CN103920310A - 一种煤矿井下煤气水卸压分离器 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下煤气水卸压分离器，主要包括螺旋降压仓2、双层环形筛孔阻水板3、集水集渣缸6、倒锥形切式自动排渣出口7、自动溢水出口8等组成。高压煤气水混合物进入螺旋降压仓，在螺旋导流板作用下，大部分水、煤泥下沉流入集水集渣缸，再经倒锥形切式自动排渣出口排出，水量过大时自动开启溢水阀；螺旋降压仓上部与环形筛孔阻水板相连，分离水射流产生的水花和气体，气体经集气室接入抽采系统。是一种针对高压水携带煤泥、瓦斯气体的条件，快速降低煤气水混合物压力，有效实现煤、水、气分离的自动装置；且可使缸体内分离的气体顺利进入井下抽采管路，保障抽采系统安全、高效运转，避免有毒、有害物质进入井下工作面造成瓦斯超限等现象。

Description

一种煤矿井下煤气水卸压分离器

技术领域

本发明新型涉及一种煤矿井下煤气水卸压分离器。

背景技术

随着井下瓦斯治理及地面煤层气开发的力度进一步强化，针对我国大部分煤体低渗、松软的特点，水力化措施逐步被认可并大规模使用。煤矿井下主要采用煤层高压注水、水力割缝、水力压裂等水力化措施，这些措施均以增加煤层透气性为目的。井下钻孔水力压裂具有操作简单、设备小型、压裂控制范围大、抽采效果好等特点。受到生产工艺及采掘接替的影响，工作面采用水力措施后需尽快接入瓦斯抽采系统进行瓦斯抽采。但若直接接入井下瓦斯抽采系统，钻孔内的煤泥、岩粉与水会在煤体积聚的高应力、高水压驱使下直接涌入瓦斯抽采系统，不仅严重威胁瓦斯抽采系统及井下生产安全，而且可能堵塞井下抽采管路，影响瓦斯抽采效果；同时，涌入瓦斯抽采设备的高压煤气水混合物会影响瓦斯抽采设备的正常运行，造成极大的安全隐患和经济损失；另外，涌出的煤、气(CH4为主)、水混合物可能造成工作场所条件恶化和瓦斯超限等。安全期间，煤矿传统的方法是在接入抽采系统前加装一个普通的放水器。

目前，普通的放水器可分为人工放水器和自动放水器，但对于人工放水器而言，由于钻孔内水量较大，放水时间间隔短，尤其是接入初期，一般容积的放水器无法满足要求且极大的浪费人力；对于自动放水器而言，虽然可解决人力投入过大的问题，但由于大量的煤泥涌入，容易出现排水通路堵塞等现象。因此，一种可以在高压条件下较好地把煤、气、水分离的煤气水卸压分离器，对提高瓦斯抽采效果，保证安全生产具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对上述现有装备的不足，提供一种高效煤气水卸压分离器。它是一种针对高压水携带煤泥(岩渣)、瓦斯气体的特殊对象和条件，有效降低钻孔排出的混合物压力，实现煤、水、气安全分离的自动装置，是执行煤孔、岩孔水力压裂、高压注水等水力化措施后与井下瓦斯抽采系统安全配套必不可少的工艺与装备。具有安全高效、经济实用、使用便捷、瓦斯抽采效率高等优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案通过以下述方式实现：

一种煤矿井下煤气水卸压分离器，包括入口管(1)、螺旋卸压仓(2)、双层环形筛孔阻水板(3)、集气室(4)、气体出口(5)、集水集渣缸(6)、倒锥形切式自动排渣出口(7)、自动溢水出口(8)、支架(9)等组成。高压煤气水混合通过气体入口管进入螺旋卸压仓，螺旋卸压仓上部与双层环形筛孔阻水板相连再接上部集气室，被分离的气体自集气室通过气体出口接入井下瓦斯抽采系统；螺旋卸压仓下部连接集水集渣缸体，缸体下部设有倒锥形切式自动排渣出口用于煤泥(岩渣)和大量水的排出；缸体中上部设有自动溢水出口，水量大时可自动打开排水。

高压煤气水混合物入口管与入口之间、抽排气出口和抽采管口之间、倒锥形切式自动排渣出口和自动挡板之间均设有可靠的密封圈。

本发明新型的有益效果为：高压煤气水混合物自入口进入煤气水分离器，通过螺旋导流减速板的减阻作用，水和煤泥(岩渣)被阻隔在集水集渣缸内，再经缸体底部的倒锥形切式自动排渣出口和缸体中上部的自动溢水出口分别排出；气体由于自身密度小于空气且在瓦斯抽采的负压作用下进入集气室内，通过排气出口进入井下瓦斯抽采系统，达到煤气水分离的作用。

附图说明

图1是本发明煤气水卸压分离器结构示意图。

图2是螺旋卸压仓内部结构示意图。

图3是双层环形筛孔阻水板示意图。

图4是集水集渣缸示意图。

图5是倒锥形切式自动排渣出口内部结构示意图。

图6是集气室结构示意图。

图7是自动溢水出口示意图。

图8是倒锥形切式自动排渣出口和溢水孔同时运行状态示意图。

图9是倒锥形切式自动排渣出口和溢水孔不运行状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施步骤对本发明作进一步地详细描述。

一种煤矿井下煤气水卸压分离器结构示意图(图1)，主要包括高压煤气水混合物入口管(1)、螺旋卸压仓(2)、双层环形筛孔阻水板(3)、集气室(4)、气体出口(5)、集水集渣缸(6)、倒锥形切式自动排渣出口(7)、自动溢水出口(8)、支架(9)等组成。水力措施孔注水完成后通过入口管(1)接入煤气水卸压分离器，煤泥(岩渣)、瓦斯气体、水在高压状态下喷入煤气水分离器，经过螺旋卸压仓(2)时，由于螺旋导流减速板存在，使高压直射流水首先逆时针旋转达到快速卸压效果，再在螺旋导流减速板(上口小、下口大)和重力的作用下迅速下排，使得高压水射流产生较小的水花，水与煤泥(岩渣)流入集水集渣缸，实现气和煤、水的一级分离；产生少量的水花在双层环形筛孔过滤下，水花受到阻档后流入螺旋压仓，通过螺旋导流减速板进入集水集渣缸，瓦斯气体由于自身的密度小于空气向上运移进入集气室，实现气、水两级分离；加上气体出口与抽采管路连接提供负压，进入螺旋卸压仓的瓦斯气体从环形筛孔阻水板中心孔和周边的筛孔进入集气室，从而实现气与煤、水最终分离。进入集水集渣缸的水煤混合物在重力作用下沉入锥形底座，下部为煤泥(岩渣)，上部为水，实现煤、水一级分离；底部安装的浮球在水的浮力作用下，逐步打开切式自动排渣阀门(设计为切式阀门的目的为减小开启动力)，这样煤泥(岩渣)从下部的排渣出口排出，达到煤水两级分离；考虑到缸体内水位不能过高，以免影响和阻碍上部集气、排气效果，在集水集渣缸中上部设计自动溢水出口，缸体内水位超过控制高度时，溢水出口阀门自动打开，加大排水能力，避免水位过高进入集气室，最终实现煤气水的安全、有效分离。

本发明装置具有安全高效、经济实用、使用便捷、瓦斯抽采效率高等优点。

图2所示螺旋卸压仓内部结构示意图。为了达到快速卸压效果，在仓壁上焊接螺旋导流减速板(10)，螺旋导流减速板与水平面呈80度夹角，在锥形仓体内呈上口小、下口大的螺旋形状，这样可以减小由于与壁面碰撞而上涌的水量，水煤混合物快速流入集水集渣缸；螺旋导流减速板与垂直面呈75度夹角，这样可使进入仓体的水射流分流并逆时针旋转下降，可达到减小水花和快速卸压的效果。螺旋导流减速板呈环形均匀分布于仓体内壁，共9块。

图3所示双层环形筛孔阻水板示意图。它由于两组环形筛网组成，对水射流所产生的水花进行两级过滤。由于水射流与仓体内壁的碰撞，在仓壁周边会产生一定量的水花，两组(4层)筛网(11)，每个平面上的气孔(12)都错开布置，使得水花没有上升的动力，在重力作用下流入缸体下部集水集渣缸：气体则因密度小于空气而上升至集气室。其中，本结构中心设计一个圆形大孔(13)，目的在于减小井下瓦斯抽采系统内的沿程阻力，大量涌出瓦斯气体时，能产生较好的瓦斯抽采效果。

图4所示集水集渣缸示意图。此结构中上部设计一装备溢水阀的溢水孔(14)。缸体内存水量过大时，自动打开溢水阀门，增大排水量，避免水量过大，向上涌入集气室；下部采用锥形底座(15)设计，以便更好地进行煤泥(岩渣)的沉淀与彻底排出，避免出现煤(岩)大量沉淀积聚于缸体下部、堵塞排渣口的现象。。

图5所示倒锥形切式自动排渣出口内部结构示意图。排渣出口的阀门设在集水集渣缸下部锥形处，以浮球作为打开阀门动力，当集水集渣缸内水位上升至控制高度时，浮球(16)受到浮力的作用拉开阀门(17)，达到自动排渣的功能。其中，阀门打开方式为切式打开，这样可以避免大量煤泥(岩渣)沉淀后压住阀门无法打开；阀门与缸体连接处采用把式连接(18)，阀门可在浮球的拉力下逆时针旋转，达到切式打开的目的。当煤泥(岩渣)及水排出后，水位下降，浮球也下沉，阀门顺时针旋转关闭。如此循环作业，达到自动排渣目的。

图6所示集气室结构示意图。此结构通过法兰(19)与抽采管路相连，为整个煤气水卸压分离器提供负压，使缸体内与煤水分离的瓦斯气体顺利地进入井下瓦斯抽采管路，保障抽采系统的安全、高效运转，且避免有毒、有害的瓦斯气体进入井下巷道、工作面等作业空间造成瓦斯超限等现象。

图7所示自动溢水出口示意图。此设计是为了满足水量过大时，倒锥形切式自动排渣出口排水能力不足的情况。溢水孔布置在集水集渣缸的中上部，为Φ100mm开口，内部由浮球(20)来控制开关，升降式浮球代替阀门，运行原理与锥形自动切式排渣出口中的浮球(16)开关原理相同。

图8所示倒锥形切式自动排渣出口和溢水孔同时运行状态示意图。当水量过大时，只有下部的排渣阀门打开无法满足排水要求，集水集渣缸内水位继续上升，水位高过溢水孔时，溢水孔的溢水阀门打开，水同时在溢水孔排出，防止集水集渣缸内水位一直上升，导致水流入集气室，进而倒流入井下瓦斯抽采管路，达不到煤气水分离的效果、且对抽采系统造成损坏。整个排水、排渣过程保证仅有集气室出气孔可以通气，保证抽采负压，提高抽采效果。

图9所示倒锥形切式自动排渣出口和溢水孔不运行状态示意图。当下部排渣口打开能够满足排渣需要时，水位保持不变或缓慢下降，水位不会高过溢水孔，此时只有缸体下部排渣口工作，溢水孔保持关闭，保证缸体不漏气和抽采负压的有效作用，提高瓦斯抽采效果。

Claims (6)

1.一种煤矿井下煤气水卸压分离器，包括高压煤气水混合物入口管(1)、螺旋卸压仓(2)、双层环形筛孔阻水板(3)、集气室(4)、气体出口(5)、集水集渣缸(6)、倒锥形切式自动排渣出口(7)、自动溢水出口(8)、支架(9)组成，混合煤气水通过入口管(1)进入螺旋卸压仓(2)，螺旋卸压仓上部与双层环形筛孔阻水板(3)相连再接上部集气室(4)，被分离的气体自集气室通过气体出口(5)接入外部井下瓦斯抽采系统；螺旋卸压仓下部连接集水集渣缸(6)，缸体下部设有倒锥形切式自动排渣出口(7)用于煤渣或岩渣排出；缸体中下部设有自动溢水出口(8)，可自动打开完成水的分离与排出。

2.如权利要求1所述的一种煤矿井下煤气水卸压分离器，其特征在于：螺旋卸压仓内部结构加工螺旋导流减速板，用于对煤钻孔或岩钻孔内排出高压煤气水混合物的快速、安全卸压，导流减速板与水平面呈80度角度导流减速板与垂直面呈75度，导流减速板呈环形均匀分布于仓体内壁，共9块。

3.如权利要求1所述的一种煤矿井下煤气水卸压分离器，其特征在于：双层环形筛孔阻水板由两组环形筛网组成，对水射流所产生的水花进行两级过滤与阻断，两组双层网，每个平面上的气孔都错开布置，环形筛孔阻水板中心设置一个圆形直径为8寸的大孔。

4.如权利要求1所述的一种煤矿井下煤气水卸压分离器，其特征在于：集水集渣缸中部设计一自动开关的溢水孔，为Φ100mm开口；由可承载一定静水压力的溢水阀控制，当缸内存水量过大时，自动打开溢水阀门排水；下部采用倒锥形设计。

5.如权利要求1所述的一种煤矿井下煤气水卸压分离器，其特征在于：倒锥形切式自动排渣出口的阀门设在集水集渣缸下部，以浮球作为打开阀门动力，当集水集渣缸内水位上升到控制高度时，浮球受到缸内水的浮力作用拉开阀门，达到自动排渣的功能；其中，阀门打开方式为切式开启；阀门与缸体连接处采用柱形连接，可在浮球的拉力下逆时针旋转，达到切形打开的目的；当煤渣或岩渣及水排出后，水位下降，浮球也下沉，阀门顺时针旋转关闭。

6.如权利要求1所述的一种煤矿井下煤气水卸压分离器，其特征在于：混合气体入口管与混合气体入口之间、抽排气出口和抽采管口之间、排水排渣出口和自动挡板之间均设有密封圈。