本发明专利技术公开了渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置，包括风管、电机、齿轮模组、转轴、添加装置、反应室、螺旋叶片、观察孔等，旨在向采空区自燃带注入混凝土凝胶泡沫，封堵漏风区域。添加装置内壁曲线设计为摆线，物料下落速度快；进液口设置三级射流器，利用高速水流产生的负压将制备泡沫的三种原料按序定量吸入反应室；砂石口外安装旋震筛，筛出中等粒径砂石；反应室内设有尺寸渐变的双螺旋叶片，搅拌更加充分；电机通过齿轮模组带动空心转子轴旋转，实现泡沫正向与反向搅拌；泡沫出口位置设有观察孔与密封旋塞，用于观察产泡质量。该装置可以稳定高效的制备混凝土凝胶泡沫并将其注入采空区自燃带。其注入采空区自燃带。其注入采空区自燃带。
【技术实现步骤摘要】
渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置
[0001]本专利技术渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置，涉及向采空区自燃带灌注混凝土凝胶泡沫封堵煤层裂隙，减少漏风，治理煤层发火，属于矿山安全工程
技术介绍
[0002]我国化石能源的主要特点是：富煤、贫气、少油。据统计表明，2021年在能源消耗排名中，煤炭消费占能源消费总量的56％，与上年相比下降0.9％，仍为最高能源消耗量。作为我国重要的基础能源行业，煤矿不仅提供了庞大的能源储备，还解决了大量的就业问题。为了满足国民经济高速增长的需要，在今后相当一段时间内煤炭仍存在较大需求，因此煤炭开采过程中的安全问题显得尤为重要。煤炭自然发火常发生于采空区，由于煤层裂隙较多，漏风量大，热量蓄积多，为煤炭自燃提供了有利的条件。当采空区内氧气含量充足时，采空区自燃带化学反应速率、放热反应速率加快。近些年来，我国发生多起由裂隙封堵问题造成的大型事故，不仅对经济造成影响，煤炭燃烧生成的有毒气体还会威胁工作人员的身体健康。采空区内含有大量遗煤、碎煤，封堵煤体中的孔隙与煤块之间的空隙，减少氧气与煤体的接触面积是防止采空区自然发火的有效途径。传统堵漏风技术主要有高分子材料喷涂、泡沫喷涂、注浆封堵等，这些技术在实际应用中都有非常大的意义，但也存在一些缺点。高分子材料喷涂存在着成本较高的问题；注浆虽然成本较低，但长时间表面干裂会产生新的裂隙，同时还会造成用地紧张；聚氨酯泡沫虽然可以用于封堵采空区裂隙，但材料本身易燃；三相泡沫虽然可以向采空区高处堆积，但是泡沫破碎后水浆易流失。因此需要一种能够制备流动性好、固结速度适中、材料难燃、成本低廉的泡沫的装置。
技术实现思路
[0003]有鉴于此，本专利技术实例提供了渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置，喷射出的泡沫具有流动性良好、耐热性优良、成本低廉的特点。
[0004]本专利技术实例提供了渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置，包括：
[0005]风管，与气泵相连，采用Y型设计，风管转角处设计为90
°
圆角，减少了风流与风管转角处的局部阻力损失；
[0006]电机，安装在设备左侧，通过电机正转带动齿轮模组实现第一螺旋叶片的正转，第二螺旋叶片反转，完成反应室内搅拌；通过电机反转带动齿轮模组实现第一螺旋叶片的反转，第二螺旋叶片正转，排出反应室多余废料；
[0007]齿轮模组，由主动齿轮与从动齿轮组成，通过连接件与空心转子轴相连，两齿轮相啮合，通过电机正转实现主动齿轮的正转与从动齿轮的反转；
[0008]空心转子轴，固定在反应室内，通过滚珠与连接件实现空心转子轴的相对旋转与固定，空心转子轴外壁均匀打孔，气流通过空心转子轴外壁通孔沿轴线方向对反应室内均匀输入空气，提高装置产泡质量；
[0009]添加装置，安装在反应室外，用于添加水、泡沫原料、水泥、砂石，分为进灰口、砂石
口、进液口三部分，砂石口外设有旋震筛，旨在筛出中等粒径砂石进行发泡，提高混凝土凝胶泡沫产出质量，进液口内有三级射流器，与反应室内可旋转高压喷头相连；
[0010]反应室，安装在设备右侧，顶部设有添加装置，底部设有排污口，内部由可旋转高压喷头、双螺旋叶片组成，要求可旋转高压喷头直径M约占反应室总长H的1/3
‑
1/4；
[0011]螺旋叶片，用于搅拌反应室内原料，由第一螺旋叶片与第二螺旋叶片组成，螺旋叶片表层带有搅拌牙，搅拌牙面积占螺旋叶片面积的50％
‑
60％；
[0012]观察孔，设置在反应室右侧收口处，用于观察物料搅拌情况，观察孔外设有密封旋塞，工作状态时，观察孔处于密封状态，密封旋塞对观察孔进行封堵，防止物料喷溅。
[0013]可选的，所述泡沫发生装置采用悬挂式安装，并随采煤工作面液压支柱一起移动。
[0014]可选的，所述螺旋叶片设计为尺寸渐变啮合设计，螺旋叶片顶部连接线与水平面的夹角α介于0
°‑8°
之间，螺旋叶片上有搅拌牙，搅拌牙安装角介于40
°‑
50
°
之间，物料与螺旋叶片上的搅拌牙相互碰撞，一部分电能转换为混合物料的动能向前输送，一部分电能转换为内能，泡沫混合液的分子运动剧烈，提升物料搅拌效率。
[0015]可选的，所述电机通过齿轮模组与空心转子轴相连，并通过电机的正转带动反应室内第一螺旋叶片正转，第二螺旋叶片反转来实现反应室内原料的搅拌；通过电机的反转带动反应室内第一螺旋叶片反转，第二螺旋叶片正转，排除多余废料，防止废料累积固化对元器件造成损坏。
[0016]可选的，所述进液口连接有可旋转高压喷头，与传统进液口相比，可以利用喷头旋转产生的离心力，将混合发泡液喷洒至反应室内，增大了混合发泡液与固体材料的接触面积，实现混合均匀，提高反应室内混凝土凝胶泡沫发泡质量，同时，在搅拌工序完成后，可向进液口三级射流器中吸入水泥清洗剂，便于清理反应室。
[0017]可选的，所述添加装置与外壁连接处均设计为单向阀结构，可以有效防止因反应室内压力P
a
高于外界压力P0而导致混合物料从原料入口溢出；
[0018]可选的，所述添加装置内壁曲线设计为摆线，减小水泥灰、砂石、混合发泡液与装置器壁摩擦产生的阻力。满足参数方程：
[0019]X(θ)＝R
×
(θ
‑
sinθ)，
[0020]Y(θ)＝R
×
(1
‑
cosθ)，其中R为圆形半径，θ为旋转角。
[0021]可选的，所述砂石添加装置外设有旋震筛，旋震筛分为三层，设有两层筛网，顶部筛网为低目数筛网—2目(8mm)，中部筛网为高目数筛网—8目
‑
10目(2.36mm
‑
1.7mm)，底部安装有托盘，既能筛选砂石粒径，又能提升混凝土凝胶泡沫产出质量。
[0022]可选的，所述反应室内螺旋叶片的最大尺寸与反应室内壁距离≥5％，充分搅拌反应室内原料的同时，避免与内壁的碰撞对反应室内元器件造成损害。
[0023]可选的，所述装置泡沫出口位置设计为收口结构，用于增大泡沫流速，根据伯努利方程Q＝V0·
S0，当截面流量Q一定时，泡沫出口位置截面面积S0减小，截面处泡沫流速V0增大。
[0024]可选的，所述装置泡沫出口位置设有观察孔与密封旋塞，用于观察混凝土凝胶泡沫产出质量，对于密封旋塞中的立体密封套截面半径R1与受挤压后立体密封套截面半径R2、密封圆盘半径R3、观察孔半径R4的关系，要求为R2＞R4＞R1＞R3。
[0025]可选的，所述装置出口位置与输出管相连，输出管末端设计为花管结构，用于防止
管口受压导致采空区灌注泡沫受阻。
[0026]可选的，所述添加装置对水泥与砂石的体积比控制在1:3
‑
1:4。
[0027]可选的，进液口内采用三级射流器，射流器串联相接，高压水注入第一级射流区，从喷口高速喷出，形成真空，吸本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置，其特征在于，包括：风管、电机、齿轮模组、空心转子轴、添加装置、反应室、螺旋叶片、观察孔；风管，与气泵相连，风管转角处设计为90
°
圆角，减少风流与风管之间的局部阻力损失；电机，安装在设备左侧，通过齿轮模组带动双螺旋叶片进行搅拌；齿轮模组，两齿轮相啮合，通过电机实现主动齿轮的正转与从动齿轮的反转；空心转子轴，通过齿轮带动螺旋叶片旋转，可向反应室均匀输入空气；添加装置，安装在反应室外，用于添加水、泡沫原料、水泥、砂石；反应室，安装在设备右侧，用于盛放混合材料的容器；螺旋叶片，叶片表层带有搅拌牙，用于搅拌反应室内原料；观察孔，用于观察物料搅拌情况，外设有观察孔密封旋塞，防止物料喷溅。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述渐变双啮合旋体式混凝土凝胶泡沫发生装置悬空安装，随着液压支架一起移动，通过软管将泡沫灌注入采空区。3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述添加装置包括进灰口、砂石口、进液口，添加装置与反应室连接处设计为单向阀结构，避免反应室内的材料溢出。4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电机可以正转与反转，正转实现搅拌物料，反转实现排除剩余物料，进液口连接可旋转高压喷头，结束搅拌后注入高压水流，进一步清理反应室内死角。5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述送风通道位于所述罐体轴线位置，两侧对称、等距布置开口，单个开口长度L与总开口数目n的乘积为所述送风管道长度的1/3
‑
1/4，工作时送风通道沿轴线旋转，实现均匀送风；开口为双层八字结构，从管道开口到罐内逐渐缩紧，一层上部开口间距...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆新晓，陈一鸣，史国钰，张慧，李亚彪，幸运，刘金娉，王路南，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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