急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010774981.0 (22)申请日 2020.08.05 (71)申请人 中国矿业大学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁11号 (72)发明人 陆新晓刘梦华沈聪宋思远 幸运史国钰王明扬陈斌 (51)Int.Cl. E21F 5/06(2006.01) E21F 5/00(2006.01) E21F 17/00(2006.01) (54)发明名称 急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系 (57)摘要 本发明实施例公开了急倾斜煤层自燃凝胶 泡沫立体防控体系， 。

2、旨在向急倾斜煤层自燃带注 入凝胶泡沫进行火灾治理。 该体系包括智能式拖 动小车、 材料箱体、 添加模块、 发泡模块和分配模 块； 智能式拖动小车， 移动方式采用轨道式， 用以 放置泡沫箱体、 添加模块、 发泡模块和分配模块， 并与工作面的推进速度保持一致； 添加模块和发 泡模块并列安装在材料箱体的左方， 添加模块用 以添加A料和B料； 发泡模块用以产生和均匀混合 泡沫液并生成凝胶泡沫； 分配模块用以分配生成 的泡沫， 将凝胶泡沫输送至自燃区域。 将上述装 置集于一体， 可采用在煤层的回风侧埋管、 采空 区插管和底板巷插管三种工艺方式向采空区自 燃带灌注凝胶泡沫。 权利要求书2页 说明书7页 附。

3、图5页 CN 111894652 A 2020.11.06 CN 111894652 A 1.急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系， 其特征在于， 包括： 智能式拖动小车， 行进速度与工作面的推进速度保持一致， 用以放置泡沫箱体、 添加模 块、 发泡模块和分配单元； 材料箱体， 安装在智能式拖动小车左侧位置， 用以盛放产生凝胶泡沫材料； 添加模块， 安装在泡沫箱体的右侧， 用以添加清水、 A料和B料； 发泡模块， 与添加模块并列安装在泡沫箱体的右侧， 用以产生和均匀混合泡沫液并生 成凝胶泡沫； 分配单元， 安装在智能式拖动小车的最右侧， 用以分配输送凝胶泡沫至煤层自燃区域。 2.根据权利要求1所。

4、述的系统， 其特征在于， 所述智能式拖动小车下设有轨道， 采用工 作面已有的轨道移动， 通过数据计算使行进速度与工作面的推进速度保持一致。 3.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述材料箱体包括A料箱体、 B料箱体和发 泡剂箱体， A料箱体和B料箱体左右放置， 共同安装在发泡剂箱体后侧。 4.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述添加模块中包括添加泵和混合液箱 体， 所述混合液箱体通过管道和添加泵泡沫箱体相连， 并通过第一管道和第二管道分别添 加A料和B料， 所述第一管道和第二管道上分别装有第一阀门和第二阀门分别控制A料和B料 的添加。 5.根据权利要求1所述的系统， 其特征在。

5、于， 所述添加模块中的混合液箱体右侧设置孔 口连接外接压水管道， 控制清水的添加， 混合液箱体中装有搅拌装置用以均匀混合液体。 6.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述发泡模块包括泡沫液箱体和发泡器装 置， 所述泡沫液箱体后侧连接所述混合液箱， 左侧设置通过第三管道与所述发泡剂箱体相 连， 用以添加发泡剂并混合形成泡沫液， 所述发泡器装置与所述发泡箱体通过软管连接， 用 以产生凝胶泡沫。 7.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述发泡器装置前端采用旋转叶片将A料、 B料和发泡剂充分混合均匀， 并利用两端的压力差使混合液进入所述发泡器装置， 所述发泡 器装置与外接压风管道连接，。

6、 用以提供所述旋转叶片的动力， 叶片与竖直平面的夹角为30 60 ， 叶片的扭向斜度为3040 。 8.根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 所述旋转叶片由管道固定在发泡器腔壁， 风流通过管道进入并从旋转叶片中间的圆孔流出， 加大风流的流量， 增加泡沫液体的发泡 数量。 9.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述发泡器通过网面进行发泡， 所述发泡 网面与腔壁的夹角为815 ， 所述发泡网面中部区域的网孔密度大且网孔直径较小， 随着 远离网面中心的外围网孔密度逐渐减小。 10.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述分配单元由泡沫主管与所述发泡器 装置连接， 泡沫支管通过多个三。

7、通与所述泡沫主管相连， 右侧与托管连接， 所述泡沫支管与 所述托管的连接口采用三层的同心圆结构， 内圆与外圆的直径比为0.850.95， 外圆与内 圆的外层圆环用橡胶塞连接， 所述同心圆结构可以保持外圆连接的小车水平移动， 内圆的 内层圆环连接的所述托管可以随着装置的移动而不停旋转， 以减小移动过程中掉落碎煤的 压力。 11.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 包括： 凝胶泡沫向急倾斜煤层灌注时， 可 权利要求书 1/2 页 2 CN 111894652 A 2 采用开采煤层的回风侧埋管、 采空区插管和底板巷插管工艺方式。 12.根据权利要求11所述的系统， 其特征在于， 采用回风侧埋管。

8、时， 管道的最前端位于 急倾斜煤层的自燃带边缘， 凝胶泡沫可以扩散至采空区的自燃带， 埋管长度L与工作面的倾 角 大小有关， 即Lk ， k的范围为1.11.5； 采用采空区插管时， 在采煤工作面间隔一定的距离设置三通， 插管由三通引出进入采 空区， 相邻插管的间距随与回风巷距离的增大而增大， 采空区插管长度总体呈弧状分布， 采 空区中部的所述插管长度最长， 中部两侧位置的插管长度不同程度的缩短。 采用底板巷插管时， 由相邻底板巷打钻向采空区注入泡沫， 钻场布置间距为1530m。 13.根据权利要求11所述的系统， 其特征在于， 所述插管在急倾斜煤层的工作面非等距 离分布， 所述相邻插管的间距。

9、成等比， 即L2/L11.11.3， 中部以上位置的相邻两个所述插 管长度A1/A21.21.3， 中部以下位置的相邻两个所述插管长度满足A2/A31.01.2。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111894652 A 3 急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系 技术领域 0001 本发明急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系， 涉及向急倾斜煤层自燃区域灌注 凝胶泡沫治理煤层发火， 属于急倾斜煤层的火灾防控领域。 背景技术 0002 采空区是煤层最易发生自燃且最为严重的区域， 在开采过程中， 急倾斜煤层比缓 倾斜煤层和倾斜煤层更容易自燃。 急倾斜上部煤层多为露头带与浅埋藏， 地表裂隙漏风通 道多， 。

10、连续供氧条件充足， 增加治理难度。 急倾斜煤层由于煤层倾角过大， 回风巷与进风巷 会有一定的垂直高度从而造成风流向上的趋势， 开采急倾斜煤层时受采动影响， 地表将进 一步塌陷， 产生大量裂隙， 使火区漏风通道增多、 漏风量加大。 所以当急倾斜煤层的采空区 发生煤自燃时， 自燃火区呈立体蔓延趋势逐渐发展为立体火区， 原来的自燃带区域因为火 风压的影响致使上部自燃区域向外扩大， 导致火灾治理难度加大。 0003 为了有效防治急倾斜煤层自燃， 针对急倾斜煤层倾角大的特点相应提出回风侧埋 管、 采空区插管和底板巷插管三种方法注入凝胶泡沫进行灭火， 并提出将凝胶泡沫的制备 和灌注集成于一体， 并实现集成。

11、装置的前进速度与工作面的推进速度保持一致， 从而实现 凝胶泡沫注入急倾斜煤层采空区自燃带的智能化。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明实施例提供急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系， 实现对急 倾斜煤层自燃区域的有效治理。 0005 本发明实施例一提供急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控装置， 包括 0006 智能式拖动小车， 行进速度与工作面的推进速度保持一致， 用以放置材料箱体、 添 加模块、 发泡模块和分配单元； 0007 材料箱体， 安装在智能式拖动小车左侧位置， 用以盛放产生凝胶泡沫的A料、 B料和 发泡剂； 0008 添加模块， 安装在泡沫箱体的右侧， 包括用以添加A料和B料的泵和盛放。

12、A料和B料 的混合液箱体； 0009 发泡模块， 与添加模块并列安装在材料箱体的右侧， 包括发泡箱体和发泡器装置， 用以充分混合形成泡沫液并产生凝胶泡沫； 0010 分配单元， 安装在智能式拖动小车的最右侧， 用以分配并输送凝胶泡沫至煤层自 燃区域。 0011 可选的， 所述智能式拖动小车下设有轨道， 采用工作面已有的轨道移动， 行进速度 与工作面的推进速度保持一致。 0012 可选的， 所述添加模块中的两个添加泵通过管道分别与盛放A料和B料的箱体相 连， 并通过第一管道和第二管道添加A料和B料至混合液箱体中， 所述第一管道和第二管道 上分别装有第一阀门和第二阀门控制A料和B料的添加。 说明书。

13、 1/7 页 4 CN 111894652 A 4 0013 可选的， 所述添加模块的混合液箱体与外接压水管道相连， 水流通过压水管道进 入混合液箱体充分搅拌形成混合液。 0014 可选的， 所述第一阀门和所述第二阀门不能同时打开添加A料和B料进入混合液箱 体中。 0015 可选的， 所述发泡模块包括发泡箱体和发泡器装置， 所述材料箱体中的发泡剂通 过第三管道进入泡沫液箱体， 与混合液混合均匀形成泡沫液， 所述发泡器装置与所述泡沫 液箱体通过软管连接。 0016 可选的， 所述发泡器装置最前端与外接压风管道连接， 用以产生凝胶泡沫。 0017 可选的， 所述连接软管前端为渐缩管道， 所述软管处。

14、为负压添加， 所述渐缩管道长 度为35cm， 收缩角度 1为1015 。 0018 可选的， 所述发泡器装置的软管连接后端采用旋转叶片将A料、 B料和发泡剂再次 充分混合均匀， 并利用两端的压力差使泡沫液进入所述发泡器装置。 0019 可选的， 所述发泡器装置与所述外接压风管道连接， 用以提供所述旋转叶片的动 力， 所述旋转叶片的转速为4001000r/min， 叶片与竖直平面的夹角r1为3060 ， 叶片的 扭向斜度r2为3040 。 0020 可选的， 所述旋转叶片由管道固定在发泡器腔壁， 风流通过管道进入并从旋转叶 片中间的圆孔流出， 加大风流的流量， 增加泡沫液体的发泡数量。 0021。

15、 可选的， 所述发泡器喷嘴采用渐扩管， 扩散角 2为1030 。 0022 可选的， 所述发泡器通过网面进行发泡， 所述网面与所述发泡器腔壁的夹角 3为8 15 ， 所述网面中部区域的网孔密度大且网孔直径较小， 随着远离网面中心的外围网孔密 度逐渐减小。 0023 可选的， 所述分配单元由泡沫主管与所述发泡器装置连接， 泡沫支管通过多个三 通与所述泡沫主管相连， 右侧与托管连接， 所述泡沫支管与所述托管的连接口采用同心圆 结构， 内圆与外圆的直径比为0.850.95， 采用三层的同心圆结构， 内圆与外圆的直径比为 0.850.95， 外圆与内圆的外层圆环用橡胶塞连接， 所述同心圆结构可以保持外。

16、圆连接的 小车水平移动， 内圆的内层圆环连接的所述托管可以随着装置的移动而不停旋转， 以减小 移动过程中掉落碎煤的压力。 0024 本发明实施例二提供急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控方法， 包括： 凝胶泡沫向 急倾斜煤层灌注时， 可采用在煤层的回风侧埋管、 采空区插管和底板巷插管三种工艺方式。 采用回风侧埋管时， 将管道沿回风侧设置， 使管道的端部埋至采空区自燃带的边缘。 随着工 作面的推进， 管道保持相同的向前移动， 保证端部始终位于自燃带边缘。 采用采空区插管的 工艺方法时， 管道从工作面插入采空区自燃带， 最靠近回风侧的插管位于采空区自燃带的 边缘， 下部插管随着与回风侧距离的增加， 插管。

17、的长度也相应增加， 在采空区中部插管长度 达到最长， 相邻两个插管的间距也逐渐增加， 根据工作面的实际长度调整插管的数量及距 离。 采用底板巷插管时， 通过相邻已开采煤层的巷道布置钻场， 通过钻孔插入注凝胶泡沫的 管道。 0025 可选的， 采用回风侧埋管时， 管道的最前端位于急倾斜煤层的自燃带边缘， 凝胶泡 沫堆积扩散至采空区的这个自燃带区域， 埋管长度L与工作面的倾角 大小有关， 即Lk ， k 的范围为1.11.5。 说明书 2/7 页 5 CN 111894652 A 5 0026 可选的， 采用采空区插管时， 在采煤工作面间隔一定的距离设置三通， 插管由三通 引出进入采空区自燃带， 。

18、相邻插管的间距随与回风巷距离增大而增大。 0027 可选的， 所述插管在急倾斜煤层的工作面非等距离分布， 即随着与回风巷的距离 增大， 相邻两个插管间距增大， 所述相邻插管的间距成等比， 即L2/L11.11.3。 0028 可选的， 所述插管的长度在自燃带的中部较长， 中部向上向下的位置逐渐变短， 中 部以上位置的相邻两个所述插管长度A1/A21.21.3， 中部以下位置的相邻两个所述插管 长度满足A2/A31.01.2。 0029 可选的， 采用底板巷插管时， 由相邻底板巷打钻向采空区注入泡沫， 钻场布置间距 为1530m。 0030 本发明实施例提供的急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系，。

19、 将凝胶泡沫的制备 和灌注集成于一体， 实现集成装置的前进速度与工作面的推进速度保持一致， 保证埋管的 端头始终位于采空区自燃带的边缘， 灌注的凝胶泡沫堆积扩散至整个自燃带， 有效解决急 倾斜煤层由于倾角过大灭火材料不易覆盖整个着火区域的问题。 而且， 将凝胶泡沫的制备 单元集成于一体， 实现凝胶材料的添加和发泡一体化， 在治理矿井自燃火灾时整个装置的 移动灵活性增加。 另外， 制备单元的动力来源于井下风流， 减小产生电火花的可能性， 提高 了装置的安全性能。 在向采空区自燃带灌注凝胶泡沫时可以采用回风巷埋管、 采空区插管 和底板巷插管三种不同的工艺方法， 根据急倾斜煤层的角度调整埋管的长度和。

20、插管的间 距， 确保凝胶泡沫覆盖至整个采空区自燃带， 从而实现对采空区煤自燃全面快速防控， 为矿 井的安全生产提供技术保障。 附图说明 0031 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其它的附图。 0032 图1为急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控装置； 0033 图2为发泡单元的发泡器装置； 0034 图3为发泡器装置中旋转叶片的主视图； 0035 图4为发泡器装置中旋转叶片。

21、的侧视图； 0036 图5为发泡器装置中发泡网面的侧视图； 0037 图6为泡沫支管和托管之间的同心圆结构； 0038 图7为急倾斜煤层自燃凝胶泡沫回风侧埋管和中部插管灌注工艺方式的立体图； 0039 图8为急倾斜煤层自燃凝胶泡沫底部巷插管灌注工艺方式的平面图； 0040 图9为采空区中部插管的方式。 0041 图1中： 1-智能式拖动小车； 2-材料箱体； 3-添加模块； 4-发泡模块； 5-A料箱体； 6-B 料箱体； 7-发泡剂箱体； 8-添加泵箱体； 9-混合液箱体； 10-泡沫液箱体； 11-发泡器装置； 12- 同心圆结构； 13-托管； 14-压水管道接口； 15-压风管道接口；。

22、 0042 图2中： 11-1-渐缩管； 11-2-旋转扇叶； 11-3-发泡网面； 16-吸液软管； 0043 图6中： 12-1-同心圆结构的外圆； 12-2-同心圆结构内圆的外层圆环； 12-3-同心圆 说明书 3/7 页 6 CN 111894652 A 6 结构内圆的内层圆环； 12-4-橡胶塞； 0044 图7中： 17-回风侧埋管； 18-采空区自燃带； 19-中部插管； 20-急倾斜煤层； 0045 图8中： 21-底板巷插管； 22-相邻煤层大巷。 具体实施方式 0046 下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。 0047 应当明确， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，。

23、 而不是全部的实施例。 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 它实施例， 都属于本发明保护的范围。 0048 图1为本发明实施例一提供的急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控装置， 如图1所 示， 该装置包括五大部分， 分别为： 位于整个装置的最底层的智能式拖动小车1， 前进速度与 工作面推进速度相同， 确保凝胶泡沫准确灌注至自燃带； 材料箱体2， 位于智能式拖动小车1 的最左侧， 用以盛放产生凝胶泡沫的材料； 添加模块3， 位于材料箱体2的右侧， 添加模块3中 的两个添加泵8通过管道分别与盛放A料的箱体5和B料的箱体6相连， 并通过第一管道和第 二管道。

24、与混合液箱体9连接， 所述第一管道和第二管道上分别装有第一阀门和第二阀门分 别控制A料和B料的添加。 混合液箱体右侧设置孔口14与外接压水管道相连； 发泡模块4， 与 添加模块3并列位于材料箱体2的右侧， 主要包括发泡箱体10和发泡器装置11， 发泡箱体10 后侧通过管道与混合液箱体9连接， 发泡箱体10左侧通过第三管道与泡沫箱体中的储存发 泡剂的箱体7连接， 发泡箱体10下侧通过软管连接发泡器装置11， 发泡器装置11前侧通过孔 口15与外接压风管道相连； 分配单元中的托管13通过同心圆结构12与发泡器装置11右侧相 连， 托管13右侧连接的回风侧埋管至采空区的自燃带边缘， 使凝胶泡沫堆积扩。

25、散灌注至整 个着火区域。 0049 可选的， 如图1所示， 所述智能式拖动小车1下设有轨道， 采用工作面已有的轨道移 动， 行进速度与工作面的推进速度保持一致。 0050 可选的， 如图1所示， 所述泡沫箱体2中， A料箱体5和B料箱体6左右放置， 共同安装 在发泡剂箱体7后侧。 0051 可选的， 所述分配单元由泡沫主管与所述发泡器装置连接， 泡沫支管通过多个三 通与所述泡沫主管相连， 右侧与托管连接。 0052 本实施例， 如图2所示， 发泡器装置最前端11与外接压风管道相连， 软管16接口前 端管道11-1的直径逐渐缩小， 在软管16连接处直径达到最小。 在软管16连接处后端设置有 叶片。

26、11-2用以搅拌并再次充分混合发泡液体， 叶片右端是多层发泡网装置11-3， 液体经过 发泡网产生泡沫。 泡沫主管与发泡器装置右端连接， 通过多个三通结构连接泡沫支管。 0053 可选的， 如图2所示， 所述连接软管16前端为渐缩管道11-1， 所述软管16处为负压 添加， 所述渐缩管道长度为35cm， 收缩角度 1为1015 。 0054 可选的， 如图2所示， 所述发泡器装置的软管连接后端采用旋转叶片11-2将A料、 B 料和发泡剂再次充分混合均匀， 并利用两端的压力差使混合液进入所述发泡器装置。 0055 可选的， 如图3、 图4所示， 旋转叶片通过管道固定在发泡器装置中， 外接压风管道。

27、 的风流提供所述旋转叶片的动力， 所述旋转叶片的转速为4001000r/min， 叶片与竖直平 面的夹角r1为3060 ， 叶片的扭向斜度r2为3040 。 如图3所示， 风流通过固定旋转叶片的 说明书 4/7 页 7 CN 111894652 A 7 管道进入并从中间的圆孔流出， 加大风流的流量， 增加泡沫液体的发泡数量。 0056 可选的， 如图2所示， 所述发泡器喷嘴采用渐扩管， 扩散角 2为1030 ， 发泡网面 采用多层网状结构， 腔体直径逐渐扩大， 由于有固定在腔壁的网面向外呈一定的弧度， 网面 与腔壁的夹角 3为815 ， 如图5所示， 随着与发泡网面圆心距离的增加， 网面上网孔。

28、的直 径增大， 网孔密度减小， 同一区域中网孔直径D2/D11.52.5， D3/D21.22。 0057 本实施例， 如图6所示， 托管和泡沫支管由同心圆结构进行连接， 内圆与外圆的直 径比为0.850.95， 同心圆结构分为三层， 内圆是双层结构， 外圆与左侧的装置分配单元的 泡沫支管相连， 保证装置的水平移动， 内圆的内层圆环采用可旋转钢环， 与右侧的托管相 连， 保证托管可以在移动的同时进行旋转以减小摩擦阻力和碎煤压力， 内圆的外层圆环与 外圆之间装有橡胶塞， 防止泡沫液体的泄露。 0058 本发明实施例二提供的急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控方法， 基于上述实施例 一中所述的任一急倾斜。

29、煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系， 包括： 将外接压水管道和外接压 风管道接入相应的添加模块3的混合液箱体9中和发泡模块4的发泡器装置11上， 将通过压 水管道接口14注入混合液箱体9中， 先后分别开启添加泵8将A料和B料分别通过第一管道和 第二管道加入混合液箱体9中， 所述第一管道和第二管道上的第一阀门和第二阀门分别用 以控制A料和B料的添加， 将清水、 A料和B料混合均匀后通过管道进入发泡模块4的泡沫液箱 体10中， 材料箱体2中的发泡剂通过第三管道注入泡沫液箱体10中混合形成泡沫液， 风流通 过外接压风管道接口15进入发泡器装置11， 由于软管16接口前端的管道直径逐渐缩小， 流 量一定时，。

30、 截面积较小处的流速较大， 根据伯努利方程流速变大， 压力变小， 所以在重力和 压力差的作用下软管16连接的泡沫液进入发泡器装置11中， 风流为叶片提供旋转的动力， 旋转的叶片再次混合泡沫液， 并且由于压差加快泡沫液的流动， 泡沫通过旋转叶片中间增 加的风流和多层网面的网孔实现高倍数发泡。 0059 可选的， 所述第一阀门和所述第二阀门不能同时打开添加A料和B料进入混合液箱 体中。 0060 可选的， 所述添加模块的混合液箱体和所述发泡模块的泡沫液箱体中安装搅拌装 置以实现液体的均匀混合， 搅拌装置的动力由井下风流提供。 0061 可选的， 连接所述添加模块的混合液箱体和所述发泡模块的泡沫液箱。

31、体的管道上 设置逆止阀， 防止泡沫液体的回流。 0062 如图2所示， 网面与腔壁的夹角 3为815 ， 增大网面的面积， 从而增加网面中网 孔的数量， 而且， 随着网面中心与泡沫出口的距离的变大， 轴心泡沫的速度减慢， 在网面上 停留时间增加， 增加泡沫的发泡数量。 如图3所示， 风流通过固定旋转叶片的管道进入并从 中间的圆孔流出， 加大风流的流量， 增加泡沫液体的发泡数量。 0063 将泡沫主管与发泡器装置连接， 通过多个三通连接泡沫支管与泡沫主管， 托管通 过同心圆结构分别与相应的泡沫支管连接。 泡沫通过管道由发泡器装置注入至采空区自燃 带， 智能式拖动小车根据工作面的推进速度向前移动，。

32、 并拖动泡沫管道使泡沫精准持续灌 注到采空区自燃带区域。 可选的， 通过同心圆结构， 为了减小摩擦阻力和碎煤的压力托管可 以一边旋转一边移动。 0064 如图7所示， 急倾斜煤层自燃凝胶泡沫的灌注工艺方法包括煤层回风侧埋管17、 采 空区插管19和底板巷插管21三种。 由于急倾斜煤层20采空区的自燃带18氧气充足且具有蓄 说明书 5/7 页 8 CN 111894652 A 8 热条件最容易发火， 正常情况下， 自燃带18的边缘距离开采工作面为2040m， 但是一方面 由于上行通风和裂隙回风通道的影响， 风流会从进风巷穿过自燃带汇流到回风巷， 另一方 面， 由于自燃带18温度的升高， 空气密度。

33、减小， 与外界空气造成密度差， 自然压差和火风压 的共同作用使自燃带18中高部区域向外延伸， 自燃带18边缘与开采工作面的距离变小。 0065 如图7所示， 采用回风侧埋管17的工艺方式时， 首先将泡沫管道预先埋入采空区上 部的回风大巷中， 由于火风压的影响， 控制埋管长度使管道端头位于扩展后的自燃带边缘， 凝胶泡沫由发泡器装置通过管道注入并堆积扩散至自燃带覆盖整个着火区域， 随着采煤工 作面的向前推进， 装置向外拖动管道， 使得埋管端头始终保持在自燃带边缘。 0066 假设火风压为Hf， 火灾前高温区域气体密度为 0， 着火后高温区域烟气密度为 s， H 为火区高温影响高度， 由流体静力学可。

34、推导出火风压的计算公式为： 0067 Hf( 0- s)gH 0068 假设发火前后巷道内的大气压近似不变， 自燃火灾发生前后气体温度分别表示为 T0， Ts， 结合盖吕萨克定律可以得到火风压关于温度的表达式： 0069 0070 假设t0外界大气温度， ts为煤矿着火区域回风裂隙内气体温度， tf为燃烧煤层温 度， L为回风裂隙某点距高温煤层距离， 参考ABopo o 公式， 煤矿下着火区域回风裂 隙的温度分布满足公式: 0071 tst0+(tf-t0)exp-(L/A) 0072 A为温度衰减指数， 在某一特定火区， 可以认为A只与火区温度有关。 0073 其中， 回风裂隙中某点的火风压。

35、为： 0074 0075 假设回风裂隙倾角为 ， 将温度分布的公式带入上式， 得回风裂隙内火风压的分布 方程， 再对方程两边进行积分计算可以得到着火区域的火风压值为： 0076 0077 从上式可以发现， 着火区域的火风压主要由着火区域煤层温度、 煤层着火高度和 回风裂隙倾角有关。 井下煤层的着火高度和回风裂隙倾角与开采工作面的倾斜角度有关， 所以， 火风压与煤层开采工作面的倾斜角度间接有关， 采空区自燃带的边界范围也与开采 工作面的倾斜角度存在一定的关系， 故而在预埋泡沫管道时埋管的长度L与煤层的倾角 满 足关系Lk ， k为1.11.5。 0078 如图7所示， 采用采空区中部插管19的工。

36、艺方式时， 沿开采工作面铺设泡沫管道， 每隔一定距离预留一个三通位置， 插管由三通引出， 同样由于火风压的影响， 在靠近回风侧 预留的三通彼此之间的距离较近， 且插管的长度较短， 靠近进风侧的的三通之间的距离较 大且插管的长度较长。 0079 如图9所示， 可选的， 插管在急倾斜煤层的工作面非等距离分布， 即随着与回风巷 的距离增大， 相邻两个插管间距增大， 相邻插管的间距成等比， 即L2/L11.11.3， 采空区 插管长度总体呈弧状分布， 采空区中部的插管长度最长， 中部以上的插管长度满足A1/A2 说明书 6/7 页 9 CN 111894652 A 9 1.21.3， 中部以下的所述插。

37、管长度满足A2/A31.01.2。 0080 如图8所示， 采用底板巷插管21的工艺方式时， 在相邻煤层的巷道22形成钻场进行 钻孔， 通过钻孔向采空区自燃带注入凝胶泡沫。 可选的， 钻场布置间距为1530m。 0081 如图7、 图8所示， 可选的， 采用煤层回风侧埋管17、 采空区插管19和底板巷插管21 三种工艺方式灌注凝胶泡沫时， 为了防止碎煤堵塞管道， 注入凝胶泡沫管道端头的部分都 采用网孔形式。 0082 本实施例提供的急倾斜煤层自燃凝胶泡沫立体防控体系， 将凝胶泡沫的制备和灌 注集成于一体， 实现集成装置的前进速度与工作面的推进速度保持一致， 保证埋管的端头 始终位于采空区自燃带。

38、的边缘， 灌注的凝胶泡沫堆积扩散至整个自燃带， 有效解决急倾斜 煤层由于倾角过大灭火材料不易覆盖整个着火区域的问题。 而且， 将凝胶泡沫的制备单元 集成于一体， 实现凝胶材料的添加和发泡一体化， 在治理矿井自燃火灾时整个装置的移动 灵活性增加。 另外， 制备单元的动力来源于井下风流， 减小产生电火花的可能性， 提高了装 置的安全性能。 在向采空区自燃带灌注凝胶泡沫时可以采用回风巷埋管、 采空区插管和底 板巷插管三种不同的工艺方法， 根据急倾斜煤层的角度调整埋管的长度和插管的间距， 确 保凝胶泡沫覆盖至整个采空区自燃带， 从而实现对采空区煤自燃火灾全面快速防控， 为矿 井的安全生产提供技术保障。。

39、 0083 需要说明的是， 在本文中， 诸如第一、 第二和第三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 “连接”“相连” 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； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介 间接相连。 术语 “后侧” 、“右侧” 、“上侧” 等指示的方位或位置关系的用语， 不是指示或暗示 所指的装置必须位于特定的方位， 因此不能理解为对本专利的限制。 术语 “包括” 或者其任 何其他变体旨在涵盖非排他性的包含， 从而使得包括。

40、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。 0084 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。 说明书 7/7 页 10 CN 111894652 A 10 图1 图2 说明书附图 1/5 页 11 CN 111894652 A 11 图3 图4 说明书附图 2/5 页 12 CN 111894652 A 12 图5 图6 说明书附图 3/5 页 13 CN 111894652 A 13 图7 图8 说明书附图 4/5 页 14 CN 111894652 A 14 图9 说明书附图 5/5 页 15 CN 111894652 A 15 。