CN105401975B - 瓦斯采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种瓦斯采集器，包括：进气阀、负压阀及瓶体。所述进气阀与所述负压阀设置于所述瓶体上。所述瓶体设置有一与所述负压阀相对的活动部件，所述活动部件与所述瓶体通过柔性密闭材料连接在一起。所述负压阀与一瓦斯主采集管路连通并包括一负压堵头。所述活动部件上设置有一连接件，所述连接件将所述活动部件与所述负压堵头连接。所述瓦斯通过所述进气阀进入到所述瓶体内使所述活动部件向远离所述负压阀的一侧运动，所述活动部件通过所述连接件带动所述负压堵头运动使所述负压阀打开，从而使所述瓶体内的所述瓦斯经过所述负压阀进入所述瓦斯主采集管路。上述瓦斯采集器具有抽采获得瓦斯浓度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体而言，涉及一种瓦斯采集器。
背景技术
为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤层中存在或者释放出的瓦斯抽出之后输送到地面或者其他安全地点的做法叫做瓦斯抽采。根据统计，目前国内矿井中低透气性煤层瓦斯突出矿井较多，在对这一类矿井进行瓦斯抽采时，目前普遍是采用图1所示的瓦斯抽采装置进行抽采。具体方法是，先在煤层110中钻出一钻孔120，将瓦斯主采集管路140上的一分支采集管路142放置于所述钻孔120内，采用封孔浆130对钻孔120进行封孔。然后，开启瓦斯抽气泵150使钻孔120内产生负压将瓦斯从钻孔120内抽出。采用上述方法抽采瓦斯存在着当钻孔120封孔不严或煤层110存在裂隙等原因时，巷道中的空气会进入钻孔120内，使得抽采获得的瓦斯浓度很低难以达到要求的标准(例如：瓦斯浓度不得低于30％)。通常的补救措施是在原有封孔的基础上对钻孔进行二次封孔处理。一方面，现有的二次封孔处理技术还不成熟，效果不理想。另一方面，在钻孔较多的情况下上述补救措施相当麻烦且工程量巨大。如何提供一种简单有效且能适用低透气性煤层瓦斯突出矿井的瓦斯采集装置，对于本领域技术人员而言是急需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种简单有效能适用低透气性煤层瓦斯突出矿井的瓦斯采集装置。
就适用低透气性煤层瓦斯突出矿井的瓦斯采集装置而言，本发明提供一种瓦斯采集器，包括：进气阀、负压阀及瓶体。所述进气阀与所述负压阀设置于所述瓶体上。所述瓶体设置有一与所述负压阀相对的活动部件，所述活动部件与所述瓶体通过柔性密闭材料连接在一起。所述负压阀与一瓦斯主采集管路连通并包括一负压堵头。所述活动部件上设置有一连接件，所述连接件将所述活动部件与所述负压堵头连接。所述瓦斯通过所述进气阀进入到所述瓶体内使所述活动部件向远离所述负压阀的一侧运动，所述活动部件通过所述连接件带动所述负压堵头运动使所述负压阀打开，从而使所述瓶体内的所述瓦斯经过所述负压阀进入所述瓦斯主采集管路。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述负压阀还包括第一气道与第二气道。所述第一气道的气道内径小于所述第二气道的气道内径。所述第一气道与所述第二气道连通，所述第一气道远离所述瓶体的端口与所述瓦斯主采集管路连接。所述负压堵头位于所述第二气道内，所述负压堵头包括负压堵头头部与负压堵头主体。所述连接件连接于所述负压堵头主体。所述第二气道朝向所述瓶体内的一端设置有限位部件，所述限位部件用于限制所述负压堵头脱离所述第二气道。在所述负压阀内设置内径不同的两个气道，方便将所述负压堵头容置在所述负压阀中内径较大的气道内。在所述瓶体内为负压时，保证所述负压堵头能将两气道连接处密封。在所述瓶体内为正压时，所述负压堵头与两气道连接处脱离，使得所述瓶体内的瓦斯可以通过内径较大的气道与所述负压堵头之间的间隙进入到内径较小的气道中，最终进入到所述瓦斯主采集管路中。同时设置限位部可以防止所述负压堵头脱离所述第二气道。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述限位部件为一环形凸起物，所述环形凸起物设置于所述第二气道朝向所述瓶体内一端端口位置的内壁上。
进一步地，上述瓦斯采集器中，当所述负压阀关闭时，所述负压堵头头部将所述第二气道与所述第一气道的连通位置密封。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述瓶体为一内径为40mm～60mm，内部高度为50mm～70mm的圆柱体，所述进气阀的内径为5mm～7mm，所述负压阀中第一气道的内径为5mm～7mm，所述负压阀中第二气道的内径为8mm～10mm。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述负压阀堵头的头部为一圆锥体。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述进气阀与所述负压阀设置在所述瓶体的同一侧。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述柔性密闭材料为塑料薄膜。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述连接件为一刚性金属杆或柔性连接线。
进一步地，上述瓦斯采集器中所述瓶体、进气阀及负压阀采用塑料制造而成，所述进气阀与所述负压阀通过焊接方式固定在所述瓶体上。
相对于现有技术，本发明提供的一种瓦斯采集器。包括：进气阀、负压阀及瓶体。所述进气阀与所述负压阀设置于所述瓶体上。所述瓶体设置有一与所述负压阀相对的活动部件，所述活动部件与所述瓶体通过柔性密闭材料连接在一起。所述负压阀与一瓦斯主采集管路连通并包括一负压堵头。所述活动部件上设置有一连接件，所述连接件将所述活动部件与所述负压堵头连接。所述瓦斯通过所述进气阀进入到所述瓶体内使所述活动部件向远离所述负压阀的一侧运动，所述活动部件通过所述连接件带动所述负压堵头运动使所述负压阀打开，从而使所述瓶体内的所述瓦斯经过所述负压阀进入所述瓦斯主采集管路。在不加负压的情况下，瓦斯会逐渐聚集到低透气性煤层瓦斯突出矿井的钻孔中。将上述瓦斯采集器放置在上述钻孔内，随着瓦斯在钻孔内的不断聚集，钻孔内的瓦斯通过进气阀进入到所述瓶体内。所述瓶体内压强增加，当所述瓶体内的压强大于所述瓶体外的压强(即所述瓶体内为正压)时，所述瓶体内外的压强差作用于所述活动部件的受力面，使所述活动部件向背离所述负压阀设置一侧运动，活动部件通过连接件带动负压堵头运动，使得所述负压阀被打开。所述瓶体内的瓦斯通过所述负压阀进入到瓦斯主采集管路中。当所述瓶体内的压强小于所述瓶体外的压强(即所述瓶体内为负压)时，所述瓶体内外的压强差作用于所述活动部件的受力面，所述活动部件向所述负压阀设置一侧复位，所述负压堵头重新将负压阀密封。如此进行上述循环即可实现对钻孔内瓦斯的自动采集。采用上述装置进行瓦斯抽取具有瓦斯抽采浓度高的特点。同时，在低透气性煤层瓦斯突出矿井中大范围安装上述装置还具有瓦斯抽采量大，和有效防止瓦斯释放到巷道影响作业安全的特点。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中进行瓦斯抽采的示意图。
图2是本发明提供的采用瓦斯采集器用于瓦斯抽采的示意图。
图3-A是图2中提供的瓦斯采集器在负压阀关闭时的示意图。
图3-B是图2中提供的瓦斯采集器在负压阀开启时的示意图。
图4是本发明提供的采用瓦斯采集器的一种优选结构示意图。
其中，附图标记汇总如下：
煤层110；钻孔120；封孔浆130；瓦斯主采集管路140；分支采集管路142；瓦斯抽气泵150；瓦斯采集器200；进气阀210；进气阀进气口212；进气阀出气口214；负压阀220；负压阀出气口221；负压阀进气口222；第一气道223；第一气道进气口2232；第二气道224；负压堵头225；负压堵头头部2252；负压堵头主体2254；限位部件226；瓶体230；活动部件232；柔性密闭材料234；连接件236；第一柔性连接线2362；第二柔性连接线2364；第三柔性连接线2366。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照图2、图3-A及图3-B，本具体实施例所提供的瓦斯采集器200放置于低透气性煤层瓦斯突出的矿井的煤层钻孔120中。所述瓦斯采集器200可以包括：进气阀210、负压阀220及瓶体230。所述进气阀210与负压阀220均设置在所述瓶体230的一侧。所述进气阀210与负压阀220可设置在所述瓶体230的同一侧，也可设置在所述瓶体230的不同侧。在本具体实施例中，优选地，所述进气阀210与负压阀220设置在所述瓶体230同一侧。
在本具体实施例的一种实施方式中，所述瓶体230、进气阀210及负压阀220可以由金属材料制造而成，所述进气阀210与负压阀220可通过金属焊接方式与所述瓶体230连接。在本具体实施例的另一实施方式中，所述瓶体230、进气阀210及负压阀220还可以采用塑料制造而成，所述进气阀210与负压阀220可通过塑料热熔焊接的方式或者粘接的方式与所述瓶体230连接。
在本具体实施例中，优选所述瓶体230、进气阀210及负压阀220采用塑料制造，所述进气阀210与负压阀220通过塑料热熔焊接方式与所述瓶体230连接。由于煤层钻孔120内潮湿且酸碱性环境复杂，与采用金属制造相比，采用塑料制造上述部件具有抗腐蚀性强，使用周期长的优点。
所述进气阀210包括一进气阀进气口212与一进气阀出气口214。所述进气阀进气口212位于所述瓶体230的外部，所述进气阀出气口214位于所述瓶体230的内部空间。煤层钻孔120中的瓦斯经由所述进气阀进气口212进入后通过进气阀出气口214进入到所述瓶体230的内部。
所述负压阀220包括相互连通的第一气道223与第二气道224，其中所述第一气道223与第二气道224为圆柱形。所述第一气道223的内径小于所述第二气道224的内径。所述负压阀220包括一负压阀进气口222与负压阀出气口221。所述负压阀进气口222与所述瓶体230的内部空间连通，所述负压阀出气口221位于所述瓶体230外部。所述第一气道223位于所述负压阀出气口221一端，所述第二气道224位于所述负压阀进气口222一端。所述负压阀出气口221一端与瓦斯主采集管路140连通，所述第一气道223与所述第二气道224在所述负压阀220内部连通。
所述负压阀220的内部还包括一负压堵头225，所述负压堵头225设置于所述第二气道224内，所述负压堵头225可以在所述第二气道224内运动。为了防止所述负压堵头225脱离所述第二气道224，在所述第二气道靠近所述瓶体内一侧的端口(即所述负压阀进气口222)内设置一限位部件226，用于限制所述负压堵头225，防止所述负压堵头225完全脱离所述第二气道224或所述负压阀220。具体地，在本实施例中，所述限位部件226可以是设置于所述负压阀进气口222内壁上的凸起、凸块、楔形凸起物或者环形凸起物，优选地，所述限位部为环形凸起物。
所述负压堵头225包括负压堵头头部2252与负压堵头主体2254。在瓶体230内为负压时，即所述负压阀220关闭时，所述负压堵头头部2252将所述第二气道224与所述第一气道223的连通位置(即第一气道进气口2232)密封，从而使所述瓶体230内的气体无法通过所述负压阀220流入到所述瓦斯主采集管路140中。所述负压堵头225最粗部分对应的截面积为A1，在设置有限位部件226位置处可供物体通过空间的截面积为B1,其中A1要大于或等于B1,以保证所述负压堵头225无法脱离所述负压阀220。
所述瓶体230还可以包括一活动部件232，所述活动部件232与所述瓶体230通过柔性密闭材料234连接，所述活动部件232可以向背离所述负压阀220设置一侧运动。在本具体实施例中，所述柔性密闭材料234可为塑料薄膜。所述活动部件232进行相对位置移动时，使得所述瓶体230的体积发生变化。具体地，假设刚开始所述瓶体230内的压强小于所述瓶体230外的压强(即所述瓶体230内为负压)，将上述瓦斯采集器200放置在上述钻孔120内，随着瓦斯在钻孔120内的不断聚集，钻孔120内的瓦斯通过进气阀210进入到所述瓶体230内。所述瓶体230内压强增加，当所述瓶体230内的压强大于所述瓶体230外的压强(即所述瓶体230内为正压)时，所述瓶体230内外的压强差作用于所述活动部件232的受力面，使所述活动部件232向背离所述负压阀220设置一侧运动，活动部件232通过连接件236带动负压堵头225运动，使得所述负压阀220被打开。所述瓶体230内的瓦斯通过所述负压阀220进入到瓦斯主采集管路140中。当所述瓶体230内的压强小于所述瓶体230外的压强(即所述瓶体内为负压)时，所述瓶体230内外的压强差作用于所述活动部件232的受力面，所述活动部件232向所述负压阀220设置一侧复位，所述负压堵头225重新将负压阀220密封。。所述活动部件232可以是由刚性材料制造而成，也可以由柔性材料制造而成。在本具体实施例中，优选地，所述活动部件232采用柔性材料制造。具体地，所述活动部件232为一活塞。
所述活动部件232与所述负压阀220分别设置于所述瓶体230的相对两侧。所述活动部件232上还可以设置一连接件236，所述连接件236的一端与活动部件232连接，另一端与所述负压堵头225连接。具体地，所述连接件236的另一端与所述负压堵头主体2254连接。在本具体实施例中，所述连接件236可以为一刚性金属杆也可以为柔性连接线。
参照图4，当所述连接件236为柔性连接线时，优选所述柔性连接线的条数为三条，该三条弱性连接线的一端连接在所述负压堵头主体2254上，该三条弱性连接线的另一端分别连接在所述活动部件232不同的位置上。具体地，该三条柔性连接线分别为第一柔性连接线2362、第二柔性连接线2364及第三柔性连接线2366。其中，所述第一柔性连接线2362的延伸方向与所述负压阀220内中气道的径向方向相同，所述第二柔性连接线2364与所述第三柔性连接线2366对称分布于所述第一柔性连接线2362的两侧。
所述负压堵头头部2252与所述第一气道进气口2232通过凹凸配合的方式实现对所述负压阀220的关闭。本具体实施例的一较佳实施方式为，所述负压堵头头部2252为一圆锥体，所述第一气道进气口2232的内侧壁形状为截顶圆锥体，所述圆锥体的顶角与所述截顶圆锥体对应的完整圆锥体的顶角相等，使得所述瓶体230内为负压时，所述负压堵头头部2252与第一气道进气口2232的内侧壁能完全契合，以保证所述负压阀220的密闭性。
参照图2、图3-A及图3-B，在使用时，将瓦斯采集器200放置在低透气性煤层瓦斯突出矿井的煤层钻孔120中，将所述负压阀出气口221与所述瓦斯主采集管路140连接，将所述钻孔120进行封孔。刚将瓦斯采集器200放置在所述钻孔120中时，所述钻孔120内瓦斯浓度很低，所述钻孔120内为负压。随着瓦斯在钻孔120内的不断聚集，所述钻孔120内的瓦斯浓度增大，所述钻孔120内的压强慢慢变为正压。所述钻孔120内的瓦斯经由所述进气阀210进入到所述瓶体230内，所述瓶体230内也由负压变为正压。所述活动部件236向背离所述负压阀设置一侧运动，所述活动部件232通过连接件236将所述负压堵头225沿活动部件232运动的方向拉动，所述负压堵头头部2252在所述第二气道224中运动，直到所述负压堵头头部2252与所述第一气道进气口2232脱离，从而在所述第一气道223与所述第二气道224之间形成一可供气体通过的通道。在所述瓶体230内正压的作用下，所述瓶体230内的瓦斯通过上述通道进入所述瓦斯主采集管路140中。所述瓦斯主采集管路140中的瓦斯抽气泵150所施加的负压加速所述钻孔120中的瓦斯源源不断经由所述进气阀210与负压阀220进入到所述瓦斯主采集管路140中。当所述钻孔120内的瓦斯浓度降低压强减小时，所述活动部件232相对所述瓶体230复位，所述负压堵头225重新回位到所述第一气道进气口2232上，将所述第一气道223端口密封。如此重复上述过程即可从低透气性煤层瓦斯突出矿井的煤层钻孔抽采高浓度的瓦斯。
在本具体实施例中，所述瓦斯采集器200各个零部件的尺寸与形状满足以下条件。所述瓶体230为一内径为40mm～60mm，内部高度为50mm～70mm的圆柱体，所述进气阀210的内径为5mm～7mm，所述负压阀220中第一气道223的内径为5mm～7mm，所述负压阀220中第二气道224的内径为8mm～10mm。优选地，所述瓶体230的内径为50mm，内部高度为60mm。所述进气阀210的内径为6mm，所述负压阀220中第一气道223的内径为6mm，所述负压阀220中第二气道224的内径为8mm。
综上所述，采用上述装置进行瓦斯抽取具有瓦斯抽采浓度高的特点。同时，在低透气性煤层瓦斯突出矿井中大范围安装上述装置还具有瓦斯抽采量大，进而具有有效防止瓦斯释放到巷道影响作业安全的特点。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (8)
1.一种瓦斯采集器，其特征在于，包括：进气阀、负压阀及瓶体，所述进气阀与所述负压阀设置于所述瓶体上，所述瓶体设置有一与所述负压阀相对的活动部件，所述活动部件与所述瓶体通过柔性密闭材料连接在一起，所述负压阀与一瓦斯主采集管路连通并包括一负压堵头，所述活动部件上设置有一连接件，所述连接件将所述活动部件与所述负压堵头连接；所述瓦斯通过所述进气阀进入到所述瓶体内使所述活动部件向远离所述负压阀的一侧运动，所述活动部件通过所述连接件带动所述负压堵头运动使所述负压阀打开，从而使所述瓶体内的所述瓦斯经过所述负压阀进入所述瓦斯主采集管路；
所述负压阀还包括第一气道与第二气道，所述第一气道的气道内径小于所述第二气道的气道内径，所述第一气道与所述第二气道连通，所述第一气道远离所述瓶体的端口与所述瓦斯主采集管路连接，所述负压堵头位于所述第二气道内，所述负压堵头包括负压堵头头部与负压堵头主体，所述连接件连接于所述负压堵头主体，所述第二气道朝所述瓶体内的一端设置有限位部件，所述限位部件用于阻止所述负压堵头脱离所述第二气道；
所述瓶体、进气阀及负压阀采用塑料制造而成，所述进气阀与所述负压阀通过焊接方式固定在所述瓶体上。
2.如权利要求1所述的瓦斯采集器，其特征在于：所述限位部件为一环形凸起物，所述环形凸起物设置于所述第二气道朝向所述瓶体内一端端口位置的内壁上。
3.如权利要求1所述的瓦斯采集器，其特征在于：当所述负压阀关闭时，所述负压堵头头部将所述第二气道与所述第一气道的连通位置密封。
4.如权利要求1所述的瓦斯采集器，其特征在于：所述瓶体为一内径为40mm～60mm，内部高度为50mm～70mm的圆柱体，所述进气阀的内径为5mm～7mm，所述负压阀中第一气道的内径为5mm～7mm，所述负压阀中第二气道的内径为8mm～10mm。
5.如权利要求3所述的瓦斯采集器，其特征在于：所述负压阀堵头的头部为一圆锥体。
6.如权利要求1所述的瓦斯采集器，其特征在于：所述进气阀与所述负压阀设置在所述瓶体的同一侧。
7.如权利要求1所述的瓦斯采集器，其特征在于：所述柔性密闭材料为塑料薄膜。
8.如权利要求1所述的瓦斯采集器，其特征在于：所述连接件为一刚性金属杆或柔性连接线。
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