CN103277131A - 一种瓦斯分离装置及瓦斯分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瓦斯分离装置，包括分离箱、自动放水器和人工放水器，所述分离箱上设置有用于混合有水的待分离的瓦斯进入的进气管，所述分离箱上部还设置有用于经分离后的瓦斯排出的排气管，所述分离箱的底部分别连接有所述人工放水器和所述自动放水器，所述自动放水器和所述分离箱之间还连接有用于回收瓦斯的瓦斯回收管。本发明还提供了一中瓦斯分离方法。从源头上来将瓦斯与水进行分离，提高了瓦斯分离效果，保证了施工质量与安全。

Description

一种瓦斯分离装置及瓦斯分离方法

技术领域

本发明涉及矿井开采中水气分离技术领域，尤其涉及一种瓦斯分离装置及瓦斯分离方法。

背景技术

瓦斯抽放是高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井综合治理矿井瓦斯的治本之策，瓦斯抽放方法比较多，按空间上划分有本煤层抽放、邻近层抽放、采空区抽放；按时间上划分为采前预抽、边掘边抽、边采边抽、采空区抽放；按抽放工艺划分为巷道抽放法、钻孔抽放法、巷道和钻孔联合抽放法；按是否受到卸压影响又可分为未卸压抽放、卸压抽放等。但是在矿井瓦斯抽放过程中往往由于被抽采煤层地质条件复杂，有些采煤工作面煤层中含水量大；同时在瓦斯泵正常运行时瓦斯抽放管路内的负压又比较高，从而造成瓦斯抽放管路在抽放瓦斯时从瓦斯抽放钻孔中吸入大量的煤层积水，这些积水进入抽放管内不仅使瓦斯抽放管路的有效抽放横截面面积变小影响单位时间内通过瓦斯抽放管路的瓦斯流量，而且大量积水混合着瓦斯气体一起运动，瓦斯抽放泵要克服积水的运动做大量的无用功，这样就会使瓦斯抽放泵的抽放效率大大减低。由于瓦斯抽放泵在运行过程中产生的负压较高，这样在高负压情况下气水如何进行分离，及时地放出瓦斯抽放管内的积水，进而提高矿井的瓦斯抽放效率成为制约高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井瓦斯抽放的一个技术难题和瓶颈。现有的人工放水器的放水方式是停泵和关闭闸门，打开放水头进行放水，这样不仅影响瓦斯抽放系统的正常运行，还会导致工作面瓦斯浓度上升，而影响正常生产。现有的自动放水器，包括积水桶、单向进水阀、单向放水阀，控制阀，在积水桶内的上部定位连接有一控制阀，控制阀的正压平衡口通过与积水桶外的大气相通；控制阀的负压平衡口直接与积水桶内的负气压连接，控制阀阀芯的下端吊挂有一浮子，通过水位的上升带动浮子连接控制阀完成集、放水工作。其主要考虑的是如何能使自动放水器在无人的情况下自动放水，而很少考虑如何先使气水顺利实现分离，再考虑放水。在高负压的情况下水和瓦斯气体混合在一起向前运动很难分离，进入自动放水器的积水桶内的水量很少，自动放水器的积水桶内无法有效地存水，放水效果自然不会很好。且自动放水器的放水口容易被煤尘堵塞，造成放水不利。上述自动放水器和人工放水器都没有从源头上进行水气分离，分离瓦斯的效果不好。

发明内容

本发明的发明目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种瓦斯分离效果好的瓦斯分离装置及瓦斯分离方法。

本发明的技术方案提供一种瓦斯分离装置，包括分离箱、自动放水器和人工放水器，所述分离箱上设置有用于混合有水的待分离的瓦斯进入的进气管，所述分离箱上部还设置有用于经分离后的瓦斯排出的排气管，所述分离箱的底部分别连接有所述人工放水器和所述自动放水器，所述自动放水器和所述分离箱之间还连接有用于回收瓦斯的瓦斯回收管。

进一步地，所述分离箱的底部设置有人工放水器进水孔，所述人工放水器通过进水管与所述人工放水器进水孔相连接，所述人工放水器与所述人工放水器进水孔之间的进水管上设置有控制流量的控制阀门，所述人工放水器上设置有两个放水阀门。

进一步地，所述分离箱的底部还设置有自动放水器进水孔，所述分离箱的顶部设置有瓦斯回收口，所述自动放水器上设置有进水口、出水口和出气口，所述进水口与所述自动放水器进水孔之间通过进水管道连接在一起，所述出气口通过瓦斯回收管与所述瓦斯回收口相连接在一起。

进一步地，所述自动放水器内设置有用于控制所述出水口放水的浮球开关。

进一步地，所述分离箱上设置有多根用于混合有水的待分离的瓦斯进入的所述进气管。

进一步地，所述分离箱呈圆筒状。

本发明的技术方案还提供一种瓦斯分离方法，包括如下步骤：

（1）将进气管与瓦斯抽放钻场的瓦斯抽放钻孔相连接，瓦斯抽放泵正常运转时产生的高负压将所述瓦斯抽放钻孔中的混合有水的待分离的瓦斯经进气管进入分离箱；

（2）混合有水的待分离的瓦斯进入所述分离箱之后，瓦斯与水迅速下降，密度大的水在重力作用下聚集于所述分离箱的底部，经所述自动放水器和所述人工放水器排出，密度小的瓦斯漂浮在所述分离箱的顶部经排气管排出。

进一步地，上述人工放水器将聚集于所述分离箱底部的水排出的过程为：

(a)关闭控制阀门，选择性地打开两个放水阀门进行放水；

(b)放水完毕后，关闭两个所述放水阀门，并打开所述控制阀门，以使所述分离箱底部的水流入所述人工放水器中。

进一步地，上述自动放水器将聚集于所述分离箱底部的水排出的过程为：

(A)聚集于所述分离箱底部的水经进水管道进入自动放水器中；

(B)进入自动放水器中的水经出水口流出；

(C)伴随聚集于所述分离箱底部的水进入自动放水器中的瓦斯，经瓦斯回收管进入分离箱内，经排气管排出。

进一步地，上述聚集于所述分离箱底部的水可仅通过所述人工放水器排出或者仅通过所述自动放水器排出。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

通过设置一分离箱，混合有水的待分离的瓦斯进入所述分离箱之后，瓦斯与水迅速下降，由于瓦斯密度和水的密度不同（其中瓦斯的密度为0.716kg/m3,而水的密度为1000kg/m3），密度大的水在重力作用下聚集于所述分离箱的底部，密度小的瓦斯漂浮在所述分离箱的顶部，以将瓦斯与水分离开。并设置自动放水器和人工放水器，实现双保险，一旦自动放水器发生故障可以一方面安排人员现场维修，另一方面可以进行利用人工放水器进行放水，保证瓦斯泵的瓦斯抽放效率。该瓦斯分离装置工作原理简单，结构便于装拆和运输，使用比较方便，便于生产和使用。其主要安装在瓦斯抽放钻场内，并且直接与瓦斯抽放钻孔相连接，这样会将瓦斯抽放钻孔内的积水在源头上进行放水，避免了瓦斯抽放钻孔内的积水进入瓦斯抽放管路系统，从而增加了放水量，提高了放水效率。

附图说明

图1为本发明提供的一种瓦斯分离装置的主视图；

图2为图1所示的瓦斯分离装置的侧视图。

附图标记对照表：

1-分离箱；            11-进气管；           12-排气管；

13-人工放水器进水孔； 14-自动放水器进水孔； 15-瓦斯回收口；

2-人工放水器；        21-进水管；           22-控制阀门；

23-放水阀门；         24-放水阀门；         3-自动放水器；

31-进水管道；         32-进水口；           33-出水口；

34-出气口；           35-瓦斯回收管。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，本发明提供的一种瓦斯分离装置，包括分离箱1、自动放水器3和人工放水器2，上述分离箱1上设置有用于混合有水的待分离的瓦斯进入的进气管11，分离箱上部还设置有用于经分离后的瓦斯排出的排气管12，分离箱的底部分别连接有人工放水器2和自动放水器3，该自动放水器3和分离箱1之间还连接有用于回收瓦斯的瓦斯回收管35。

在瓦斯泵在正常运行时会产生较高的负压，以将煤层中的瓦斯抽出，但是当煤层中含水量较大时就会把瓦斯抽放钻孔中的积水连同瓦斯一起抽入瓦斯抽放管内，且在高速运动的情况下气水很难分离。由于瓦斯密度和水的密度不同（其中瓦斯的密度为0.716kg/m3，而水的密度为1000kg/m3）。通过降低瓦斯和水的流动速度，在低速的时候水在重力作用下会聚集在分离箱1的较低洼地方积存起来，瓦斯由于密度非常小即使在低速的情况下也会漂浮在分离箱1的上部，这样就可以将瓦斯和水分离开来。上述分离箱1也称之为储水箱，用于储水，使水和瓦斯在分离箱内低速迅速下落。

该瓦斯分离装置，其设置有分离箱1，并同时连接有自动放水器3和人工放水器2，以防止其中一个放水器损坏的情况下，可以继续有效地进行抽放瓦斯和水。实现了双保险，一旦自动放水器3发生故障可以一方面安排人员现场维修，另一方面可以进行利用人工放水器2进行放水，保证瓦斯泵的瓦斯抽放效率。

自动放水器3与分离箱1之间还连接有瓦斯回收管35，以保证伴随聚集于分离箱1底部的水进入自动放水器3中的瓦斯，经瓦斯回收管35进入分离箱内，再经排气管12排出，可以使得瓦斯与水分离更彻底。

上述分离箱1的底部设置有人工放水器进水孔13，人工放水器2通过进水管21与人工放水器进水孔13相连接，人工放水器2与人工放水器进水孔13之间的进水管21上设置有控制流量的控制阀门22，人工放水器2上设置有两个放水阀门（放水阀门23和放水阀门24）。

上述分离箱1的底部还设置有自动放水器进水孔14，分离箱1的顶部设置有瓦斯回收口15，自动放水器3上设置有进水口32、出水口33和出气口34，进水口32与自动放水器进水孔14之间通过进水管道31连接在一起，出气口34通过瓦斯回收管35与瓦斯回收口15相连接在一起。

上述自动放水器2内设置有用于控制出水口33放水的浮球开关（图中未示出）。

较佳地，分离箱1上可以设置有多根用于混合有水的待分离的瓦斯进入的进气管11。

上述分离箱1呈圆筒状，其直径为φ450mm、长度为1.5m。

该瓦斯分离装置的工作原理与过程为：首先在瓦斯抽放钻场内设置一个直径为φ450mm、长度为1.5m的分离箱1，在分离箱1的中间设置几个进气管11，该进气管11与瓦斯抽放钻场的抽放钻孔相连。分离箱1的上部右侧设置一个排气管12，该排气管12与钻场外的瓦斯抽放管路相连接。分离箱1的左侧设置一个瓦斯回收口15，瓦斯回收口15通过瓦斯回收管35与自动放水器3相连接；另外在分离箱1的下部两边各设置一个进水孔，左侧自动放水器进水孔14通过进水管道31与自动放水器3相连接，右侧人工放水器进水孔13通过进水管21与人工放水器2相连接。在瓦斯抽放泵正常运转时产生的高负压将瓦斯抽放钻孔中的瓦斯和水抽出，并经过进气管11进入分离箱1，由于分离箱1体积较大，瓦斯和水的流速在分离箱1中迅速下降，又因为水的密度大，在重力作用下迅速聚集在分离箱1的底部，而瓦斯的密度较小在负压作用下聚集于分离箱1的顶部，并通过排气管12进入瓦斯抽放管路，从而实现瓦斯与水分离。

分离后的水聚集在分离箱1的底部，其中一部分水通过人工放水器进水孔13、控制阀门22进入人工放水器2中，人工放水时把控制阀门22关闭，然后再打开放水阀门23，最后打开放水阀门24开始放水。放水结束后先将放水阀门23和放水阀门24关闭，然后再打开控制阀门22，让分离箱1中聚集的水不断地流入人工放水器2中。

另外一部分水通过自动放水器进水孔14、进水管道31进入自动放水器3，自动放水器3将积水从自动放水器3的出水口33放出，而随积水进入自动放水器3中的部分瓦斯气体又从出气孔34、瓦斯回收管35和瓦斯回收口15进入分离箱1，再经排气管12排出，如此反复就可以不断地进行放水。

上述自动放水器2浮球开关来控制出水口33放水。

该瓦斯分离装置，提高了瓦斯抽放效率，其专门设置了分离箱1对瓦斯和水进行有效地分离，使瓦斯抽放管内的积水更容易放出。其利用安全原理中的设备并联原理，克服了单一使用人工放水器2、自动放水器3出现故障后直接影响放水效果的弊端，将人工放水器2、自动放水器3并联使用，充分地发挥了各自的长处，有效地降低了放水器的故障率，提高了瓦斯抽放系统的放水效率。该高负压下瓦斯分离装置主要安装在瓦斯抽放钻场内，并且直接与瓦斯抽放钻孔相连接，这样会将瓦斯抽放钻孔内的积水在源头上进行放水，避免了瓦斯抽放钻孔内的积水进入瓦斯抽放管路系统，从而增加了放水量，提高了放水效率。

本发明提供的一种瓦斯分离方法，包括如下步骤：结合图1-2所示，

（1）将进气管与瓦斯抽放钻场的瓦斯抽放钻孔相连接，瓦斯抽放泵正常运转时产生的高负压将,瓦斯抽放钻孔中的混合有水的待分离的瓦斯经进气管11进入分离箱1；

（2）混合有水的待分离的瓦斯进入分离箱1之后，瓦斯与水迅速下降，密度大的水在重力作用下聚集于分离箱1的底部，经自动放水器3和人工放水器2排出，密度小的瓦斯漂浮在分离箱1的顶部经排气管12排出。

上述人工放水器3将聚集于所述分离箱底部的水排出的过程为：

(a)关闭控制阀门22，选择性地打开两个放水阀门进行放水（先打开放水阀门23，再打开放水阀门24）；

(b)放水完毕后，关闭两个放水阀门（放水阀门23和放水阀门24），并打开控制阀门22，以使分离箱1底部的水流入人工放水器2中。

具体为，分离后的水聚集在分离箱1的底部，其中一部分水通过人工放水器进水孔13、控制阀门22进入人工放水器2中，人工放水时把控制阀门22关闭，然后再打开放水阀门23，最后打开放水阀门24开始放水。放水结束后先将放水阀门23和放水阀门24关闭，然后再打开控制阀门22，让分离箱1中聚集的水不断地流入人工放水器2中。

上述自动放水器3将聚集于分离箱1底部的水排出的过程为：

(A)聚集于分离箱1底部的水经进水管道31进入自动放水器3中；

(B)进入自动放水器3中的水经出水口33流出；

(C)伴随聚集于分离箱1底部的水进入自动放水器3中的瓦斯，经瓦斯回收管35进入分离箱1内，经排气管12排出。

具体为，一部分水通过自动放水器进水孔14、进水管道31进入自动放水器3，自动放水器3将积水从自动放水器3的出水口33放出，而随积水进入自动放水器3中的部分瓦斯气体又从出气孔34、瓦斯回收管35和瓦斯回收口15进入分离箱1，再经排气管12排出，如此反复就可以不断地进行放水。

上述聚集于分离箱1底部的水可仅通过人工放水器2排出或者仅通过自动放水器3排出。

本发明提供的瓦斯分离装置和瓦斯分离方法都是从源头上来将瓦斯与水进行分离，提高了瓦斯分离效果，保证了施工安全。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种瓦斯分离装置，其特征在于，包括分离箱、自动放水器和人工放水器，所述分离箱上设置有用于混合有水的待分离的瓦斯进入的进气管，所述分离箱上部还设置有用于经分离后的瓦斯排出的排气管，所述分离箱的底部分别连接有所述人工放水器和所述自动放水器，所述自动放水器和所述分离箱之间还连接有用于回收瓦斯的瓦斯回收管。

2.根据权利要求1所述的一种瓦斯分离装置，其特征在于，所述分离箱的底部设置有人工放水器进水孔，所述人工放水器通过进水管与所述人工放水器进水孔相连接，所述人工放水器与所述人工放水器进水孔之间的进水管上设置有控制流量的控制阀门，所述人工放水器上设置有两个放水阀门。

3.根据权利要求2所述的一种瓦斯分离装置，其特征在于，所述分离箱的底部还设置有自动放水器进水孔，所述分离箱的顶部设置有瓦斯回收口，

所述自动放水器上设置有进水口、出水口和出气口，

所述进水口与所述自动放水器进水孔之间通过进水管道连接在一起，所述出气口通过瓦斯回收管与所述瓦斯回收口相连接在一起。

4.根据权利要求3所述的一种瓦斯分离装置，其特征在于，所述自动放水器内设置有用于控制所述出水口放水的浮球开关。

5.根据权利要求1所述的一种瓦斯分离装置，其特征在于，所述分离箱上设置有多根用于混合有水的待分离的瓦斯进入的所述进气管。

6.根据权利要求1所述的一种瓦斯分离装置，其特征在于，所述分离箱呈圆筒状。

7.一种采用权利要求1所述的瓦斯分离装置进行瓦斯分离的瓦斯分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将进气管与瓦斯抽放钻场的瓦斯抽放钻孔相连接，瓦斯抽放泵正常运转时产生的高负压将所述瓦斯抽放钻孔中的混合有水的待分离的瓦斯经进气管进入分离箱；

（2）混合有水的待分离的瓦斯进入所述分离箱之后，瓦斯与水迅速下降，密度大的水在重力作用下聚集于所述分离箱的底部，经所述自动放水器和所述人工放水器排出，密度小的瓦斯漂浮在所述分离箱的顶部经排气管排出。

8.根据权利要求7所述的瓦斯分离方法，其特征在于，上述人工放水器将聚集于所述分离箱底部的水排出的过程为：

(a)关闭控制阀门，选择性地打开两个放水阀门进行放水；

(b)放水完毕后，关闭两个所述放水阀门，并打开所述控制阀门，以使所述分离箱底部的水流入所述人工放水器中。

9.根据权利要求7所述的瓦斯分离方法，其特征在于，上述自动放水器将聚集于所述分离箱底部的水排出的过程为：

(A)聚集于所述分离箱底部的水经进水管道进入自动放水器中；

(B)进入自动放水器中的水经出水口流出；

(C)伴随聚集于所述分离箱底部的水进入自动放水器中的瓦斯，经瓦斯回收管进入分离箱内，经排气管排出。

10.根据权利要求7所述的瓦斯分离方法，其特征在于，上述聚集于所述分离箱底部的水可仅通过所述人工放水器排出或者仅通过所述自动放水器排出。

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