CN105443039A - 新型水力扩孔扩煤量的计量系统及计量方法 - Google Patents
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Abstract
新型水力扩孔扩煤量的计量系统及计量方法，该装置包括铺设在巷道内的道轨、沿道轨行进的矿车、设在巷道内的钻机及高压泵系统、沉淀桶和设在沉淀桶内并向上伸出沉淀桶的过滤筒，钻机及高压泵系统传动连接有扩孔钻杆和钻头。该方法包括以下步骤：加工制作两套同规格的沉淀桶和过滤筒；收集水力扩孔产生的水煤浆；沉淀颗粒煤及排出水体；粉煤收集；扩煤量计量。本发明能提高水力扩孔扩煤量的计量精度，在一定程度上确保水力扩孔的效果，并进而保证穿层钻孔瓦斯抽采效果，有利于帮助提升矿井瓦斯治理水平，确保煤矿安全生产，并利于水力扩孔新技术的推广应用。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯灾害防治技术领域，具体涉及一种新型水力扩孔扩煤量的计量系统及计量方法。
背景技术
我国是世界上最大的原煤生产国和消费国，同时也是煤矿灾害最为严重的国家，瓦斯、水、火、煤尘、顶板事故时有发生。在各种煤矿灾害中，煤矿瓦斯灾害尤其严重，每年均造成大量的人员伤亡和恶劣的社会影响。
我国大部分煤层赋存具有“三高一低”的特点，即：煤层具有高地应力、高瓦斯含量、高瓦斯压力及较低透气性的特点。该特点使得我国煤层瓦斯采用单纯的瓦斯抽采措施治理难度较大，尤其是突出煤层，其煤层透气性更低，瓦斯含量及压力更高，且瓦斯衰减速度快，使得煤层瓦斯抽采难度大，预抽时间长，易导致煤巷掘进速度缓慢，造成矿井抽、掘、采严重失调，极大限制了煤矿产能的发挥。提高煤层透气性、强化瓦斯抽采成为众多煤矿亟待解决的问题。
《防治煤与瓦斯突出规定》等规定、规程要求对突出煤层采用保护层开采、预抽煤层瓦斯2种区域防突措施。但我国相当一部分煤层不具备保护层开采条件，只能采取预抽煤层瓦斯的区域防突措施。预抽煤层瓦斯的方法包括地面钻孔抽采、底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯等多种方法，其中，底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯措施由于通过在岩巷中施工穿层钻孔进行瓦斯抽采，安全性较高，在很多煤矿进行了推广应用。但该瓦斯抽采方法也存在钻孔工程量大、钻孔利用率低、单孔流量小、抽采效果有限等缺点，也在一定程度上限制了该方法的应用。
研究表明，煤层卸压是提高其透气性的有效途径。在各种增透措施中，水力扩孔措施通常配套底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯，是一种简单有效的增透手段。由于水力扩孔措施经济、有效，各煤矿企业广泛采用该措施进行煤层卸压，以期增加煤层透气性，强化瓦斯抽采效果，快速降低瓦斯含量和瓦斯压力，消除煤层突出危险性，提高煤巷掘进速度。
水力扩孔扩煤量是考察扩孔效果的重要参数。但目前在进行扩煤量计量时，一般采用防喷装置、水仓或编织袋收集扩孔剥落水煤浆、用矿车进行计量的方法进行计量。这些方法操作复杂，且只能计量扩孔作业场所附近沉淀的大颗粒煤体，无法搜集小颗粒煤粉，使得大量的粉煤随水流走，造成较大的计量误差；同时，该方法需要等扩孔完成后收集扩孔过程中所产生的大颗粒煤体及部分煤泥，作业时间较长，且扩孔所产生的煤体需要工人用铁锹等工具从巷道底板铲入矿车，工人劳动强度大。
为了克服上述水力扩孔扩煤量计量设备与计量方法存在的缺陷，亟需寻求新的设备和方法，提高水力扩孔扩煤量的计量精度、减轻劳动强度，以确保水力扩孔成果，提高煤层瓦斯抽采效果，保证煤矿安全生产。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种设计合理、安全可靠、能够准确、快速计量水力扩孔扩煤量的新型水力扩孔扩煤量的计量系统及计量方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：新型水力扩孔扩煤量的计量系统，包括铺设在巷道内的道轨、沿道轨行进的矿车和设在巷道内的钻机及高压泵系统，钻机及高压泵系统传动连接有扩孔钻杆，扩孔钻杆端部设有钻头，钻机及高压泵系统驱动扩孔钻杆和钻头倾斜向上钻孔，还包括沉淀桶和设在沉淀桶内并向上伸出沉淀桶的过滤筒，沉淀桶和过滤筒位于钻孔的孔口正下方，沉淀桶上半部均匀设有过滤孔，过滤筒包括垂直设在沉淀桶内并沿沉淀桶内壁均匀布置的八根伸缩支撑杆，八根伸缩支撑杆上沿垂直方向设有五个钢丝圈，所有伸缩支撑杆和钢丝圈外设有圆筒形的纱网。
中间的一个钢丝圈上沿圆周方向均匀设有四个快捷挂钩，快捷挂钩挂在沉淀桶的上端边沿上，纱网的下端边沿低于最下部的过滤孔的位置。
纱网上端设有上大下小呈圆锥形结构的聚浆罩，聚浆罩的上端口的直径大于纱网的内径。
新型水力扩孔扩煤量的计量方法，包括以下步骤:
（1）、加工制作两套同规格的沉淀桶和过滤筒
A、沉淀桶的加工制作：采用厚度为2mm的钢质材料圆筒进行加工，圆筒高度1000mm，直径800mm，在圆筒上部400mm处开设直径为5mm的过滤孔，相邻过滤孔的间距为50mm×50mm；
B、过滤筒的加工制作：采用纱网配合钢丝圈及伸缩支撑杆形成可变长度的过滤筒；具体加工制作方法为：
①将5根长度均为3200mm的钢丝等距离横向平行摆放，将8根长度为800mm的伸缩支撑杆等距离纵向固定在的5根钢丝上；
②将网孔直径为2mm的纱网固定在伸缩支撑杆上，使纱网可随伸缩支撑杆的伸缩调整纱网的高度；
③在中间的第三根钢丝上面等距离固定4个快捷挂钩，这样可使固定纱网的钢丝卷成钢丝圈后插入到沉淀桶内通过快捷挂钩方便挂接固定在沉淀桶的上端边沿，并使纱网的下沿覆盖沉淀桶最下面的过滤孔，以防止颗粒煤和粉煤随水体通过过滤孔流出；
④将固定纱网及伸缩支撑杆的钢丝卷起来送入沉淀桶，在钢丝的弹性作用下使得纱网紧紧贴合在沉淀桶的内壁，并使纱网的下沿低于沉淀桶最下面的过滤孔，用快捷挂钩挂在沉淀桶上，并根据粉煤的多少操作伸缩支撑杆进行伸缩来调整纱网的高度；
（2）、收集水力扩孔产生的水煤浆
在巷道内布置钻机及高压泵系统、扩孔钻杆和钻头，并将矿车停放到邻近钻机及高压泵系统附近，将沉淀桶和过滤筒置于所扩钻孔的孔口正下方，保证水力扩孔过程中所产生的水煤浆全部进入沉淀桶内，然后进行水力扩孔作业，从孔口排出的水煤浆落到沉淀桶内；
（3）、沉淀颗粒煤及排出水体
①由于水、煤的密度不同，在自重应力的作用下，扩孔所产生水煤浆中较大的颗粒煤会自动沉淀在沉淀筒下部；
②在沉淀桶的上部开设的大量过滤孔，使水煤浆经过初步沉淀的水体经过滤孔及纱网不断排出；
（4）、粉煤收集
在沉淀桶的上部安设的过滤筒，将漂浮在水煤浆上部的粉煤进行拦截、过滤和收集，并根据粉煤的堆积速度及水煤浆的流速调整伸缩支撑杆的高度，以防止粉煤溢出纱网之外；
（5）、扩煤量计量
当沉淀桶内沉淀煤体高度达到沉淀桶高度一半时，将收集的粉煤及沉淀桶内的颗粒煤及时倒入矿车内，更换另一套沉淀桶和过滤筒继续接水煤浆，粉煤在矿车内进一步沉淀；根据矿车内颗粒煤、粉煤的高度及煤体的容重计算水力扩孔扩煤量的重量；当沉淀桶内沉淀煤体高度达到沉淀桶高度一半时，及时更换沉淀桶和过滤筒，保证冲孔过程不间断，以提高水力扩孔作业的效率。
采用上述技术方案，本发明的工艺原理是：利用煤体自重，将落入沉淀桶中较大颗粒煤进行自动沉淀并收集；采用纱网配合钢丝圈及伸缩支撑杆形成可变长度的过滤筒，利用粉煤的浮力，通过过滤筒对粉煤进行过滤并收集；将收集到的颗粒煤和粉煤倒入矿车内，根据矿车内煤体的高度计算扩煤量。
本发明按上述工艺流程，能够方便现场操作，且能同时收集扩孔过程中所产生的颗粒煤和粉煤，提高了扩煤量的计量精度；同时，该装备和方法还实现了及时将扩孔产生的煤体直接送入矿车，大大减少了收集煤样的时间，降低了工人劳动强度。
采用本发明的水力扩孔扩煤量计量系统及计量方法的意义为：在水力扩孔过程中，实现颗粒煤与粉煤的及时收集，大大提高扩煤量的计量精度；将颗粒煤和粉煤及时倒入矿车，缩短了收集煤样的时间，降低了工人的劳动强度。本发明能提高水力扩孔扩煤量的计量精度，在一定程度上确保水力扩孔的效果，并进而保证穿层钻孔瓦斯抽采效果，有利于帮助提升矿井瓦斯治理水平，确保煤矿安全生产，并利于水力扩孔新技术的推广应用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中过滤筒的结构示意图；
图3是图2展开后的结构示意图；
图4是图1中过滤筒和沉淀桶的放大图。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示，新型水力扩孔扩煤量的计量系统，包括铺设在巷道1内的道轨2、沿道轨2行进的矿车3和设在巷道1内的钻机及高压泵系统4，钻机及高压泵系统4传动连接有扩孔钻杆5，扩孔钻杆5端部设有钻头6，钻机及高压泵系统4驱动扩孔钻杆5和钻头6倾斜向上钻孔，还包括沉淀桶7和设在沉淀桶7内并向上伸出沉淀桶7的过滤筒8，沉淀桶7和过滤筒8位于钻孔的孔口正下方，沉淀桶7上半部均匀设有过滤孔9，过滤筒8包括垂直设在沉淀桶7内并沿沉淀桶7内壁均匀布置的八根伸缩支撑杆10，八根伸缩支撑杆10上沿垂直方向设有五个钢丝圈11，所有伸缩支撑杆10和钢丝圈11外设有圆筒形的纱网12。
中间的一个钢丝圈11上沿圆周方向均匀设有四个快捷挂钩13，快捷挂钩13挂在沉淀桶7的上端边沿上，纱网12的下端边沿低于最下部的过滤孔9的位置。
新型水力扩孔扩煤量的计量方法，包括以下步骤:
（1）、加工制作两套同规格的沉淀桶7和过滤筒8
A、沉淀桶7的加工制作：采用厚度为2mm的钢质材料圆筒进行加工，圆筒高度1000mm，直径800mm，在圆筒上部400mm处开设直径为5mm的过滤孔9，相邻过滤孔9的间距为50mm×50mm；
B、过滤筒8的加工制作：采用纱网12配合钢丝圈11及伸缩支撑杆10形成可变长度的过滤筒8；具体加工制作方法为：
①将5根长度均为3200mm的钢丝等距离横向平行摆放，将8根长度为800mm的伸缩支撑杆10等距离纵向固定在的5根钢丝上；
②将网孔直径为2mm的纱网12固定在伸缩支撑杆10上，使纱网12可随伸缩支撑杆10的伸缩调整纱网12的高度；
③在中间的第三根钢丝上面等距离固定4个快捷挂钩13，这样可使固定纱网12的钢丝卷成钢丝圈11后插入到沉淀桶7内通过快捷挂钩13方便挂接固定在沉淀桶7的上端边沿，并使纱网12的下沿覆盖沉淀桶7最下面的过滤孔9，以防止颗粒煤和粉煤随水体通过过滤孔9流出；
④将固定纱网12及伸缩支撑杆10的钢丝卷起来送入沉淀桶7，在钢丝的弹性作用下使得纱网12紧紧贴合在沉淀桶7的内壁，并使纱网12的下沿低于沉淀桶7最下面的过滤孔9，用快捷挂钩13挂在沉淀桶7上，并根据粉煤的多少操作伸缩支撑杆10进行伸缩来调整纱网12的高度；
（2）、收集水力扩孔产生的水煤浆
在巷道1内布置钻机及高压泵系统4、扩孔钻杆5和钻头6，并将矿车3停放到邻近钻机及高压泵系统4附近，将沉淀桶7和过滤筒8置于所扩钻孔的孔口正下方，保证水力扩孔过程中所产生的水煤浆全部进入沉淀桶7内，然后进行水力扩孔作业，从孔口排出的水煤浆14落到沉淀桶7内；
（3）、沉淀颗粒煤及排出水体
①由于水、煤的密度不同，在自重应力的作用下，扩孔所产生水煤浆14中较大的颗粒煤会自动沉淀在沉淀筒7下部；
②在沉淀桶7的上部开设的大量过滤孔9，使水煤浆14经过初步沉淀的水体经过滤孔9及纱网12不断排出；
（4）、粉煤收集
在沉淀桶7的上部安设的过滤筒8，将漂浮在水煤浆14上部的粉煤进行拦截、过滤和收集，并根据粉煤的堆积速度及水煤浆14的流速调整伸缩支撑杆10的高度，以防止粉煤溢出纱网12之外；
（5）、扩煤量计量
当沉淀桶7内沉淀煤体高度达到沉淀桶7高度一半时，将收集的颗粒煤和粉煤及时倒入矿车3内，更换另一套沉淀桶7和过滤筒8继续接水煤浆14，粉煤在矿车3内进一步沉淀；根据矿车3内颗粒煤、粉煤的高度及煤体的容重计算水力扩孔扩煤量的重量；当沉淀桶7内沉淀煤体高度达到沉淀桶7高度一半时，及时更换沉淀桶7和过滤筒8，保证冲孔过程不间断，以提高水力扩孔作业的效率。
本发明的工艺原理是：利用煤体自重，将落入沉淀桶7中较大颗粒煤进行自动沉淀并收集；采用纱网12配合钢丝圈11及伸缩支撑杆10形成可变长度的过滤筒8，利用粉煤的浮力，通过过滤筒8对粉煤进行过滤并收集；将收集到的颗粒煤和粉煤倒入矿车3内，根据矿车3内煤体的高度计算扩煤量。
另外，为了确保水煤浆14在钻孔的孔口下落时不溅出到过滤筒8外，提高计量的精准度，可在过滤筒8上端设置聚浆罩，聚浆罩为上大下小呈圆锥形结构，聚浆罩的上端口的直径大于纱网12的内径。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.新型水力扩孔扩煤量的计量系统，包括铺设在巷道内的道轨、沿道轨行进的矿车和设在巷道内的钻机及高压泵系统，钻机及高压泵系统传动连接有扩孔钻杆，扩孔钻杆端部设有钻头，钻机及高压泵系统驱动扩孔钻杆和钻头倾斜向上钻孔，其特征在于：还包括沉淀桶和设在沉淀桶内并向上伸出沉淀桶的过滤筒，沉淀桶和过滤筒位于钻孔的孔口正下方，沉淀桶上半部均匀设有过滤孔，过滤筒包括垂直设在沉淀桶内并沿沉淀桶内壁均匀布置的八根伸缩支撑杆，八根伸缩支撑杆上沿垂直方向设有五个钢丝圈，所有伸缩支撑杆和钢丝圈外设有圆筒形的纱网。
2.根据权利要求1所述的新型水力扩孔扩煤量的计量系统，其特征在于：中间的一个钢丝圈上沿圆周方向均匀设有四个快捷挂钩，快捷挂钩挂在沉淀桶的上端边沿上，纱网的下端边沿低于最下部的过滤孔的位置。
3.根据权利要求1或2所述的新型水力扩孔扩煤量的计量系统，其特征在于：纱网上端设有上大下小呈圆锥形结构的聚浆罩，聚浆罩的上端口的直径大于纱网的内径。
4.根据权利要求2所述的新型水力扩孔扩煤量的计量系统的计量方法，其特征在于：包括以下步骤:
（1）、加工制作两套同规格的沉淀桶和过滤筒
A、沉淀桶的加工制作：采用厚度为2mm的钢质材料圆筒进行加工，圆筒高度1000mm，直径800mm，在圆筒上部400mm处开设直径为5mm的过滤孔，相邻过滤孔的间距为50mm×50mm；
B、过滤筒的加工制作：采用纱网配合钢丝圈及伸缩支撑杆形成可变长度的过滤筒；具体加工制作方法为：
①将5根长度均为3200mm的钢丝等距离横向平行摆放，将8根长度为800mm的伸缩支撑杆等距离纵向固定在的5根钢丝上；
②将网孔直径为2mm的纱网固定在伸缩支撑杆上，使纱网可随伸缩支撑杆的伸缩调整纱网的高度；
③在中间的第三根钢丝上面等距离固定4个快捷挂钩，这样可使固定纱网的钢丝卷成钢丝圈后插入到沉淀桶内通过快捷挂钩方便挂接固定在沉淀桶的上端边沿，并使纱网的下沿覆盖沉淀桶最下面的过滤孔，以防止颗粒煤和粉煤随水体通过过滤孔流出；
④将固定纱网及伸缩支撑杆的钢丝卷起来送入沉淀桶，在钢丝的弹性作用下使得纱网紧紧贴合在沉淀桶的内壁，并使纱网的下沿低于沉淀桶最下面的过滤孔，用快捷挂钩挂在沉淀桶上，并根据粉煤的多少操作伸缩支撑杆进行伸缩来调整纱网的高度；
（2）、收集水力扩孔产生的水煤浆
在巷道内布置钻机及高压泵系统、扩孔钻杆和钻头，并将矿车停放到邻近钻机及高压泵系统附近，将沉淀桶和过滤筒置于所扩钻孔的孔口正下方，保证水力扩孔过程中所产生的水煤浆全部进入沉淀桶内，然后进行水力扩孔作业，从孔口排出的水煤浆落到沉淀桶内；
（3）、沉淀颗粒煤及排出水体
①由于水、煤的密度不同，在自重应力的作用下，扩孔所产生水煤浆中较大的颗粒煤会自动沉淀在沉淀筒下部；
②在沉淀桶的上部开设的大量过滤孔，使水煤浆经过初步沉淀的水体经过滤孔及纱网不断排出；
（4）、粉煤收集
在沉淀桶的上部安设的过滤筒，将漂浮在水煤浆上部的粉煤进行拦截、过滤和收集，并根据粉煤的堆积速度及水煤浆的流速调整伸缩支撑杆的高度，以防止粉煤溢出纱网之外；
（5）、扩煤量计量
当沉淀桶内沉淀煤体高度达到沉淀桶高度一半时，将收集的粉煤及沉淀桶内的颗粒煤及时倒入矿车内，更换另一套沉淀桶和过滤筒继续接水煤浆，粉煤在矿车内进一步沉淀；根据矿车内颗粒煤、粉煤的高度及煤体的容重计算水力扩孔扩煤量的重量；当沉淀桶内沉淀煤体高度达到沉淀桶高度一半时，及时更换沉淀桶和过滤筒，保证冲孔过程不间断，以提高水力扩孔作业的效率。
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- 2015-12-29 CN CN201511005585.7A patent/CN105443039B/zh not_active Expired - Fee Related
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