感器測定砂漿的溫度、粘度、壓力、流量來采集相應的模擬信號,由數據采集卡將采集到的這些信號經模數轉換輸入到計算機中,利用所編寫的計算機程序進行信息處理,然後再將數字信號轉換為模擬信號通過調節電機轉速來控製注砂係統,使之實現自動監控,從而取得了一定的數據參數,為現場實際注砂係統 設計和設備選型提供理論依據。
1.2 注砂泵
圖1 注砂防滅火實驗係統組成圖
本實驗所選的為Ｇ85-1單螺杆泵,其允許的最高粘度為200Ｐａ·ｓ,理論最大流量為43.5ｍ 3/ｈ。該螺杆泵的出口壓力大,可以滿足輸送管道所需的壓力,且轉速可以通過電磁調速電機來調節。在本實驗係統中使用的ＹＣＴ型電磁調速電機,適用於恒轉矩負載的交流無級調速設備。
1.3 攪拌器
攪拌器設置在製漿池內,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。攪拌器的轉速也是通過1個ＹＣＴ型電磁調速電機來控製的。
1.4 監控係統
(1)數據采集卡。該實驗係統選用ＵＡ303型Ａ/Ｄ采集卡。數據采集卡與微機的連接時在本監控係統中使用ＵＳＢ接口連接。
(2)溫度的監測。在該實驗係統中,溫度要求範圍是60～70℃。選用ＡＤ590型的溫度傳感器。(3)粘度的監測。在該監控係統中選用Ｈ-ＢＤ5ＶＳ1742型的粘度傳感器。其是一種手持式傳感器, 設計巧妙.所有數據可以掉電保存。具有現場總線支持能力和ＲＳ232/485通信接口。(4)管道壓力的監測。根據該監控係統的特點和需求,選用ＣＹＺ102型的壓力傳感器。
(5)管道流量的監測。在該係統中選擇使用Ｍａｇ一體式電磁流量計。其主要用途為測量封閉管道中導電液體和漿液的體積流量。電磁流量計是應用電磁感應原理來測量管道中導電液體的平均流速,即若感應強度不變,流體充滿管道流動,電磁流量計的感應電動勢與流量成線性關係。
2 監控係統的軟件 設計
計算機軟件程序采用ＶＢ語言編寫,操作係統為Ｗｉｎｄｏｗｓ98或Ｗｉｎｄｏｗｓ2000。ＶＢ語言有很好的窗口操作性,良好的界麵,所以該係統使用ＶＢ進行開發。該程序界麵根據監控係統的不同功能分為2個單元。一個是控製單元,通過電磁調速電機可以對注砂防滅火係統中的泵和攪拌器的轉速進行調節和控製。其中,一號電機控製泵的轉速,二號電機控製攪拌器的轉速,並可以通過加速、減速對電機轉速進行調節,與此同時設定的轉速和電機的實際轉速也可以顯示在該界麵上。另一個為采集單元,顯示出通過數據采集卡采集到的壓力、流量及粘度等數據。同時,可以計算出實驗係統中所用Φ100ｍｍ和Φ125ｍｍ管道的壓差並據此推算出實際現場中4000ｍΦ100ｍｍ和Φ125ｍｍ管道的壓差。
3 實驗過程及 03manbetx
3.1 實驗過程神東試驗礦井的采空區注砂防滅火係統在實驗室進行模擬試驗,其試驗步驟如下。
(1)檢查管路。全麵檢查注砂係統管路,確保管路中的閥門處於正確工作狀態。
(2)清水試驗。先將管路中的水排空,在攪拌器中放水1.4ｍ3,考慮管路有餘水0.1ｍ3,計1.5ｍ3。開泵循環,攪拌器中的水的容量大約為0.7ｍ3,記錄該刻度的實際水容量。進行清水的流動阻力、流量試驗。
(3)懸浮劑試驗。將管路係統中的清水排空,將消化罐中的含15ｋｇ的懸浮劑溶液注入到攪拌器中,再注水使其容積達到1.4ｍ 3,開泵循環,進行懸浮劑的流動阻力、流量試驗。用溫度傳感器測量出懸浮劑的溫度。
(4)注砂試驗。通過設置1個液位計測量製漿池中的液位,使砂水按照既定的比例1:1.47～4.41加入到製漿池中。。在懸浮劑溶液中分別按以下要求加砂進行試驗:第一次,加砂500ｋｇ,使水砂質量比為3:1,進行循環,測試流動阻力;第二次,加砂250ｋｇ,使水砂質量比為2:1,進行循環,測試流動阻力。第三次,加砂750ｋｇ,使水砂質量比為1:1,進行循環,測試流動阻力。每次循環時間10ｍｉｎ。
(5)阻力試驗。每次阻力試驗按4個流量進行,即螺杆泵在1000ｒ/ｍｉｎ、800ｒ/ｍｉｎ、600ｒ/ｍｉｎ、400ｒ/ｍｉｎ轉速的流量下,進行清水、懸浮劑、山砂的流動阻力試驗。每個循環的穩定時間應>5ｍｉｎ。
(6)排漿。將螺杆泵調至中轉速,開啟製漿池入口處的閥門(保證出口閥門關閉),進行排漿。
(7)清洗管路。向攪拌罐中注入清水,將螺杆泵調至中轉速循環3～5ｍｉｎ左右,開啟排汙閥排出剩餘砂漿。
(8)排水、整理儀器和設備。
3.2 實驗結果 03manbetx 實驗數據的統計結果如表1所示。
表1 實驗數據統計表
如表1所示,在4個不同的電機轉速,即1000ｒ/ｍｉｎ、800ｒ/ｍｉｎ、600ｒ/ｍｉｎ、400ｒ/ｍｉｎ轉速下來測試主管道中的流量變化情況時,流量隨著轉速的降低而降低。而係統軟件程序采集到的流量數據經過係數修正之後與在流量轉換器上直接讀取的數據相一致。由於管道中的沿程阻力損失,故在同一管道內從ｐ 1到ｐ 2,從ｐ 3到ｐ 4壓力應該是逐漸降低的。
表中還分別計算出了4000ｍΦ100ｍｍ管道的壓差和4000ｍΦ125ｍｍ管道的壓差,這可以滿足現場2個管道的輸送壓力。試驗取得的參數為現場注砂防滅火係統的 設計和設備選型提供了理論根據。
4 結 語
本文的創新之處在於:通過對神東礦區實際情況的調查研究,開發了一種適用於該礦區的經濟有效的注砂防滅火係統,並實現生產過程中的自動監控。主要表現在以下2個方麵:
(1)在該係統中,避免了傳統注砂技術的弊端,並結合了神東礦區當地的實際情況,有效利用當地豐富的山砂資源,加入研製的山砂懸浮劑,解決了山砂極易沉澱在管路中造成管道堵塞和對管路磨損嚴重的問題。
(2)由於該實驗過程複雜,需要掌握的參數又比較多,所以在此進行了自動監控,並開發了相關軟件。這可以掌握係統的實時運行情況,同時也可以控製係統中的電機的運轉,解決了以往對注漿係統監測、控製的零散性和不精確性。從而可以提高該領域內的自動化程度,對加快灌漿防滅火技術的進步起到了一定的推動作用。
如今,采空區的防滅火技術主要有注Ｎ 2防滅火技術和灌漿滅火技術。在采空區注氮可以降低空氣中的Ｏ 2含量,縮小氧化帶的範圍,使采空區浮煤耗氧速度降低,氧化產生熱量減少,從而達到預防和治理采空區自然發火的目的。而灌漿防滅火技術是較為常見的一種防滅火技術,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,在製漿罐中製漿,然後將其通過鑽孔注入到采空區中,提高防滅火的效果。
本文將對基於傳統注砂技術上發展起來的新的注砂防滅火技術進行實驗研究。旨在克服傳統注砂技術在實際運用中技術上的局限性,並充分考慮神東礦區的實際環境因素,使其在最大限度地得到完善。目的是使這項技術能更好的適應神東礦區 安全生產的要求。
1 注砂防滅火實驗係統
1.1 注砂實驗係統組成
注砂防滅火實驗係統如圖1所示。
在該注砂防滅火實驗係統中,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行混合,同時把在山砂懸浮劑生產車間生產的山砂懸浮劑添加到製漿池裏使砂漿達到適合的粘度,然後將製好的砂漿送入輸送管道來進行實驗係統的監測和控製。
同時在實驗過程中建立1個監控係統,其是通過傳感器測定砂漿的溫度、粘度、壓力、流量來采集相應的模擬信號,由數據采集卡將采集到的這些信號經模數轉換輸入到計算機中,利用所編寫的計算機程序進行信息處理,然後再將數字信號轉換為模擬信號通過調節電機轉速來控製注砂係統,使之實現自動監控,從而取得了一定的數據參數,為現場實際注砂係統 設計和設備選型提供理論依據。
1.2 注砂泵
圖1 注砂防滅火實驗係統組成圖
本實驗所選的為Ｇ85-1單螺杆泵,其允許的最高粘度為200Ｐａ·ｓ,理論最大流量為43.5ｍ 3/ｈ。該螺杆泵的出口壓力大,可以滿足輸送管道所需的壓力,且轉速可以通過電磁調速電機來調節。在本實驗係統中使用的ＹＣＴ型電磁調速電機,適用於恒轉矩負載的交流無級調速設備。
1.3 攪拌器
攪拌器設置在製漿池內,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。攪拌器的轉速也是通過1個ＹＣＴ型電磁調速電機來控製的。
1.4 監控係統
(1)數據采集卡。該實驗係統選用ＵＡ303型Ａ/Ｄ采集卡。數據采集卡與微機的連接時在本監控係統中使用ＵＳＢ接口連接。
(2)溫度的監測。在該實驗係統中,溫度要求範圍是60～70℃。選用ＡＤ590型的溫度傳感器。(3)粘度的監測。在該監控係統中選用Ｈ-ＢＤ5ＶＳ1742型的粘度傳感器。其是一種手持式傳感器, 設計巧妙.所有數據可以掉電保存。具有現場總線支持能力和ＲＳ232/485通信接口。(4)管道壓力的監測。根據該監控係統的特點和需求,選用ＣＹＺ102型的壓力傳感器。
(5)管道流量的監測。在該係統中選擇使用Ｍａｇ一體式電磁流量計。其主要用途為測量封閉管道中導電液體和漿液的體積流量。電磁流量計是應用電磁感應原理來測量管道中導電液體的平均流速,即若感應強度不變,流體充滿管道流動,電磁流量計的感應電動勢與流量成線性關係。
2 監控係統的軟件 設計
計算機軟件程序采用ＶＢ語言編寫,操作係統為Ｗｉｎｄｏｗｓ98或Ｗｉｎｄｏｗｓ2000。ＶＢ語言有很好的窗口操作性,良好的界麵,所以該係統使用ＶＢ進行開發。該程序界麵根據監控係統的不同功能分為2個單元。一個是控製單元,通過電磁調速電機可以對注砂防滅火係統中的泵和攪拌器的轉速進行調節和控製。其中,一號電機控製泵的轉速,二號電機控製攪拌器的轉速,並可以通過加速、減速對電機轉速進行調節,與此同時設定的轉速和電機的實際轉速也可以顯示在該界麵上。另一個為采集單元,顯示出通過數據采集卡采集到的壓力、流量及粘度等數據。同時,可以計算出實驗係統中所用Φ100ｍｍ和Φ125ｍｍ管道的壓差並據此推算出實際現場中4000ｍΦ100ｍｍ和Φ125ｍｍ管道的壓差。
3 實驗過程及 03manbetx
3.1 實驗過程神東試驗礦井的采空區注砂防滅火係統在實驗室進行模擬試驗,其試驗步驟如下。
(1)檢查管路。全麵檢查注砂係統管路,確保管路中的閥門處於正確工作狀態。
(2)清水試驗。先將管路中的水排空,在攪拌器中放水1.4ｍ3,考慮管路有餘水0.1ｍ3,計1.5ｍ3。開泵循環,攪拌器中的水的容量大約為0.7ｍ3,記錄該刻度的實際水容量。進行清水的流動阻力、流量試驗。
(3)懸浮劑試驗。將管路係統中的清水排空,將消化罐中的含15ｋｇ的懸浮劑溶液注入到攪拌器中,再注水使其容積達到1.4ｍ 3,開泵循環,進行懸浮劑的流動阻力、流量試驗。用溫度傳感器測量出懸浮劑的溫度。
(4)注砂試驗。通過設置1個液位計測量製漿池中的液位,使砂水按照既定的比例1:1.47～4.41加入到製漿池中。。在懸浮劑溶液中分別按以下要求加砂進行試驗:第一次,加砂500ｋｇ,使水砂質量比為3:1,進行循環,測試流動阻力;第二次,加砂250ｋｇ,使水砂質量比為2:1,進行循環,測試流動阻力。第三次,加砂750ｋｇ,使水砂質量比為1:1,進行循環,測試流動阻力。每次循環時間10ｍｉｎ。
(5)阻力試驗。每次阻力試驗按4個流量進行,即螺杆泵在1000ｒ/ｍｉｎ、800ｒ/ｍｉｎ、600ｒ/ｍｉｎ、400ｒ/ｍｉｎ轉速的流量下,進行清水、懸浮劑、山砂的流動阻力試驗。每個循環的穩定時間應>5ｍｉｎ。
(6)排漿。將螺杆泵調至中轉速,開啟製漿池入口處的閥門(保證出口閥門關閉),進行排漿。
(7)清洗管路。向攪拌罐中注入清水,將螺杆泵調至中轉速循環3～5ｍｉｎ左右,開啟排汙閥排出剩餘砂漿。
(8)排水、整理儀器和設備。
3.2 實驗結果 03manbetx 實驗數據的統計結果如表1所示。
表1 實驗數據統計表
如表1所示,在4個不同的電機轉速,即1000ｒ/ｍｉｎ、800ｒ/ｍｉｎ、600ｒ/ｍｉｎ、400ｒ/ｍｉｎ轉速下來測試主管道中的流量變化情況時,流量隨著轉速的降低而降低。而係統軟件程序采集到的流量數據經過係數修正之後與在流量轉換器上直接讀取的數據相一致。由於管道中的沿程阻力損失,故在同一管道內從ｐ 1到ｐ 2,從ｐ 3到ｐ 4壓力應該是逐漸降低的。
表中還分別計算出了4000ｍΦ100ｍｍ管道的壓差和4000ｍΦ125ｍｍ管道的壓差,這可以滿足現場2個管道的輸送壓力。試驗取得的參數為現場注砂防滅火係統的 設計和設備選型提供了理論根據。
4 結 語
本文的創新之處在於:通過對神東礦區實際情況的調查研究,開發了一種適用於該礦區的經濟有效的注砂防滅火係統,並實現生產過程中的自動監控。主要表現在以下2個方麵:
(1)在該係統中,避免了傳統注砂技術的弊端,並結合了神東礦區當地的實際情況,有效利用當地豐富的山砂資源,加入研製的山砂懸浮劑,解決了山砂極易沉澱在管路中造成管道堵塞和對管路磨損嚴重的問題。
(2)由於該實驗過程複雜,需要掌握的參數又比較多,所以在此進行了自動監控,並開發了相關軟件。這可以掌握係統的實時運行情況,同時也可以控製係統中的電機的運轉,解決了以往對注漿係統監測、控製的零散性和不精確性。從而可以提高該領域內的自動化程度,對加快灌漿防滅火技術的進步起到了一定的推動作用。
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