CN113107575B - 一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，包括脉冲波动主发生装置和辅助发生装置，主发生装置由高压缸体、触发式空心管柱塞、柱塞触发组件等组成；辅助发生装置由高压缸体、弹簧空心管柱塞等组成。将压力水通过低压缸体进水口注入，驱动柱塞触发组件压缩弹簧，当达到触发组件所需的条件时，主弹簧所蓄的弹簧势能瞬间释放，推动触发式空心管柱塞锤击高压缸体中的压力水，并通过注水管路向煤层进行注水，同时将产生的压力传至煤层，当锤击动作完成时，高压缸体中的压力水瞬间由辅助发生装置中弹簧空心管柱塞所蓄的压力水补充达到缓慢卸压，完成脉冲波动注水动作。强加压缓卸压可以更好地促使煤层发生疲劳破坏，有利于提高煤层注水效率。

Description

一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置

技术领域

本发明涉及煤矿除尘技术领域，尤其涉及一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置。

背景技术

现阶段，虽然我国煤炭安全高效开采达到了世界领先水平，但现有的除尘技术与装备都是“被动降尘”，未能实现“源头主动防尘”，造成各生产环节产生大量微米级粉尘，严重威胁矿井的安全生产与职工的身心健康。

煤层注水预湿煤体技术是井下最有效、最根本的主动防尘措施，但现有的煤层注水理论与技术指导现场施工时出现注水压力增加、注水流量降低、润湿效果差等难题；同时，现场煤层注水参数的选择大多凭借现场经验和主观判断，存在一定的盲目性，而现有的煤层注水技术提供的压力水无法实现煤体均匀致裂注水，致使低透、难浸煤层的注水防尘效果甚微，严重制约煤层注水防尘技术与装备的发展。

现有的静压注水和动压注水都是以恒定的压力进行注水，注水效果相对于脉动注水效果较差，脉动注水使煤体产生疲劳破坏，产生更多的裂隙和增强煤体的透气性，但现存较多的脉动注水方式在进行一次冲击后，没有后续压力补充，存在快速卸压的情况，这对注水效果产生了较大的影响，解决快速卸压问题和煤层注水困难问题引起了研究者的广泛关注。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出了一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，包括：脉冲波动主发生装置和辅助发生装置；

其中，脉冲波动主发生装置包括高压缸体、低压缸体和弹簧底座；低压缸体一端与高压缸体固定连接，另一端设置柱塞触发组件，与弹簧底座固定连接，高压缸体和低压缸体缸体连接形成用于容置触发式空心管柱塞的腔体；低压缸体的缸壁上设置低压水进水口；所述弹簧底座内部分别设置用于容置压缩辅助弹簧和主弹簧的腔体，且压缩辅助弹簧与柱塞触发组件接触，主弹簧与触发式空心管柱塞底部接触；弹簧底座底部设置一出水下接头；

辅助发生装置包括辅助高压缸体、辅助低压缸体和辅助弹簧底座；辅助低压缸体一端与辅助高压缸体固定连接，另一端与辅助弹簧底座固定连接；辅助高压缸体和辅助低压缸体连接形成用于容置弹簧空心管柱塞的腔体，辅助低压缸体内设置用于承载弹簧空心管柱塞的挡板，挡板和辅助弹簧底座底板之间设置辅助弹簧；

高压缸体和辅助高压缸体之间通过管道联通。

其中，高压缸体和低压缸体之间、低压缸体和弹簧底座之间、辅助高压缸体和辅助低压缸体之间、辅助低压缸体和辅助弹簧底座之间均通过螺栓进行固定连接。

其中，高压缸体和低压缸体之间、低压缸体和弹簧底座之间、辅助高压缸体和辅助低压缸体之间、辅助低压缸体和辅助弹簧底座之间连接的位置均设置密封圈进行密封。

其中，弹簧底座外侧套置一脉冲波动主发生装置底座，辅助弹簧底座外侧套置一辅助发生装置底座。

其中，脉冲波动主发生装置底座通过螺栓紧固，与弹簧底座进行固定；辅助发生装置底座通过螺栓紧固，与辅助弹簧底座进行固定。

其中，柱塞触发组件包括框架结构、圆柱杆螺栓、弹簧阀和圆柱挂圈；所述框架结构提供支撑圆柱杆螺栓的空间，所述圆柱挂圈与所述圆柱杆螺栓通过螺纹配合的方式进行连接；所述弹簧阀固定设置于所述触发式空心管柱塞外壁，且在移动过程中受所述圆柱挂圈限制，由正常状态转变为压缩状态及弹出状态。

其中，主弹簧和辅助压缩弹簧设置为一主四辅弹簧结构，且四个辅助压缩弹簧对称设置。

区别于现有技术，区别于现有技术，本发明提供了一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置及方法，主要适用于透气性较差煤层进行注水除尘。本装置在弹簧组件触发后，柱塞触发组件不会出现冲击低压缸体造成卸力的问题，而是由触发式空心管柱塞强力冲击高压缸体，通过间接性的强力冲击，缓慢卸压，使煤体产生疲劳破坏，增强煤层的透气性，达到更好的煤层脉动注水效果。有效减少开采过程中产生的煤尘，防止环境恶化，保障安全生产，同时保护煤矿工人的身体健康。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置中触发式空心管柱塞触发结构的结构示意图。

图3是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置中触发式空心管柱塞触发结构蓄力初期示意图。

图4是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置中触发式空心管柱塞触发结构蓄力完成示意图。

图5是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置中触发式空心管柱塞触发结构触发释放示意图。

图6是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置中一主四辅弹簧结构示意图。

图7是本发明提供的一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置的外观示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参阅图1和图7，本发明提供了一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，包括：脉冲波动主发生装置和辅助发生装置；

其中，脉冲波动主发生装置包括高压缸体1、低压缸体5和弹簧底座8；低压缸体5一端与高压缸体1固定连接，另一端设置柱塞触发组件6，与弹簧底座8固定连接，高压缸体1和低压缸体5缸体连接形成用于容置触发式空心管柱塞2的腔体；低压缸体5的缸壁上设置低压水进水口4；所述弹簧底座8内部分别设置用于容置压缩辅助弹簧7和主弹簧9的腔体，且压缩辅助弹簧7与柱塞触发组件6接触，主弹簧9与触发式空心管柱塞2底部接触；弹簧底座8底部设置一出水下接头11；

辅助发生装置包括辅助高压缸体16、辅助低压缸体17和辅助弹簧底座18；辅助低压缸体17一端与辅助高压缸体16固定连接，另一端与辅助弹簧底座18固定连接；辅助高压缸体16和辅助低压缸体17连接形成用于容置弹簧空心管柱塞12的腔体，辅助低压缸体17内设置用于承载弹簧空心管柱塞12的挡板19，挡板19和辅助弹簧底座18底板之间设置辅助弹簧20；

高压缸体1和辅助高压缸体16之间通过管道联通。

其中，高压缸体1和低压缸体5之间、低压缸体5和弹簧底座8之间、辅助高压缸体17和辅助低压缸体17之间、辅助低压缸体17和辅助弹簧底座18之间均通过螺栓3进行固定连接。

其中，高压缸体1和低压缸体5之间、低压缸体5和弹簧底座8之间、辅助高压缸体17和辅助低压缸体17之间、辅助低压缸体17和辅助弹簧底座18之间连接的位置均设置密封圈进行密封。

其中，弹簧底座8外侧套置一脉冲波动主发生装置底座10，辅助弹簧底座18外侧套置一辅助发生装置底座21。

脉冲波动主发生装置底座10两侧各有两颗螺栓对装置进行支撑和稳固，在脉冲波动主发生装置底座10下放开有方形镂空，以减少整个脉冲波动主发生装置底座10的重量。

其中，脉冲波动主发生装置底座10通过螺栓紧固，与弹簧底座8进行固定；辅助发生装置底座21通过螺栓紧固，与辅助弹簧底座82进行固定。

如图2所示，柱塞触发组件6包括框架结构22、圆柱杆螺栓13、弹簧阀14和圆柱挂圈15；所述框架结构22提供支撑圆柱杆螺栓13的空间，所述圆柱挂圈15与所述圆柱杆螺栓13通过螺纹配合的方式进行连接；所述弹簧阀14固定设置于所述触发式空心管柱塞2外壁，且在移动过程中受所述圆柱挂圈15限制，由正常状态转变为压缩状态及弹出状态。

如图6所示，主弹簧9和辅助压缩弹簧7设置为一主四辅弹簧结构，且四个辅助压缩弹簧7对称设置。在装置底座10下放开有方形镂空，以减少整个装置底座的重量。

具体的，在本发明的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置使用过程中，将压力水通过低压缸体5的低压水进水口4注入，低压水在低压缸体5内蓄积，在低压缸体5内蓄积到一定程度时，低压水由触发式空心管柱塞2上设置的圆孔流入触发式空心管柱塞2内，低压水会驱动柱塞触发组件6和触发式空心管柱塞2分别压缩辅助弹簧7和主弹簧9。柱塞触发组件6蓄力初期的初始状态如图3所示，当柱塞触发组件6受低压水向下运动时，触发式空心管柱塞2中的弹簧阀14由原来的不受压弹出状态变为压缩状态，将会划过柱塞触发组件6的上端，当完全划过柱塞触发组件6的上端时，蓄力完成，如图4所示，弹簧阀14由压缩状态变为弹出状态，此时受低压水驱动的柱塞触发组件6会继续向下运动，继续压缩辅助弹簧7，同时柱塞触发组件6的上端会卡住弹簧阀14带动触发式空心管柱塞2一起向下运动，不断压缩主弹簧9，当柱塞触发组件6达到最大位置时，空心管柱塞触发结构触发释放，如图5所示，由弹簧底座8卡住无法继续下移，低压水继续由低压缸体5流入驱动触发式空心管柱塞2下移，当弹簧阀14移动过圆柱挂圈15时，弹簧阀14由弹出状态变为压缩状态再转变为弹出状态，此时触发式空心管柱塞2下方圆孔与由柱塞触发组件6和弹簧底座8所组成的泄压通道相重合，触发式空心管柱塞2内的低压水会快速流出进行卸压，主弹簧9所蓄积的弹簧势能转变为向上的动能，推动触发式空心管柱塞2上移，触发式空心管柱塞2上的弹簧阀14会带动圆柱挂圈15上移到柱塞触发组件6的顶端，弹簧阀由弹出状态变为压缩状态再转变为弹出状态，进而弹簧阀14可顺利通过柱塞触发组件6的上端，主弹簧9所蓄的弹簧势能瞬间释放，推动触发式空心管柱塞2锤击高压缸体1中的压力水，高压缸体1的出口通过注水管路向煤层进行注水，同时将产生的强压力波传至煤层，由于触发式空心管柱塞2上移导致低压缸体5进行卸压，柱塞触发组件6受辅助弹簧7的推力向上弹击，届时锤击动作完成时，高压缸体1中的高压力水释放后，高压缸体1中届时会形成低压状态，此时可以由辅助发生装置中弹簧空心管柱塞12所蓄的压力水进行快速补充，减缓高压缸体1形成的低压造成快速卸压问题，达到缓慢卸压的目的，触发式空心管柱塞2由于辅助发生装置所蓄积高压水进行快速充压，触发式空心管柱塞2会发生向下移动，此时柱塞触发组件6的向上弹击，会使弹簧阀14快速受力，完成弹出状态到压缩状态的转变，弹簧阀14划过柱塞触发组件6的上端，完成一次高压脉冲波动煤层注水动作；改变进入高压缸体1的水压可以改变煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置产生的脉冲波动注水强度，改变通过低压水进水口4进入低压缸体5的压力水的流量，可以改变煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置产生的脉冲波动注水的频率。

当锤击动作完成时，高压缸体1中的压力水释放后，可以由辅助发生装置中弹簧空心管柱塞12所蓄的压力水进行补充，减缓高压缸体形成的低压造成快速卸压问题，达到缓慢卸压。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，包括：脉冲波动主发生装置和辅助发生装置；

其中，脉冲波动主发生装置包括高压缸体（1）、低压缸体（5）和弹簧底座（8）；低压缸体（5）一端与高压缸体（1）固定连接，另一端设置柱塞触发组件（6），与弹簧底座（8）固定连接，高压缸体（1）和低压缸体（5）缸体连接形成用于容置触发式空心管柱塞（2）的腔体；低压缸体（5）的缸壁上设置低压水进水口（4）；所述弹簧底座（8）内部分别设置用于容置压缩辅助弹簧（7）和主弹簧（9）的腔体，且压缩辅助弹簧（7）与柱塞触发组件（6）接触，主弹簧（9）与触发式空心管柱塞（2）底部接触；弹簧底座（8）底部设置一出水下接头（11）；

辅助发生装置包括辅助高压缸体（16）、辅助低压缸体（17）和辅助弹簧底座（18）；辅助低压缸体（17）一端与辅助高压缸体（16）固定连接，另一端与辅助弹簧底座（18）固定连接；辅助高压缸体（16）和辅助低压缸体（17）连接形成用于容置弹簧空心管柱塞（12）的腔体，辅助低压缸体（17）内 设置用于承载弹簧空心管柱塞（12）的挡板（19），挡板（19）和辅助弹簧底座（18）底板之间设置辅助弹簧（20）；

高压缸体（1）和辅助高压缸体（16）之间通过管道联通。

2.根据权利要求1所述的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，高压缸体（1）和低压缸体（5）之间、低压缸体（5）和弹簧底座（8）之间、辅助高压缸体（17）和辅助低压缸体（17）之间、辅助低压缸体（17）和辅助弹簧底座（18）之间均通过螺栓（3）进行固定连接。

3.根据权利要求2所述的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，高压缸体（1）和低压缸体（5）之间、低压缸体（5）和弹簧底座（8）之间、辅助高压缸体（17）和辅助低压缸体（17）之间、辅助低压缸体（17）和辅助弹簧底座（18）之间连接的位置均设置密封圈进行密封。

4.根据权利要求1所述的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，弹簧底座（8）外侧套置一脉冲波动主发生装置底座（10），辅助弹簧底座（18）外侧套置一辅助发生装置底座（21）。

5.根据权利要求4所述的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，脉冲波动主发生装置底座（10）通过螺栓紧固，与弹簧底座（8）进行固定；辅助发生装置底座（21）通过螺栓紧固，与辅助弹簧底座（82）进行固定。

6.根据权利要求1所述的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，柱塞触发组件（6）包括框架结构（22）、圆柱杆螺栓（13）、弹簧阀（14）和圆柱挂圈（15）；所述框架结构（22）提供支撑圆柱杆螺栓（13）的空间，所述圆柱挂圈（15）与所述圆柱杆螺栓（13）通过螺纹配合的方式进行连接；所述弹簧阀（14）固定设置于所述触发式空心管柱塞（2）外壁，且在移动过程中受所述圆柱挂圈（15）限制，由正常状态转变为压缩状态及弹出状态。

7.根据权利要求1所述的煤层双筒高压脉冲波动注水发生装置，其特征在于，所述主弹簧（9）和辅助压缩弹簧（7）设置为一主四辅弹簧结构，且四个辅助压缩弹簧（7）对称设置。

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