CN113339044A - 煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，包括数据监测单元、管路连接单元、防爆单元和密封单元，数据监测单元包括流量监测器、压力变送器、数字化监测仪，管路连接单元包括三通阴端快速接头、阴端快速接头、阳端快速接头和阴阳端快速接头，防爆单元包括防爆箱体，密封单元包括接头密封圈、流量监测防爆玻璃屏密封圈、数字化监测仪密封垫片和密封贴条，本发明还公开了煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接方法，步骤A、将快速连接装置与矿井注水管网接通；步骤B、准备工作；步骤C、开始注水生成P—Q分析曲线；步骤D、结束注水。本发明可对注水孔内工况参数进行快速实时监测，是一种有效安全的连接装置及方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿水力化防灾监测技术，具体涉及一种煤层注水孔内工况参数快速实时监测装置及方法。
背景技术
我国煤矿资源赋存条件复杂，随着煤矿深部地段、高度机械化智能化开采模式的出现，煤层地应力、瓦斯压力及含量均显著增大，煤与瓦斯突出灾害是矿井面临的主要灾害。同时，煤层开采过程中产生大量粉尘污染作业环境，给职工职业健康带来威胁，而我国普遍采用煤层注水技术来从源头上降低粉尘的浓度，同时，煤层注水可软化煤体，改造煤体力学特性，降低煤层原始地应力，进而降低煤与瓦斯突出危险性。
目前，煤层开采前普遍利用中高压注水，所需压力比较大，注水管网通常使用具有规范孔径的快接高压油管，但与现有煤层注水孔内工况参数监测设备连接方式不匹配，管路布设通常需要较长时间，占用人工多，管理难度大，煤层内部结构复杂，在注水过程中由于缺乏对注水孔内压力、流量等工况参数的实时精准监测，一旦开始注水可能导致水流沿单一裂缝流失，而如果对流量-压力可以进行快速实时监测，则根据变化情况进行判断，当监测数据显示流量持续增加，而注水压力突然消失，即可判定注水失效，需要进行重新施工，以提高注水效果。
鉴于上述情况，急需一种对煤层注水孔内工况参数可以快速实时监测的装置，装置快速连接，实现快速精准监测，减少煤层注水人工、提高工作效率。
发明内容
本发明旨在提供一种快速高效的煤层注水孔内工况参数实时监测装置，对煤层注水孔内的流量—压力进行快速实时监测，判断注水效果，有效提高施工效率。
为此，本发明采用的技术方案为：煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，包括数据监测单元、管路连接单元、防爆单元和密封单元，数据监测单元包括流量监测器、压力变送器、数字化监测仪，管路连接单元包括三通快速接头、阴端快速接头、阳端快速接头和阴阳端快速接头，防爆单元包括防爆箱体，箱门对应流量监测器的显示仪盘处开有通孔，箱门对应数字化监测仪显示屏和按键处分别开有方孔，箱体左右两侧等高处开有供阴阳端快速接头的阴端接头通过的侧孔，箱体外上侧设置有提手，防爆箱体由内到外设置有防静电绝缘薄层、防爆纤维层、刚性保护层，所述密封单元包括用于侧孔处装配密封的接头密封圈、用于通孔处装配密封的流量监测防爆玻璃屏密封圈、用于方孔处装配密封的数字化监测仪密封垫片、用于密封箱门与箱体交接处的密封贴条，流量监测器位于管路连接单元上用于监测流量，压力变送器位于管路连接单元上用于监测压力，管路连接单元通过装配于两侧孔处的阴阳端快速接头与外部注水管网接通。
作为上述方案的优选，所述数字化监测仪配置有TFT显示屏幕、防水金属按键、TF存储卡、防爆电池、用于接收流量监测器数据的四芯航空插头、用于接收压力变送器数据的五芯航空插头，分别采用四芯和五芯航空插头有效防误接，接插方便，避免插接错误的情况发生，采用可拆卸的防爆电池，更换维修方便，可循环充电使用。
进一步优选为，所述三通快速接头配备有方形的固定铁板，用于将三通快速接头固定于箱体内右下方，所述流量监测器配备有固定条用于将流量监测器固定安装于箱体内左下方，使三通快速接头两侧端头与流量监测器的两侧端头处于水平连通状态，可以保障水流无阻力通过，提高监测数据精准度，所述数字化监测仪配备有固定壳用于将数字化监测仪固定连接于箱体内上方，箱体内部空间利用率高，内部设备安装固定牢固，安置合理。
进一步优选为，所述三通快速接头的三端皆为阴端接头，阴端快速接头两端皆为阴端接头，阳端快速接头两端皆为阳端接头，阴阳端快速接头一端为阴端接头另一端为阳端接头，三通快速接头上端接头与压力变送器通过阴阳端快速接头固定连通，该处阴阳端快速接头阴端采用内螺纹方便直接安装压力变送器，其余相互匹配的阴端接头和阳端接头对接后通过U形销连接，三通快速接头的右端接头与装配于箱体右侧的侧孔处的阴阳端快速接头的阳端接头固定连通，三通快速接头的左端接头与流量监测器的右侧接头通过阳端快速接头固定连通，流量监测器的左侧接头与装配于箱体左侧的侧孔处的阴阳端快速接头的阳端接头固定连通，使管道均处于水平状态，整体连接牢固。
进一步优选为，所述防爆单元配置转舌锁用于开关箱门，方便快捷。
进一步优选为，所述通孔处装配有流量监测器显示仪盘防爆玻璃盖，对应数字化监测仪显示屏的方孔处装配有数字化监测仪显示防爆玻璃盖，有效保障装置的防爆效果。
本发明还提供煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接方法，包括以下步骤：
步骤A、采用权1—权6任一所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置与矿井注水管网进行接通，先对注水管路的管径进行设计，管径端头采用阳端快速插头，再将位于箱体两侧的阴阳端快速接头的的阴端接头与外部注水管网的阳端接头匹配连通，使水流顺利通过实时监测快速连接装置；
步骤B、准备工作，数字化监测仪的插槽里放入TF存储卡，通过数字化监测仪设置压力监测上限，对流量监测器和压力变送器进行数据校准；
步骤C、开始注水，水流通过注水管网流过装置的内部连通管道时，装置内压力变送器及流量监测器监测到孔内注水压力P和注水流量Q数据变化，分别通过四芯航空插头和五芯航空插头将数据传输给数字化监测仪，数字化监测仪的显示屏上快速生成P(注水压力)—Q(注水流量)分析曲线和监测数据，当压力超限时运行程序自动切断，装置停止监测，人工检测后若继续监测，需重复步骤A—C；
步骤D、结束注水，卸下外部注水管，对装置内部连通管道进行检修，清理干燥后存放以便循环利用。
本发明的有益效果：
(1)数据监测单元用于实时监测注水孔内压力、流量等工况参数，参数通过航空插头传输至数字化监测仪，实现注水孔内工况参数实时监测和传输存储，通过对注水孔内工况参数的监测，有效保障注水效果。
(2)管路连接单元用于接通流量监测器和压力变送器，且通过装配于侧孔处的阴阳端快速接头与外部注水管网接通，相同型号接头阴端和阳端快速连接，连接固定方式简单，结构紧凑、操作简单、提高工作效率。
(3)防爆箱体由内到外设置有进行高速抛丸后粉末高压静电喷塑产生防静电绝缘薄层、防爆纤维层、刚性保护层，三层结构稳定可靠的实现装置的防爆效果，具有防水、耐腐蚀、抗变形等特性，保障施工人员的安全性，延长装置的使用寿命，可多次循环使用。
(4)密封单元用于密封箱体孔洞与装配设备、箱体与箱门交接处的间隙，实现装置的密封结构设计，防止粉尘进入箱内损坏精密监测组件，保障监测数据的准确性，使装置可重复使用。
综上所述，本发明可对煤层注水孔内压力流量工况参数进行快速监测、实时监测、循环监测，为煤层注水提供精准的工况参数，强化润湿煤层的效果，是一种有效安全可靠的实时监测快速连接装置及方法。
附图说明
图1为本发明箱体去盖结构示意图。
图2为本发明正视图。
图3为图2的侧面剖视图。
图4为本发明阴阳端快速接头结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1—图4所示，煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：由数据监测单元1、管路连接单元2、防爆单元3和密封单元4组成。
数据监测单元1由流量监测器11、压力变送器12和数字化监测仪13组成，数据监测单元1用于实时监测注水孔内压力、流量等工况参数。
管路连接单元2由三通快速接头21、阴端快速接头22、阳端快速接头23和阴阳端快速接头24组成，相互匹配的阴端接头和阳端接头对接后通过U形销连接。
三通快速接头21配备有方形的固定铁板211，用于将三通快速接头21固定于箱体内右下方，流量监测器11配备有固定条111用于将流量监测器11固定安装于箱体内左下方，使三通快速接头21两侧端头与流量监测器11的两侧端头处于水平连通状态，所述数字化监测仪13配备有固定壳136用于将数字化监测仪13固定连接于箱体内上方。
流量监测器11和压力变送器12通过管路连接单元2固定连接，数字化监测仪13配置有TFT显示屏幕131、防水金属按键1311、TF存储卡132、防爆电池133、用于接收流量监测器11数据的四芯航空插头134和用于接收压力变送器12数据的五芯航空插头135，所述防爆电池133可拆卸。
防爆单元3由防爆箱体组成，箱门对应流量监测器11的显示仪盘处开有通孔31，通孔31处装配有流量监测器显示仪盘防爆玻璃盖311，箱门对应数字化监测仪13显示屏和按键处分别开有方孔32，对应数字化监测仪13显示屏的方孔32处装配有数字化监测仪显示防爆玻璃盖。
箱体左右两侧等高处开有供阴阳端快速接头24的阴端接头通过的侧孔33，箱体外上侧设置有提手34，方便人工搬运时提拉操作，防爆箱体由内到外设置有防静电绝缘薄层35、防爆纤维层36、刚性保护层37，防爆单元3配置转舌锁38用于开关箱门。
需要开关箱门时，转动转舌锁38打开箱门。
三通快速接头21的三端皆为阴端接头，阴端快速接头22两端皆为阴端接头，阳端快速接头23两端皆为阳端接头，阴阳端快速接头24一端为阴端接头另一端为阳端接头，三通快速接头21上端接头与压力变送器12通过阴阳端快速接头24固定连通，该处阴阳端快速接头的阴端优选设置成内螺纹用于安装压力变送器12，其余相互匹配的阴端接头和阳端接头对接后优选通过U形销连接，三通快速接头21的右端接头与装配于箱体右侧的侧孔33处的阴阳端快速接头24的阳端接头固定连通，三通快速接头21的左端接头与流量监测器11的右侧接头通过阳端快速接头23固定连通，流量监测器11的左侧接头与装配于箱体左侧的侧孔33处的阴阳端快速接头24的阳端接头固定连通，使管道均处于水平状态。
注水时，水流水平经过连接管道，将流量与压力等数据通过航空插头传输给数字化监测仪13，并在TFT显示屏幕131上显示出对应曲线图，根据曲线变化实时监测水流。
当监测数据显示流量持续增加，而注水压力突然消失，即可判定注水失效，需要进行重新施工。
密封单元4由用于侧孔33处装配密封的接头密封圈41、用于通孔31处装配密封的流量监测防爆玻璃屏密封圈42、用于方孔32处装配密封的数字化监测仪密封垫片43、用于密封箱门与箱体交接处的密封贴条44，密封单元4用于密封箱体孔洞与装配设备、箱体与箱门交接处的间隙。
煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接方法，具体实施步骤如下：
步骤A、采用上述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置与矿井注水管网进行接通，先对注水管路的管径进行设计，管径端头采用阳端快速插头，再将位于箱体两侧的阴阳端快速接头24的阴端接头与外部注水管网的阳端接头匹配连通，使水流顺利通过实时监测快速连接装置。
步骤B、准备工作，数字化监测仪13的插槽里放入TF存储卡132，通过数字化监测仪13设置压力监测上限，对流量监测器和压力变送器进行数据校准。
步骤C、开始注水，水流通过注水管网流过装置的内部连通管道时，装置内压力变送器12及流量监测器11监测到孔内注水压力P和注水流量Q数据变化，分别通过四芯航空插头134和五芯航空插头135将数据传输给数字化监测仪13，数字化监测仪13的显示屏上快速生成P注水压力—Q注水流量分析曲线和监测数据，当压力超限时运行程序自动切断，装置停止监测，人工检测后若继续监测，需重复步骤A—C。
步骤D、结束注水，卸下外部注水管，对装置内部连通管道进行检修，清理干燥后存放以便循环利用。
Claims (7)
1.煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：包括数据监测单元(1)、管路连接单元(2)、防爆单元(3)和密封单元(4)，所述数据监测单元(1)包括流量监测器(11)、压力变送器(12)、数字化监测仪(13)，所述管路连接单元(2)包括三通快速接头(21)、阴端快速接头(22)、阳端快速接头(23)和阴阳端快速接头(24)，所述防爆单元(3)包括防爆箱体，箱门对应流量监测器(11)的显示仪盘处开有通孔(31)，箱门对应数字化监测仪(13)显示屏和按键处分别开有方孔(32)，箱体左右两侧等高处开有供阴阳端快速接头(24)的阴端接头通过的侧孔(33)，箱体外上侧设置有提手(34)，防爆箱体由内到外设置有防静电绝缘薄层(35)、防爆纤维层(36)、刚性保护层(37)，所述密封单元(4)包括用于侧孔(33)处装配密封的接头密封圈(41)、用于通孔(31)处装配密封的流量监测防爆玻璃屏密封圈(42)、用于方孔(32)处装配密封的数字化监测仪密封垫片(43)、用于密封箱门与箱体交接处的密封贴条(44)，流量监测器(11)位于管路连接单元(2)上用于实时监测流量，压力变送器(12)位于管路连接单元(2)上用于实时监测压力，管路连接单元(2)通过装配于两侧孔(33)处的阴阳端快速接头(24)与外部注水管网接通。
2.根据权利要求1所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：所述数字化监测仪(13)配置有TFT显示屏幕(131)、防水金属按键(1311)、TF存储卡(132)、防爆电池(133)、用于接收流量监测器(11)数据的四芯航空插头(134)、用于接收压力变送器(12)数据的五芯航空插头(135)，所述防爆电池(133)可拆卸。
3.根据权利要求1所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：所述三通快速接头(21)配备有方形的固定铁板(211)，用于将三通快速接头(21)固定于箱体内右下方，所述流量监测器(11)配备有固定条(111)用于将流量监测器(11)固定安装于箱体内左下方，使三通快速接头(21)两侧端头与流量监测器(11)的两侧端头处于水平连通状态，所述数字化监测仪(13)配备有固定壳(136)用于将数字化监测仪(13)固定连接于箱体内上方。
4.根据权利要求3所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：所述三通快速接头(21)的三端皆为阴端接头，阴端快速接头(22)两端皆为阴端接头，阳端快速接头(23)两端皆为阳端接头，阴阳端快速接头(24)一端为阴端接头另一端为阳端接头，三通快速接头(21)上端接头与压力变送器(12)通过阴阳端快速接头(24)固定连通，该处阴阳端快速接头(24)阴端采用内螺纹连接安装压力变送器(12)，其余相互匹配的接头对接后采用U形销连接，三通快速接头(21)的右端接头与装配于箱体右侧的侧孔(33)处的阴阳端快速接头(24)的阳端接头固定连通，三通快速接头(21)的左端接头与流量监测器(11)的右侧接头通过阳端快速接头(23)固定连通，流量监测器(11)的左侧接头与装配于箱体左侧的侧孔(33)处的阴阳端快速接头(24)的阳端接头固定连通，使管道均处于水平状态。
5.根据权利要求1所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：所述防爆单元(3)配置转舌锁(38)用于开关箱门。
6.根据权利要求1所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置，其特征在于：所述通孔(31)处装配有流量监测器显示仪盘防爆玻璃盖(311)，对应数字化监测仪显示屏的方孔(32)处装配有数字化监测仪显示防爆玻璃盖。
7.煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、采用权1—权6任一所述的煤层注水孔内工况参数实时监测快速连接装置与矿井注水管网进行接通，先对注水管路的管径进行设计，管径端头采用阳端快速插头，再将位于箱体两侧的阴阳端快速接头(24)的阴端接头与外部注水管网的阳端接头匹配连通，使水流顺利通过实时监测快速连接装置；
步骤B、准备工作，数字化监测仪(13)的插槽里放入TF存储卡(132)，通过数字化监测仪(13)设置压力监测上限，对流量监测器和压力变送器进行数据校准；
步骤C、开始注水，水流通过注水管网流过装置的内部连通管道时，装置内压力变送器(12)及流量监测器(11)监测到孔内注水压力P和注水流量Q数据变化，分别通过四芯航空插头(134)和五芯航空插头(135)将数据传输给数字化监测仪(13)，数字化监测仪(13)的显示屏上快速生成P—Q分析曲线和监测数据，当压力超限时运行程序自动切断，装置停止监测，人工检测后若继续监测，重复步骤A—C；
步骤D、结束注水，卸下外部注水管，对装置内部连通管道进行检修，清理干燥后存放以便循环利用。
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