CN103926105B - 钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统包括加料装置、钻具模拟装置、气固分离装置、煤屑收集装置、连接装置、负压动力装置、输送参数测定装置，钻具模拟装置包括模拟钻杆及等效钻头，动态部分两侧通过轴承转动支撑在左右固定支架上，并由动力及传动机构带动旋转，动态部分进料端伸入到加料装置的水平壳体内，并在其前端安装有底部敞口的中空等效钻头，静态部分出料端通过连接装置与气固分离装置连通，气固分离装置底部通过阀门与煤屑收集装置连通，其顶部通过管道与负压动力装置连通，在各段模拟钻杆的连接处设有负压测试口，输送参数测定装置包括皮托管，以及流量计和精密真空表。本发明结构紧凑、设计合理，操作使用方便，省时省力，便于实施。

Description

钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统

技术领域

本发明涉及一种实验系统，特别是涉及一种钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，主要用于模拟研究煤层钻孔排渣定点取样煤屑输送参数，为钻孔负压排渣煤层定点取样技术提供支持。

背景技术

现行煤矿井下测定瓦斯含量时常用的取样方式有孔口煤屑取样和煤芯管取样。其中，孔口煤屑取样方式虽然工艺简单，但刷孔和孔壁残粉对测定结果影响较大；煤芯管取样技术在将煤芯从孔底取出过程工序复杂、取样时间长，整个过程耗时费力，瓦斯漏失量大，取样效果较差，难以满足标准要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服上述现有煤层瓦斯含量定点取样技术的不足，而提供一种能够准确获得负压排渣过程中负压值、气固比、压降、风量等参数并为设备选型设计提供理论依据的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，包括加料装置、气固分离装置、煤屑收集装置、连接装置和负压动力装置，以及输送参数测定装置，钻具模拟装置包括由动态部分和至少一段的静态部分串联构成的模拟钻杆及等效钻头，动态部分的两侧通过轴承转动支撑在左、右固定支架上，并由旋转动力机构及旋转传动机构带动旋转，动态部分的进料端伸入到加料装置所含的水平壳体内，并在其前端安装有底部敞口的中空等效钻头，且等效钻头位于加料装置的进料口下方，在等效钻头的侧面及迎头部分别设有进料孔，静态部分的出料端通过连接装置与气固分离装置连通，气固分离装置底部通过阀门与煤屑收集装置连通，其顶部通过管道与负压动力装置连通，在加料装置所含水平壳体末端设有进气口，在各段模拟钻杆的连接处设有负压测试口，所述输送参数测定装置包括安装在负压测试口的皮托管，以及安装在气固分离装置顶部管道上的流量计和精密真空表。

所述模拟钻杆的动态部分和静态部分之间通过旋转接头固定连接。

所述模拟钻杆静态部分有多段，且各段之间通过连接短接固定串联在一起。

所述连接装置为透明钢丝胶管，并通过管箍固定连接。

所述模拟钻杆的静态部分及等效钻头均采用聚氯乙烯管材制成。

所述旋转动力机构为电机；所述旋转传动机构为皮带轮传动机构，包括套装在模拟钻杆表面的第一皮带轮，安装在动力机构输出端的第二皮带轮，以及用于传动连接第一、第二皮带轮的传动皮带。

所述加料装置为气密式螺旋加料器。

所述气固分离装置为旋风除尘器。

所述煤屑收集装置为煤屑收集箱。

所述负压动力装置为罗茨真空泵。

本发明的工作原理是：

本发明使用加料装置向钻具模拟装置所含等效钻头部位，按照所需量均匀添加煤屑，煤屑落入等效钻头附近，利用负压动力装置产生的负压，将煤屑及时吸入并在一定长度的钻具模拟装置中输送，煤颗粒经过气固分离装置被收集下来，利用参数测试装置对整个过程中系统流量、负压等参数进行考察。本实验系统通过模拟煤矿井下负压排渣定点取样测定瓦斯含量时不同气固比、钻杆内径尺寸、钻头过风尺寸下煤屑的输送情况，为取样设备的选型和优化提供依据。

本发明技术方案的有益效果是：

1、在结构上，本发明钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统加料装置采用气密式螺旋加料器，可实现向系统中均匀添加所需量煤屑，并且加料过程可以通过负压动力装置对所需要的气固比进行调整；所述等效钻头参照真实钻头开口参数留设开口，可模拟钻头切屑煤体的过程钻孔内壁，满足与真实钻头相同的进料功能，同时该等效钻头采用聚氯乙烯管制成，可以结合试验需要，快速更改开口尺寸，方便加工改造，降低加工成本；模拟钻杆静态部分采用聚氯乙烯管制成，方便加工改造，降低加工成本；在模拟钻杆动态部分两侧套装有轴承，并由旋转动力机构及旋转传动机构带动旋转，贴近真实钻杆运动状态，更真实的模拟煤矿井下施工钻孔时钻杆的旋转；可通过调整传动参数改变模拟钻杆的钻速，操作使用方便；气固分离装置采用旋风除尘器并与煤屑收集装置直接相连，可以有效收集煤屑。

2、在结构上，本发明所述模拟钻杆静态部分各段之间通过连接短接相连，可以方便输送距离调整；负压测试口分布于各段模拟钻杆连接处，用于测试运行过程中负压及流速等参数，从而实时掌握输送参数；负压测试口留设紧凑，测量参数方便；所述气固分离装置采用旋风除尘器，除尘器底部安装有调节阀门，在系统运行时能够保证除尘器底部的密封，在收集固体颗粒时除尘器底部能够打开；所述等效钻头为依据井下所用钻头实际尺寸及开孔位置设计加工，其可以提高加工的便利性，降低加工成本。

3、综上，本发明钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统结构紧凑、设计合理，可以模拟煤矿井下负压排渣定点取样测定瓦斯含量时不同气固比、钻杆内径尺寸、钻头过风尺寸下煤屑的输送情况，准确获得负压排渣过程中负压值、气固比、压降、风量等参数，从而为设备选型设计提供理论依据，并且操作使用方便，省时省力，因此，非常适于推广实施。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统的结构示意图；

图2为本发明钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统等效钻头的结构示意图；

图3为图2钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统等效钻头的俯视结构示意图；

图中序号：1、螺旋加料器；2、模拟钻杆动态部分；7、模拟钻杆静态部分；3、5、滚动球轴承；4、第一皮带轮；6、旋转接头；8、管箍；9、负压测试口；10、流量计；11、精密真空表；12、罗茨真空泵；13、旋风除尘器；14、煤屑收集箱；16、电机；15、17、固定支架；18、等效钻头，19、进料孔，20、透明钢丝胶管，21、阀门，22、管道，23、第二皮带轮，24、传动皮带。

具体实施方式

实施例一：

参见图1（图中箭头表示物料或气体的流动方向），图中，本发明钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，包括加料装置、钻具模拟装置、气固分离装置、煤屑收集装置和负压动力装置，以及输送参数测定装置，钻具模拟装置包括由动态部分2和静态部分7两段串联在一起的模拟钻杆及等效钻头18，钻具模拟装置动态部分的两侧通过滚动球轴承3、5转动支撑在左、右固定支架15、17上，并由旋转动力机构及旋转传动机构带动旋转，钻杆动态部分的进料端伸入到加料装置所含的水平壳体内，并在其前端安装有等效钻头18，且等效钻头位于加料装置进料口下方，钻杆静态部分的出料端通过连接装置与气固分离装置连通，气固分离装置底部通过阀门21与煤屑收集装置连通，其顶部通过管道22与负压动力装置连通，在加料装置所含水平壳体端部设有进气口，在模拟钻杆与连接装置的连接处设有负压测试口9，所述输送参数测定装置包括安装在负压测试口的皮托管（图中未示出），以及安装在气固分离装置顶部管道上的流量计10和精密真空表11。

所述模拟钻杆的动态部分和静态部分之间通过旋转接头6固定连接。

所述加料装置为气密式螺旋加料器1。

所述气固分离装置为旋风除尘器13。所述煤屑收集装置为煤屑收集箱14。

所述连接装置为透明钢丝胶管20，一端通过管箍8与模拟钻杆固定连接。

所述负压动力装置为罗茨真空泵12。所述旋转动力机构为电机16；所述旋转传动机构为皮带轮传动机构，包括套装在模拟钻杆表面的第一皮带轮4，安装在动力机构输出端的第二皮带轮23，以及用于传动连接第一、第二皮带轮的传动皮带24。

所述模拟钻杆的静态部分及等效钻头均采用聚氯乙烯管材制成。

参见图2-3，图中，所述等效钻头为底部中空结构，在等效钻头的侧面及迎头部分别设有进料孔19。

本发明的工作过程大致如下：

步骤（1）：将实验系统按图1所示连接固定，关闭旋风除尘器底部阀门，将煤屑收集箱密闭并初步设定实验参数：钻速、固气比、输送距离；

步骤（2）：开动罗茨真空泵12、电机16，读取流量计10、精密真空表11示数，同时用皮托管测定该输送距离所设定的负压测试口9处静压及速压；

步骤（3）：按照所设定的气固比参数，设定螺旋加料器钻速，重复步骤（2）并记录实验结果；

步骤（4）：改变气固比、输送距离、钻杆内径、钻速、钻头进料口开口尺寸，重复步骤（2）并记录实验结果。

本实验系统使用聚氯乙烯管实现对中空钻杆的模拟，使得实验系统加工改造方便，操作过程简便；通过可控速的螺旋加料器和皮带传动来实现煤矿井下不同的钻进工况，易于实现；实验系统尺寸可按煤矿井下真实尺寸设计，对负压排渣定点取样过程中系统运行的测试和优化具有指导意义。

实施例二：

本实施例图未画出。本实施例与实施例一结构相似，其相同部分在此不再重述，其区别在于：本实施例所述模拟钻杆静态部分有多段，且各段之间通过连接短接固定串联在一起。

本实施例的工作过程同实施例一工作过程所描述。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：包括加料装置、钻具模拟装置、气固分离装置、煤屑收集装置、连接装置和负压动力装置，以及输送参数测定装置，钻具模拟装置包括由动态部分和至少一段的静态部分串联构成的模拟钻杆及等效钻头，动态部分的两侧通过轴承转动支撑在左、右固定支架上，并由旋转动力机构及旋转传动机构带动旋转，动态部分的进料端伸入到加料装置所含的水平壳体内，并在其前端安装有底部敞口的中空等效钻头，且等效钻头位于加料装置的进料口下方，在等效钻头的侧面及迎头部分别设有进料孔，静态部分的出料端通过连接装置与气固分离装置连通，气固分离装置底部通过阀门与煤屑收集装置连通，其顶部通过管道与负压动力装置连通，在加料装置所含水平壳体末端设有进气口，在各段模拟钻杆的连接处设有负压测试口，所述输送参数测定装置包括安装在负压测试口的皮托管，以及安装在气固分离装置顶部管道上的流量计和精密真空表。

2.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述模拟钻杆的动态部分和静态部分之间通过旋转接头固定连接。

3.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述模拟钻杆静态部分有多段，且各段之间通过连接短接固定串联在一起。

4.根据权利要求1或3所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述连接装置为透明钢丝胶管，并通过管箍固定连接。

5.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述模拟钻杆的静态部分及等效钻头均采用聚氯乙烯管材制成。

6.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述旋转动力机构为电机；所述旋转传动机构为皮带轮传动机构，包括套装在模拟钻杆表面的第一皮带轮，安装在动力机构输出端的第二皮带轮，以及用于传动连接第一、第二皮带轮的传动皮带。

7.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述加料装置为气密式螺旋加料器。

8.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述气固分离装置为旋风除尘器。

9.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述煤屑收集装置为煤屑收集箱。

10.根据权利要求1所述的钻孔负压排渣煤层定点取样实验系统，其特征是：所述负压动力装置为罗茨真空泵。