CN108979708A - 基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及控制方法，增产装置包括从前到后依次安装在煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的喷嘴、可变径射流单元、射流空化单元，所述射流空化单元通过可变径射流单元与喷嘴相连通，所述喷嘴在可变径射流单元的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动。本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及方法，施工工程量小、施工程序简单，煤矿瓦斯抽采的有效影响范围大，抽采效率高，填补了煤矿瓦斯抽采可变径射流空化技术领域的空白，提高煤矿瓦斯抽采工作效率，方法新颖，结构巧妙，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及控制方法。
背景技术
目前，煤炭依旧我国的主要能源，保证煤矿安全生产是国民经济可持续发展重要保障。由于国内95%的煤矿开采是井下作业，煤层赋存条件复杂，大部分矿井进入了深部开采时期。煤层埋深的增加使煤层中的地应力增大、瓦斯含量与瓦斯压力也在不断增大以及煤层及围岩的透气性减小，从而增加了煤层的煤与瓦斯突出的隐患。
据统计，全国95%以上的高瓦斯和突出矿井开采的煤层属于低透气性煤层，导致瓦斯抽采影响范围小、衰减速度快、抽采难度大，而且，大多数矿井区域内不具备保护层开采条件，常规瓦斯抽采技术无法有效解决增大煤储层渗透性的难题，直接造成矿井瓦斯抽采率低下，“钻、抽、采、掘”比例失衡，存在安全隐患。
因此，需要采取一定的卸压增透措施，增加煤层透气性，提高瓦斯抽放效果，能够有效地减少采掘工作 面突出事故的发生。针对上述问题，国内外煤炭科研人员进行了广泛的试验与研究，当前，主要采取煤层内卸压增透方法，该煤层内卸压增透方法有超前排放钻孔、深浅孔控制爆破、煤层注水、水力压裂、水力挤出、水力割缝、水力冲孔等。但是，上述单一的方法多数存在钻孔施工工程量大、施工工序复杂和工程投入高、有效影响范围小、抽采时间长等问题，因此，需要采取其他更为有效地卸压增透方法和相关对应的设备，以便扩大钻孔的有效影响范围，提高煤层瓦斯抽采效果，是当前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的煤层内卸压增透方法，存在钻孔施工工程量大、施工工序复杂和工程投入高、有效影响范围小、抽采时间长等问题。本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及方法，施工工程量小、施工程序简单，煤矿瓦斯抽采的有效影响范围大，抽采效率高，填补了煤矿瓦斯抽采可变径射流空化技术领域的空白，提高煤矿瓦斯抽采工作效率，方法新颖，结构巧妙，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，包括从前到后依次安装在煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的喷嘴、可变径射流单元、射流空化单元，所述射流空化单元通过可变径射流单元与喷嘴相连通，所述喷嘴在可变径射流单元的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动。
前述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，所述喷嘴在可变径射流单元的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动，转动角度为90°。
前述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，所述可变径射流单元包括变径机构和变径控制机构，所述变径机构用于改变喷嘴的喷射方向，增加射流空化的范围，所述变径控制机构用于推动变径机构前移，并控制变径机构的变径范围；
所述射流空化单元，用于空化注入的液体，并通过可变径射流单元与喷嘴相连通，实现对煤层的射流。
前述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，还包括控制器，所述控制器分别与可变径射流单元、射流空化单元相连接，用于根据煤矿瓦斯抽采进度分别控制可变径射流单元、射流空化单元。
前述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，所述变径机构为空心多连杆结构，且包括连接杆、转动杆和变径杆，
所述连接杆的一端通过高压水管与变径控制机构固定连接，所述连接杆另一端的底部与变径杆的下端部相铰接，所述转动杆的一端部铰接在连接杆的外壁上，所述转动杆的另一端部与变径杆的上端部相铰接，且转动杆的两个端部均U型开叉结构，所述变径杆的另一个端部与喷嘴相连接；
所述变径控制机构为液压拉线变压球结构，且包括钢球体、拉线、液压缸和复位弹簧，所述钢球体设置在射流空化单元输出端口内部，用于打开或者关闭变径控制机构与射流空化单元的连通，所述射流空化单元输出端口延伸入液压缸内，所述复位弹簧设置在液压缸的内壁前端部用于复位液压缸，所述钢球体还通过拉线与液压缸的内壁相连接，所述液压缸通过高压水管与连接杆固定连接，所述拉线用于限制液压缸的位移长度，
所述射流空化单元减小压力，所述钢球体后移，关闭变径控制机构与射流空化单元的连通，射流空化单元的压力驱动液压缸前移，所述连接杆在变径控制机构内液压缸前推下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部后，所述转动杆上拉变径杆且连接杆前推变径杆，使变径杆沿着连接杆与变径杆连接处完成90°的转动，实现喷嘴的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动90°。
前述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置， 所述射流空化单元为液流空化器。
一种基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置的控制方法，包括以下步骤，
步骤（A），当煤矿瓦斯抽采钻杆的钻头达到开采面后，可变径射流单元不工作不进行变径动作，启动射流空化单元，由泵送装置将储液罐中的循环液经过计量仪表泵送到采煤管路中的钻杆腔体内，循环液经过射流空化单元进行空化，并通过可变径射流单元空心腔体传送到喷嘴，喷嘴对煤矿瓦斯抽采钻杆的正前方进行射流；
步骤（B），待射流空化单元射流空化后，通过控制器继续增加射流空化单元射流压力，直到可变径射流单元内变径控制机构中的钢球体在增大射流压力的情况下，将射流空化单元输出端口的封死，使射流压力作用在液压缸上；
步骤（C），液压缸射流压力作用下前移压缩复位弹簧，连接杆在液压缸前推下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部后，所述转动杆上拉变径杆且连接杆前推变径杆，使变径杆沿着连接杆与变径杆连接处完成90°的转动，实现喷嘴的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动90°；
步骤（D），当喷嘴的喷射方向转动到90°位置时，通过控制器减小射流空化单元的射流压力，使可变径射流单元内变径控制机构中的钢球体复位，开启变径控制机构与射流空化单元的连通；
步骤（E），循环液经过射流空化单元进行空化，并通过可变径射流单元空心腔体传送到喷嘴，喷嘴对煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面进行射流；
步骤（F），对煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面进行射流完成后，将射流空化单元高压水泄压后，液压缸在复位弹簧的作用下复位，液压缸后移变径机构回收、喷嘴复位，可变径射流单元的变径机构收缩回煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部内，完成可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的控制。
前述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置的控制方法，步骤（B）通过控制器继续增加射流空化单元射流压力、步骤（C）通过控制器减小射流空化单元的射流压力，所述射流压力范围在30-70MPa之间，即钢球体用于打开或者关闭变径控制机构与射流空化单元连通的压力阈值在30-70MPa之间。
本发明的有益效果是：本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及方法，施工工程量小、施工程序简单，煤矿瓦斯抽采的有效影响范围大，抽采效率高，填补了煤矿瓦斯抽采可变径射流空化技术领域的空白，提高煤矿瓦斯抽采工作效率，方法新颖，结构巧妙，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置的结构示意图；
图2是本发明的变径机构的结构示意图；
图3是本发明的变径控制机构的结构示意图；
图4是本发明的变径杆的侧视图。
附图中标记的含义如下：
1：喷嘴；2：可变径射流单元；21：变径机构；22：变径控制机构；201：液压缸；202：连接杆；203：转动杆；204：变径杆；205：钢球体；206：拉线；207：复位弹簧；208：钢球托架；3：射流空化单元；4：控制器；5：高压水管。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，包括从前到后依次安装在煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的喷嘴1、可变径射流单元2、射流空化单元3，所述射流空化单元3通过可变径射流单元2与喷嘴1相连通，所述喷嘴1在可变径射流单元2的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴1的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动。
所述喷嘴1在可变径射流单元2的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴1的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动，转动角度为90°，从而实现煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动的射流，有效影响范围大，提高煤矿瓦斯抽采的效率，构思巧妙。
所述可变径射流单元2包括变径机构21和变径控制机构22，所述变径机构21用于改变喷嘴1的喷射方向，增加射流空化的范围，所述变径控制机构22用于推动变径机构21前移，并控制变径机构21的变径范围；
所述射流空化单元3，用于空化注入的液体，并通过可变径射流单元2与喷嘴1相连通，实现对煤层的射流。
本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，还包括控制器4，所述控制器4分别与可变径射流单元2、射流空化单元3相连接，用于根据煤矿瓦斯抽采进度分别控制可变径射流单元2、射流空化单元3。
如图2及图3所示，所述变径机构21为空心多连杆结构，且包括连接杆202、转动杆203和变径杆204，
所述连接杆202的一端通过高压水管5与变径控制机构202固定连接，所述连接杆202另一端的底部与变径杆204的下端部相铰接，所述转动杆203的一端部铰接在连接杆202的外壁上，所述转动杆203的另一端部与变径杆204的上端部相铰接，且转动杆203的两个端部均U型开叉结构，所述变径杆204的另一个端部与喷嘴1相连接；
所述变径控制机构22为液压拉线变压球结构，且包括钢球体205、拉线206、液压缸201和复位弹簧207，所述钢球体205设置在射流空化单元3输出端口内部，用于打开或者关闭变径控制机构22与射流空化单元3的连通，为了确保钢球体205密封射流空化单元3输出端口的可靠性，射流空化单元3输出端口设置有用于钢球体205安装的钢球托架208，所述射流空化单元3输出端口延伸入液压缸201内，所述复位弹簧207设置在液压缸201的内壁前端部用于复位液压缸201，所述钢球体205还通过拉线206与液压缸201的内壁相连接，所述液压缸201通过高压水管5与连接杆202固定连接，所述拉线206用于限制液压缸201的位移长度，拉线206长度能够实现变径杆204沿着连接杆202与变径杆204连接处完成90°的转动即可；
所述射流空化单元3减小压力，所述钢球体205后移，关闭变径控制机构22与射流空化单元3的连通，射流空化单元3的压力驱动液压缸201前移，所述连接杆202在变径控制机构202内液压缸201前推下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部后，所述转动杆203上拉变径杆204且连接杆202前推变径杆204，使变径杆204沿着连接杆202与变径杆204连接处完成90°的转动，实现喷嘴1的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动90°。
优选的，所述射流空化单元3为液流空化器，空化效果好，且能耗低，便于批量安装使用。
根据上述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置的控制方法，包括以下步骤，
步骤（A），当煤矿瓦斯抽采钻杆的钻头达到开采面后，可变径射流单元2不工作不进行变径动作，启动射流空化单元3，由泵送装置将储液罐中的循环液经过计量仪表泵送到采煤管路中的钻杆腔体内，循环液经过射流空化单元3进行空化，并通过可变径射流单元2空心腔体传送到喷嘴1，喷嘴1对煤矿瓦斯抽采钻杆的正前方进行射流；
步骤（B），待射流空化单元3射流空化后，通过控制器4继续增加射流空化单元3射流压力，直到可变径射流单元2内变径控制机构22中的钢球体205在增大射流压力的情况下，将射流空化单元3输出端口的封死，使射流压力作用在液压缸201上；
步骤（C），液压缸201射流压力作用下前移压缩复位弹簧207，连接杆202在液压缸201前推下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部后，所述转动杆203上拉变径杆204且连接杆202前推变径杆204，使变径杆204沿着连接杆202与变径杆204连接处完成90°的转动，实现喷嘴1的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动90°；
步骤（D），当喷嘴1的喷射方向转动到90°位置时，通过控制器4减小射流空化单元3的射流压力，使可变径射流单元2内变径控制机构22中的钢球体205复位，开启变径控制机构22与射流空化单元3的连通；
步骤（E），循环液经过射流空化单元3进行空化，并通过可变径射流单元2空心腔体传送到喷嘴1，喷嘴1对煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面进行射流；
步骤（F），对煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面进行射流完成后，将射流空化单元3高压水泄压后，液压缸201在复位弹簧207的作用下复位，液压缸201后移变径机构21回收、喷嘴1复位，可变径射流单元2的变径机构21收缩回煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部内，完成可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的控制。
优选的，步骤（B）通过控制器4继续增加射流空化单元3射流压力、步骤（C）通过控制器4减小射流空化单元3的射流压力，所述射流压力范围在30-70MPa之间，即钢球体205用于打开或者关闭变径控制机构22与射流空化单元3连通的压力阈值在30-70MPa之间，即30-70MPa的射流压力范围内，可控制变径控制机构22与射流空化单元3连通或者关闭。
综上所述，本发明的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及方法，施工工程量小、施工程序简单，煤矿瓦斯抽采的有效影响范围大，抽采效率高，填补了煤矿瓦斯抽采可变径射流空化技术领域的空白，提高煤矿瓦斯抽采工作效率，方法新颖，结构巧妙，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，其特征在于：包括从前到后依次安装在煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的喷嘴（1）、可变径射流单元（2）、射流空化单元（3），所述射流空化单元（3）通过可变径射流单元（2）与喷嘴（1）相连通，所述喷嘴（1）在可变径射流单元（2）的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴（1）的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动。
2.根据权利要求1所述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，其特征在于：所述喷嘴（1）在可变径射流单元（2）的控制下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部，并实现喷嘴（1）的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动，转动角度为90°。
3.根据权利要求2所述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，其特征在于：所述可变径射流单元（2）包括变径机构（21）和变径控制机构（22），所述变径机构（21）用于改变喷嘴（1）的喷射方向，增加射流空化的范围，所述变径控制机构（22）用于推动变径机构（21）前移，并控制变径机构（21）的变径范围；
所述射流空化单元（3），用于空化注入的液体，并通过可变径射流单元（2）与喷嘴（1）相连通，实现对煤层的射流。
4.根据权利要求1所述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，其特征在于：还包括控制器（4），所述控制器（4）分别与可变径射流单元（2）、射流空化单元（3）相连接，用于根据煤矿瓦斯抽采进度分别控制可变径射流单元（2）、射流空化单元（3）。
5.根据权利要求3所述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，其特征在于：所述变径机构（21）为空心多连杆结构，且包括连接杆（202）、转动杆（203）和变径杆（204），
所述连接杆（202）的一端通过高压水管（5）与变径控制机构（202）固定连接，所述连接杆（202）另一端的底部与变径杆（204）的下端部相铰接，所述转动杆（203）的一端部铰接在连接杆（202）的外壁上，所述转动杆（203）的另一端部与变径杆（204）的上端部相铰接，且转动杆（203）的两个端部均U型开叉结构，所述变径杆（204）的另一个端部与喷嘴（1）相连接；
所述变径控制机构（22）为液压拉线变压球结构，且包括钢球体（205）、拉线（206）、液压缸（201）和复位弹簧（207），所述钢球体（205）设置在射流空化单元（3）输出端口内部，用于打开或者关闭变径控制机构（22）与射流空化单元（3）的连通，所述射流空化单元（3）输出端口延伸入液压缸（201）内，所述复位弹簧（207）设置在液压缸（201）的内壁前端部用于复位液压缸（201），所述钢球体（205）还通过拉线（206）与液压缸（201）的内壁相连接，所述液压缸（201）通过高压水管（5）与连接杆（202）固定连接，所述拉线（206）用于限制液压缸（201）的位移长度，
所述射流空化单元（3）减小压力，所述钢球体（205）后移，关闭变径控制机构（22）与射流空化单元（3）的连通，射流空化单元（3）的压力驱动液压缸（201）前移，所述连接杆（202）在变径控制机构（202）内液压缸（201）前推下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部后，所述转动杆（203）上拉变径杆（204）且连接杆（202）前推变径杆（204），使变径杆（204）沿着连接杆（202）与变径杆（204）连接处完成90°的转动，实现喷嘴（1）的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动90°。
6.根据权利要求1所述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置，其特征在于：所述射流空化单元（3）为液流空化器。
7.基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），当煤矿瓦斯抽采钻杆的钻头达到开采面后，可变径射流单元（2）不工作不进行变径动作，启动射流空化单元（3），由泵送装置将储液罐中的循环液经过计量仪表泵送到采煤管路中的钻杆腔体内，循环液经过射流空化单元（3）进行空化，并通过可变径射流单元（2）空心腔体传送到喷嘴（1），喷嘴（1）对煤矿瓦斯抽采钻杆的正前方进行射流；
步骤（B），待射流空化单元（3）射流空化后，通过控制器（4）继续增加射流空化单元（3）射流压力，直到可变径射流单元（2）内变径控制机构（22）中的钢球体（205）在增大射流压力的情况下，将射流空化单元（3）输出端口的封死，使射流压力作用在液压缸（201）上；
步骤（C），液压缸（201）射流压力作用下前移压缩复位弹簧（207），连接杆（202）在液压缸（201）前推下延伸出煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部后，所述转动杆（203）上拉变径杆（204）且连接杆（202）前推变径杆（204），使变径杆（204）沿着连接杆（202）与变径杆（204）连接处完成90°的转动，实现喷嘴（1）的喷射方向向煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面转动90°；
步骤（D），当喷嘴（1）的喷射方向转动到90°位置时，通过控制器（4）减小射流空化单元（3）的射流压力，使可变径射流单元（2）内变径控制机构（22）中的钢球体（205）复位，开启变径控制机构（22）与射流空化单元（3）的连通；
步骤（E），循环液经过射流空化单元（3）进行空化，并通过可变径射流单元（2）空心腔体传送到喷嘴（1），喷嘴（1）对煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面进行射流；
步骤（F），对煤矿瓦斯抽采钻杆的侧面进行射流完成后，将射流空化单元（3）高压水泄压后，液压缸（201）在复位弹簧（207）的作用下复位，液压缸（201）后移变径机构（21）回收、喷嘴（1）复位，可变径射流单元（2）的变径机构（21）收缩回煤矿瓦斯抽采钻杆腔体的前端部内，完成可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的控制。
8.根据权利要求7所述的基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置的控制方法，其特征在于：步骤（B）通过控制器（4）继续增加射流空化单元（3）射流压力、步骤（C）通过控制器（4）减小射流空化单元（3）的射流压力，所述射流压力范围在30-70MPa之间，即钢球体（205）用于打开或者关闭变径控制机构（22）与射流空化单元（3）连通的压力阈值在30-70MPa之间。
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| CN201811134927.9A CN108979708A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及控制方法 |
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| CN201811134927.9A CN108979708A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 基于可变径射流空化煤矿瓦斯抽采的增产装置及控制方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117073979A (zh) * | 2023-10-18 | 2023-11-17 | 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 | 一种清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置及方法 |
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2018
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