CN107387159B - 一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统及其应用，属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域。该系统包含矿用PLC控制箱、矿用气动抽排水泵、矿用电动阀、控制泵电动阀、流量传感器、水位传感器和操作监控系统；流量传感器设置在抽排水泵的出水端，水位传感器设置在钻孔内，矿用气动抽排水泵的进气端通过控制泵电动阀与井下压风管路连接，矿用气动抽排水泵的进水口与集排水管路连接，矿用电动阀设置在下向钻孔排水管路上，下向钻孔排水管路连接至集排水管路；操作监控系统布置在矿用PLC控制箱和地面电脑端。本发明实现了排水排渣过程的反复性、高效化、自动化，从根本上解决下行钻孔由于积水煤渣问题导致的抽采浓度低的问题。

Description

一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统及其应用

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，涉及一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统及其应用。

背景技术

钻孔瓦斯抽采是目前煤矿井下瓦斯抽采的主要方式，是治理煤与瓦斯突出的根本措施，可以有效减少矿井瓦斯涌出。煤矿井下普遍采用水力排渣钻孔施工工艺，以及受地层中水文地质条件等因素影响，下向钻孔中一般会积存大量的水和煤渣，在瓦斯抽采过程中很难将孔中积存的水渣有效排出。

下向钻孔内积存的水渣，降低了瓦斯抽采有效气流断面，同时增大抽采负压损耗，减小或阻塞钻孔内部瓦斯运移产出通道，严重影响瓦斯抽采效果。在煤质松软区域，由于积水长时间浸泡，钻孔孔壁煤体极易发生失稳坍塌破坏，甚至造成瓦斯抽采钻孔失效，最终导致瓦斯抽采出现空白带，给煤矿安全生产留下安全隐患。

针对下向钻孔积水煤渣问题，煤矿现场通常在钻孔退钻过程中或是将压风管路送入钻孔内利用井下巷道内压风将钻孔的积水和煤渣吹出，仅仅作为一种临时处理方式。中国专利文献CN202788934U公告的《煤矿井下下向孔排水装置》、CN 102865104A公告的《下向抽采钻孔排水装置》、CN 103557030A公告的《下向钻孔排水装置》等均采用孔口布置压风管路，通过连接压风装置将钻孔内积水排出，针对了单个钻孔的排水操作；中国专利文献CN202810933U公告的《下向钻孔排水系统》和CN204572052U公告的《下向瓦斯抽采钻孔排水、排渣装置》在单个钻孔排水基础上扩展为多个钻孔利用井下压风进行排水操作。利用井下压风只能排出一定积水和煤渣，对钻孔日常瓦斯抽采有一定的影响，在排水过程中压风会加剧钻孔孔壁失稳破坏，排出的积水煤渣将会堵塞管路，综上目前现有的下向孔排水方法存在很多问题，无法有效解决下向钻孔积水问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统及其应用，通过感知钻孔内水位变化智能调控多个钻孔完成排水排渣操作，实现下向钻孔智能化、自动化排水排渣工作和集约化、高效化多孔并联的钻孔管理模式，提高钻孔利用率，从根本上解决下行钻孔由于积水煤渣问题导致的抽采浓度低的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统，该系统包括矿用PLC控制箱、矿用气动抽排水泵、矿用电动阀、控制泵电动阀、流量传感器、信号线、水位传感器和操作监控系统；

所述流量传感器设置在所述矿用气动抽排水泵的出水端，所述水位传感器设置在钻孔内，所述矿用气动抽排水泵的进气端通过所述控制泵电动阀与井下压风管路连接，所述矿用气动抽排水泵的进水口与集排水管路连接，所述矿用电动阀设置在所述钻孔外的下向钻孔排水管路上，所述下向钻孔排水管路的一端设置在所述钻孔内，所述下向钻孔排水管路连接至所述集排水管路；

所述矿用PLC控制箱用于布置PLC控制程序，通过信号连接线连接至所述矿用气动抽排水泵、所述矿用电动阀、所述控制泵电动阀、所述流量传感器和所述水位传感器；

所述操作监控系统布置在矿用PLC控制箱和地面电脑端，通过信号连接线连接至PLC控制程序，实现排水地点附近和地面远程控制排水工作和异常报警。

进一步，该系统的控制模式包括全自动控制模式、半自动控制模式和手动控制模式；所述全自动控制模式实现多个并联下向钻孔自动循环排水排渣操作；所述半自动模式实现单个下向钻孔自动循环排水排渣操作；所述手动控制模式实现单个钻孔手动排水排渣操作。

进一步，所述下向钻孔排水管路包括孔内排水管和孔口三通装置；所述孔内排水管布置于所述钻孔内，所述孔口三通装置连通瓦斯抽采管、瓦斯汇流管和所述孔内排水管，所述孔口三通装置用于实现管路变径与密封。

进一步，所述水位传感器放置深度为：其中α为钻孔的倾角，h_max为矿用气动抽排水泵最大干吸高度。

进一步，所述集排水管路上连接有多根所述下向钻孔排水管路，实现多个钻孔循环抽排水；所述矿用电动阀安装在各个钻孔的孔口排水管路，控制钻孔排水操作；

当钻孔内水位达到所述水位传感器所在的位置时，水位传感器通过信号线将钻孔水位信息传递到矿用PLC控制箱，PLC控制程序将信息进行处理，将该钻孔排水操作自动进入待排水状态，然后进入正在进水排水状态，PLC控制程序首先开启矿用电动阀，然后开启控制泵电动阀，此时该钻孔进行排水操作，钻孔内积水煤渣通过钻孔内抽排水管路进入集排水管路，通过矿用气动抽排水泵排至巷道排水沟；同时，安装在矿用气动抽排水泵的流量传感器实时监测排出水量情况；当排水完成后，流量传感器将信息传递至矿用PLC控制箱，PLC控制程序自动进入下一个钻孔排水操作；在运行过程中将PLC控制程序处理信息显示在矿用PLC控制箱和地面电脑端，对钻孔排水排渣状态和顺序进行操作，并监控排水排渣工作情况。

本发明的有益效果在于：本发明实现了排水排渣过程的反复性、集约化、高效化，从根本上解决下行钻孔由于积水问题导致的抽采浓度低的问题，有效保证了抽采钻孔中的瓦斯正常解吸和流动，使瓦斯抽采正常进行，从而提高单孔抽采钻孔瓦斯抽采量，提高瓦斯抽采效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所提供的下向钻孔多孔并联排水排渣示意图；

图2为本发明所提供的下向钻孔内排水排渣钻孔内管路布置图。

图中各标记如下：

1-瓦斯抽采支管，2-压风管路，3-气水分离器，4-矿用PLC控制箱，5-矿用气动抽排水泵，6-矿用电动阀，7-集排水管路，8-信号线，9-瓦斯汇流管路，10-瓦斯抽采钻孔，11-瓦斯抽采管路，12-孔口排水管路，13-控制泵电动阀，14-流量传感器，15-煤层，16-瓦斯抽采钻孔，17-水位传感器，18-水位传感器信号线，19-钻孔内抽排水管路，20-瓦斯抽采管，21-孔口三通装置，22-连接瓦斯汇流管路。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示本发明所提供的下向钻孔多孔并联排水排渣示意图，煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统包括矿用PLC控制箱4和矿用气动抽排水泵5分别安放在井下排水钻孔附近；矿用电动阀6安装在钻孔外的下向钻孔排水管路上，矿用PLC控制箱通过PLC控制程序控制矿用电动阀6从而控制该钻孔排水管的开闭。控制泵电动阀13安装在矿用抽排水泵的进气端管路上，排水管路19放置钻孔内，通过孔口排水管路12与集排水管路7连接。

矿用PLC控制箱4通过信号线8连接矿用气动抽排水泵5、矿用电动阀6、控制泵电动阀13和矿用抽排水泵5的流量传感器14，通过水位传感器信号线18连接钻孔内的水位传感器17，矿用PLC控制箱4接收传感器和电动阀信息，并将接收到的信息进行处理反馈。

矿用气动抽排水泵5的进气端连接井下压风管路2，为抽排水泵提供抽排水动力，进水口与集排水管路7连接，出水口将水排入巷道排水沟内。控制泵电动阀13安装在泵进气端，流量传感器14安装在矿用气动抽排水泵5的出水端，用于检测矿用气动抽排水泵5出水端的排出水量情况。

集排水管路7作为连接矿用气动抽排水泵5和孔内排水管路12，在矿用气动抽排水泵5的作用下，将多个钻孔排出的积水和煤渣通过管路排出钻孔，实现了多孔并联排水的模式。

下向钻孔内排水管路布置如图2所示，钻孔内抽排水管路19通过瓦斯抽采管20和孔口三通装置21放入下向钻孔内，同时将水位传感器17安装在钻孔内抽排水管路19上，放至预定位置，具体位置根据钻孔条件，由如下公式计算获得：

其中，L为水位传感器的放置深度，α为钻孔的倾角，h_max为矿用抽排水泵最大干吸高度。

孔口三通装置21一端连接至连接瓦斯汇流管路22，为日常瓦斯抽采状态；钻孔内排水管路通过孔口三通装置21另一端连接集排水管，并对排水管与孔口三通装置21进行密封。

下向钻孔排水排渣状态：下向钻孔智能排水排渣为循环操作状态，单个钻孔排水排渣状态分为正在排水排渣状态、待排水排渣状态和无排水排渣状态，单个钻孔排水排渣开始和结束通过PLC控制程序控制矿用电动阀6开闭完成排水排渣操作。当钻孔内水位达到水位传感器17所在的位置时，水位传感器17通过水位传感器信号线18将钻孔水位信息传递到矿用PLC控制箱4。PLC控制程序将信息进行处理，将该钻孔排水操作自动列入待排水排渣序列，为待排水状态。在进入排水状态后，该钻孔状态信息切换为正在排水排渣状态，此时PLC控制程序首先开启控制钻孔管路矿用电动阀6，然后开启控制控制泵电动阀13，此时该钻孔进行排水排渣操作，钻孔内积水煤渣通过排水管路进入集排水管路，通过抽排水泵排至巷道排水沟，此外安装在矿用气动抽排水泵5的流量传感器14实时监测排出水量情况，当排水完成后，流量传感器14将信息传递至矿用PLC控制箱4，PLC控制程序自动进入下一个钻孔排水操作，在此过程中PLC控制程序将处理信息显示在PLC控制箱和地面电脑端，在PLC控制箱和地面电脑端可以对钻孔排水排渣状态和顺序进行操作，并监控排水排渣工作情况。

在矿用PLC控制箱和地面电脑端布置操作监控系统，通过将PLC控制程序处理信息显示在矿用PLC控制箱和地面电脑端，可以对钻孔排水状态和顺序进行操作，并将操作信息传递给PLC控制程序进行处理，从而实现排水地点附近和地面远程控制排水工作和异常报警。

在PLC控制程序中下向钻孔智能控制模式有全自动控制方式、半自动控制方式、手动控制方式三种控制方式。全自动控制模式实现多个并联下向钻孔自动循环排水排渣操作；半自动模式实现单个下向钻孔自动循环排水排渣操作；手动控制模式实现单个钻孔手动排水排渣操作。

下向钻孔智能排水排渣过程中不影响抽采钻孔正常的瓦斯抽采，且无需人工手动操作，自动实现有积水钻孔自动循环排水排渣。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种煤矿瓦斯抽采下向钻孔智能排水排渣系统，其特征在于：该系统包括矿用PLC控制箱、矿用气动抽排水泵、矿用电动阀、控制泵电动阀、流量传感器、信号线、水位传感器和操作监控系统；

所述流量传感器设置在所述矿用气动抽排水泵的出水端，所述水位传感器设置在钻孔内，所述矿用气动抽排水泵的进气端通过所述控制泵电动阀与井下压风管路连接，所述矿用气动抽排水泵的进水口与集排水管路连接，所述矿用电动阀设置在所述钻孔外的下向钻孔排水管路上，所述下向钻孔排水管路的一端设置在所述钻孔内，所述下向钻孔排水管路连接至所述集排水管路；

所述矿用PLC控制箱用于布置PLC控制程序，通过信号连接线连接至所述矿用气动抽排水泵、所述矿用电动阀、所述控制泵电动阀、所述流量传感器和所述水位传感器；

所述操作监控系统布置在矿用PLC控制箱和地面电脑端，通过信号连接线连接至PLC控制程序，实现排水地点附近和地面远程控制排水工作和异常报警；

该排水排渣系统的控制模式包括全自动控制模式、半自动控制模式和手动控制模式；所述全自动控制模式实现多个并联下向钻孔自动循环排水排渣操作；所述半自动模式实现单个下向钻孔自动循环排水排渣操作；所述手动控制模式实现单个钻孔手动排水排渣操作；

所述下向钻孔排水管路包括孔内排水管和孔口三通装置；所述孔内排水管布置于所述钻孔内，所述孔口三通装置连通瓦斯抽采管、瓦斯汇流管和所述孔内排水管，所述孔口三通装置用于实现管路变径与密封；

所述水位传感器放置深度为：其中α为钻孔的倾角，h_max为矿用气动抽排水泵最大干吸高度。

2.应用权利要求1所述系统的一种多孔并联的抽排水系统，其特征在于：所述集排水管路上连接有多根所述下向钻孔排水管路，实现多个钻孔循环抽排水；所述矿用电动阀安装在各个钻孔的孔口排水管路，控制钻孔排水操作；

当钻孔内水位达到所述水位传感器所在的位置时，水位传感器通过信号线将钻孔水位信息传递到矿用PLC控制箱，PLC控制程序将信息进行处理，将该钻孔排水操作自动进入待排水状态，然后进入正在进水排水状态，PLC控制程序首先开启矿用电动阀，然后开启控制泵电动阀，此时该钻孔进行排水操作，钻孔内积水煤渣通过钻孔内抽排水管路进入集排水管路，通过矿用气动抽排水泵排至巷道排水沟；同时，安装在矿用气动抽排水泵的流量传感器实时监测排出水量情况；当排水完成后，流量传感器将信息传递至矿用PLC控制箱，PLC控制程序自动进入下一个钻孔排水操作；在运行过程中将PLC控制程序处理信息显示在矿用PLC控制箱和地面电脑端，对钻孔排水排渣状态和顺序进行操作，并监控排水排渣工作情况。