專利名稱：煤層注水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注水技術(shù)，尤其涉及一種煤層注水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤層中90%以上的瓦斯以吸附的形式賦存在煤層的孔隙與裂隙中。在尚未開采或未受擾動的煤層中，瓦斯氣體保持動態(tài)的吸附平衡。當(dāng)煤層被開采后，煤層中的裂隙被暴露，平衡的瓦斯賦存狀態(tài)被打破。大量的瓦斯氣體不斷從煤層中解吸出來，通過煤層中的孔隙、微裂隙、裂隙運移到巷道或作面中。目前多數(shù)煤礦是應(yīng)用大功率采煤機以及綜采放頂煤開采工藝，在每層含水量低的情況下，將導(dǎo)致煤塵產(chǎn)生量增加，不僅對安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅，還因生產(chǎn)環(huán)境惡化，直接損害工人的身體健康。因此，如果治理瓦斯和煤塵的措施不力，就 有可能造成瓦斯和煤塵爆炸。有效地預(yù)防瓦斯和煤塵災(zāi)害的發(fā)生一直是保證煤礦安全生產(chǎn)重中之重的工作。在眾多的預(yù)防措施中，向煤層中注水是簡便有效和治本的方法。這是因為在煤層注水的預(yù)濕過程中，由于裂隙表面的壓力、夾層和礦物資的膨化以及化學(xué)與物理化學(xué)的作用，使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，塑性增加，硬度和強度降低，造成煤層疏松，減少了煤層內(nèi)部的應(yīng)力集中和瓦斯放散的速度，煤破碎過程中生成的煤塵量將有所減少，瓦斯涌出量也減少，一般情況下,煤層水份增加愈多，瓦斯涌出量的降低率愈大，同時,煤破碎后生成的煤塵也愈少。由此可見煤層注水具有如下優(yōu)點首先，可軟化煤層；降低截割和破碎能量，減少設(shè)備的損壞和提高采出率；其次，可避免火災(zāi)的發(fā)生；再次，可預(yù)防沖擊地壓的危害；最后，可降低工作場所溫度。要使煤層濕潤和軟化，必須使煤層中有水。一般使用注水系統(tǒng)對煤提進行注水操作。目前的注水系統(tǒng)一般采用井下靜壓注水或高壓水泵加壓注水。現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題首先，靜壓注水只適用于透氣性很好的煤層，使用靜壓注水無法實現(xiàn)透氣性較差煤層的注水工作；其次，高壓水泵加壓注水提供的壓力有限，且隨著注水泵壓力的增加，設(shè)備的運行和維護要求也相應(yīng)提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種煤層注水系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對透氣性差的煤層的有效注水。本發(fā)明提供一種煤層注水系統(tǒng)，其中包括脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)；所述注水子系統(tǒng)的出水口和設(shè)定區(qū)域的待注水煤層連通，以向所述待注水煤層注水；所述脈沖動力子系統(tǒng)的出液口與所述設(shè)定區(qū)域的所述待注水煤層連通，以向該區(qū)域的所述待注水煤層提供液壓脈沖。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是所述脈沖動力子系統(tǒng)包括水錘器、水泵和儲水箱；所述水錘器的高壓缸的出液口作為所述脈沖動力子系統(tǒng)的出液口 ；所述水錘器的低壓缸與所述水泵的出水孔連通；
所述水泵的進水孔與所述儲水箱連通。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是所述脈沖動力子系統(tǒng)還包括防爆電機和底座；所述儲水箱、水泵和防爆電機都固定設(shè)置在所述底座上；所述防爆電機與所述水泵連接，以向所述水泵提供動力；所述水錘器固定設(shè)置在所述儲水箱上。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是還包括注水管，所述注水管出口所在端的管子卡設(shè)在所述待注水煤層里，所述注水管的入口位于所述待注水煤層的外側(cè)，且所述入口分別與所述出水口和出液口連通。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是還包括三通接頭，所述三通接頭的其中一個 接頭與所述入口連通，所述三通接頭的另外兩個接頭分別與所述出水口和出液口連通。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是還包括煤巖顆粒過濾罐；所述煤巖顆粒過濾罐包括罐體和設(shè)置在所述罐體內(nèi)的過濾網(wǎng)，所述罐體兩端均為開口 ；所述罐體的一端與所述入口連通，另一端與所述三通接頭連通。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是所述注水子系統(tǒng)包括靜壓注水管和靜壓壓力泵；所述靜壓注水管的出水口作為所述注水子系統(tǒng)的出水口 ；所述靜壓注水管的進水口與所述靜壓壓力泵連通；所述靜壓壓力泵用于將水泵入所述靜壓注水管。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是所述靜壓注水管和所述三通接頭之間設(shè)置有單向閥，所述單向閥用于導(dǎo)通水從所述靜壓注水管流向所述注水管的通路。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是所述靜壓注水管上設(shè)置有壓力表和水表；所述壓力表用于顯示所述靜壓注水管中的水壓值；所述水表用于顯示所述靜壓注水管中的注水流量。如上所述的煤層注水系統(tǒng)，優(yōu)選的是所述靜壓注水管上設(shè)置有閥門；所述閥門用于導(dǎo)通或切斷進入所述水表中的水的通路。本發(fā)明提供的煤層注水系統(tǒng)，設(shè)置有脈沖動力子系統(tǒng)，可以向待注水煤層提供脈沖液壓，以加速破壞待注水煤層的堅固結(jié)構(gòu)，使之松散易注水。在注水過程中，脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)的動作先后不加以限制，比如，可以先對待注水煤層施加脈沖液壓，然后再進行注水；也可以交替進行，先注水直至注水困難，然后停止注水，并向待注水煤層施加脈沖液壓，然后再繼續(xù)注水；還可以同時進行，同時進行時，液壓脈沖會隨著注水子系統(tǒng)注入煤層中的水，將脈沖液壓傳播至被注煤層的水裂痕中，對深部煤層裂隙產(chǎn)生強大的水力沖擊，有助于水裂隙的進一步擴展。本發(fā)明提供的煤層注水系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)對透氣性差的煤層的注水，且注水操作簡單，效果好。


圖I為本發(fā)明實施例一提供的煤層注水系統(tǒng)的示意圖。圖2為本發(fā)明實施例二提供的煤層注水系統(tǒng)的示意圖。圖3為本發(fā)明實施例三提供的煤層注水系統(tǒng)的示意圖。附圖標(biāo)記I-脈沖動力子系統(tǒng)；2-注水子系統(tǒng)；3-待注水煤層；4-高壓膠管；5-低壓膠管；6-注水管；7-三通接頭；8-煤巖顆粒過濾罐； 9-壓力表； 10-水表；11-出液口；12-水錘器；13-水泵；14-儲水箱；15-防爆電機；16-底座；17-閥門；18-單向閥；121-高壓缸；123-低壓缸；131-出水孔；132-進水孔；21-出水口；22-靜壓注水管；23-靜壓壓力栗；61-入口。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例提供一種煤層注水系統(tǒng)，其中包括脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)；注水子系統(tǒng)的出水口和設(shè)定區(qū)域的待注水煤層連通，以向待注水煤層注水；脈沖動力子系統(tǒng)的出液口與設(shè)定區(qū)域的待注水煤層連通，以向該區(qū)域的待注水煤層提供液壓脈沖。本發(fā)明實施例提供的煤層注水系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)難注水煤層的注水，其具有脈沖動力子系統(tǒng)，在注水過程中，脈沖動力子系統(tǒng)會以設(shè)定的頻率向待注水煤層提供脈沖動力，脈沖動力是一種交變力，在相同的力的大小的前提下，交變力對煤層的破壞程度大于穩(wěn)定力對煤層的破壞速度，即采用脈沖動力子系統(tǒng)可以有效破壞待注水煤層的穩(wěn)定性，脈沖動力產(chǎn)生的瞬時高壓能有效將煤層振裂或?qū)⒚簩又性瓉聿煌ǖ牧严墩裢?，注水子系統(tǒng)注入的水就能通過這些裂隙順利滲入煤體中，達到快速、均勻濕潤煤體的目的。此外，本發(fā)明所提供的脈沖動力子系統(tǒng)，為待注水煤層提供的是液壓脈沖，液體可以是水或防凍液等，這也是利用了液體不可壓縮的性質(zhì)?？梢岳斫獾氖牵}沖動力子系統(tǒng)提供的脈沖液壓的作用范圍有限，向待注水煤層注水時，需保證脈沖液壓作用在設(shè)定區(qū)域的待注水煤層上。實施例一圖I為本發(fā)明實施例一提供的煤層注水系統(tǒng)的示意圖。本發(fā)明實施例一提供一種煤層注水系統(tǒng)，其中包括脈沖動力子系統(tǒng)I和注水子系統(tǒng)2 ;注水子系統(tǒng)2的出水口 21和設(shè)定區(qū)域的待注水煤層3連通，以向待注水煤層3注水；脈沖動力子系統(tǒng)I的出液口 11與設(shè)定區(qū)域的待注水煤層3連通，以向該區(qū)域的待注水煤層3提供液壓脈沖。脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)連接至待注水煤層的方式不加以限定，可以通過兩根管分別連接至同一區(qū)域的待注水煤層，也可以通過同一根管連接至待注水煤層，只要保證脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)是對同一區(qū)域的煤層作用即可。脈沖動力子系統(tǒng)的優(yōu)選實現(xiàn)方式為脈沖動力子系統(tǒng)I包括水錘器12、水泵13和儲水箱14 ;水錘器的高壓缸121的出液口作為脈沖動力子系統(tǒng)I的出液口 11 ;水錘器12的低壓缸123與水泵13的出水孔131連通；水泵13的進水孔132與儲水箱14連通。在圖I中，高壓缸121和待注水煤層3之間通過高壓膠管4連通，低壓缸123和水泵13之間通過低壓膠管5連通，但并不僅限于此。水錘的低壓缸的進水口安裝有閥門C和閥門D。調(diào)節(jié)閥門C和閥門D的開度，可以改變進入低壓缸的流量，進而改變水錘頻率。水錘動力足，且提供的動力易于控制。對水錘中的電動機通電后，水泵輸出的水進入水錘器的低壓缸，可以使水錘器的高壓缸內(nèi)的水產(chǎn)生瞬間高并通過注水管路傳播到被注水的煤層中，從而改善了煤層的透氣性，也加快了注水速度，提高了注水子系統(tǒng)的適用范圍和效果。進一步地，脈沖動力子系統(tǒng)I還包括防爆電機15和底座16 ;儲水箱14、水泵13和防爆電機15都固定設(shè)置在底座16上；防爆電機15與水泵13連接，以向水泵13提供動力； 水錘器12固定設(shè)置在儲水箱14上。設(shè)置了防爆電機和底座的脈沖動力子系統(tǒng)，功能更加完善，也便于運輸。本發(fā)明實施例一提供的煤層注水系統(tǒng)，設(shè)置有脈沖動力子系統(tǒng)，可以向待注水煤層提供脈沖液壓，以加速破壞待注水煤層的堅固結(jié)構(gòu)，使之松散易注水。在注水過程中，脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)的動作先后不加以限制，比如，可以先對待注水煤層施加脈沖液壓，然后再進行注水；也可以交替進行，先注水直至注水困難，然后停止注水，并向待注水煤層施加脈沖液壓，然后再繼續(xù)注水；還可以同時進行，同時進行時，液壓脈沖會隨著注水子系統(tǒng)注入煤層中的水，將脈沖液壓傳播至被注煤層的水裂痕中，對深部煤層裂隙產(chǎn)生強大的水力沖擊，有助于水裂隙的進一步擴展。本發(fā)明實施例一提供的煤層注水系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)對透氣性差的煤層的注水，且注水操作簡單，效果好。實施例二圖2為本發(fā)明實施例二提供的煤層注水系統(tǒng)的示意圖。本發(fā)明實施例二在實施例一的技術(shù)方案基礎(chǔ)之上，優(yōu)選的是，煤層注水系統(tǒng)還包括注水管6，注水管6出口所在端的管子卡設(shè)在待注水煤層3里，注水管6的入口 61位于待注水煤層3的外側(cè)，且入口 61分別與出水口 21和出液口 11連通。脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)通過同一根注水管連接至待注水煤層，可以簡化整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。實際應(yīng)用中，注水管的周圍還可以設(shè)置封孔材料，以避免煤渣對注水管的影響。注水管可以是硬質(zhì)膠管或鋼管?？蛇x的是煤層注水系統(tǒng)還包括三通接頭7，三通接頭7的其中一個接頭與入口 61連通，三通接頭7的另外兩個接頭分別與出水口 21和出液口 11連通。三通接頭可以有效實現(xiàn)三根管子的連通，且連接關(guān)系簡單。優(yōu)選的是，煤層注水系統(tǒng)還包括煤巖顆粒過濾罐8 ;煤巖顆粒過濾罐8包括罐體和設(shè)置在罐體內(nèi)的過濾網(wǎng)(未示出)，罐體兩端均為開口 ；罐體的一端與入口 61連通，另一端與三通接頭7連通。若不設(shè)置煤巖顆粒過濾罐，注水管的入口和三通接頭的其中一個接頭直接連通，若設(shè)置了煤巖顆粒過濾罐，注水管的入口和三通接頭之間通過煤巖顆粒過濾罐彼此連通。注水管中的水有兩種流向，一種是在脈沖動力子系統(tǒng)或注水子系統(tǒng)注水時，注水管中的水流向待注水煤層，而在上述兩個子系統(tǒng)停止動作時，注水管中的水會回流，回流的水中一般摻雜了煤渣等雜質(zhì)。設(shè)置煤巖顆粒過濾罐，一方面可以阻擋脈沖動力子系統(tǒng)或注水子系統(tǒng)中的雜質(zhì)流向注水管，另一方面，也可以阻止注水管中的雜質(zhì)流向脈沖動力子系統(tǒng)或注水子系統(tǒng)，再一方面，還可以阻擋在注水過程中，注水管中沉積的煤巖顆粒進入脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)。本發(fā)明實施例二提供的煤層注水系統(tǒng)，通過同一根注水管將兩個子系統(tǒng)與注水管連通，簡單可靠，可操作性強。實施例三圖3為本發(fā)明實施例三提供的煤層注水系統(tǒng)的示意圖。本發(fā)明實施例三在上述實施例的技術(shù)方案基礎(chǔ)之上，優(yōu)選的是。注水子系統(tǒng)2包括靜壓注水管22和靜壓壓力泵23 ；靜壓注水管22的出水口作為注水子系統(tǒng)的出水口 21 ;靜壓注水管22的進水口(未示出) 與靜壓壓力泵(未示出)連通；靜壓壓力泵用于將水泵入靜壓注水管22。增加脈沖動力子系統(tǒng)后，不會影響注水子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，另外，設(shè)置了脈沖動力子系統(tǒng)，可以使用現(xiàn)有的注水子系統(tǒng)對煤層進行注水，且注水效果良好。實際應(yīng)用中，靜壓注水管22和三通接頭7之間設(shè)置有單向閥18，單向閥18用于導(dǎo)通水從靜壓注水管22流向注水管6的通路。脈沖動力子系統(tǒng)作用時，脈沖動力可能傳遞至注水子系統(tǒng)，為保證脈沖動力有效傳遞至待注水煤層，靜壓注水管和三通接頭之間設(shè)置有單向閥。優(yōu)選的是，靜壓注水管22上設(shè)置有壓力表9和水表10 ;壓力表9用于顯示靜壓注水管22中的水壓值；水表10用于顯示靜壓注水管22中的注水流量。根據(jù)壓力表和水表的示數(shù)，可以有效控制向待注水煤層注入的水量。進一步地，靜壓注水管22上設(shè)置有閥門17 ;閥門17用于導(dǎo)通或切斷進入水表10中的水的通路。本發(fā)明實施例三提供的煤層注水系統(tǒng)，使用靜壓注水管和靜壓壓力泵即可實現(xiàn)對待注水煤層的有效注水，且成本低廉，可以理解的是，注水子系統(tǒng)還可以選用高壓注水系統(tǒng)，注水效果會更佳，但設(shè)備的運營陳本也會增加。本發(fā)明實施例提供的煤層注水系統(tǒng)，尤其適用于煤層、特別是透氣性很差的難注煤層的快速、有效注水，有效預(yù)防了煤層開采過程中因瓦斯和煤塵超限而引發(fā)煤礦安全問題，并且還可以提高煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤層注水系統(tǒng)，其特征在于，包括脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)； 所述注水子系統(tǒng)的出水口和設(shè)定區(qū)域的待注水煤層連通，以向所述待注水煤層注水；所述脈沖動力子系統(tǒng)的出液口與所述設(shè)定區(qū)域的所述待注水煤層連通，以向該區(qū)域的所述待注水煤層提供液壓脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖動力子系統(tǒng)包括水錘器、水泵和儲水箱； 所述水錘器的高壓缸的出液口作為所述脈沖動力子系統(tǒng)的出液口； 所述水錘器的低壓缸與所述水泵的出水孔連通； 所述水泵的進水孔與所述儲水箱連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖動力子系統(tǒng)還包括防爆電機和底座； 所述儲水箱、水泵和防爆電機都固定設(shè)置在所述底座上； 所述防爆電機與所述水泵連接，以向所述水泵提供動力； 所述水錘器固定設(shè)置在所述儲水箱上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于還包括注水管，所述注水管出口所在端的管子卡設(shè)在所述待注水煤層里，所述注水管的入口位于所述待注水煤層的外側(cè)，且所述入口分別與所述出水口和出液口連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于還包括三通接頭，所述三通接頭的其中一個接頭與所述入口連通，所述三通接頭的另外兩個接頭分別與所述出水口和出液口連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于 還包括煤巖顆粒過濾罐； 所述煤巖顆粒過濾罐包括罐體和設(shè)置在所述罐體內(nèi)的過濾網(wǎng)，所述罐體兩端均為開Π ； 所述罐體的一端與所述入口連通，另一端與所述三通接頭連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于 所述注水子系統(tǒng)包括靜壓注水管和靜壓壓力泵； 所述靜壓注水管的出水口作為所述注水子系統(tǒng)的出水口； 所述靜壓注水管的進水口與所述靜壓壓力泵連通； 所述靜壓壓力泵用于將水泵入所述靜壓注水管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于 所述靜壓注水管和所述三通接頭之間設(shè)置有單向閥，所述單向閥用于導(dǎo)通水從所述靜壓注水管流向所述注水管的通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于 所述靜壓注水管上設(shè)置有壓力表和水表； 所述壓力表用于顯示所述靜壓注水管中的水壓值； 所述水表用于顯示所述靜壓注水管中的注水流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤層注水系統(tǒng)，其特征在于所述靜壓注水管上設(shè)置有閥門；所 述閥門用于導(dǎo)通或切斷進入所述水表中的水的通路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤層注水系統(tǒng)，其中包括脈沖動力子系統(tǒng)和注水子系統(tǒng)；所述注水子系統(tǒng)的出水口和設(shè)定區(qū)域的待注水煤層連通，以向所述待注水煤層注水；所述脈沖動力子系統(tǒng)的出液口與所述設(shè)定區(qū)域的所述待注水煤層連通，以向該區(qū)域的所述待注水煤層提供液壓脈沖。本發(fā)明提供的煤層注水系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)對透氣性差的煤層的注水，且注水操作簡單，效果好。
文檔編號E21F5/02GK102889094SQ20111020401
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者袁亮, 張景松, 劉冠學(xué), 薛俊華, 余國鋒, 張明, 吳志堅, 盧平 申請人:平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責(zé)任公司, 中國礦業(yè)大學(xué), 淮南礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司