CN110242268A - 一种煤层注液物性参数自动调配装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤层注液物性参数自动调配装置及使用方法，涉及煤层注水技术领域，其包括液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统，液体调配系统包括水箱、底座、垂直交叉隔板、搅拌器和物性参数传感器，垂直交叉隔板将水箱内部划分为多个腔体，用于完成不同溶液的搅拌调配，加水系统包括外部进水管、底座内进水管、竖直进水管和电磁控制阀，从而可以定量加水，化学溶液储运系统包括溶液存储箱、存储箱输出管和电磁控制阀，实现化学溶液定量添加，输液系统包括环状输液管、电磁控制阀、出口连接管和出口管，能将腔体内溶液输出，以及利用该装置进行溶液调配的方法，该装置及方法解决了不同煤层注液阶段需要不同物性溶液的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤层注水技术领域，尤其是一种煤层注液物性参数自动调配装置，以及使用该装置调配溶液的方法。
背景技术
随着煤层开采深度增加，煤层地应力逐渐增大，煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害日益严重，由此引发的重特大灾害事故时有发生；同时，煤矿生产过程中产生的粉尘一直威胁着矿工的身体健康，导致严重的职业危害。煤层注水技术作为一项综合性防灾技术，在不同注水工艺下可实现对煤与瓦斯突出、冲击地压、粉尘灾害的综合治理。高压注水可压裂煤体，增加煤体孔隙度，降低煤层地应力，改善煤体结构，提高煤层渗透率，达到防治煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的目的；在注水压裂初期，通过增大注入液体的粘度，可获得更多的初始裂缝，避免主裂缝启开跑水现象，当多条裂缝开启后，又需进一步降低液体粘度，减小注水阻力；高压注水压裂煤体后，通过进一步改变水的物理性质，降低水的表面张力，可在低水压状态下提高煤体润湿性能，增加煤体含水量，达到有效防尘目的。为提高煤层注水防灾效果，需根据不同的注水过程，调配出不同物性参数的溶液；目前针对井下煤层注水的溶液调配多采用人工添加试剂、人工搅拌，费时、费力，且溶液调配比例不够精确。因此需要提供一种能够根据不同阶段注水需要，调配不同物性参数的溶液，可以实时供给煤层注水系统，提高煤层注水效果。
发明内容
针对煤层注液多阶段不同物性参数控制的特定需求，本发明提出了一种煤层注液物性参数自动调配装置及使用方法，可以通过向注液内添加不同物性参数溶液实现不同物性参数下多过程煤层注液，进而提高煤体强渗增润效果，具体技术方案如下：
一种煤层注液物性参数自动调配装置，包括液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统，液体调配系统包括水箱、垂直交叉隔板、搅拌器和物性参数传感器，垂直交叉隔板设置在水箱内将水箱内部划分为多个腔体，每个腔体均设置有搅拌器和物性参数传感器；加水系统包括外部进水管、底座内进水管、竖直进水管和电磁控制阀，外部进水管连通底座内进水管，底座内进水管设置水箱的底部连通竖直进水管，竖直进水管沿垂直交叉隔板的交叉线布置，竖直进水管上设置有电磁控制阀；化学溶液储运系统包括溶液存储箱、存储箱输出管和电磁控制阀，溶液存储箱通过存储箱输出管和水箱的腔体连通，存储箱输出管上设置有电磁控制阀；所述输液系统包括环状输液管、电磁控制阀、出口连接管和出口管，环状输液管呈环状设置在水箱外侧，多个出口连接管连通水箱的腔体和环状输液管，出口连接管上均设置有电磁控制阀，环状输液管上还设置有出口管。
优选的是，物性参数传感器监测数据包括PH值、液体粘度和液体表面张力，所述外部进水管、底座内进水管、竖直进水管上设置有流量计。
优选的是，水箱底部还设置有底座，水箱呈圆柱状，水箱内部设置有4个腔体，溶液存储箱通过支撑杆固定，存储箱输出管连接水箱的上部。
优选的是，液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统均与PLC控制器相连，物性参数传感器将监测数据传输至PLC控制器；PLC控制器控制全部电磁控制阀的启闭。
还优选的是，竖直进水管底部和底座进水管相连，竖直进水管上端连接有通向各个水箱的腔体的支管；所述溶液存储箱内设置有溶液存储腔，各个溶液存储腔内独立盛放各类溶剂，溶剂包括增稠剂、溶解剂、降阻剂和表面活性剂。
还优选的是，水箱内相邻两个腔体之间的垂直交叉隔板上设置有换水阀，换水阀具体为电动换水阀，PLC控制器控制换水阀的启闭。
一种煤层注液物性参数自动调配装置的使用方法，根据上述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，煤层注液调配步骤包括：
步骤1：通过加水系统注水，水由外部进水管和底座内进水管流入竖直进水管，通过竖直进水管的支管由电磁控制阀控制的注水口分别向水箱腔体内注水；
步骤2：溶液存储箱通过存储箱输出管和电磁控制阀向水箱腔体内注入溶剂，打开搅拌器进行搅拌，搅拌均匀后在各个水箱腔体内形成溶液；其中各个水箱腔体内注入不同的溶剂得到不同的溶液；
步骤3：混合液体由出口连接管注入环状输液管，控制出口连接管上的电磁阀输出不同的混合溶液。
进一步优选的是，步骤2中，单个水箱腔体内形成混合溶液后，打开换水阀并继续搅拌，形成混合溶液。
本发明的有益效果包括：
(1)煤层注液物性参数自动调配装置设置有液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统，液体调配系统完成不同溶液的调配和搅拌，加水系统通过合理的设置浸水管路，向水箱内供水实现溶液配置的水供应，化学溶液储运系统实现了化学添加剂的定量供应，输液系统将配置好的不同溶液分别输出。各个系统通过PLC控制器控制因此可以实现溶液调配的实时控制，实现注水、加料、调配、搅拌、输出的自动控制功能，在煤层注水各个阶段提供不同物性的溶液。
(2)本装置将水箱划分为多个腔体，从而可以分别制备多种类型的溶液，实现不同物性的溶液的制备并节约空间，适应井下工作环境；水箱通过竖直进水管注水，并从上部分配至各个水箱腔体，完成定向、定量供水；溶液存储箱设置多个溶液存储腔，从而将溶液进行分类，并实现溶液的定向定量供应，配置适用的溶液；环状输液管呈环状，因此可以连通各个水箱腔体，完成不同溶液的输送；另外还可以在相邻的水箱腔体之间的垂直交叉隔板格挡上设置换水阀，从而实现两种溶液的混合，或者两种相同溶液不同浓度的中和，进而为混合溶液的制备提供方便，更好的控制溶液制备。
(3)使用该装置调配溶液的方法，利用该装置通过控制各个电磁控制阀进而控制溶液的配比和总量，利用该装置实现注水、加料、调配、搅拌、输出，满足煤层注液多阶段不同物性参数控制的特定需求，实现不同物性参数下多过程煤层注液，提高煤体强渗增润效果。
附图说明
图1为煤层注液物性参数自动调配装置俯视结构示意图；
图2为煤层注液物性参数自动调配装置结构示意图；
图3为装置A-A剖面结构示意图；
图4为装置B-B剖面结构示意图；
图中：1-水箱，2-底座，3-垂直交叉隔板，4-搅拌器，5-电磁控制阀，6-外部进水管，7-底座内进水管，8-竖直进水管，9-溶液存储箱，10-支撑杆，11-存储箱输出管，12-出口连接管，13-环状输液管，14-出口管，15-物性参数传感器。16-PLC控制器。
具体实施方式
结合图1至图4所示，本发明提供了一种煤层注液物性参数自动调配装置及使用方法的具体实施方式如下。
一种煤层注液物性参数自动调配装置其结构具体包括液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统，其液体调配系统完成不同溶液的调配和搅拌，加水系统通过合理的设置浸水管路，向水箱内供水实现溶液配置的水供应，化学溶液储运系统实现了化学添加剂的定量供应，输液系统将配置好的不同溶液分别输出。各个系统通过PLC控制器控制因此可以实现溶液调配的实时控制，实现注水、加料、调配、搅拌、输出的自动控制功能，在煤层注水各个阶段提供不同物性的溶液。
其中，液体调配系统包括水箱1、垂直交叉隔板3、搅拌器4和物性参数传感器15，垂直交叉隔板3设置在水箱内将水箱1内部划分为多个腔体，具体腔体数量根据实际的需求确定，多个腔体可以分别制备多种类型的溶液，实现不同物性的溶液的制备并节约空间，适应井下工作环境。每个腔体均设置有搅拌器4和物性参数传感器15，搅拌器4可以设置在水箱1的底部，从而可以更好的完成搅拌，为了进一步的提升搅拌效果可以在腔体内设置多个搅拌器4。物性参数传感器15可以设置在水箱的侧壁上位于水箱1中部偏下，从而可以更准确的测量物性参数，物性参数传感器15监测数据包括PH值、液体粘度和液体表面张力。水箱1底部还设置有底座2，用于支撑水箱1。水箱1可以设计呈圆柱状，也可以为长方体，或者其它根据实际环境设置的筒状结构，水箱1内部可以设置有4个均匀对称腔体，从而对应一般的煤层注水阶段所需配置溶液的需求。
其中，加水系统包括外部进水管6、底座内进水管7、竖直进水管8和电磁控制阀5，外部进水管6连通底座内进水管7，底座内进水管7设置水箱的底部连通竖直进水管8，竖直进水管8沿垂直交叉隔板3的交叉线布置，外部进水管6和竖直进水管8上均设置有电磁控制阀5。外部进水管6、底座内进水管7、竖直进水管8上设置有流量计，用于监测流量从而控制溶液配比。竖直进水管8底部和底座进水管7相连，竖直进水管8上端连接有通向各个水箱的腔体的支管，各个支管上设置有电磁控制阀5，因此可以控制流向每个腔体的水量。
其中，化学溶液储运系统包括溶液存储箱9、存储箱输出管11和电磁控制阀5，溶液存储箱9通过存储箱输出管11和水箱1的腔体连通，存储箱输出管11上设置有电磁控制阀5。溶液存储箱9内设置有溶液存储腔，各个溶液存储腔内独立盛放各类溶剂，溶剂包括增稠剂、溶解剂、降阻剂和表面活性剂等，每隔溶液存储腔与一个水箱腔体对应，该水箱腔体用于配置该类溶液。溶液存储箱9通过支撑杆10固定，存储箱输出管11连接水箱1的上部，从而方便添加溶剂。
其中，输液系统包括环状输液管13、电磁控制阀5、出口连接管12和出口管14，环状输液管13呈环状设置在水箱1外侧，多个出口连接管12连通水箱的腔体和环状输液管13，因此可以连通各个水箱腔体，完成不同溶液的输送，另外出口连接管12上均设置有电磁控制阀5，可以控制不同种类的溶液输出，环状输液管13上还设置有出口管14，用于和水泵连接。
另外为了实现自动化精准控制，液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统均与PLC控制器16相连，物性参数传感器15将监测数据传输至PLC控制器16，根据监测数据实时反馈调控溶液的配比，PLC控制器16控制全部电磁控制阀5的启闭，从而可以实现精准的控制。
另外，为了配置混合溶液，或者调配溶液的浓度，还可以在水箱1内相邻两个腔体之间的垂直交叉隔板上设置有换水阀，换水阀具体为电动换水阀，换水阀开启后能够实现双向换水，关闭时不会换水，PLC控制器控制换水阀的启闭。在相邻的水箱腔体之间的垂直交叉隔板格挡上设置换水阀，从而实现两种溶液的混合，或者两种相同溶液不同浓度的中和，进而为混合溶液的制备提供方便，更好的控制溶液制备。
一种煤层注液物性参数自动调配装置的使用方法，根据上述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，煤层注液调配步骤包括：
步骤1：通过加水系统注水，水由外部进水管6和底座内进水管7流入竖直进水管8，通过竖直进水管8的支管由电磁控制阀5控制的注水口分别向水箱腔体内注水。
步骤2：溶液存储箱9通过存储箱输出管11和电磁控制阀5向水箱腔体内注入溶剂，打开搅拌器进行搅拌，搅拌均匀后在各个水箱腔体内形成溶液；其中各个水箱腔体内注入不同的溶剂得到不同的溶液。
在溶液配置完成后，若发现溶液浓度过大，此时可以在配置完成溶液的水箱箱体相邻腔体内注水，控制注水水量，经过计算设定稀释需要的水量，后打开换水阀从而完成溶液的稀释，进而得到合适浓度的溶液。
为了配置混合溶液，在单个水箱腔体内形成混合溶液后，打开垂直交叉隔板上的换水阀并继续搅拌，形成混合溶液。
步骤3：混合液体由出口连接管12注入环状输液管13，控制出口连接管12上的电磁阀5输出不同的混合溶液。环状输液管13上还设置有出口管连接注水高压水泵，注水高压水泵将溶液泵送至注水钻孔。
使用该装置调配溶液的方法，利用该装置通过控制各个电磁控制阀进而控制溶液的配比和总量，利用该装置实现注水、加料、调配、搅拌、输出，满足煤层注液多阶段不同物性参数控制的特定需求，实现不同物性参数下多过程煤层注液，提高煤体强渗增润效果。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种煤层注液物性参数自动调配装置，其特征在于，包括液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统，所述液体调配系统包括水箱、垂直交叉隔板、搅拌器和物性参数传感器，垂直交叉隔板设置在水箱内将水箱内部划分为多个腔体，每个腔体均设置有搅拌器和物性参数传感器；所述加水系统包括外部进水管、底座内进水管、竖直进水管和电磁控制阀，外部进水管连通底座内进水管，底座内进水管设置水箱的底部连通竖直进水管，竖直进水管沿垂直交叉隔板的交叉线布置，竖直进水管上设置有电磁控制阀；所述化学溶液储运系统包括溶液存储箱、存储箱输出管和电磁控制阀，溶液存储箱通过存储箱输出管和水箱的腔体连通，存储箱输出管上设置有电磁控制阀；所述输液系统包括环状输液管、电磁控制阀、出口连接管和出口管，环状输液管呈环状设置在水箱外侧，多个出口连接管连通水箱的腔体和环状输液管，出口连接管上均设置有电磁控制阀，环状输液管上还设置有出口管。
2.根据权利要求1所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，其特征在于，所述物性参数传感器监测数据包括PH值、液体粘度和液体表面张力，所述外部进水管、底座内进水管、竖直进水管上设置有流量计。
3.根据权利要求1所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，其特征在于，所述水箱底部还设置有底座，水箱呈圆柱状，水箱内部设置有4个腔体，所述溶液存储箱通过支撑杆固定，存储箱输出管连接水箱的上部。
4.根据权利要求1所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，其特征在于，所述液体调配系统、加水系统、化学溶液储运系统和输液系统均与PLC控制器相连，所述物性参数传感器将监测数据传输至PLC控制器；所述PLC控制器控制全部电磁控制阀的启闭。
5.根据权利要求1所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，其特征在于，所述竖直进水管底部和底座进水管相连，竖直进水管上端连接有通向各个水箱的腔体的支管；所述溶液存储箱内设置有溶液存储腔，各个溶液存储腔内独立盛放各类溶剂，溶剂包括增稠剂、溶解剂、降阻剂和表面活性剂。
6.根据权利要求1所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，其特征在于，所述水箱内相邻两个腔体之间的垂直交叉隔板上设置有换水阀，换水阀具体为电动换水阀，PLC控制器控制换水阀的启闭。
7.一种煤层注液物性参数自动调配装置的使用方法，其特征在于，根据权利要求1至6任一项所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置，煤层注液调配步骤包括：
步骤1：通过加水系统注水，水由外部进水管和底座内进水管流入竖直进水管，通过竖直进水管的支管由电磁控制阀控制的注水口分别向水箱腔体内注水；
步骤2：溶液存储箱通过存储箱输出管和电磁控制阀向水箱腔体内注入溶剂，打开搅拌器进行搅拌，搅拌均匀后在各个水箱腔体内形成溶液；其中各个水箱腔体内注入不同的溶剂得到不同的溶液；
步骤3：混合液体由出口连接管注入环状输液管，控制出口连接管上的电磁阀输出不同的混合溶液。
8.根据权利要求7所述的一种煤层注液物性参数自动调配装置的使用方法，其特征在于，所述步骤2中，单个水箱腔体内形成混合溶液后，打开换水阀并继续搅拌，形成混合溶液。
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