CN112943197B - 一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统，包括控制器，控制器电性连接有WIFI模块、多个注水单元和多个指示灯，WIFI模块无线通信连接有多个终端，注水单元、指示灯和终端的数量均相等并且一一对应，注水单元包括依次连通的截止阀、减压阀和注水封孔器，其中截止阀与控制器电性连接。本发明提供一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统及方法，能够实现深孔和浅孔的联合注水，并且能够在出现注水孔漏水的时候快速地通过截断水流或者降低水压的方式避免出现安全事故。

Description

一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统及方法

技术领域

本发明涉及煤层注水技术领域，具体的说是一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统及方法。

背景技术

煤层注水是指在回采前预先在煤层打出若干个注水孔，通过注水孔注入压力水，使其渗入煤体内部，破坏煤体内原有的煤－瓦斯两相体系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相体系，体系内各个介质相互作用，使煤的物理化学性质、力学性质及热力学性质发生变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，进而使巷道前方的压力分布发生变化，即高压力向煤体深部转移，压力集中系数减小，另一方面，煤体湿润后，其透气性也将成百上千倍的降低，水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降，从而能够实现减少煤尘、煤壁片帮、冲击地压以及煤与煤层气突出和自燃发火等现象的效果。现有技术中，煤层注水主要有短孔煤壁注水法、深孔煤壁注水法、长钻孔煤层注水法和巷道钻孔注水法等方式，其中最常见的是短孔煤壁注水法和深孔煤壁注水法联用，即浅孔和深孔联合注水的方式，目前，浅孔和深孔联合注水在注水过程中大多是独立施工，即每个注水孔单独施工，效率低，并且工作人员需要站在注水孔的侧后方进行观察，在出现注水孔漏水的情况时无法快速进行处理，容易引发安全事故。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统及方法，能够实现深孔和浅孔的联合注水，并且能够在出现注水孔漏水的时候快速地通过截断水流或者降低水压的方式避免出现安全事故。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统，包括控制器，控制器电性连接有WIFI模块、多个注水单元和多个指示灯，WIFI模块无线通信连接有多个终端，注水单元、指示灯和终端的数量均相等并且一一对应，注水单元包括依次连通的截止阀、减压阀和注水封孔器，其中截止阀与控制器电性连接。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述注水封孔器包括依次连通的进水管、伸缩连通管和出水管，伸缩连通管的一端伸入到进水管中并且与进水管的内壁之间连接有第二橡胶囊，伸缩连通管的另外一端伸入到出水管中并且与出水管固定连接，出水管的管壁上连通有多个第二单向阀，第二单向阀的导通方向为从出水管的内部到出水管的外部。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述进水管的外壁上固定套设有第一橡胶囊，进水管的管壁上连通有多个第一单向阀，第一单向阀的导通方向为从进水管到第一橡胶囊。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述进水管和所述出水管上均开设有多个孔组，孔组用于连接所述第一单向阀或者所述第二单向阀，孔组包括开设在进水管或者出水管外壁上的容腔和分布在容腔周侧的多个通孔，第一单向阀和第二单向阀均包括设置在容腔中的弹簧，弹簧的一端与容腔的底部固定连接，弹簧的另一端固定连接有插块，插块固定连接有密封盖，当弹簧处于原长时密封盖将所有通孔均封闭，第二单向阀的弹簧的劲度系数大于第一单向阀的弹簧的劲度系数。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述通孔对应连通有连通通道，连通通道对应连通有出水通道，并且出水通道贯通进水管或者出水管的外壁，当所述弹簧处于原长时所述密封盖将所有出水通道均封闭，通孔中滑动设置有活塞，活塞与密封盖固定连接。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述进水管的外壁上固定套设有两个保护圈，所述第一橡胶囊位于两个保护圈之间。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述进水管的入口端连通有注水接头，注水接头的外径大于进水管的外径，注水接头的外壁与进水管的外壁之间固定连接有密封套，所述出水管远离进水管的一端固定连接有顶头。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述进水管中固定设置有连接器，连接器包括与进水管同轴设置的连接环，所述伸缩连通管从连接环中穿过，连接环固定连接有两个连接片，两个连接片均与进水管的内壁固定连接，伸缩连通管的两端各固定套设有一个限位环，其中一个限位环位于所述出水管中并且与出水管的内壁固定连接。

作为上述采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的进一步优化：所述出水管连通有导向筒，导向筒呈锥形，导向筒的大端与出水管相连通，导向筒的小端朝向所述进水管。

一种采煤工作面深浅联合注水孔注水方法，基于上述的一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统，包括如下步骤：

S1、将所述终端对应分配给前端工作人员；

S2、前端工作人员将所述注水封孔器置入到注水孔中；

S3、后端工作人员通过所述控制器控制所述截止阀和所述减压阀开启以向注水封孔器供水；

S4、当前端工作人员观察到注水孔漏水则通过终端向控制器发送警示消息；

S5、控制器接收到警示消息后控制与终端对应的指示灯亮起；

S6、后端工作人员根据指示灯控制对应的截止阀关闭或者减压阀减压。

有益效果：本发明能够实现深孔和浅孔的联合注水，并且能够在出现注水孔漏水的时候快速地通过截断水流或者降低水压的方式避免出现安全事故。

附图说明

图1是本发明系统的整体结构框图；

图2是注水封孔器的整体结构示意图；

图3是图2的局部放大图；

图4是连接器的结构示意图；

图5是第一单向阀和第二单向阀的结构示意图。

附图说明：1-注水接头，2-密封套，3-进水管，4-保护圈，5-第一橡胶囊，6-第一单向阀，7-限位环，8-伸缩连通管，9-连接器，10-第二橡胶囊，11-导向筒，12-出水管，13-第二单向阀，14-顶头，15-连接片，16-连接环，17-出水通道，18-连通通道，19-活塞，20-密封盖，21-插块，22-弹簧，23-容腔，24-通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至5，一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统，包括控制器，控制器电性连接有WIFI模块、多个注水单元和多个指示灯，WIFI模块无线通信连接有多个终端，注水单元、指示灯和终端的数量均相等并且一一对应，注水单元包括依次连通的截止阀、减压阀和注水封孔器，其中截止阀与控制器电性连接。

在使用时，将工作人员划分为前端工作人员和后端工作人员，其中前端工作人员用于将注水封孔器安装到预先钻出的注水孔中，并且在注水开始后从注水封孔器的侧后方观察注水孔的漏水情况，终端对应分配给前端工作人员，后端工作人员用于通过控制器对截止阀和减压阀进行控制，以改变注水封孔器中水流的水压和流量，从而能够准确地同时对浅孔和深孔进行注水，实现深浅联合注水，当前端工作人员发现注水孔出现漏水等问题时通过终端向控制器发出警示消息，控制器根据警示消息控制与终端对应的指示灯亮起，使后端工作人员能够根据指示灯获知是哪个注水孔出现漏水，进而通过控制器控制与终端对应的截止阀和减压阀动作，或者通过截止阀将水流截断，或者通过减压阀调节水压，以避免因为注水孔漏水造成安全事故。

本发明能够实现深孔和浅孔的联合注水，并且能够在出现注水孔漏水的时候快速地通过截断水流或者降低水压的方式避免出现安全事故。

注水封孔器的具体结构为：注水封孔器包括依次连通的进水管3、伸缩连通管8和出水管12，伸缩连通管8的一端伸入到进水管3中并且与进水管3的内壁之间连接有第二橡胶囊10，伸缩连通管8的另外一端伸入到出水管12中并且与出水管12固定连接，出水管12的管壁上连通有多个第二单向阀13，第二单向阀13的导通方向为从出水管12的内部到出水管12的外部。在注水过程中，水流首先进入到进水管3中，然后沿伸缩连通管8流入到出水管12中，当出水管12中充满了水后，水流将第二橡胶囊10从进水管3的内部挤出，过程中第二橡胶囊10带动伸缩连通管8从进水管3中伸出，伸缩连通管8移动过程中推动出水管12同步移动，从而改变注水封孔器的整体长度，以使注水封孔器能够满足不同深度注水孔的使用需求，当出水管12到达注水孔的最深处时无法继续移动，之后水流挤压第二橡胶囊10使其向周侧膨胀直到与注水孔的内壁紧密贴合，从而利用第二橡胶囊10将注水封孔器的位置固定，最后水流冲开第二单向阀13并且涌入到注水孔中实现注水。随着对煤层的不断开采，可以将注水封孔器取下以重复使用，注水封孔器取下后将内部的水排干净，然后推动出水管12使出水管12向进水管3的方向移动，直到第二橡胶囊10重新进入到进水管3中，即可将注水封孔器复原，准备后续再次使用。该注水封孔器的长度能够调节，并且能够在注水的过程中自动完成调节，因此能够应用于不同深度的注水孔，无需实现与注水孔相匹配，从而能够简化深浅联合注水孔注水的施工过程，提高施工效率。

为了进一步提升注水封孔器的稳定性，进而提升封孔的效果，进水管3的外壁上固定套设有第一橡胶囊5，进水管3的管壁上连通有多个第一单向阀6，第一单向阀6的导通方向为从进水管3到第一橡胶囊5。在注水过程中，水流首先进入到进水管3中，然后沿伸缩连通管8流入到出水管12中，当出水管12中充满了水后，水流将第一单向阀6冲开并且流入到第一橡胶囊5中，迫使第一橡胶囊5向周侧膨胀直到与注水孔的内壁紧密贴合，此时注水封孔器的位置被初步固定，在后续持续注水的过程中能够保持稳定，避免脱落，随后水流将第二橡胶囊10从进水管3的内部挤出，过程中第二橡胶囊10带动伸缩连通管8从进水管3中伸出，伸缩连通管8移动过程中推动出水管12同步移动，从而改变注水封孔器的整体长度，以使注水封孔器能够满足不同深度注水孔的使用需求，当出水管12到达注水孔的最深处时无法继续移动，之后水流挤压第二橡胶囊10使其向周侧膨胀直到与注水孔的内壁紧密贴合，从而利用第二橡胶囊10将注水封孔器的位置固定，最后水流冲开第二单向阀13并且涌入到注水孔中实现注水。因为要先冲开第一单向阀6后冲开第二单向阀13，因此第二单向阀13的开启压力应当大于第一单向阀6的开启压力。

第一单向阀5和第二单向阀13的具体结构及设置方式为：进水管3和出水管12上均开设有多个孔组，孔组用于连接第一单向阀6或者第二单向阀13，孔组包括开设在进水管3或者出水管12外壁上的容腔23和分布在容腔23周侧的多个通孔24，第一单向阀6和第二单向阀13均包括设置在容腔23中的弹簧22，弹簧22的一端与容腔23的底部固定连接，弹簧22的另一端固定连接有插块21，插块21固定连接有密封盖20，当弹簧22处于原长时密封盖20将所有通孔24均封闭，第二单向阀13的弹簧22的劲度系数大于第一单向阀6的弹簧22的劲度系数。在注水过程中，水流流入到通孔24中，然后对密封盖20产生推力，当水流对密封盖20的推力大于弹簧22对密封盖20的拉力时，水流能够推动密封盖20向远离进水管3或者出水管12的方向移动，从而将通孔24打开，过程中密封盖20拉动弹簧22伸长并且带动插块21同步移动，在插块21未从容腔23中完全脱出的时候能够将容腔23封闭住，从而避免水流进入到容腔23中对弹簧22产生侵蚀，进而延长注水封孔器的使用寿命；在注水结束后，弹簧22拉动密封盖20复位，从而重新将通孔24封闭住，避免煤层中的水通过注水封孔器泄漏出去。第二单向阀13的弹簧22的劲度系数大于第一单向阀6的弹簧22的劲度系数能够保证第二单向阀13的开启压力大于第一单向阀6的开启压力，从而保证第一橡胶囊5的开启过程在第二单向阀13的注水过程之前，进而保证第一橡胶囊5能够起到初步固定注水封孔器的效果。

虽然利用通孔24和密封盖20的配合能够实现控制水流的效果，但是密封盖20与进水管3或者出水管12分离的瞬间水流即可通过通孔24涌出，无法平稳地注水，容易导致注水孔漏水，为了避免这一情况，通孔24对应连通有连通通道18，连通通道18对应连通有出水通道17，并且出水通道17贯通进水管3或者出水管12的外壁，当弹簧22处于原长时密封盖20将所有出水通道17均封闭，通孔24中滑动设置有活塞19，活塞19与密封盖20固定连接。当水流进入到通孔24中后首先推动活塞19向进水管3或者出水管12的外部移动，当活塞19与连通通道18错开的时候连通通道18与通孔24连通，水流能够依次通过通孔24、连通通道18和出水通道17涌出，又因为活塞19是线性移动的，因此连通通道18与通孔24的导通面积也是线性增加的，从而使水流在涌出进水管3或者出水管12的过程中是平稳增大的，进而能够实现平稳地注水，避免注水孔在注水开始的时候出现漏水的情况。另一方面，出水通道17与容腔23之间的距离大于通孔24与容腔23之间的距离，从而能够进一步避免水流进入到容腔23中对弹簧22产生侵蚀。

为了避免第一橡胶囊5中涌入过多的水造成破裂，进水管3的外壁上固定套设有两个保护圈4，第一橡胶囊5位于两个保护圈4之间。两个保护圈4能够与注水孔的内壁配合共同对第一橡胶囊5的形变量进行限制，避免第一橡胶囊5无限制膨胀，从而能够避免第一橡胶囊5破裂，保证第一橡胶囊5能够将注水封孔器初步固定到注水孔中。

为了进一步提升注水封孔器的稳定性，避免注水封孔器在注水孔中产生侧向偏移造成注水过程中大幅振动，进水管3的入口端连通有注水接头1，注水接头1的外径大于进水管3的外径，注水接头1的外壁与进水管3的外壁之间固定连接有密封套2，出水管12远离进水管3的一端固定连接有顶头14。顶头14和注水接头1能够控制出水管12与注水孔内壁之间的距离，避免注水管12在安装过程中直接与注水孔内壁的部分接触，造成注水过程中大幅振动，顶头14也可以与出水管12螺纹连接，并且预制出多种不同的尺寸，根据实际的需要进行更换。密封套2能够提升注水封孔器与注水孔之间的密封性，从而进一步提升封孔的效果，密封套2可以设置为橡胶材质，并且密封套2朝向出水管12的一端呈锥形，在使用的时候小端插入到注水孔中，保证密封套2能够与注水孔的孔壁紧密贴合。

伸缩连通管8具体的设置方式为：进水管3中固定设置有连接器9，连接器9包括与进水管3同轴设置的连接环16，伸缩连通管8从连接环16中穿过，连接环16固定连接有两个连接片15，两个连接片15均与进水管3的内壁固定连接，伸缩连通管8的两端各固定套设有一个限位环7，其中一个限位环7位于出水管12中并且与出水管12的内壁固定连接。该连接器9既能够保证伸缩连通管8能够顺利沿进水管3的轴向移动，同时还保证水流能够冲击到第二橡胶囊10上将第二橡胶囊10从进水管3中挤出。位于进水管3中的一个限位环7能够对伸缩连通管8的位置进行限制，避免伸缩连通管8完全从进水管3中脱出造成注水封孔器弯折。

进一步的，出水管12连通有导向筒11，导向筒11呈锥形，导向筒11的大端与出水管12相连通，导向筒11的小端朝向进水管3。在储存备用的时候，导向筒11的小端能够插入到进水管3中，从而保持进水管3与出水管12的位置稳定，并且使注水封孔器的体积处于最小状态，便于储存和移动。

基于上述系统，本发明还提供一种采煤工作面深浅联合注水孔注水方法，基于上述的一种采煤工作面深浅联合注水孔注水系统，包括S1至S6。

S1、将终端对应分配给前端工作人员。

S2、前端工作人员将注水封孔器置入到注水孔中。

S3、后端工作人员通过控制器控制截止阀和减压阀开启以向注水封孔器供水。

S4、当前端工作人员观察到注水孔漏水则通过终端向控制器发送警示消息。

S5、控制器接收到警示消息后控制与终端对应的指示灯亮起。

S6、后端工作人员根据指示灯控制对应的截止阀关闭或者减压阀减压。指示灯可以设置成多种颜色，例如红色和黄色，当指示灯亮黄色时，后端工作人员控制减压阀减压，当指示灯亮红色时，后端工作人员控制截止阀关闭将水流截断，终止注水。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：包括控制器，控制器电性连接有WIFI模块、多个注水单元和多个指示灯，WIFI模块无线通信连接有多个终端，注水单元、指示灯和终端的数量均相等并且一一对应，注水单元包括依次连通的截止阀、减压阀和注水封孔器，其中截止阀与控制器电性连接；所述注水封孔器包括依次连通的进水管(3)、伸缩连通管(8)和出水管(12)，伸缩连通管(8)的一端伸入到进水管(3)中并且与进水管(3)的内壁之间连接有第二橡胶囊(10)，伸缩连通管(8)的另外一端伸入到出水管(12)中并且与出水管(12)固定连接，出水管(12)的管壁上连通有多个第二单向阀(13)，第二单向阀(13)的导通方向为从出水管(12)的内部到出水管(12)的外部；所述进水管(3)的外壁上固定套设有第一橡胶囊(5)，进水管(3)的管壁上连通有多个第一单向阀(6)，第一单向阀(6)的导通方向为从进水管(3)到第一橡胶囊(5)；所述进水管(3)中固定设置有连接器(9)，连接器(9)包括与进水管(3)同轴设置的连接环(16)，所述伸缩连通管(8)从连接环(16)中穿过，连接环(16)固定连接有两个连接片(15)，两个连接片(15)均与进水管(3)的内壁固定连接，伸缩连通管(8)的两端各固定套设有一个限位环(7)，其中一个限位环(7)位于所述出水管(12)中并且与出水管(12)的内壁固定连接。

2.如权利要求1所述的一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：所述进水管(3)和所述出水管(12)上均开设有多个孔组，孔组用于连接所述第一单向阀(6)或者所述第二单向阀(13)，孔组包括开设在进水管(3)或者出水管(12)外壁上的容腔(23)和分布在容腔(23)周侧的多个通孔(24)，第一单向阀(6)和第二单向阀(13)均包括设置在容腔(23)中的弹簧(22)，弹簧(22)的一端与容腔(23)的底部固定连接，弹簧(22)的另一端固定连接有插块(21)，插块(21)固定连接有密封盖(20)，当弹簧(22)处于原长时密封盖(20)将所有通孔(24)均封闭，第二单向阀(13)的弹簧(22)的劲度系数大于第一单向阀(6)的弹簧(22)的劲度系数。

3.如权利要求2所述的一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：所述通孔(24)对应连通有连通通道(18)，连通通道(18)对应连通有出水通道(17)，并且出水通道(17)贯通进水管(3)或者出水管(12)的外壁，当所述弹簧(22)处于原长时所述密封盖(20)将所有出水通道(17)均封闭，通孔(24)中滑动设置有活塞(19)，活塞(19)与密封盖(20)固定连接。

4.如权利要求3所述的一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：所述进水管(3)的外壁上固定套设有两个保护圈(4)，所述第一橡胶囊(5)位于两个保护圈(4)之间。

5.如权利要求1所述的一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：所述进水管(3)的入口端连通有注水接头(1)，注水接头(1)的外径大于进水管(3)的外径，注水接头(1)的外壁与进水管(3)的外壁之间固定连接有密封套(2)，所述出水管(12)远离进水管(3)的一端固定连接有顶头(14)。

6.如权利要求1所述的一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：所述出水管(12)连通有导向筒(11)，导向筒(11)呈锥形，导向筒(11)的大端与出水管(12)相连通，导向筒(11)的小端朝向所述进水管(3)。

7.一种采煤工作面深浅联合钻孔注水方法，基于如权利要求1所述的一种采煤工作面深浅联合钻孔注水系统，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将所述终端对应分配给前端工作人员；

S2、前端工作人员将所述注水封孔器置入到注水孔中；

S3、后端工作人员通过所述控制器控制所述截止阀和所述减压阀开启以向注水封孔器供水；

S4、当前端工作人员观察到钻孔漏水则通过终端向控制器发送警示消息；

S5、控制器接收到警示消息后控制与终端对应的指示灯亮起；

S6、后端工作人员根据指示灯控制对应的截止阀关闭或者减压阀减压。

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