CN105464596A - 水力扩孔卸压增透扩煤量的计量系统及计量方法 - Google Patents
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Abstract
水力扩孔卸压增透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、集浆桶和设在集浆桶一侧的过滤桶，钻机及高压泵系统传动连接有扩孔钻杆和钻头，集浆桶一侧上部设有抽水泵,集浆桶内倾斜设有手动运煤装置。该方法包括以下步骤：加工制作两个过滤桶；收集并沉淀水煤浆，并排出集浆桶内的水体；沉淀颗粒煤及排出水体；采集煤泥及粉煤；水煤分离；计量扩孔煤量。本发明能够实现快速采集煤泥、水煤分离及快速、准确计量扩煤量，改善作业环境，提高计量精度，提高水力扩孔扩煤量的精确考察，保证扩孔卸压增透效果及瓦斯预抽效果，确保煤矿安全生产。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯灾害防治技术领域，具体涉及一种水力扩孔卸压增透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、煤尘、水、火、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，每年均有大量的瓦斯事故发生，且易造成瓦斯突出、瓦斯爆炸等群死群伤事故，给企业造成了严重的经济负担和恶劣的社会影响。
我国大部分煤层瓦斯赋存具有透气性低、瓦斯含量高、压力高的特点。尤其是突出煤层，透气性较低，抽采难度大，预抽时间长，易导致煤巷掘进速度缓慢，矿井抽、掘、采失调等问题，严重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和煤层瓦斯预抽两种区域防突措施，并要求“区域防突措施先行，局部措施补充”。但由于我国大部分煤层为单煤层开采，不具备保护层开采的条件，只能采用预抽煤层瓦斯的防突措施。在各种煤层瓦斯预抽措施中，底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯是一种广泛采用煤巷条带瓦斯抽采方法。该预抽方法具有设备简单、安全性高、施工方便、钻孔成孔率高等优点，在很多煤矿得到了应用；但该方法同时又存在消突费用高（岩巷掘进及打钻费用高）、钻孔有效利用率低、单孔瓦斯流量小等缺点，使得该方法在同等条件下抽采效果有限，也在一定程度上限制了该方法的推广。
针对底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采的弊端及矿井在瓦斯抽采方面所面临的透气性低等难题，各煤矿企业广泛采用水力扩孔等煤层卸压措施强化煤层瓦斯预抽工作，可实现增加煤层透气性，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，提高煤巷掘进速度等目的。由于水力扩孔上述的种种优点，使得该卸压增透措施得到广泛应用。
水力扩孔扩煤量是考察水力扩孔卸压增透效果的重要参数。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。这些方法操作流程复杂且需要预先在施工钻孔的孔口安装防喷装置等，无法实现扩孔水体与扩孔剥落煤体的快速、自动分离，使得作业场所布满水煤浆，作业环境恶劣，不利于安全生产；同时，该方法计量速度慢、测值误差大，不能精确考察扩煤量；且该方法无法收集扩孔过程中所产生的大量粉煤，也使得计量精度大大降低。
为了克服上述水力扩孔扩煤量计量设备与方法存在的缺陷，亟需寻求新的设备和方法，改善水力扩孔作业环境，准确计量扩煤量，确保扩孔卸压增透效果，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水力扩孔卸压增透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：水力扩孔卸压增透扩煤量的计量系统，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，还包括集浆桶和设在集浆桶一侧的过滤桶，集浆桶和过滤桶均顶部敞口,集浆桶位于钻孔的孔口正下方，集浆桶和过滤桶位于道轨的一侧，钻机及高压泵系统位于道轨的另一侧，集浆桶一侧上部设有抽水泵,抽水泵的进水口外部套设有过滤网,集浆桶内倾斜设有手动运煤装置,手动运煤装置的下端位于集浆桶底部,手动运煤装置的上端伸出集浆桶并位于过滤桶的正上方,过滤桶侧部均匀设有过滤孔,过滤桶外包裹有纱网,纱网的网孔直径小于过滤孔的直径。
手动运煤装置包括倾斜设置的矩形框架,矩形框架通过安装架固定在集浆桶的内侧壁上，矩形框架下端水平转动设有从动辊,矩形框架上端转动设有与从动辊平行的主动辊,主动辊和从动辊直径通过环形的运煤胶带传动连接，运煤胶带外表面上水平设有一圈刮条，主动辊的中心轴的两端分别设有一个摇把。
集浆桶外侧部设有用于搬运集浆桶的第一手柄，过滤桶外侧部设有用于搬运过滤桶的第二手柄。
水力扩孔卸压增透扩煤量的计量方法，包括以下步骤:
（1）、加工制作两个过滤桶
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，在圆筒侧部开设直径为5mm的过滤孔，相邻过滤孔的间距为50mm×50mm，然后将纱网包裹并固定到过滤桶外部；
（2）、收集并沉淀水煤浆，并排出集浆桶内的
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，将集浆桶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集浆桶内，在集浆桶内上部布置抽水泵，在集浆桶内安装固定手动运煤装置，过滤桶紧挨集浆桶布置，手动运煤装置最上端的运煤胶带位于过滤桶正上方，然后进行水力扩孔作业，从孔口排出的水煤浆落到集浆桶内；
（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集浆桶中下部，粉煤会漂浮在水煤浆的上部；
②水力扩孔的同时启动抽水泵，即可将初步沉淀过的水煤浆中的废水排出集浆桶，并送入水仓，净化作业环境，并可进行循环利用，变废为宝；
（4）、采集煤泥及粉煤
①摇动主动辊中心轴两端的摇把，带动运煤胶带旋转，利用运煤胶带上的刮条，将沉积在集浆桶中下部的煤泥采集到刮条及运煤胶带上；
②在运煤胶带转动的同时，会将漂浮在水煤浆上部的粉煤直接带走，确保了扩煤量的计量准确；
（5）、水煤分离
通过摇动摇把，使煤泥及粉煤连续的从集浆桶中被运煤胶带采集出来，从胶带底部运到顶部，在运煤胶带旋转离心力及煤体自重应力的作用下，煤泥及粉煤自动落入过滤桶中；过滤桶的桶壁上布满过滤孔并缠绕包裹有纱网，在煤泥及粉煤的自重应力作用下，将其中的水体通过过滤孔和纱网滤除，实现水煤快速分离；
（6）、计量扩孔煤量
在过滤桶上设置刻度线，并预先根据煤体容重确定不同高度煤体的重量，根据水煤分离后过滤桶内煤体高度的刻度线，即可快速确定水力扩孔扩煤量；两个以上的工人手持第二手柄将过滤桶内的煤体倒入矿车，同时，用另一个空的过滤桶放到原处继续接煤，两个过滤桶循环使用，记录倒入矿车的次数，计量总的扩煤量。
采用上述技术方案，本发明的工艺原理是：在集浆桶内收集水力扩孔产生的水煤浆，采用运煤胶带收集初步沉淀的水煤浆并运送至过滤桶的上方，利用水煤浆自重使附着在运煤胶带上面的水煤浆自动落入过滤桶，在过滤桶中对水煤浆进行过滤，然后根据过滤后过滤桶内煤体的高度，准确、快速的计量扩煤量。针对集浆桶中水煤浆过滤后产生的废水，采用排水泵排出过滤后的水体，实现水煤分离，并可将泵出的废水进行循环应用。
本发明能够实现快速采集煤泥、水煤分离及快速、准确计量扩煤量，改善作业环境，提高计量精度，提高水力扩孔扩煤量的精确考察，保证扩孔卸压增透效果及瓦斯预抽效果，确保煤矿安全生产。
采用本发明的水力扩孔扩煤量计量装置与方法的意义为：在采取水力扩孔过程中，可实现快速采集煤泥及粉煤，排出水体，准确计量扩煤量，改善作业环境，提高扩煤量的计量精度，提升矿井安全水平，确保煤矿安全生产，并利于煤矿瓦斯治理新技术的推广。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中集浆桶、过滤桶和手动运煤装置的放大示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的水力扩孔卸压增透扩煤量的计量系统，包括铺设在巷道1内的道轨2、沿道轨2行进的矿车23和设在巷道1内的钻机及高压泵系统3，钻机及高压泵系统3传动连接有扩孔钻杆4，扩孔钻杆4端部设有钻头5，钻机及高压泵系统3驱动扩孔钻杆4和钻头5倾斜向上钻孔，还包括集浆桶6和设在集浆桶6一侧的过滤桶7，集浆桶6和过滤桶7均顶部敞口,集浆桶6位于钻孔的孔口正下方，集浆桶6和过滤桶7位于道轨2的一侧，钻机及高压泵系统3位于道轨2的另一侧，集浆桶6一侧上部设有抽水泵8,抽水泵8的进水口外部套设有过滤网9,集浆桶6内倾斜设有手动运煤装置22,手动运煤装置22的下端位于集浆桶6底部,手动运煤装置22的上端伸出集浆桶6并位于过滤桶7的正上方,过滤桶7侧部均匀设有过滤孔10,过滤桶7外包裹有纱网11,纱网11的网孔直径小于过滤孔10的直径。
手动运煤装置22包括倾斜设置的矩形框架12,矩形框架12通过安装架13固定在集浆桶6的内侧壁上，矩形框架12下端水平转动设有从动辊14,矩形框架12上端转动设有与从动辊14平行的主动辊15,主动辊15和从动辊14直径通过环形的运煤胶带16传动连接，运煤胶带16外表面上水平设有一圈刮条17，主动辊15的中心轴的两端分别设有一个摇把18。
集浆桶6外侧部设有用于搬运集浆桶6的第一手柄19，第一手柄19用于搬运集浆桶6；过滤桶7外侧部设有用于搬运过滤桶7的第二手柄20。
水力扩孔卸压增透扩煤量的计量方法，包括以下步骤:
（1）、加工制作两个过滤桶7
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，在圆筒侧部开设直径为5mm的过滤孔10，相邻过滤孔10的间距为50mm×50mm，然后将纱网11包裹并固定到过滤桶7外部；
（2）、收集并沉淀水煤浆21，并排出集浆桶内的水体
在巷道1内布置钻机及高压泵系统3、扩孔钻杆4和钻头5，并将矿车23停放到邻近钻机及高压泵系统3附近，将集浆桶6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21全部进入集浆桶6内，在集浆桶6内上部布置抽水泵8，在集浆桶6内安装固定手动运煤装置22，过滤桶7紧挨集浆桶6布置，手动运煤装置22最上端的运煤胶带16位于过滤桶7正上方，然后进行水力扩孔作业，从孔口排出的水煤浆21落到集浆桶6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21中较大的颗粒煤会自动沉淀在集浆桶6中下部，粉煤会漂浮在水煤浆21的上部；
②水力扩孔的同时启动抽水泵8，即可将初步沉淀过的水煤浆21中的废水排出集浆桶6，并送入水仓，净化作业环境，并可进行循环利用，变废为宝；
（4）、采集煤泥及粉煤
①摇动主动辊15中心轴两端的摇把18，带动运煤胶带16旋转，利用运煤胶带16上的刮条17，将沉积在集浆桶6中下部的煤泥采集到刮条17及运煤胶带16上；
②在运煤胶带16转动的同时，会将漂浮在水煤浆21上部的粉煤直接带走，确保了扩煤量的计量准确；
（5）、水煤分离
通过摇动摇把18，使煤泥及粉煤连续的从集浆桶6中被运煤胶带16采集出来，从胶带底部运到顶部，在运煤胶带16旋转离心力及煤体自重应力的作用下，煤泥及粉煤自动落入过滤桶7中；过滤桶7的桶壁上布满过滤孔10并缠绕包裹有纱网11，在煤泥及粉煤的自重应力作用下，将其中的水体通过过滤孔10和纱网11滤除，实现水煤快速分离；
（6）、计量扩孔煤量
在过滤桶7上设置刻度线，并预先根据煤体容重确定不同高度煤体的重量，根据水煤分离后过滤桶7内煤体高度的刻度线，即可快速确定水力扩孔扩煤量；两个以上的工人手持第二手柄20将过滤桶7内的煤体倒入矿车23，同时，用另一个空的过滤桶7放到原处继续接煤，两个过滤桶7循环使用，记录倒入矿车23的次数，计量总的扩煤量。
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.水力扩孔卸压增透扩煤量的计量系统，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：还包括集浆桶和设在集浆桶一侧的过滤桶，集浆桶和过滤桶均顶部敞口,集浆桶位于钻孔的孔口正下方，集浆桶和过滤桶位于道轨的一侧，钻机及高压泵系统位于道轨的另一侧，集浆桶一侧上部设有抽水泵,抽水泵的进水口外部套设有过滤网,集浆桶内倾斜设有手动运煤装置,手动运煤装置的下端位于集浆桶底部,手动运煤装置的上端伸出集浆桶并位于过滤桶的正上方,过滤桶侧部均匀设有过滤孔,过滤桶外包裹有纱网,纱网的网孔直径小于过滤孔的直径。
2.根据权利要求1所述的水力扩孔卸压增透扩煤量的计量系统，其特征在于：手动运煤装置包括倾斜设置的矩形框架,矩形框架通过安装架固定在集浆桶的内侧壁上，矩形框架下端水平转动设有从动辊,矩形框架上端转动设有与从动辊平行的主动辊,主动辊和从动辊直径通过环形的运煤胶带传动连接，运煤胶带外表面上水平设有一圈刮条，主动辊的中心轴的两端分别设有一个摇把。
3.根据权利要求1或2所述的水力扩孔卸压增透扩煤量的计量系统，其特征在于：集浆桶外侧部设有用于搬运集浆桶的第一手柄，过滤桶外侧部设有用于搬运过滤桶的第二手柄。
4.根据权利要求3所述的水力扩孔卸压增透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）、加工制作两个过滤桶
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，在圆筒侧部开设直径为5mm的过滤孔，相邻过滤孔的间距为50mm×50mm，然后将纱网包裹并固定到过滤桶外部；
（2）、收集并沉淀水煤浆，并排出集浆桶内的水体
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，将集浆桶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集浆桶内，在集浆桶内上部布置抽水泵，在集浆桶内安装固定手动运煤装置，过滤桶紧挨集浆桶布置，手动运煤装置最上端的运煤胶带位于过滤桶正上方，然后进行水力扩孔作业，从孔口排出的水煤浆落到集浆桶内；
（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集浆桶中下部，粉煤会漂浮在水煤浆的上部；
②水力扩孔的同时启动抽水泵，即可将初步沉淀过的水煤浆中的废水排出集浆桶，并送入水仓，净化作业环境，并可进行循环利用，变废为宝；
（4）、采集煤泥及粉煤
①摇动主动辊中心轴两端的摇把，带动运煤胶带旋转，利用运煤胶带上的刮条，将沉积在集浆桶中下部的煤泥采集到刮条及运煤胶带上；
②在运煤胶带转动的同时，会将漂浮在水煤浆上部的粉煤直接带走，确保了扩煤量的计量准确；
（5）、水煤分离
通过摇动摇把，使煤泥及粉煤连续的从集浆桶中被运煤胶带采集出来，从胶带底部运到顶部，在运煤胶带旋转离心力及煤体自重应力的作用下，煤泥及粉煤自动落入过滤桶中；过滤桶的桶壁上布满过滤孔并缠绕包裹有纱网，在煤泥及粉煤的自重应力作用下，将其中的水体通过过滤孔和纱网滤除，实现水煤快速分离；
（6）、计量扩孔煤量
在过滤桶上设置刻度线，并预先根据煤体容重确定不同高度煤体的重量，根据水煤分离后过滤桶内煤体高度的刻度线，即可快速确定水力扩孔扩煤量；两个以上的工人手持第二手柄将过滤桶内的煤体倒入矿车，同时，用另一个空的过滤桶放到原处继续接煤，两个过滤桶循环使用，记录倒入矿车的次数，计量总的扩煤量。
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Citations (5)
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|---|---|---|
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| CN112382190B (zh) * | 2020-11-21 | 2022-12-27 | 西安科技大学 | 一种智能化选煤模拟实验室 |
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