CN113565455A - 采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统及注水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，该系统包括注水泵、三通、注水管路、分水控制箱、注水泵电源控制线、注水封孔胶囊；矿井防尘水管通过三通将防尘水分成两路，其中一路通过注水管路与注水泵连接，另一路直接通过注水管路与所述分水控制箱的静压进水口相连接，注水泵通过注水管路与分水控制箱的动压进水口相连接，注水泵电源控制线与分水控制箱相连接。本发明另外同时提出采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法。本发明通过注水过程中对各个注水钻孔的实时监测与调控，以动压注水与静压注水相结合的混合注水方式注入，解决渗透性较弱的钻孔注水困难，采煤工作面注水湿润煤体范围不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿采煤工作面注水降尘技术领域，特别涉及一种采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统及注水方法。
背景技术
煤矿粉尘是危及煤矿工人身心健康的重要因素之一。综采工作面是煤矿井下最大的产尘源，在不进行防尘措施的情况下，其粉尘质量浓度可达2500～3000mg/m3，在采取了相关措施的情况下，有些工作面的粉尘质量浓度仍然可达1000mg/m3以上，远远高于国家相关标准。
综采工作面的煤尘主要分为原生煤尘和生产煤尘，原生煤尘是指煤体孔隙中本来就存在的煤尘，生产煤层是指回采过程中，由于煤体破碎而产生的煤尘。煤层注水后可将原生煤层湿润、粘结成较大的煤尘颗粒，使其在开采过程中无法飞扬而消除尘源，同时煤体注水后可降低其强度，增加其塑性，使开采过程中的煤体破碎由脆性破碎变为塑性破碎，从而减少煤尘的产生，而且煤体注水后含水率增加，会湿润破碎时产生的煤尘，从根本上减少了煤尘的产生。
目前广泛应用的注水方式为多钻孔并联注水，一般采用静压注水或动压注水方式，但在实际应用中，多孔并联注水时压力水总是沿着渗透性较强的钻孔向煤体内部渗透，而渗透性较弱的钻孔注水困难，导致最终采煤工作面注水湿润煤体分布范围不均匀，降尘效果较差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统及注水方法，通过注水过程中对各个注水钻孔的实时监测与调控，以动压注水与静压注水相结合的混合注水方式注入，解决渗透性较弱的钻孔注水困难，采煤工作面注水湿润煤体范围不均匀的问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，该系统包括注水泵、三通、注水管路、分水控制箱、注水泵电源控制线、注水封孔胶囊；
矿井防尘水管通过三通将防尘水分成两路，其中一路通过注水管路与注水泵连接，另一路直接通过注水管路与所述分水控制箱的静压进水口相连接，注水泵通过注水管路与分水控制箱的动压进水口相连接，注水泵电源控制线与分水控制箱相连接，分水控制箱内静压进水口、动压进水口分别通过管路汇合后，再分成五路出水管路分别连接至分水控制箱的出口端设置的五路出水口，每路出水口另外分别通过注水管路连接至注水封孔胶囊，所有注水封孔胶囊均送入注水钻孔内部。
进一步地，在所述分水控制箱内设有数据采集控制模块及数据无线传输模块，数据采集控制模块设置八路数据采集控制模块控制端口、十路数据采集控制模块数据采集端口以及一路数据采集控制模块数据通讯端口，数据采集控制模块数据通讯端口与数据无线传输模块的数据无线传输模块通讯端口连接；
分水控制箱内与动压进水口连接的管路上设置动压水管路电控球阀，动压水管路电控球阀的控制信号连接至数据采集控制模块控制端口，与静压进水口连接的管路上设置静压水管路电控球阀，静压水管路电控球阀的控制信号连接至数据采集控制模块控制端口，注水泵电源控制线上设置注水泵电控开关，注水泵电控开关控制信号连接至数据采集控制模块控制端口，五路出水口的每路出水管路上均设置出水管路电控调节阀，所有出水管路电控调节阀控制信号均连接至数据采集控制模块控制端口，每路出水管路上均设置出水管路压力变送器、出水管路流量变送器，出水管路压力变送器的压力信号、出水管路流量变送器的流量信号连接至数据采集控制模块数据采集端口；
所述分水控制箱通过数据无线传输模块与矿用本安手持终端无线连接，根据数据采集控制模块监测的数据，利用矿用本安手持终端对分水控制箱中静压水管路电控球阀、动压水管路电控球阀及所有的出水管路电控调节阀进行调节控制。
进一步地，所述分水控制箱内部的注水泵电控开关、静压水管路电控球阀、动压水管路电控球阀、出水管路电控调节阀、出水管路压力变送器、出水管路流量变送器、数据采集控制模块、数据无线传输模块均为矿用本质安全型器件。
进一步地，所述注水泵需提供不小于10MPa的输出压力。
进一步地，所述注水封孔胶囊的工作压力大于10MPa。
本发明另外同时提出采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法，使用上述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，所述采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法包括如下步骤：
步骤1、在井下工作面顺槽中沿煤层倾向施工顺层注水钻孔，在钻孔施工完成后利用井下压风冲洗注水钻孔煤屑；
步骤2、五个注水封孔胶囊分别连接注水管路后送入五个注水钻孔内，注水封孔胶囊送入位置与孔口间距必须大于巷道松动圈宽度，注水管路另一端分别连接至分水控制箱的五个出水口上；分水控制箱的动压进水口通过注水管路与注水泵的输出接口连接，注水泵输入接口和分水控制箱的静压进水口通过三通直接与防尘水管连接；
步骤3、矿用本安手持终端与分水控制箱的数据无线传输模块通讯成功后，通过矿用本安手持终端发送命令，打开静压水管路电控球阀，完全打开所有出水管路电控调节阀，各出水管路的出水管路流量变送器和出水管路压力变送器实时监测管路中流量和压力变化；
步骤4、根据监测到的流量数据，通过矿用本安手持终端发送命令调节出水管路电控调节阀，保证各个注水钻孔的水压基本保存一致，随着静压水的持续注入，水充满煤层内已有孔裂隙，钻孔内形成憋压，各出水管路压力逐渐升高，流量逐渐降低，当某一注水钻孔流量降低至基本为零时，关闭该路的出水管路电控调节阀，其余管路继续注入，直至所有注水钻孔的流量基本都降至零，关闭所有出水管路电控调节阀；
步骤5、调节注水泵输出压力为静压水的两倍，通过矿用本安手持终端发送命令关闭静压水管路电控球阀，打开动压水管路电控球阀，启动注水泵，完全打开所有出水管路电控调节阀，进行动压注水，利用高压水在煤体内沟通相互关联的煤层注水渗透网，动压注入15min后，关闭注水泵，关闭动压水管路电控球阀。
进一步地，在所述步骤5之后进行：
步骤6、利用矿用本安手持终端打开静压水管路电控球阀，利用静压水对煤体进行注水，在静水压力和毛细渗透压力作用下，水进一步渗透到煤体微细孔裂隙中，注水过程中调节出水管路电控调节阀开度，保证各个注水钻孔的水压基本保存一致，当某一注水钻孔流量降低至基本为零时，关闭该路的出水管路电控调节阀，其余管路继续注入，直至所有注水钻孔的流量基本都降至零，关闭所有出水管路电控调节阀；
步骤7、调节注水泵输出压力为上一次动压注水压力的两倍，按步骤5的方式再次进行动压注水，动压注水完成后，按步骤6的方式再次进行静压注水。
步骤8、重复进行步骤7，当煤壁出现跑水或各出水管路压力为零时，注水过程结束，关闭所有出水管路电控调节阀，关闭注水泵，停止注水。
相对于现有的技术，本发明的有益效果为：
1.采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，在实施多钻孔并联注水降尘过程中，通过在注水过程中实时监测各个注水钻孔的水流量及注水压力，利用本安手持终端通过无线通讯方式调节注水管路调控阀门，保证各个注水管路的压力平衡，有效控制注水区域的均匀分布，进而提高煤层注水防尘效果。
2.采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统可同时对多个注水钻孔进行精准的注水控制，在保证注水防尘效果的基础上能有效的提高注水效率，保证工作面的开采作业。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明提出的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统结构示意图；
图2为本发明提出的分水控制箱内部结构连接示意图。
图中：1注水泵；2三通；3注水管路；4注水泵电源控制线；5静压进水口；6动压进水口；7分水控制箱；8出水口；9注水钻孔；10注水封孔胶囊；11矿用本安手持终端；12注水泵电控开关；13静压水管路电控球阀；14动压水管路电控球阀；15出水管路电控调节阀；16出水管路压力变送器；17出水管路流量变送器；18数据采集控制模块；19数据采集控制模块数据采集端口；20数据采集控制模块控制端口；21数据采集控制模块通讯端口；22数据无线传输模块；23数据无线传输模块通讯端口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
实施例一
参照图1-图2，采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，该系统包括注水泵1、三通2、注水管路3、分水控制箱7、注水泵电源控制线4、注水封孔胶囊10；
矿井防尘水管通过三通2将防尘水分成两路，其中一路通过注水管路3与注水泵1连接，另一路直接通过注水管路3与所述分水控制箱7的静压进水口相连接，注水泵1通过注水管路3与分水控制箱7的动压进水口相连接，注水泵电源控制线4与分水控制箱7相连接，分水控制箱7内静压进水口5、动压进水口6分别通过管路汇合后，再分成五路出水管路分别连接至分水控制箱7的出口端设置的五路出水口8，每路出水口8另外分别通过注水管路3连接至注水封孔胶囊10，所有注水封孔胶囊10均送入注水钻孔9内部。
在所述分水控制箱7内设有数据采集控制模块18及数据无线传输模块22，数据采集控制模块18设置八路数据采集控制模块控制端口20、十路数据采集控制模块数据采集端口19以及一路数据采集控制模块数据通讯端口21，数据采集控制模块数据通讯端口21与数据无线传输模块22的数据无线传输模块通讯端口23连接；
分水控制箱7内与动压进水口6连接的管路上设置动压水管路电控球阀14，动压水管路电控球阀14的控制信号连接至数据采集控制模块控制端口20，与静压进水口5连接的管路上设置静压水管路电控球阀13，静压水管路电控球阀13的控制信号连接至数据采集控制模块控制端口20，注水泵电源控制线4上设置注水泵电控开关12，注水泵电控开关12控制信号连接至数据采集控制模块控制端口20，五路出水口8的每路出水管路上均设置出水管路电控调节阀15，所有出水管路电控调节阀15控制信号均连接至数据采集控制模块控制端口20，每路出水管路上均设置出水管路压力变送器16、出水管路流量变送器17，出水管路压力变送器16的压力信号、出水管路流量变送器的17流量信号连接至数据采集控制模块数据采集端口19；
所述分水控制箱7通过数据无线传输模块22与矿用本安手持终端11无线连接，分水控制箱7内部的所有电控及数据采集部件均接入数据采集控制模块18，并将采集的数据通过数据无线传输模块22发送至矿用本安手持终端11，根据数据采集控制模块18监测的数据，利用矿用本安手持终端11对分水控制箱7中静压水管路电控球阀13、动压水管路电控球阀14及所有的出水管路电控调节阀15进行调节控制。
所述分水控制箱7内部的注水泵电控开关12、静压水管路电控球阀、动压水管路电控球阀、出水管路电控调节阀、出水管路压力变送器、出水管路流量变送器、数据采集控制模块、数据无线传输模块均为矿用本质安全型器件。
所述注水泵需提供不小于10MPa的输出压力。
所述注水封孔胶囊10的工作压力大于10MPa。
实施例二
本发明提出采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法，使用实施例一中的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，所述采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法包括如下步骤：
步骤1、在井下工作面顺槽中沿煤层倾向施工顺层注水钻孔9，在钻孔施工完成后利用井下压风冲洗注水钻孔9煤屑；
步骤2、五个注水封孔胶囊10分别连接注水管路3后送入五个注水钻孔9内，注水封孔胶囊10送入位置与孔口间距必须大于巷道松动圈宽度，注水管路3另一端分别连接至分水控制箱7的五个出水口8上；分水控制箱7的动压进水口6通过注水管路3与注水泵1的输出接口连接，注水泵1输入接口和分水控制箱7的静压进水口5通过三通2直接与防尘水管连接；
步骤3、矿用本安手持终端11与分水控制箱7的数据无线传输模块22通讯成功后，通过矿用本安手持终端11发送命令，打开静压水管路电控球阀13，完全打开所有出水管路电控调节阀15，各出水管路的出水管路流量变送器17和出水管路压力变送器16实时监测管路中流量和压力变化；
步骤4、根据监测到的流量数据，通过矿用本安手持终端11发送命令调节出水管路电控调节阀15，保证各个注水钻孔9的水压基本保存一致，随着静压水的持续注入，水充满煤层内已有孔裂隙，钻孔内形成憋压，各出水管路压力逐渐升高，流量逐渐降低，当某一注水钻孔9流量降低至基本为零时，关闭该路的出水管路电控调节阀15，其余管路继续注入，直至所有注水钻孔9的流量基本都降至零，关闭所有出水管路电控调节阀15；
步骤5、调节注水泵1输出压力为静压水的两倍，通过矿用本安手持终端11发送命令关闭静压水管路电控球阀13，打开动压水管路电控球阀14，启动注水泵1，完全打开所有出水管路电控调节阀15，进行动压注水，利用高压水在煤体内形成“水击”、“水劈”作用，强制沟通相互关联的煤层注水渗透网，动压注入15min后，关闭注水泵1，关闭动压水管路电控球阀14。
在所述步骤5之后进行：
步骤6、利用矿用本安手持终端11打开静压水管路电控球阀13，利用静压水对煤体进行注水，在静水压力和毛细渗透压力作用下，水进一步渗透到煤体微细孔裂隙中，注水过程中调节出水管路电控调节阀15开度，保证各个注水钻孔9的水压基本保存一致，当某一注水钻孔9流量降低至基本为零时，关闭该路的出水管路电控调节阀15，其余管路继续注入，直至所有注水钻孔9的流量基本都降至零，关闭所有出水管路电控调节阀15；
步骤7、调节注水泵1输出压力为上一次动压注水压力的两倍，按步骤5的方式再次进行动压注水，动压注水完成后，按步骤6的方式再次进行静压注水；
步骤8、重复进行步骤7，当煤壁出现跑水或各出水管路压力为零时，注水过程结束，关闭所有出水管路电控调节阀15，关闭注水泵1，停止注水。
结合实施例一和实施例二的技术方案，在实施多钻孔并联注水降尘过程中，通过在注水过程中实时监测各个注水钻孔的水流量及注水压力，利用本安手持终端通过无线通讯方式调节注水管路调控阀门，保证各个注水管路的压力平衡，有效控制注水区域的均匀分布，进而提高煤层注水防尘效果。采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统可同时对多个注水钻孔进行精准的注水控制，在保证注水防尘效果的基础上能有效的提高注水效率，保证工作面的开采作业。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，其特征在于，该系统包括注水泵、三通、注水管路、分水控制箱、注水泵电源控制线、注水封孔胶囊；
矿井防尘水管通过三通将防尘水分成两路，其中一路通过注水管路与注水泵连接，另一路直接通过注水管路与所述分水控制箱的静压进水口相连接，注水泵通过注水管路与分水控制箱的动压进水口相连接，注水泵电源控制线与分水控制箱相连接，分水控制箱内静压进水口、动压进水口分别通过管路汇合后，再分成五路出水管路分别连接至分水控制箱的出口端设置的五路出水口，每路出水口另外分别通过注水管路连接至注水封孔胶囊，所有注水封孔胶囊均送入注水钻孔内部。
2.如权利要求1所述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，其特征在于，在所述分水控制箱内设有数据采集控制模块及数据无线传输模块，数据采集控制模块设置八路数据采集控制模块控制端口、十路数据采集控制模块数据采集端口以及一路数据采集控制模块数据通讯端口，数据采集控制模块数据通讯端口与数据无线传输模块的数据无线传输模块通讯端口连接；
分水控制箱内与动压进水口连接的管路上设置动压水管路电控球阀，动压水管路电控球阀的控制信号连接至数据采集控制模块控制端口，与静压进水口连接的管路上设置静压水管路电控球阀，静压水管路电控球阀的控制信号连接至数据采集控制模块控制端口，注水泵电源控制线上设置注水泵电控开关，注水泵电控开关控制信号连接至数据采集控制模块控制端口，五路出水口的每路出水管路上均设置出水管路电控调节阀，所有出水管路电控调节阀控制信号均连接至数据采集控制模块控制端口，每路出水管路上均设置出水管路压力变送器、出水管路流量变送器，出水管路压力变送器的压力信号、出水管路流量变送器的流量信号连接至数据采集控制模块数据采集端口；
所述分水控制箱通过数据无线传输模块与矿用本安手持终端无线连接，根据数据采集控制模块监测的数据，利用矿用本安手持终端对分水控制箱中静压水管路电控球阀、动压水管路电控球阀及所有的出水管路电控调节阀进行调节控制。
3.如权利要求2所述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，其特征在于，所述分水控制箱内部的注水泵电控开关、静压水管路电控球阀、动压水管路电控球阀、出水管路电控调节阀、出水管路压力变送器、出水管路流量变送器、数据采集控制模块、数据无线传输模块均为矿用本质安全型器件。
4.如权利要求1所述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，其特征在于，所述注水泵需提供不小于10MPa的输出压力。
5.如权利要求1所述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，其特征在于，所述注水封孔胶囊的工作压力大于10MPa。
6.采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法，使用如权利要求1至5任意一项所述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统，所述采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法包括如下步骤：
步骤1、在井下工作面顺槽中沿煤层倾向施工顺层注水钻孔，在钻孔施工完成后利用井下压风冲洗注水钻孔煤屑；
步骤2、五个注水封孔胶囊分别连接注水管路后送入五个注水钻孔内，注水封孔胶囊送入位置与孔口间距必须大于巷道松动圈宽度，注水管路另一端分别连接至分水控制箱的五个出水口上；分水控制箱的动压进水口通过注水管路与注水泵的输出接口连接，注水泵输入接口和分水控制箱的静压进水口通过三通直接与防尘水管连接；
步骤3、矿用本安手持终端与分水控制箱的数据无线传输模块通讯成功后，通过矿用本安手持终端发送命令，打开静压水管路电控球阀，完全打开所有出水管路电控调节阀，各出水管路的出水管路流量变送器和出水管路压力变送器实时监测管路中流量和压力变化；
步骤4、根据监测到的流量数据，通过矿用本安手持终端发送命令调节出水管路电控调节阀，保证各个注水钻孔的水压基本保存一致，随着静压水的持续注入，水充满煤层内已有孔裂隙，钻孔内形成憋压，各出水管路压力逐渐升高，流量逐渐降低，当某一注水钻孔流量降低至基本为零时，关闭该路的电控调节阀，其余管路继续注入，直至所有注水钻孔的流量基本都降至零，关闭所有出水管路电控调节阀；
步骤5、调节注水泵输出压力为静压水的两倍，通过矿用本安手持终端发送命令关闭静压水管路电控球阀，打开动压水管路电控球阀，启动注水泵，完全打开所有出水管路电控调节阀，进行动压注水，利用高压水在煤体内沟通相互关联的煤层注水渗透网，动压注入15min后，关闭注水泵，关闭动压水管路电控球阀。
7.如权利要求6所述的采煤工作面多孔同步注水降尘精准控制系统的注水方法，其特征在于，在所述步骤5之后进行：
步骤6、利用矿用本安手持终端打开静压水管路电控球阀，利用静压水对煤体进行注水，在静水压力和毛细渗透压力作用下，水进一步渗透到煤体微细孔裂隙中，注水过程中调节出水管路电控调节阀开度，保证各个注水钻孔的水压基本保存一致，当某一注水钻孔流量降低至基本为零时，关闭该路的出水管路电控调节阀，其余管路继续注入，直至所有注水钻孔的流量基本都降至零，关闭所有出水管路电控调节阀；
步骤7、调节注水泵输出压力为上一次动压注水压力的两倍，按步骤5的方式再次进行动压注水，动压注水完成后，按步骤6的方式再次进行静压注水；
步骤8、重复进行步骤7，当煤壁出现跑水或各出水管路压力为零时，注水过程结束，关闭所有出水管路电控调节阀电控阀，关闭注水泵，停止注水。
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