富水區(qū)下行孔抽采瓦斯自動排水排渣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明煤礦瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種富水區(qū)下行孔抽采瓦斯自動排水排渣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國煤炭生產(chǎn)正朝著高效化、機(jī)械化、集約化的方向發(fā)展。但煤與瓦斯突出等瓦斯災(zāi)害事故已成為制約其快速發(fā)展的重要因素，是危害煤礦生產(chǎn)的大敵。為了有效治理瓦斯，減少瓦斯災(zāi)害，許多煤礦在井下布置鉆孔，進(jìn)行井下瓦斯抽采，煤與瓦斯突出事故得到了有效遏制。
[0003]由于開采工藝，井下地形等諸多因素的影響，必須根據(jù)需要在煤層中鉆進(jìn)上行孔、下行孔、順槽孔等不同類型的鉆孔，但是在富水區(qū)進(jìn)行下行孔瓦斯抽采時，地層中的水在鉆孔中聚集，不僅液柱形成的壓力影響負(fù)壓抽采，阻礙煤層瓦斯解吸，而且還會造成嚴(yán)重的水堵現(xiàn)象，最終導(dǎo)致瓦斯的抽采濃度和流量不甚理想。因此迫切需要一種裝置對下行孔中的水和煤粉進(jìn)行方便高效的排出，同時將排水過程對瓦斯抽采的影響降到最低，這樣將會對提高抽采效率，實現(xiàn)煤礦安全、高效生產(chǎn)具有巨大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供了一種自動化程度高、安全可靠性強(qiáng)、抽采效率高的富水區(qū)下行孔抽采瓦斯自動排水排渣裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:富水區(qū)下行孔抽采瓦斯自動排水排渣裝置，包括動力系統(tǒng)、排驅(qū)系統(tǒng)、抽采分離系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；
動力系統(tǒng)包括壓氣栗、壓氣管路、真空栗、負(fù)壓管路和充放氣管路，壓氣栗通過壓氣管路與充放氣管路的外端口連接，壓氣管路上設(shè)有第一電子閥，真空栗通過負(fù)壓管路與充放氣管路的外端口連接，負(fù)壓管路上設(shè)有第二電子閥；
下行孔的孔口處設(shè)有封孔裝置，充放氣管路穿過封孔裝置伸入到下行孔內(nèi)；
排驅(qū)系統(tǒng)包括均由丁腈橡膠制成的第一排驅(qū)氣囊、封堵氣囊和第二排驅(qū)氣囊，第一排驅(qū)氣囊、封堵氣囊和第二排驅(qū)氣囊沿由外向內(nèi)方向依次設(shè)在充放氣管路上，第一排驅(qū)氣囊、封堵氣囊和第二排驅(qū)氣囊均位于下行孔內(nèi)，充放氣管路上設(shè)有分別位于第一排驅(qū)氣囊、封堵氣囊和第二排驅(qū)氣囊內(nèi)部的第三電子閥、第四電子閥和第五電子閥，充放氣管路上設(shè)有位于第一排驅(qū)氣囊和封堵氣囊之間的壓力傳感器；
抽采分離系統(tǒng)包括瓦斯抽放管、氣水粉共抽管、氣水分離箱和固液分離箱，氣水粉共抽管一端穿過封孔裝置伸入到下行孔內(nèi)，氣水粉共抽管另一端與氣水分離箱的進(jìn)口連接，氣水分離箱內(nèi)設(shè)有上空腔和下空腔，瓦斯抽放管的進(jìn)口與氣水分離箱的上空腔連接，上空腔和下空腔之間設(shè)有第六電子閥，氣水分離箱在下空腔的一側(cè)下部通過第七電子閥與固液分離箱的進(jìn)口連接，固液分離箱內(nèi)傾斜設(shè)有將固液分離箱分隔成固液腔和液體腔的過濾網(wǎng)，固液分離箱底部設(shè)有與固液腔連通的排渣口，固液分離箱側(cè)部設(shè)有與液體腔連通的排液管；下空腔內(nèi)垂直設(shè)有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿上滑動設(shè)有漂浮球，導(dǎo)桿上端設(shè)有用于控制第六電子閥和第七電子閥啟閉的上觸動傳感器，導(dǎo)桿下端設(shè)有用于控制第六電子閥和第七電子閥啟閉的下觸動傳感器；
控制系統(tǒng)包括控制器，控制器通過控制電纜分別與壓力傳感器、上觸動傳感器和下觸動傳感器連接，壓力傳感器通過信號線分別與第一電子閥、第二電子閥、第三電子閥、第四電子閥和第五電子閥連接，上觸動傳感器通過控制線分別與第六電子閥和第七電子閥連接，下觸動傳感器通過導(dǎo)線分別與第六電子閥和第七電子閥連接。
[0006]氣水粉共抽管包括一節(jié)柔性軟管，柔性軟管上設(shè)有流量電動調(diào)節(jié)裝置；
流量電動調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)固定板，調(diào)節(jié)固定板一側(cè)表面固定設(shè)有調(diào)節(jié)伺服電機(jī)和兩條調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，兩條調(diào)節(jié)導(dǎo)軌均水平設(shè)置，調(diào)節(jié)伺服電機(jī)位于兩條調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的前方，兩條調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上滑動連接有調(diào)節(jié)滑座，調(diào)節(jié)滑座前部設(shè)有調(diào)節(jié)傳動螺母，調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的主軸通過調(diào)節(jié)聯(lián)軸器同軸向連接有調(diào)節(jié)絲桿，調(diào)節(jié)絲桿與兩條調(diào)節(jié)導(dǎo)軌平行且與調(diào)節(jié)傳動螺母螺紋連接，調(diào)節(jié)固定板上設(shè)有位于調(diào)節(jié)傳動螺母和調(diào)節(jié)伺服電機(jī)之間的調(diào)節(jié)軸承座，調(diào)節(jié)絲桿穿過調(diào)節(jié)軸承座并通過調(diào)節(jié)軸承與調(diào)節(jié)軸承座轉(zhuǎn)動連接，調(diào)節(jié)滑座上設(shè)有與調(diào)節(jié)絲桿同軸向的調(diào)節(jié)推拉桿，調(diào)節(jié)推拉桿后端連接有安裝架，安裝架的左側(cè)設(shè)有左滑軌，安裝架的右側(cè)設(shè)有右滑軌，左滑軌和右滑軌前端之間的距離大于左滑軌和右滑軌后端之間的距離，左滑軌和右滑軌關(guān)于垂直面左右對稱；固定板后部鉸接有左夾板和右夾板，左夾板后端鉸接有半圓形的左夾環(huán)，右夾板后端鉸接有半圓形的右夾環(huán)，左夾環(huán)和右夾環(huán)的開口相對設(shè)置，柔性軟管夾持在左夾環(huán)和右夾環(huán)之間，左夾板和右夾板之間通過拉伸彈簧連接，拉伸彈簧位于左夾板與固定板鉸接點(diǎn)的前側(cè)，左夾板前端設(shè)有與左滑軌滑動配合的左滑塊，右夾板前端設(shè)有與右滑軌滑動配合的右滑塊。
[0007]采用上述技術(shù)方案，動力系統(tǒng)主要是為第一排驅(qū)氣囊、封堵氣囊和第二排驅(qū)氣囊提供自動充氣和排氣時所需要的動力。
[0008]動力系統(tǒng)主要是在進(jìn)行排水或者封堵工作時，壓氣栗對第一排驅(qū)氣囊、封堵氣囊和第二排驅(qū)氣囊進(jìn)行充氣使其在下行孔內(nèi)膨脹，以達(dá)到排液或者封堵的效果，在排液結(jié)束時真空栗提供負(fù)壓使對應(yīng)的氣囊收縮回原始狀態(tài)；第一電子閥控制壓氣管路與充放氣管路的連通和閉合，第二電子閥控制負(fù)壓管路與充放氣管路的連通和閉合；通過第一電子閥和第二電子閥的控制，多個下行孔可共用一個動力系統(tǒng)。壓氣管路、負(fù)壓管路和充放氣管路均為鋼制管路，三者由一個經(jīng)過特殊處理，通過一個三通管相連。
[0009]排驅(qū)系統(tǒng)主要是對下行孔中的液體和煤粉進(jìn)行排驅(qū)，是本發(fā)明的核心。
[0010]排驅(qū)系統(tǒng)中的第一排驅(qū)氣囊的長度幾乎等于下行孔的長度，充氣膨脹時也幾乎占據(jù)下行孔內(nèi)的所有空間；封堵氣囊的作用主要是堵住煤粉，防止其沉淀到下行孔底部，其長度取0.5m-lm ;第二排驅(qū)氣囊位于下行孔的底部，其主要作用是擾動被封堵氣囊封堵住的煤粉，使其變成懸浮狀態(tài)，長度取lm_2m ;其中第一排驅(qū)氣囊和第二排驅(qū)氣囊充氣膨脹時直徑約等于下行孔直徑，封堵氣囊膨脹時直徑略大于下行孔直徑，三個氣囊的材料均采用丁腈橡膠制成。控制系統(tǒng)通過穿設(shè)在充放氣管路里的控制電纜和信號線來控制第三電子閥、第四電子閥和第五電子閥的開啟或閉合，從而來控制三個氣囊的充放氣的配合。
[0011 ] 下行孔封孔結(jié)束，瓦斯抽放管為氣水粉共抽管提供負(fù)壓，開始進(jìn)行瓦斯抽采，此時排驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行第一個工作循環(huán):首先，只開啟第四電子閥和第一電子閥，使封堵氣囊充氣膨脹，抽采繼續(xù)進(jìn)行，瓦抽采過程中不斷有水和煤粉產(chǎn)出，由于封堵氣囊并不是絕對封堵，因此水可以通過封堵氣囊和下行孔的孔壁接觸不嚴(yán)的地方滲入孔底，但固相煤粉會被封堵氣囊封堵住，并在封堵氣囊上方發(fā)生沉淀，抽采一段時間以后，當(dāng)下行孔內(nèi)液體達(dá)到某一高度、壓力傳感器測得的壓力達(dá)到某設(shè)定值時，開始進(jìn)行排驅(qū)；接著進(jìn)行第二步，只有第四電子閥和第二電子閥開啟，抽氣使封堵氣囊收縮，收縮完成后關(guān)閉第四電子閥和第二電子閥，開啟第五電子閥和第一電子閥，由于第二排驅(qū)氣囊的擠壓作用，下行孔底部的液體向上快速流動，此時第一電子閥關(guān)閉、第二電子閥打開對第二排驅(qū)氣囊進(jìn)行放氣后，再重復(fù)上一個步驟充氣，由于水流的反復(fù)擾動作用，原來處于沉淀狀態(tài)的煤粉變成懸浮狀態(tài)。打開第三電子閥和第四電子閥使第一排驅(qū)氣囊和封堵氣囊迅速充氣，此時三個氣囊全部充氣將懸濁液排驅(qū)到氣水粉共抽管的進(jìn)口處，排驅(qū)步驟完成。
[0012]抽采分離系統(tǒng)不僅僅提供負(fù)壓抽采瓦斯，而且對整個裝置能進(jìn)行排液排粉。進(jìn)行瓦斯抽放時和排水排渣工作時，氣水分離箱內(nèi)的第六電子閥打開，第七電子閥閉合，此時瓦斯抽放管和氣水粉共抽管均與密閉的氣水分離箱的上空腔和下空腔連通，對下行孔進(jìn)行負(fù)壓抽采，抽出的懸濁液由上空腔經(jīng)過第六電子閥流到下空腔，隨著下空腔內(nèi)液體增多，懸浮球隨著液面向上移動碰觸到上觸動傳感器，此時控制器控制第六電子閥關(guān)閉，第七電子閥開啟，下腔體內(nèi)的混合液被沖到固液分離箱，此時液面下降，漂浮球碰觸到下觸動傳感器，使第七電子閥閉合、第六電子閥開啟。進(jìn)入固液分離箱后的煤粉被過濾網(wǎng)過濾后在底部沉積，定期通過排渣口清理出來，液體通過排液管排出。
[0013]控制系統(tǒng)是動力系統(tǒng)、排驅(qū)系統(tǒng)、抽采分離系統(tǒng)的“大腦”，是上述三個系統(tǒng)抽采瓦斯和排液過程中各個步驟互相配合的主要控制器。壓力傳感器、上觸動傳感器和下觸動傳感器為輸入端，寫有預(yù)編程序的芯片為控制器，各個電子閥門為輸出端。
[0014]當(dāng)本發(fā)明中的三個氣囊初次下入下行孔內(nèi)，完成各項連接和封孔后，控制系統(tǒng)控制第四電子閥門對封堵氣囊進(jìn)行充氣使其膨脹封堵，當(dāng)抽采進(jìn)行一段時間，壓力傳感器監(jiān)測到某一預(yù)先輸入的特定值時，控制器控制控制第四電子閥和第二電子閥開啟使封堵氣囊抽氣收縮，數(shù)秒后第四電子閥和第二電子閥關(guān)