RU2196232C1 - Generator for foaming of suspensions - Google Patents

Abstract

FIELD: mining industry; applicable in prevention and extinguishing of fires in coal mines. SUBSTANCE: installed on main body, on its second rarefaction chamber is additional conical branch pipe with bin on its top for supply of pulp filling material (gypsum, cement fly ash, inert dust, etc). Installed at outlet of knee diffuser behind screw foam stabilizer is circular header with pipeline supplying additional gas flow in direction of stabilization to pipe of cased hole by means of directed nozzles which are oriented in direction of screw stabilizer motion. In this case, conical sleeve with outlet pipe forming the second rarefaction chamber has perforation on its lower conical part. EFFECT: higher efficiency of exogenous fires control in mine worked-out spaces through holes drilled from surface. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах. The invention relates to the mining industry and can be used to prevent and extinguish endogenous fires in coal mines.

Известно устройство для вспенивания глинистой пульпы, включающее корпус, эжектор, в виде патрубка подачи пульпы с калиброванным отверстием, конусообразную гильзу с выходным патрубком в вершине, первую и вторую камеры разрежения с патрубками подачи соответственно пенообразователя и воздуха и камеру смешивания компонентов с диффузором (SU 1131296 А1, кл. Е 21 F 5/00, 1993). A device for foaming clay pulp is known, including a housing, an ejector, in the form of a pulp supply pipe with a calibrated hole, a cone-shaped sleeve with an outlet pipe at the apex, the first and second rarefaction chambers with foam and air supply pipes, respectively, and a component mixing chamber with a diffuser (SU 1131296 A1, CL E 21 F 5/00, 1993).

Недостатком такого устройства является недостаточная эффективность образования вспененной пульпы в камере смешивания и в диффузоре вследствие прососа эжектируемого воздуха вдоль стенок калиброванного отверстия. Кроме того, для подключения на вертикальную обсадную профилактическую скважину требуется дополнительно монтировать вставку в виде колена, при этом на начальном участке пенопровода самопроизвольно возникает дополнительное гидродинамическое сопротивление, что снижает дальность транспортирования смеси. The disadvantage of this device is the insufficient efficiency of the formation of foamed pulp in the mixing chamber and in the diffuser due to the leakage of ejected air along the walls of the calibrated hole. In addition, to connect to a vertical casing preventive well, it is necessary to mount an additional insert in the form of a knee, while additional hydrodynamic resistance spontaneously arises in the initial section of the foam pipe, which reduces the range of transportation of the mixture.

Наиболее близким к прелагаемому техническому решению является генератор для вспенивания суспензии, включающий корпус, патрубок с калиброванным отверстием для подачи пульпы с пенообразователем, конусообразную гильзу с выходным патрубком в вершине, первую камеру разрежения с патрубком для подачи воздуха, вторую камеру разрежения и камеру смешивания, имеющую диффузор со стабилизатором потока пены, при этом патрубок для подачи пульпы с пенообразователем установлен с возможностью его продольного смещения по оси корпуса (RU 2061880, кл. Е 21 F 5/00, 1996). Closest to the proposed technical solution is a generator for foaming a suspension, including a housing, a nozzle with a calibrated hole for feeding pulp with a foaming agent, a conical sleeve with an outlet nozzle at the apex, a first rarefaction chamber with a nozzle for supplying air, a second rarefaction chamber and a mixing chamber having a diffuser with a foam flow stabilizer, while the nozzle for feeding the pulp with a foaming agent is installed with the possibility of its longitudinal displacement along the axis of the housing (RU 2061880, class E 21 F 5/00, 1996).

Недостатком такого генератора является некачественная подача пульпы из карьера ее получения и невозможность увеличения консистенции пульпы за счет непосредственного ввода дополнительного любого сыпучего материала. The disadvantage of this generator is the poor supply of pulp from the quarry of its receipt and the inability to increase the consistency of the pulp due to the direct input of any additional bulk material.

Кроме того, не достигается дополнительное диспергирование потока пены, ее подпор на входе в обсадную трубу скважины, пробуренную в поверхности, в очаг подземного пожара. In addition, additional dispersion of the foam flow is not achieved, its support at the entrance to the well casing, drilled in the surface, into the center of an underground fire.

Цель изобретения - увеличение дальности транспортирования вспененной суспензии, повышение качества ее генерирования с увеличением ее консистенции при одновременной стабилизации потока пульпы на магистральный пенопровод. The purpose of the invention is to increase the range of transportation of the foamed suspension, improving the quality of its generation with increasing its consistency while stabilizing the flow of pulp to the main foam.

Поставленная цель достигается тем, что у генератора для вспенивания суспензии, включающего корпус, патрубок с калиброванным отверстием для подачи пульпы с пенообразователем, конусообразную гильзу с выходным патрубком в вершине, первую камеру разрежения с патрубком для подачи воздуха, вторую камеру разрежения и камеру смешивания, имеющую диффузор со стабилизатором потока пены, при этом патрубок для подачи пульпы с пенообразователем установлен с возможностью его продольного смещения по оси корпуса, на вторую камеру разрежения установлен дополнительный конусообразный патрубок в вершине с бункером для подачи в нее сыпучего материала заполнителя пульпы, диффузор выполнен коленным, а на его выходе со стабилизатором потока пены установлен кольцевой коллектор с трубопроводом для подачи дополнительного газового потока по направлению стабилизации на обсадную трубу скважины посредством направленных сопел с кольцевого коллектора, которые ориентированы по направлению движения винтового стабилизатора. Кроме того, конусообразная гильза снабжена на нижней конусной ее части перфорацией. This goal is achieved in that the generator for foaming a suspension, including a housing, a nozzle with a calibrated hole for feeding pulp with a foaming agent, a conical sleeve with an outlet nozzle at the apex, a first rarefaction chamber with a nozzle for supplying air, a second rarefaction chamber and a mixing chamber having a diffuser with a foam flow stabilizer, while the nozzle for feeding the pulp with a foaming agent is installed with the possibility of its longitudinal displacement along the axis of the body, to the second vacuum chamber installed n an additional cone-shaped pipe at the apex with a hopper for feeding loose pulp aggregate material into it, the diffuser is made knee-shaped, and at its outlet with a foam flow stabilizer there is an annular manifold with a pipeline for supplying additional gas flow in the direction of stabilization to the well casing by means of directed nozzles with ring collector, which are oriented in the direction of motion of the screw stabilizer. In addition, the conical sleeve is provided with perforations on its lower conical part.

Предложенная совокупность существенных признаков позволяет:
- повышать качество генерируемой вспененной суспензии за счет интенсификации процесса смешивания компонентов путем взаимного расположения патрубков и их назначения,
- обеспечить двойную стабилизацию потока вспененной суспензии за счет снижения гидродинамического сопротивления начального участка пульпопровода,
- обеспечить возможность регулирования кратности вспененной суспензии за счет регулируемой подачи дополнительной подачи газового потока.The proposed set of essential features allows you to:
- to improve the quality of the generated foamed suspension due to the intensification of the process of mixing the components by the relative position of the nozzles and their purpose,
- to provide double stabilization of the flow of foamed suspension by reducing the hydrodynamic resistance of the initial section of the slurry pipeline,
- to provide the ability to control the multiplicity of the foamed suspension due to the controlled supply of additional gas flow.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид генератора. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the generator.

Генератор для вспененной суспензии содержит цилиндрический корпус 1, в котором размещен патрубок 2 с калиброванным отверстием для подачи раствора пульпы с пенообразователем, патрубок 3 для подачи сжатого газообразного продукта-воздуха в первую камеру разрежения 4, конусообразный патрубок 3 с бункером для подачи сыпучего материала во вторую камеру разрежения 6, к калиброванной вставке 7 подсоединено колено 9 диффузора 10 с образованием камеры 8 смешивания компонентов смеси, в расширяющемся канале диффузора 10 размещен винтовой стабилизатор 11 потока пены. Конусообразная гильза 14 выполнена с выходным патрубком 13, закрепленным в ее вершине с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно общей продольной оси гильзы 14 и камеры разрежения 6, и с перфорацией 24 на конусной ее части 12. The generator for the foamed suspension contains a cylindrical body 1, in which a nozzle 2 with a calibrated hole for supplying a pulp solution with a foaming agent is placed, a nozzle 3 for supplying compressed gaseous product-air to the first rarefaction chamber 4, a cone-shaped nozzle 3 with a hopper for feeding bulk material into the second a rarefaction chamber 6, a bend 9 of the diffuser 10 is connected to the calibrated insert 7 to form a mixing chamber 8 for mixing the components of the mixture, a screw stabilizer 1 is placed in the expanding channel of the diffuser 10 1 stream of foam. The conical sleeve 14 is made with an outlet pipe 13 fixed at its apex with the possibility of radial movement relative to the common longitudinal axis of the sleeve 14 and the vacuum chamber 6, and with perforation 24 on its conical part 12.

Стабилизатор 11 потока пены закреплен посредством радиальных пилонов 15 на фланце обсадной трубы 16. Конусообразная часть 12 гильзы снабжена рукоятью 17 для регулирования ее смещения относительно патрубка 2 для подачи раствора пульпы с пенообразователем в осевом направлении за счет резьбовой втулки 18. На выходе коленного диффузора 10 за стабилизатором потока пены установлен кольцевой коллектор с трубопроводом 19 для подачи дополнительного газового потока по направлению стабилизации на обсадную трубу 16 скважины посредством направленных сменных сопел 23 с кольцевого коллектора 21 с расходным вентилем 20 и обратным клапаном 22 для дополнительного смешивания компонентов смеси (пульпа - пенообразователь сжатый газ, зола-унос - инертный газ) перед ее подачей на обсадную скважину труб 16. Направленные сопла 23 ориентированы по направлению движения винтового стабилизатора 11. The foam flow stabilizer 11 is fixed by means of radial pylons 15 on the casing flange 16. The cone-shaped part 12 of the sleeve is equipped with a handle 17 for adjusting its displacement relative to the nozzle 2 for axially feeding the pulp solution with the foaming agent 18. At the outlet of the knee diffuser 10 an annular collector with a pipe 19 is installed by the foam flow stabilizer to supply additional gas flow in the direction of stabilization to the well casing 16 by means of directed nozzles 23 from the annular manifold 21 with a flow valve 20 and a check valve 22 for additional mixing of the components of the mixture (pulp - foaming agent compressed gas, fly ash - inert gas) before it is fed to the pipe casing 16. The directed nozzles 23 are oriented in the direction of movement screw stabilizer 11.

Работает генератор следующим образом. Для профилактической обработки и локализации при тушении экзогенного пожара в обработанной части угольного пласта вспененной суспензией (вспененная глинистая пульпа, гипсовые вспененные растворы, вспененная суспензия из золы-уноса с различным по модификации дополнительным наполнителем и др. ) на обсадную трубу 16 скважины, пробуренной с поверхности, монтируют диффузор 10 с коленом 9 в сборе с генератором. Патрубок 2 подключают на трубопровод подачи раствора пульпы с пенообразователем, к патрубку 3 подсоединяют источник сжатого газа (воздуха, инертного газа, соседнюю скважину в аварийный участок), к трубопроводу 19 подсоединяют источник подачи жидкого газообразного азота или эжектируют из аварийного участка воздух с повышенным содержанием кислорода соседней выдающей профилактической скважины), а конусообразный патрубок 5 с бункером и гильзой 14 обеспечивают подачу сыпучего материала (зола-унос, гипс, цемент, инертная пыль и др. заполнения). The generator operates as follows. For preventive treatment and localization when extinguishing an exogenous fire in the treated part of the coal seam with a foamed suspension (foamed clay pulp, gypsum foamed solutions, foamed suspension from fly ash with various additional fillers modified by others) onto a casing 16 of a well drilled from the surface Mount the diffuser 10 with the elbow 9 assembly with the generator. Pipe 2 is connected to a pulp solution supply line with a foaming agent, a compressed gas source (air, inert gas, an adjacent well to the emergency section) is connected to pipe 3, a liquid nitrogen gas supply source is connected to pipeline 19, or air with an increased oxygen content is ejected from the emergency section adjacent preventive well), and a cone-shaped nozzle 5 with a hopper and a sleeve 14 provide a flow of bulk material (fly ash, gypsum, cement, inert dust, etc. filling).

При работе в зависимости от вида подачи раствора пульпы вводится через бункер дополнительный наполнитель, при этом это достигается тем, что конусообразная гильза 14 во фланцевом соединении посредством болтов, вставок и дополнительных прокладок с помощью рукояти 17 поднимается вверх или вниз, в зависимости от сыпучего материала (гипс, цемент, зола-унос, инертная пыль или др. наполнители). Перфорация 24 на нижней части конусной части 12 конусообразной гильзы 14 обеспечивает невозможность заштыбования второй камеры 6 разрежения. When working, depending on the type of pulp solution supply, an additional filler is introduced through the hopper, this is achieved by the fact that the cone-shaped sleeve 14 in the flange connection by means of bolts, inserts and additional gaskets with the handle 17 rises up or down, depending on the bulk material ( gypsum, cement, fly ash, inert dust or other fillers). Perforation 24 on the lower part of the conical part 12 of the cone-shaped sleeve 14 makes it impossible to pin the second vacuum chamber 6.

Качество генерирования вспененной суспензии зависит от процентного содержания пенообразователя, качества сжатого газа, количества и качества эжектируемого дополнительного наполнителя из бункера, объема сжатого газа через кольцевой коллектор 21 и приемистости скважины в аварийный участок шахты. The quality of generation of the foamed suspension depends on the percentage of the foaming agent, the quality of the compressed gas, the quantity and quality of the ejected additional filler from the hopper, the volume of compressed gas through the annular collector 21 and the injectivity of the well into the emergency section of the mine.

При этом объем подачи дополнительного наполнителя через гильзу 14 с нижней перфорацией достигается работой винтового стабилизатора 11, который обеспечивает закрутку потока суспензии в диффузоре 10, тем самым предопределяется снижение коэффициента гидравлического сопротивления начального участка обсадной трубы 16 пенопровода, этой же задаче способствует направление газовых потоков сопел 23, которые ориентированы по направлению движения винтового стабилизатора 11. The supply volume of the additional filler through the sleeve 14 with the lower perforation is achieved by the operation of the screw stabilizer 11, which ensures the swirling of the suspension flow in the diffuser 10, thereby decreasing the hydraulic resistance coefficient of the initial section of the casing pipe 16 of the foam conduit, the direction of the gas flows of the nozzles 23 contributes to this task which are oriented in the direction of movement of the screw stabilizer 11.

Данные экспериментальных исследований генератора-прототипа подтверждают целесообразность ввода дополнительной подачи наполнителя пульпы, одновременной строго дозируемой подачи глинистой пульпы и пенообразователя и ввода кольцевого коллектора, обеспечивающего подпор в движении работы стабилизатора 11 и возможность подачи газового потока. The experimental research data of the prototype generator confirm the feasibility of introducing an additional supply of pulp filler, simultaneous strictly dosed feeding of clay pulp and foaming agent and introducing an annular collector, which provides pressure in the movement of the stabilizer 11 and the possibility of supplying a gas stream.

Предлагаемое усовершенствование генератора обеспечивает повышение эффективности борьбы с эндогенными пожарами в выработанных пространствах шахт через скважины, пробуренные с поверхности. The proposed improvement of the generator provides an increase in the efficiency of combating endogenous fires in the mined spaces of mines through wells drilled from the surface.

Claims (2)

1. Генератор для вспенивания суспензии, включающий корпус, патрубок с калиброванным отверстием для подачи раствора пульпы с пенообразователем, конусообразную гильзу с выходным патрубком в вершине, первую камеру разрежения с патрубком для подачи воздуха, вторую камеру разрежения и камеру смешивания, имеющую диффузор с винтовым стабилизатором потока пены, при этом патрубок для подачи раствора пульпы с пенообразователем установлен с возможностью его продольного смещения по оси корпуса, отличающийся тем, что на вторую камеру разрежения установлен дополнительный конусообразный патрубок в вершине с бункером для подачи в нее сыпучего материала наполнителя пульпы, диффузор выполнен коленным, а на его выходе за винтовым стабилизатором потока пены установлен кольцевой коллектор с трубопроводом для подачи дополнительного газового потока по направлению стабилизации на обсадную трубу скважины посредством направленных сопел с кольцевого коллектора, которые ориентированы по направлению движения винтового стабилизатора. 1. A generator for foaming a suspension, including a housing, a nozzle with a calibrated hole for supplying a pulp solution with a foaming agent, a cone-shaped sleeve with an outlet nozzle at the top, a first rarefaction chamber with an air nozzle, a second rarefaction chamber and a mixing chamber having a diffuser with a screw stabilizer the foam flow, while the pipe for supplying a solution of pulp with a foaming agent is installed with the possibility of longitudinal displacement along the axis of the body, characterized in that the second vacuum chamber An additional cone-shaped pipe was installed at the top with a hopper for feeding loose pulp filler material into it, the diffuser was made knee-shaped, and at its exit behind the screw foam flow stabilizer, an annular manifold with a pipeline was installed to supply additional gas flow in the direction of stabilization to the well casing by means of directional nozzles from the ring collector, which are oriented in the direction of motion of the screw stabilizer. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что конусообразная гильза снабжена на нижней конусной ее части перфорацией. 2. The generator according to claim 1, characterized in that the conical sleeve is provided with perforation on its lower conical part.