阅读说明：本技术 一种快速移热注浆系统 (Rapid heat transfer grouting system ) 是由 潘荣锟 王陈辉 李聪 王健 路长 贾海林 郑立刚 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种快速移热注浆系统,用于煤堆时,一般煤矸石堆底层周边、煤矸石堆交汇处和向风面等部位易自燃；首先打开温度监测系统,使用测温装置探测温度最高点,将蒸发段埋在煤堆中的温度最高点处,冷凝段处于外部置热环境中；工质液接受蒸发段的热量而发生汽化,通过绝热段传递到冷凝段,对于冷凝段散发的煤堆热量传递到外界空气中,热管内的工质液散失热量冷凝液化,在重力的作用下,沿管壁回到蒸发段,从而形成一个独立的工质循环系统来去降低煤堆温度；当温度监测装置监测到发生火灾时,通过温度监测系统可以精确的探测火灾具体位置和火灾的变化,将移热注浆装置移动到火区,在移热降温的同时启动注浆系统,从而快速、准确、高效的灭火。(The invention discloses a rapid heat transfer grouting system, which is used for the spontaneous combustion of the periphery of the bottom layer of a common coal gangue pile, the junction of the coal gangue pile, the windward side and other parts when being used for a coal pile; firstly, a temperature monitoring system is started, a temperature measuring device is used for detecting the highest temperature point, an evaporation section is buried at the highest temperature point in a coal pile, and a condensation section is located in an external heat environment; the working medium liquid is vaporized by receiving the heat of the evaporation section, is transmitted to the condensation section through the heat insulation section, transmits the heat of the coal pile emitted by the condensation section to the outside air, condenses and liquefies the heat dissipated by the working medium liquid in the heat pipe, and returns to the evaporation section along the pipe wall under the action of gravity, so that an independent working medium circulating system is formed to reduce the temperature of the coal pile; when the temperature monitoring device monitors the occurrence of a fire disaster, the specific position of the fire disaster and the change of the fire disaster can be accurately detected through the temperature monitoring system, the heat transfer grouting device is moved to a fire area, and the grouting system is started while the heat transfer cooling is carried out, so that the fire is quickly, accurately and efficiently extinguished.)

一种快速移热注浆系统

技术领域

本发明涉及热管移热技术领域，具体涉及一种快速移热注浆系统。

背景技术

在煤炭的开采和运输过程过程中，都会涉及到煤堆储存的问题，而储煤堆自燃一直是煤炭储运面临的一大难题；自燃煤矸石山是一种比较特殊的燃烧系统，易自燃、易复燃、蓄热大等特点；现常规的治理手段是从“隔氧”的角度，但是煤炭发生自燃的条件之一还有良好的蓄热环境，松散煤体以破碎状态存在，常规挖掘熄灭法工程量相对较大，无法进行大面积剥离灭火，表面覆盖法包裹表层，易出现裂隙漏气而引发复燃；干冰或阻燃剂灭火方法费用又高，但传统的浇水、“埋竹娄”、“打密眼”等方法靠煤中的水分受热汽化吸热，借助孔眼的“烟囱效应”使热量散发出去，起到降温效果；但受煤中水分含量的影响，一方面水分以水蒸气形式离开煤堆带走了汽化潜热，另一方面，水很分逸出将会增大煤与空气的接触面积从而加速氧化，所以效果不是显著，各方面又受到了一定的局限性，当降温进行到一定程度后就很难起到降温的效果。

此外，鉴于降温可能达不到理想状况，还是会引发自燃现象；而现有的灌浆灭火装置不具备移热的功能，同时也不能够准确的定位着火位置，不能快速的降低温度移走热量，导致在扑灭火灾的过程中没有目的性，对火灾是否已经被扑灭也无法做出准确的判断；导致在灭火的过程中，造成不必要的浪费，或者火没有被完全扑灭的现象。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种快速移热注浆系统，本发明的目的是解决现阶段传统用于煤堆降温的方法降温效果不好以及降温后反而会加速煤的氧化问题、降温效果不好带来的煤自燃问题，提供一种全新的、结构简单、制造简单、使用方便且具有热二极管作用、传热性能良好、更加快速的移热灭火装置；凡是有温差存在的地方，必然存在热量从高到低传递的自然现象，而热传递的三种途径—热传递、热辐射和热对流中，热传导的速度是最快的；热管是一种传热效率极高的换热元件，依靠内部工质相交和连续的工质对流、换热和循环来实现热量的高效传递，是无源冷却系统中热量传输效率最高的装置；这种重力热管的工作性能十分可靠，具有很大的使用和实用价值；它只起到传递热量的作用，而不产生或消耗热量，当冷却的时间足够长，蒸发段的热源的吸收量与冷凝段散失到空气中或者其他介质中的热量相等（理想状态下），属于一个独立的工质循环系统；另外，通过对钻孔内温度的监测，可以找到温度最高点，从而提高移热效率；假如发生自燃，还可以确定火灾发生的位置，了解火灾的动向，最终达到精确灭火和确保火灾熄灭。

本发明解决上述问题的思路是：本发明从破坏蓄热环境出发，由煤堆的堆放形式、堆放尺寸、堆放时间和外部环境，去确定热管的尺寸、埋设半径、充液率和埋设深度；设想在煤堆中***移热灭火装置，在管道外壁布置一个感温探测器，通过传输线路，与温度采集卡进行连接，然后再连接到温度监测装置上；当煤堆中存在因氧化而导致煤层热量聚集时，感温探测器探测温度最高点，将蒸发段置于温度最高点处；然后煤堆内部的高热源可以作为热管蒸发段的启动热源，热管内部工质吸收热量，受热汽化变为蒸汽而把煤层内部的热量转移到冷凝段，冷凝段与空气对流换热，将煤堆内部热量移到外部空气中；从而破环煤层内部的蓄热环境，降低氧化带温度，起到降低煤堆温度；当移热不足发生自燃时，通过监控温度的变化，在外面启动注浆装置，开始注浆灭火。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速移热注浆系统，包括注浆装置、温度监测装置、温度采集卡、工质管、传感线路、感温探测器、注浆管道；所述注浆装置至少一个，所述注浆装置设置在温度监测装置一侧，所述工质管至少一个，所述工质管为横截面呈圆环形设置的筒体结构，所述工质管设置在温度监测系统另一侧，所述注浆装置、温度监测装置以及工质管依次从左到右排列设置，所述注浆装置一侧通过第一导线与温度监测系统连接，所述温度监测系统一侧通过温度采集卡与工质管相连接，所述温度监测系统通过第二导线与温度采集卡相连接，所述工质管外壁一侧设置有至少一个感温探测器，所述温度采集卡通过传感线路与感温探测器相连接；所述工质管为横截面呈圆环形设置的筒体结构，所述注浆管道为横截面呈圆环形设置的筒体结构，所述工质管包覆在注浆管外表面，所述注浆管道轴线与工质管轴线同轴分布，所述工质管与注浆管之间为中空结构设置，所述所述工质管与注浆管之间由下到上依次为蒸发段、绝缘段、冷凝段；根据相容性、工作温度、导热性能、经济和环保性的原则，所述工质管、注浆管道均选用碳钢管材质，所述工质管上端设置有第一堵头，所述第一堵头包括第一横板、第一固定块，所述第一固定块设置在第一横板下表面，所述所述第一固定块直径与注浆管道内径一致，所述第一横板直径与工质管外径一致，所述蒸发段内表面底部设置有工质液，所述注浆管道底部超出工质管至少10-80mm，所述注浆装置通过导流管与注浆管相互连通，所述注浆装置通过导流管并贯穿注浆管上方设置的第一堵头插设到注浆管内至少5-18mm，所述注浆管道底部与工质管底部之间设置有密封环，所述密封环轴线与注浆管道轴线同轴分布，所述注浆管道下端设置有第二堵头，所述第二堵头直径与注浆管道内径一致，并且所述注浆管道外表面两侧以及第二堵头底部均布有若干孔洞，所述孔洞直径为0.3-68mm，并且其中，所述感温探测器的端部***到孔洞内，感温探测器对于孔洞内部温度的感知；经传感线路把采集到的温度传输到温度采集卡中，再经温度采集卡传递到温度监测设备上，同过对温度的监控，得知煤堆内部的变化，可以对内部温度有一个很好的监控，对于热量的转移有一个明显的显示；当煤堆中存在因氧化而导致煤层热量聚集时，感温探测器探测温度最高点，将蒸发段置于温度最高点处；然后煤堆内部的高热源可以作为热管蒸发段的启动热源，热管内部工质吸收热量，受热汽化变为蒸汽而把煤层内部的热量转移到冷凝段，冷凝段与空气对流换热，将煤堆内部热量移到外部空气中；从而破环煤层内部的蓄热环境，降低氧化带温度，起到降低煤堆温度；当移热不足发生自燃时，通过监控温度的变化，在外面启动注浆装置，开始注浆灭火。

进一步的，所述工质管长度1-80m，直径为0.2-10m。

进一步的，所述蒸发段长度为工质管长度的2/5-1/3，所述蒸发段直径与工质管直径一致，所述绝缘段长度为工质管长度的1/4-1/3，所述绝缘段直径与工质管直径一致，冷凝段长度为工质管长度的2/5-1/3，所述冷凝段直径与工质管直径一致。

进一步的，所述工质管长度为注浆管道长度的1/6-9/10，所述注浆管道直径为工质管直径的1/4-2/3。

进一步的，所述工质管的工作温度是0℃～300℃，甲醇的工作温度为10℃～130℃，水的工作温度为50℃～250℃，又因为甲醇易溶于水、沸点较低、热导率高，和水的工作温度相近，故工质液取甲醇和水的混合液。

进一步的，所述工质管中工质液的甲醇与水的比例为：（0.3-0.8）：（0.7-0.2）。

进一步的，所述工质液充液率为20-60％时，移热能力较好。

进一步的，所述工质液充液率为40％时，移热能力最好，所以充液率取40％。

采用上述技术方案，本发明的有益效果：

本发明从破坏蓄热环境出发，由煤堆的堆放形式、堆放尺寸、堆放时间和外部环境，去确定热管的尺寸、埋设半径、充液率和埋设深度；设想在煤堆中***移热灭火装置，在管道外壁布置一个感温探测器，通过传输线路，与温度采集卡进行连接，然后再连接到温度监测装置上；当煤堆中存在因氧化而导致煤层热量聚集时，感温探测器探测温度最高点，将蒸发段置于温度最高点处；然后煤堆内部的高热源可以作为热管蒸发段的启动热源，热管内部工质吸收热量，受热汽化变为蒸汽而把煤层内部的热量转移到冷凝段，冷凝段与空气对流换热，将煤堆内部热量移到外部空气中；从而破环煤层内部的蓄热环境，降低氧化带温度，起到降低煤堆温度；当移热不足发生自燃时，通过监控温度的变化，在外面启动注浆装置，开始注浆灭火。

附图说明

图1是本发明中一种快速移热注浆系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明：

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1所示：一种快速移热注浆系统，包括注浆装置1、温度监测装置2、温度采集卡3、工质管4、传感线路5、感温探测器6、注浆管道7；所述注浆装置1至少一个，所述注浆装置1设置在温度监测装置2一侧，所述工质管4至少一个，所述工质管4为横截面呈圆环形设置的筒体结构，所述工质管4设置在温度监测系统2另一侧，所述注浆装置1、温度监测装置2以及工质管4依次从左到右排列设置，所述注浆装置1一侧通过第一导线11与温度监测系统2连接，所述温度监测系统2一侧通过温度采集卡3与工质管4相连接，所述温度监测系统2通过第二导线12与温度采集卡3相连接，所述工质管4外壁一侧设置有至少一个感温探测器6，所述温度采集卡3通过传感线路5与感温探测器6相连接；所述工质管4为横截面呈圆环形设置的筒体结构，所述注浆管道7为横截面呈圆环形设置的筒体结构，所述工质管4包覆在注浆管7外表面，所述注浆管道7轴线与工质管4轴线同轴分布，所述工质管4与注浆管7之间为中空结构设置，所述所述工质管4与注浆管7之间由下到上依次为蒸发段21、绝缘段22、冷凝段23；根据相容性、工作温度、导热性能、经济和环保性的原则，所述工质管4、注浆管道7均选用碳钢管材质，所述工质管4上端设置有第一堵头30，所述第一堵头30包括第一横板31、第一固定块32，所述第一固定块32设置在第一横板31下表面，所述所述第一固定块32直径与注浆管道7内径一致，所述第一横板31直径与工质管4外径一致，所述蒸发段21内表面底部设置有工质液40，所述注浆管道7底部超出工质管4至少10-80mm，所述注浆装置1通过导流管50与注浆管7相互连通，所述注浆装置1通过导流管50并贯穿注浆管7上方设置的第一堵头30插设到注浆管7内至少5-18mm，所述注浆管道7底部与工质管4底部之间设置有密封环60，所述密封环60轴线与注浆管道7轴线同轴分布，所述注浆管道7下端设置有第二堵头70，所述第二堵头70直径与注浆管道7内径一致，并且所述注浆管道7外表面两侧以及第二堵头70底部均布有若干孔洞80，所述孔洞80直径为0.3-68mm，并且其中，所述感温探测器6的端部***到孔洞80内，感温探测器6对于孔洞80内部温度的感知；经传感线路5把采集到的温度传输到温度采集卡3中，再经温度采集卡3传递到温度监测设备2上，同过对温度的监控，得知煤堆内部的变化，可以对内部温度有一个很好的监控，对于热量的转移有一个明显的显示；当煤堆中存在因氧化而导致煤层热量聚集时，感温探测器探测温度最高点，将蒸发段置于温度最高点处；然后煤堆内部的高热源可以作为热管蒸发段的启动热源，热管内部工质吸收热量，受热汽化变为蒸汽而把煤层内部的热量转移到冷凝段，冷凝段与空气对流换热，将煤堆内部热量移到外部空气中；从而破环煤层内部的蓄热环境，降低氧化带温度，起到降低煤堆温度；当移热不足发生自燃时，通过监控温度的变化，在外面启动注浆装置，开始注浆灭火。

本实施例中，所述工质管4长度1-80m，直径为0.2-10m。

本实施例中，所述蒸发段21长度为工质管4长度的2/5-1/3，所述蒸发段21直径与工质管4直径一致，所述绝缘段22长度为工质管4长度的1/4-1/3，所述绝缘段22直径与工质管4直径一致，冷凝段23长度为工质管4长度的2/5-1/3，所述冷凝段23直径与工质管4直径一致。

本实施例中，所述工质管4长度为注浆管道7长度的1/6-9/10，所述注浆管道7直径为工质管4直径的1/4-2/3。

本实施例中，所述工质管4的工作温度是0℃～300℃，甲醇的工作温度为10℃～130℃，水的工作温度为50℃～250℃，又因为甲醇易溶于水、沸点较低、热导率高，和水的工作温度相近，故工质液40取甲醇和水的混合液。

本实施例中，所述工质管4中工质液40的甲醇与水的比例为：（0.3-0.8）：（0.7-0.2）。

本实施例中，所述工质液40充液率为20-60％时，移热能力较好。

本实施例中，所述工质液40充液率为40％时，移热能力最好，所以充液率取40％。

由于国内大部分煤矿一般采用倒坡式翻头排矸法，从坡顶直接倾倒矸石地，由于离析现象，矸石自然滚落形成不同粒径分层堆积，坡底以大块矸石为主，坡腰粒度较小，坡顶为小粒度矸石；这样会加剧烟囱效应，促进煤自燃；而这这些煤堆中又存在易自然区域，比如：矸石堆底层周边、煤矸石堆交汇处和向风面等部位，所以在这些易自然区域使用移热注浆系统，降温预防自燃和灭火的效果更好；下面结合附图对本发明的一种快速移热注浆系统的具体实施方式作进一步的描述：在使用时，首先按照一定的间距，打下一系列钻孔，打开温度监测系统，放入移热注浆装置，感温探测器探测温度通过传感线路传递到温度采集卡中，最后传递到温度监测装置，确定最高温度点；然后，将蒸发段置于温度最高点处，蒸发段吸收的热量传递到工质管中，然后工质管中的工质液吸收热量汽化，通过绝热段传递到冷凝段，再由冷凝段和外部空气对流交换热量，将热量散发出去；工质液降温冷凝，在重力的作用下重新回到蒸发段；当探测到发生火灾时，由温度监测装置监测到火灾区域，这时移动移热注浆系统到火灾区域，在移热的同时启动注浆装置；在灭火的过程中，温度监测装置一直工作，直到当火区的温度下降到正常状态时，关闭注浆装置，然后移热工作可以一直进行；这样移热和灭火的一体化系统，极大的增加了移热灭火的效率，还能准确的定位最高温度点，从而快速有效的移热灭火。

本发明从破坏蓄热环境出发，由煤堆的堆放形式、堆放尺寸、堆放时间和外部环境，去确定热管的尺寸、埋设半径、充液率和埋设深度；设想在煤堆中***移热灭火装置，在管道外壁布置一个感温探测器，通过传输线路，与温度采集卡进行连接，然后再连接到温度监测装置上；当煤堆中存在因氧化而导致煤层热量聚集时，感温探测器探测温度最高点，将蒸发段置于温度最高点处；然后煤堆内部的高热源可以作为热管蒸发段的启动热源，热管内部工质吸收热量，受热汽化变为蒸汽而把煤层内部的热量转移到冷凝段，冷凝段与空气对流换热，将煤堆内部热量移到外部空气中；从而破环煤层内部的蓄热环境，降低氧化带温度，起到降低煤堆温度；当移热不足发生自燃时，通过监控温度的变化，在外面启动注浆装置，开始注浆灭火。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。